Ljudteknik. Digital representation. Vad är ljud?

Transkript

1 Ljudteknik Digital representation Vad är ljud? 1

2 3 grundstenar för ljud» Alstring» Överföring» Mottagning Örat Hörseln» Lufttrycksvariationer ger mekaniska vibrationer i trumhinnan» Hörselbenet växlar ner trummhinnans utslag» Hårceller ger elektriska signaler till hjärnans hörselcentrum 2

3 Riktningshörsel» Precedenseffekten» Lagen om första vågfronten» Effekt beroende av tidsintervall Stereofoniskt hörande Människan kan urskilja ljud utifrån:» Styrka» Frekvensfördelning» Tidsmönster» Riktning» S.k coctailparty effekt Hörselområde 3

4 Örat vs. mikrofonen» 100 gånger starkare ljud än örat» Kan inte anpassa sig efter förhållandet» Kan inte pejla in det intressanta» Störkänslig signal» Känslig för puffljud Mikrofoner» Transducer» Direktivitetsegenskaper» Konstruktionsprincip Teknologiskifte» Nya krav på analog utrustning» Estetiska och klangliga aspekter» Ljudupptagning» Redigering 4

5 Fördelar» Inget svaj» Exakt återgivning» Inga generationsförluster» Oberoende lagringsmedium Nackdelar» Känsligt för föroreningar» Distortion ökar med avtagande amplitud» Standardiseringsproblem» Tidsfördröjning (latency) Definition analog signal» Tidskontinuerlig» Amplitudkontinuerlig 5

6 Definition av digital signal» Tidsdiskret» Amplituddiskret Jämförelse» Elektrisk» Magnetisk» Fysisk Binär representation 6

7 Digitalt audiosystem Digitalisering av ljud Samplingsfrekvens 7

8 Sampling Vikningsdistortion Filter» Lågpassfilter» Brant filter - mindre frekvens mellan Fc och stoppband.» Minskar dynamiken - dåliga transientegenskaper» Ger fasförskjutning 8

9 Lösning» Översamplingssystem» Analogt filter med mjuk karakteristik» Digitalt filter» Nedsampling Kvantisering Kvantiseringsbrus» Kvantiseringen styr dynamiken» Signal brus förhållandet ges enligt formeln: S/N(dB) = 20 log 2 n (+ 1,76)» Lägre amplitud ger lägre S/N nivå! 9

10 Krav på upplösning» 130 db hörselns förmåga» 100 db klassisk musik» 50 db för tal» Digital mixning» Headroom» Nya system 24 bitar, 96kHz Signal/brus nivå Successiv approximation 10

11 Teckenbit Dither» Tillföra vitt brus, alt. högfrekvent signal» Hörseln integrerar högre frekvenser D/A omvandlingen 11

12 Problem vid A/D - D/A» Fel i S/H kretsarna» Ickelinjäriteter i A/D - D/A omvandlarna» Distortion i D/A omvandlarna» Jitter Alternativ teknik» Översampling» Multibitsrepresentation» Fåbitsrepresentation Översampling vid A/D» Minskad risk för vikningsdist» Mindre branta filter kan användas» Kvantiseringsbrus fördelas över större frekvensområde 12

13 Översamling vid D/A 1bits representation Pre-emphasis 13

14 Utstyrning Headroom Analogt Headroom» Utrymmet mellan nominell 0-nivå och den nivå där utrustningen börjar dista.» Ett analogt system har normalt ett headroom en bit över nominell 0- nivå, och därefter börjar systemet gradvis dista. Digitalt headroom» Ett digitalt system har inget headroom i normal mening. Kvantiseringsnivåerna är jämnt fördelade från första till sista, och sen tar de slut» Fuska fram headroom» Satta nollnivåer ger en säkerhetsmarginal vid inspelning och mixning, men förlust i dynamik Digitalt headroom» Flera olika standarder» EBU: -14dB digitalt ska motsvara analog nollnivå» Vid välkontrollerat ljudmaterial kan man använda mindre headroom, och därmed få bättre dynamik» Om peaknivån är känd finns normalt ingen anledning att inte lägga peaknivån så nära digital 0 som möjligt 14

15 Mixning» Det behövs högre upplösning under mixning och bearbetning än vid slutlig leverans.» Behöver headroom för att kunna mixa utan kvalitetsförluster.» Vid digitala effekter kan man behöva ytterligare upplösning för att undvika att avrundningsfel kryper upp i de bit:ar som verkligen kommer att användas. Signalbehandling Systemdynamik 15