Äänen käsittely

Prosessi Ääniaalto Mikrofoni Kaiutin Dekoodaus Pakkaus ja tallennus Analoginen signaali Mikrofoni A/D Pakkaus ja tallennus Dekoodaus D/A Analoginen signaali Kaiutin Motivaatio: Mökki/Lepakkoesimerkki/kaljaa Koulussa ei riittävästi käyty läpi Koiran kuuloalue/koirapilli Ääniaalto

Dioja: 22 kpl Sisällys Ääni Desibeli ja oktaavi Puhe ja kuulo Mikrofoni Analoginen ääni Digitointi PCM Bittisyvyys Resoluutio/Bittisyvyys Pakkaaminen Kaiutin Dioja: 22 kpl

Ääni Värähtelyä väliaineessa Ketjureaktio Aaltoliike Nopeus ilmassa n.342 m/s Molekyylien värähtelyä väliaineessa (Väliaine voi olla mikä vaan) Ketjureaktio —> Molekyylit tönii toisiaan Avaruudessa ei ääntä —> Elokuvissa kun kuulee räjähdysäänet jne —> paskaa Ääniaalto

Aaltoliike ja ääni Taajuus (Hz) Amplitudi Dopplerin ilmiö Ääniaalto Ääniaaltojen taajuus, eli samassa vaiheessa olevien huippujen (amplitudien) etäisyys suhteessa aikaan vaikuttaa kuultuun äänenkorkeuteen Yksikkö Herzi ilmaisee kuinka monta värähdysjaksoa tapahtuu sekunnissa. Eli yhden hertsin taajuus tarkoittaa yhtä värähdysjaksoa sekuntia kohden Mitä lähempänä huiput sitä korkeampi taajuus ja sitä korkeampana ääni kuullaan Dopplerin ilmiö: Ohittava auto esimerkki ensin kuullaan matalana ja mitä lähemmäs tulee sitä korkeampana kuuluu koska lähestyvä kohde ns. painaa ääniaaltoja kasaan ja näin syntyy korkeampi taajuus Ääniaalto

Desibeli Logaritminen yksikkö 10-kantainen Desibel —> 1/10 Bel Taulukko: 0,0002 pascalia 2000 Hz:n taajuudella (viittellisiä arvoja) - Bel vertailee tehosuureiden suhdetta. Esim paine Pascal jne. Logaritmisuus johtuu ihmisen kuuloaistista. Tämä tarkoittaa, että äänenpaineen kymmenkertaistuminen (yhdestä) tuntuu yhtä voimakkaalta kuin nousu sadasta tuhanteen. Arkielämän äänissä 0 dB rajaksi on asetettu ihmisen kuulokynnys. Vaihtelee ihmisestä riippuen Äänen voimakkuuden aistiminen riippuu paineen lisäksi myös taajuudesta Digitaalisessa maailmassa käytetään kahden signaalin väliseen vertailuun.  Esim. Vahvistimen vaikutuksen vertailuun. Ääniaalto

Oktaavi Sävelkorkeus musiikissa Oktaavin päässä olevat sävelet aistitaan suunnilleen samankaltaisina Oktaavin nousu —> n. 2-kertainen taajuus A4 taajuudella 440 Hz A5 n.880z Ei niinkään tekemistä fysiikan kanssa 2-kantainen logaritmi Ääniaalto

Puhe Kulku: Puheääni Ilmavirta keuhkoista Äänihuulet kurkunpäässä Perusääni Nielun yms. Resonanssi taajuudet vahvistuvat Puheääni miehellä: n. 120 Hz Naisella: n. 250 Hz Muodostuu perusääni jossa mukana harmonisia ylä-ääniä Ääniaalto

Kuulo Korvanlehdet Välikorvassa tärykalvo Kuuloluut välikorvassa Sisäkorva: simpukka Kuulohermoon Aivokuoren kuuloalueelle Ääniaalto

Kuulo Preesensalue: 16 Hz – 20 kHz Ultraäänet Alapuolella infraäänet Sairaalasovellutukset Alapuolella infraäänet Ultraäänet soveltuvat korkean taajuutensa puolesta lääketieteeseen kartoittamaan kudosten rajapinnoista lähteviä kaikuja Infraääniä syntyy esim. ydinräjähdyksissä ja tulivuorenpurkauksissa Ääniaalto

Mikrofoni Painemuutokset jännitteen vaihteluiksi Usein käytetty lajitteluperuste, tekniikka: Dynaaminen mikrofoni Kondensaattorimikrofoni Suuntakuviot: Pallo Hertta Kahdeksikko Ääniaalto Mikrofoni

Dynaaminen mikrofoni Induktio Osat Kestävä Halvempi Kalvo Kela Magneetti Johtimet Kestävä Halvempi -Ilmanpaineen vaihtelut liikuttavat kalvoa, joka puolestaan liikuttaa magneetin kentän vaikutuksessa olevaa kelaa josta indusoituu muuttuvan magneettikentän ansioista vaihtojännitettä äänenpaineen voimakkuuksien vaihteluiden mukaisesti. -Kelaan kytkettyjen johtimien kautta signaali siirtyy vahvistimeen joka nimensä mukaan vahvistaa sen toistoa tms. jälkikäsittelyä varten. - Dynaaminen kaiutin toimii samalla periaatteella, mutta suunta on vastakkainen. - Kestävät tekniikkansa ansioista kovempaa kohtelua sekä suurempia äänenpaineita. Ääniaalto Mikrofoni

Kondensaattorimikrofoni Osat: Metallilevyt/kalvo/elektrodit Esivahvistin Kalliimpi Herkempi -Kondensaattori varastoi energiaa muodostamaansa sisällään olevaan sähkökenttään -Äänenpaine saa levyn lähentymään ja loitontumaan vastakkaisesta levystä (elektrodista) joka aiheuttaa kondensaattorin kapasitanssin ja sen kautta sähkövarauksen muutoksen/signaalin -Kondensaattorimikrofonissa ei siis tapahdu induktiota, joten mikrofonille on tuotava ulkoinen(pahntom) jännite -Aiheutuva signaali on niin heikko, että tämän tyypin mikrofoni tarvitsee esivahvistimen Poimii eri taajuiset äänet herkemmin, mutta ei kestä niin kovaa äänenpainetta Ääniaalto Mikrofoni

Suuntakuviot Suunnat josta mikrofoni poimii ääntä Sulkee taustamelua pois Kiertoherkkyys Pallo Hertta - Suunnat joista se ottaa herkimmin ääntä. - Esimerkiksi puhetta tallentaessa on hyvä valita suoralla suuntakuviolla oleva mikrofoni. — -- Tallenteeseen ei puheen lisäksi tallennu niin paljoa taustahälinää / kohinaa kun voisi. - Usein mikrofonin kyljessä sijaitsevana merkintänä. - Musiikin äänityksessä suuntakuvioita hyödynnetään poimimaan vain halutun soittimen äänet, suuntakuviot auttavat myös osaltaan vähentämään kiertoherkkyyttä Kahdeksikko Ääniaalto Mikrofoni

Analoginen ääni Jännitteen vaihteluita Laatu: Taajuusvaste Yli-/Ali-/Kaistanpäästösuodatus Laskostuminen Alipäästösuodin Mikrofoni ei koskaan pysty toistamaan kaikkia taajuuksia yhtä voimakkaasti, johtaa äänen värittymiseen. Taajuusvaste on funktio, joka kertoo miten eritaajuisten siniaaltojen amplitudi ja vaihe muuttuvat kuljettaessa systeemin läpi Useimmiten signaalit alipäästösuodatetaan, jotta turhat ylätaajuudet saadaan pois. voidaan käyttää pienempää näytteenottotaajuutta ja ehkästään laskostumista. Säkökitaran efektipedaalissa erilaisia säätövastuksia/pontetiometrejä jolla ääntä muokataan. Särö  häiriötä analogisessa signaalissa. Mikrofoni Analoginen ääni

Digitointi/Näytteistys A/D-muunnin PCM Näytteenottotaajuus Bittisyvyys Dynamiikka Audio CD: 16 bit 2^16 = 65536 Amplituditasoa 44,1 kHz n. 22 500 Hz Analog/Digital  Hyvin yksinkertaisesti analoginen signaali muutetaan digitaaliseen muotoon  loppupelissä ykkösiä ja nollia Pulssikoodimodulaatio  analoginen signaali näytteistetään tasaisin väliajoin ja muutetaan numeeriseksi informaatioksi Analoginen ääni Digitaalinen ääni

Näytteenottotaajuus ja Resoluutio Nyqvistin teoreema Jos näytteistettävän analogisen signaalin taajuus on suurempi kuin Nyquistin taajuus/2 (eli suurempi puolet näytteenottotaajuudesta) tapahtuu laskostumista. Tämä hukkaa informaatiota ja äänenkäsittelyssä vaikuttaa siten että Nyquistin taajuutta suuremmat taajuudet eivät enää toistettaessa kuulu ja niiden sisältämä teho kuullaan alemmilla taajuuksilla ja näin äänen spektri vääristyy. Analoginen ääni Digitaalinen ääni

Näytteenottotaajuus, Resoluutio ja Dynamiikka Näytteenottotaajuus (Hz) Kuinka usein signaalista otetaan näyte Resoluutio (bit) Kuinka monella tasolla signaali voidaan kuvata Dynamiikka (dB) Hiljaisimman ja voimakkaimman äänen ero 1 bit  6 dB - Dynamiikka ilmaisee kuinka suuri ero on heikoimman ja voimakkaimman eroteltavan signaalin ero desibeleinä - Voidaan päästä kovimmasta äänestä -96 dB jolloin tulee vastaan kohinapohja jonka alapuolella kaikki on vaan kohinaa koska ei voi toistaa sen hiljasempaa ääntä. Analoginen ääni Digitaalinen ääni

Enkoodaus/pakkaaminen Kodekki Enkoodaus Häviötön Häviöllinen Myöhempi toistaminen/purku/dekoodaus - Pulssikoodimodulaatio tuottaa verrattaen suurikokoisen äänitiedoston, joten useissa tapauksissa tiedosto pakataan pienempään kokoon joko häviöllisesti tai häviöttömästi erilaisten kodekkien () avulla. Tätä kutsutaan enkoodaukseksi. - Koodekki: ohjelma joka implementoi käytettävää pakkausalgoritmia. Digitaalinen ääni

Häviöllinen/Häviötön pakkaaminen Häviöllinen pakkaaminen Tehokas Kuulijalle turha informaatio: Tietyt äänenpaineet eri taajuusalueilla Kuulokynnys Maskautuminen Häviötön Ei säästä juurikaan tilaa Eri taajuusalueilla olevat äänenpaineet joita ihmiskorva ei pysty erottamaan/kuulemaan (ei sama kaikilla) Alle kuulokynnyksen olevat spektrikomponentit Voimakkaamman äänen lähiympäristössä olevat äänet maskautuvat joka tapauksessa pois joten ne on mahdollista poistaa Digitaalinen ääni

Ilmanpaineen vaihtelut Kaiutin D/A muunnos Vrt. Mikrofoni Vahvistin Osat: Kotelo Magneetti Kela Kartio/värähtelijä/kalvo Käänteinen tapahtuma mikrofoniin verrattuna: Vaihtovirta ilmanpaineen vaihteluiksi. Vahvistin: Pienitehoinen signaali ohjaa suurempitehoista signaalia Päätevahvistin syöttää kaiuttimille tehokasta signaalia: : Aktiivikaiuttimet ei tätä tarvitse, sillä jokaisessa kaiuttimessa on oma vahvistimensa. Myös kaiuttimilla omat taajuusvasteensa IHME LAITE: VÄRÄHTELEE VAIKKA NYT 10 000 kertaa sekunnissa ja onnistuu tekemään kaikki äänet kerralla. - Vaikea saada matalilla taajuuksilla voimakasta ääntä koska kalvon liikerata ei riitä voimakkaaseen äänentoistoon. KIRJOTA MUISTIIN ELEMENTTIRAKENTEISTA http://www.students.tut.fi/~jmikkola/hifiopas/kaiuttimet.html#yleista http://www.mr-dj.org/info-opas-6.php Analoginen ääni Ilmanpaineen vaihtelut

Prosessi Ääniaalto Mikrofoni Kaiutin Dekoodaus Pakkaus ja tallennus Analoginen signaali Mikrofoni A/D Pakkaus ja tallennus Dekoodaus D/A Analoginen signaali Kaiutin Motivaatio: Mökki/Lepakkoesimerkki/kaljaa Koulussa ei riittävästi käyty läpi Koiran kuuloalue/koirapilli Ääniaalto