A DIGITÁLIS HANG.

Az előadások a következő témára: "A DIGITÁLIS HANG."— Előadás másolata:

1 A DIGITÁLIS HANG

2 Mi a hang? A hang valamilyen rugalmas közegben terjedő rezgéshullám ami az élőlényekben hangérzetet kelt. A hang terjedési sebessége normál páratartalmú +15oC hőmérsékletű levegőben 340 m/s. A hangsebesség függ az átvivő közeg sűrűségétől és rugalmasságától. Jele: c; Mértékegysége: m/s A frekvencia egysége a Hertz (Hz) 1Hz= 1 periódus /sec

3 A hang jellemzői Csillapodó rezgőmozgás Tiszta és összetett hang

4

5 A HANGÁTVITELI LÁNC A hang hallhatóvá tétele Elsődleges: mikrofon
ÁTALAKÍTÓ ERŐSÍTŐ VISSZAALAKÍTÓ A hang hallhatóvá tétele Elsődleges: mikrofon Másodlagos: analóg lemezjátszófej magnófejek - R-DAT foto-optikai- CD-lejátszó Feszültség és/vagy teljesítmény növelése Hangsugárzók: hangfal hangdoboz hangoszlop fejhallgató ZAVARÓ JEL

6 JEL - ZAJ VISZONY Az átviteli csatornán a hasznos jel mellett megjelenő zavaró jel. A hasznos és a zavaró jel viszonyát JEL-ZAJ viszonynak nevezzük. OKA: az elektromos alkatrészek zajfeszültsége HiFi jel zaj-viszony: 46dB

7 JEL - ZAJ VISZONY ÉRTELMEZÉSE
A jel-zaj viszony egy műszaki kifejezés, és két teljesítmény hányadosát jelenti. A jel (információ) és a háttér zaj teljesítményének hányadosa:                             Mivel sok jelváltozás nagyon dinamikus, az egyes jelértékek széles tartományokba eshetnek, a jel/zaj meghatározásánál a logaritmikus decibelskálát használják. Decibelekben mérve, a jel-zaj viszony az amplitúdók hányadosának 10-es alapú logaritmusának 20-szorosa vagy a teljesítményarány logaritmusának 10-szerese:                                                      ahol P az átlagos teljesítmény, A az amplitúdók négyzetes átlaga. A jeleket és a zajokat azonos sávszélességi rendszerben mérik.

8 DINAMIKA Valamely átviteli csatorna dinamikáján a kifogástalanul reprodukálható kimenőjel maximális értékének és a még zajmentesnek érzékelt kimenőjel maximális értékének a viszonyát értjük. A dinamikát felülről a maximális kivezérelhetőség, alulról pedig a rendszerzaj szabályozza.

9 Intenzitási alapszint:
Hangintenzitás A hang, mint fizikai inger erősségének jellemzői. Hangintenzitás A hang terjedési irányára merőleges, egységnyi felületen, időegység alatt áthaladó hangenergia értéke. Jele: I Mértékegysége: W/m2 Intenzitási alapszint: I0 = W/ m2 Csendes beszéd: W/m2 Kiabálás: W/m2 Halk erdei zajok: W/m2 Zongora (max): W/m2 Légó sziréna: W/m2 Lökhajtásos repülő: 105 W/m2 8

10 AZ EMBERI FÜL HALLÁSÁTFOGÁSA
Hallásküszöb: valamely adott frekvenciájú tiszta hang azon legkisebb nyomásértéke, amely egy normális hallású ember hallószervében a hang érzetét kelti. Fájdalomküszöb: egy adott frekvenciájú tiszta hang azon legnagyobb nyomásértéke, amelyet normális hallású ember még fájdalom nélkül el tud viselni.

11 A DIGITÁLIS JEL JELLEMZŐI
A digitális jel impulzusok sorozatából áll, szemben az analóg jel időben folytonos jellegével. ELŐNYEI: A hőmérséklet és tápfeszültség ingadozásra érzéketlen; Érzéketlenebb az átviteli csatorna zajai iránt; Nagy jelátviteli sebesség; Tetszőleges számú minőségromlás nélküli másolási lehetőség; Nagyobb jel-zaj viszony és dinamikatartomány; Nincs jeltorzulás

12 A DIGITÁLIS JEL JELLEMZŐI
HÁTRÁNYAI: A digitális jel érzékeny az adatvesztésre – javító áramkörök használata A jelfeldolgozást végző áramkörök bonyolultak

13 8 bit 16 bit A SZÁMÍTÓGÉP HANGJA 256 65536 szintre bontja a hangot
A számítógép részt vesz a hangok rögzítésében tárolásában előállításában. A digitalizálás minőségét két tényező határozza meg: mintavételi frekvencia (minták száma másodpercenként) minta mérete (a felbontás minősége) 8 bit 16 bit 256 65536 szintre bontja a hangot 1 V körüli analóg jelet részre azaz 0, V-ra bont fel!

14 A HANGDIGITALIZÁLÁS FOLYAMATA
PCM (Pulse Code Modulation): az analóg jelet időben diszkrét impulzusok sorozatává alakítják. Az amplitúdóértékek információ-tartalmát binárisan kódolt kódszó-sorozatok hordozzák. 01101 Analóg - digitális átalakítás Sávhatárolás Mintavétel Kódolás Analóg jel PCM jel

15 SÁVHATÁROLÁS A sávhatárolás során a minta felbontását határozzuk meg.
A bejövő analóg jel feszültségét a függőleges tengelyen kell beskáláznunk. 3 bites rendszer esetén az analóg jel feszültségét 23 azaz 8 részre bontjuk a függőleges tengelyen, 16 bit esetén 216 azaz részre bontjuk a függőleges tengelyen. Ezek lesznek a kvantálási lépcsők Minél többfelé osztjuk az analóg jel feszültségét, annál pontosabban tudjuk rekonstruálni az A/D átalakítás során.

16 A DIGITÁLIS JELÁTALAKÍTÁS LÉPÉSEI
MINTAVÉTELEZÉS Shanon-féle mintavételi tétel (1948) : A digitális jelsorozatból akkor lehet az eredeti jelet veszteség nélkül visszaállítani, ha a mintavételi frekvencia értéke fm legalább kétszerese az analóg jelben előforduló legnagyobb frekvencia fmax értékének f m = vagy > 2 f max Az emberi fül hallástartománya: Hz Hz A HiFi norma átviteli frekvenciája: 20 Hz Hz X 2,2 +100= Hz (44,1 KHz)

17 A/D ÁTALAKÍTÁS, KVANTÁLÁS
Az amplitúdóminták bináris kódszavakhoz való hozzárendelését nevezzük kvantálásnak. A mintavétel során, az amplitúdóminták végtelen sok értéket vehetnek fel. Az A/D átalakító a még analóg jelet a kimenetén meghatározott számú decimális, majd bináris adattá alakítja át. Minél több a kvantumlépcső, annál hosszabbak a kódszavak, annál pontosabb lesz az analóg jel rekonstrukciója.

18 A DIGITALIZÁLÁS LÉPÉSEI
6 5 4 3 2 1 Decimális kód Bináris kód

19 DIGITÁLIS HANGFORMÁTUMOK
.WAV: Windows alatti hangformátum. A mintavételi frekvencia 11025 Hz, Hz, 44100Hz, a minta mérete 8-16 bit .VOC: a Creative Labs. fejlesztette ki. DOS alatti hangformátum. .MP3: MPEG Audio Layer 3, 12:1 tömörítési ráta .MID: MIDI (Musical Instrument Digital Interface)hangformátum. MIDI -szekvenszer program és hangkártya segítségével lehet több csatornán hangot előállítani .AU: UNIX alatti hangformátum, 8-16 bit-es

20 A hangkártyák felépítése
Elülső csatornák kimenete Hátsó csatornák kimenete Center+mély csatornák kimenete Surround csatornák kimenete Mikrofon bemenet Vonalbe-menet (Line in) Koaxiális S/PDIF In/Out