ПРИМОПРЕДАЈНИЦИ

(ЕЛЕКТРОАКУСТИКА)

СКРИПТА

1. ФИЗИЧКА АКУСТИКА

ЗВУК

Све што човек чује је звук. Звук је периодична промена притиска који се шири еластичном средином (на пр. ваздухом) неком одређеном брзином. Промене притиска настају због вибрација молекула средине које су услед дјеловања силе избачене из свог равнотежног положаја.

По дефиницији звук настаје када у еластичној средини под дејством силе наступи промена положаја честица средине.

ПРИМЕР СФЕРНОГ ИЗВОРА ЗВУКА: Пулсирајућа лопта

Честице ваздуха уз лопту се потискују када лопта повећава запремину. Долази до повећања густине честица у потиснутом слоју. Наредни слој не може задржати првобитну густину. У њега продиру честице из претходног слоја, потискујући његове честице на следећем слоју и процес се преноси даље. Када се смањи запремина лопте, ствара се празнина коју одмах попуњавају честице најближег слоја. На њихово место, због разређења ваздуха долазе честице следећег слоја... Сада се честице померају у

супротном смеру и талас разређеног ваздуха се шири на даљину. Стиче се утисак као да из лопте извиру нови таласи.

Простор око извора звука чини звучно поље. Код сферних таласа интензитет појаве мора удаљавањем од извора (дуж r) да опада, јер иста енергија звучног извора треба да покрене све већи број честица у слојевима ваздуха.

Звучни таласи се стварају када чврсто тело као извор звука вибрира (осцилује). Ове вибрације покрећу честице ваздуха око себе тако да се при томе: мења положај честица у односу на равнотежно стање, мења притисак ваздуха у слојевима око извора, а са тим у вези мења густина ваздухаТо су акустичке осцилације.

Звук се простире кроз чврста, течна и гасовита тела као:

Лонгитудинални талас (гасови, течност)честице се померају у правцу простирања таласа.(нпр. Камен бачен у воду)

Лонгитудинални талас

Трансверзални талас (чврста тела)честице се померају окомито на правац простирања таласа

Трансверзални талас

Звука нема у вакууму (зашто?).

ФИЗИЧКЕ ОСОБИНЕ ЗВУКА

Физичке особине звука су фреквенција, таласна дужина, брзина звука, амплитуда, фаза, спектрални садржај. Размотрићемо неке од њих.

При нормалном атмосферском притиску и Т=20º С, брзина простирања звучних таласа је: с =343m/s и она расте са порастом температуре.

У ваздуху је атмосферски притисак око 1000 mb (милибара). Када постоји звучно поље, укупни притисак је:

pu =patm + p, где je p<< patm промене звучног притиска p(t) су мале у односу на patm и изражене у Pa (паскал), где је 1 Pa =1N/m2=10μb.

Звучни талас у ваздуху

Таласна дужина је размак између 2 иста стања звучног притиска. Пошто је брзина звука С:

С= λ /Т онда је

λ=С·Т,

Веза између таласне дужине и фреквенције звука је:

λ=С/ƒ

Чујно подручје звука је у интервалу20Hz < ƒ < 20kHz

ИНТЕНЗИТЕТ ЗВУКА

Интензитет звука Ј - количина акустичке енергије која у јединици времена прође кроз јединичну површину нормалну на правац простирања звучних таласа Ј[W/m2].

Интензитет Ј опада при удаљавању од извора са квадратом r, у функцији је или са снагом извора Pa, или са притиском p:

4πr2 је површина лопте и важи за сферне таласе, тј. изворе звука који зраче у свим правцима подједнако.

Константа 4 π је пун просторни угао Ω. Ако није пун, смањује се именитељ а интензитет се повећава при истој снази извора. (постављен звучник поред зида - 2 π). То су усмерени извори.

Интензитет Ј у функцији притиска р је

ρ·С је константа средине (за ваздух је 414 kg/m2s). Она се зове специфична акустичка импеданса и зависи од средине, а једнака је односу притиска и брзине:

Ако интензитет Ј опада са квадратом r, онда притисак р опада линеарно са r, па је за све правце простирања:

p·r=const

Честа појава је да имамо више извора звука. Укупни интензитет је тада:

Интензитети се сабирају.

СПЕКТРАЛНИ САСТАВ ЗВУКА. ШУМ

По спектралном саставу звук може бити

прост звук(а) – појединачан тон, добије се из тон генератора. сложен звук(б) - дискретне компоненате звука музичких инструмената,(в) – континуална анвелопа спектра, најчешћи – шум – гласови“с,ш”, бука

Прост и сложен звук

Шум је неправилно осциловање у чијем спектру нема ни сталних амплитуда ни сталних фреквенција. Посебна врста шума је прасак који је краткотрајна појава стрмог успона и различите заступљености појединих фреквенција у спектру.

НИВО ЗВУКА

Да би се јачина звука изразила, уведен је децибел [dB].L –ниво звука у dB:

J – интензитет звука који желимо да изразимо преко нивоа [W/m2]J0 – интензитет звука при прагу чујности на 1000Hz

Праг чујности је најтиши звук који наше уво може да региструје на фреквенцији од 1000Hz, а износи:

J0= 10-12[W/m2]

Начин изражавања интензитета звука преко нивоа у dB је најчешћи у пракси. Сви инструменти дају податке о нивоу звука.

Уколико располажемо податком о звучном притиску p, може се израчунати ниво L према следећој формули:

p је звучни притисак у [Pa]p0 је звучни притисак који одговара интензитету звука на прагу чујности: p0= 2 ·10-5Pa

Релативан однос нивоа:

Ако имамо 2 иста нивоа L1и L2, онда укупан ниво се израчунава преко збира интензитета:

Повећањем броја извора повећава се и укупан ниво.

Хор од 100 људи, где је акустичка снага сваког члана иста, даје за 20 dB већи ниво у односу на једног певача:

Логаритми односа двеју величина:

При сваком двоструком удаљавању од извора звука долази до смањења нивоа звука за 6 dB.

О ЛОГАРИТМИМА

Математичка логаритамска функција је

Рачунске операције са логаритмима

Логаритамска функција

Однос линеарне и логаритамске скале је приказан испод.

ПОЈАВЕ ПРИ ПРОСТИРАЊУ ЗВУКА

Ове појаве су исте као и код простирања светлости или неких других таласа. То су рефлексија, дифракција, рефракција, апсорпција, Доплеров ефекат, интерференција.

Рефлексија је појава одбијања звука од препреке. Звук се одбија од чврстих предмета са глатком површином. Рефлексија је боља што су те површине више глатке и ако ти предмети имају болју густину. Уколико су оне конвексне (испупчене) доћиће до дисперзије (распршивања) звука, а ако су конкавне (издубљене) доћиће до уснопљавања звука.

Рефлексија звука

Због рефлексије може доћи и до појачања звука ако је време рефлексије мало па се долазни и рефлектовани талас саберу.

Рефлексија може да доведе и до малог продужења трајања звука и та појава се назива одјек. Јека је веће продужење трајања звука, а јавља се ако је површина од које се звук рефлектује удаљена од извора више од 17 метара.

Рефлексија звука од препрека чије су димензије веће односно мање од таласне дужине звука

Дифракција је појава савијања звука. Звук се једним делом одбија од препреке али је може и заобићи. Дифракција је обрнуто сразмерна фреквенцији звука, па је због тога више изражена на нижим фреквенцијама.

Дифракција звука код којег је таласна дужина мања односно већа од отвора

Рефракција је појава лома звучног таласа односно промене смера звука. Догађа се услед промене медија којим се звук креће (температура, притисак). Типичан пример рефракције је скретање звука због утицаја ветра.

Рефракција (преламање) звука

Апсорпција је појава упијања звука која се јавља приликом рефлексије. Тада се један дио звучне енергије преда материји од које се звук рефлектује.

Доплеров ефекат је појава промјене фреквенције звука због кретања извора. Када нам се извор звука приближава звучни таласи постају гушћи и фреквенција звука постаје већа. Шта се дешава када се извор удаљава од нас?

Интерференција је појава која настаје узајамним деловањем два таласа који се сусрећу. Ако им се фазе поклопе долази до сабирања по амплитуди, а ако су у противфази онда се њихове амплитуде одузимају.

Интерференција звука

2. ФИЗИОЛОШКА АКУСТИКА

Физиолошка акустика нас упознаje са начином како човек прима и ствара звук. Човек преко чула слуха прима звук, а преко свог говорног механизма генерише звук (говор, певање). Човек је и пријемник и генератор звука.

Све што обрађује физиолошка акустика је у области субјективног, а то значи оног што човек осећа када се нађе у пољу звучних таласа.

Данас се тежи да се смање разлике између објективног и субјективног (особине човека се укључују у објективне карактеристике аудио уређаја).

ЧУЛО СЛУХА

Појам слух обједињује све што је потребно да би се створио свесни или несвесни слушни доживљај:

уво (вањско, средње и унутрашње), слушне нерве нелинеарну двоканалну обраду сигнала.

Примарни задатак слуха је очување човековог интегритета, односно спашавање живота. Тек после тога долази на ред обрада (не)корисних и (не)угодних информација. Човек слухом добија 86% свих комуникацијских информација.

Човеково уво је далеко више од врхунског микрофона. Он је врло селективан фреквенцијски анализатор, изврстан индикатор гласноће, висине и боје тона, прецизан локализатор смера звучног извора. Ухо прихвата фреквенције у опсегу више од 10 октава (око само једну). Однос звучних притисака које уво може да поднесе, а да не дође до оштећења, и оног које уво тек може да региструје, износи 1:106. Уво поседује властите аутоматске системе за самозаштиту, и то механичке и хемијске. Уподручју своје највеће осетљивости, уво реагује већ на звучни притисак који је 10е-10 пута нижи од атмосферског. При том звучном притиску бубна опна трепери амплитудом која је мања од 10-9cm.

Уво се састоји од спољашњег, средњег и унутрашњег дијела.

Грађа ува

Спољашње уво чине ушна шкољка, слушни канал до бубне опне. Шкољка и канал чине левак који на средњим и високим фреквенцијама појачавају звук (око 3000Hz). Улога ушне шкољке је да прикупи што више акустичке енергије из простора. Бубна опна је елиптична мембрана која вибрира доласком звучног таласа. Помоћу ње се акустичка енергија претвара у механичку. Атмосферски притисак делује на опну и са друге стране преко Еустахијеве тубе у средњем уву, што је потребно ради изједначавања притисака на опни.

Средње уво чине бубна опна, слушне кошчице (чекић наковањ и узенгија), овални прозор и Еустахијева туба. Кошчице су међусобно повезане еластичним везама и преносе механичку енергију са бубне опне на опну на овалном прозору. Механички однос кошчица и релативно мале димензије опне на овалном прозору у односу на бубну опну, повећавају осетљивост чула слуха. Еустахијева туба је канал преко којег је средње ухо повезано са усном шупљином. Зато је у њему ваздух. Отвара се само при гутању и зевању. Уколико дође до јаког звука, потребно је отворити широмуста да би изједначили притисак са обе стране бубне опне.

Главни део унутрашњег ува је пуж. То је кошчани шупљи орган испуњен лимфом. Пужасто тело је канал дужине 30 -35 mm савијен у облику пужа. Подељен је по хоризонтали на горњи и доњи део преградом која се зове базиларна мембрана. На

базиларној мембрани се налази Кортијев орган са око 25 000 нервних завршетака (трепљи) главног слушног нерва. Наизменични притисак у течности пужа детектује се помоћу тих трепљи. Трепље се савијају, стварају се електрични импулси и преносе се до мозга брзином 30 m/s, где стварају у центру за слух осећај звука. Трепље су различите дужине. Различите фреквенције звука побуђују трепље различите дужине.

Чуло слуха је један од најкомпликованијих органа човекa. Звучни талас се скупља у спољашњем уву и изазива механичке вибрације у средњем уву. Слушне кошчице системом полуга појачавају звук (или притисак на већој површини бубне опне се појача делујући истом силом на мањој површини овалног отвора )

Механичка шема ува

Када узенгија притисне овални прозор, импулс се простире кроз пужеву течност до округлог прозора и проузрокује таласање у базиларној мембрани. Базиларна мембрана је на почетном делу крута и затегнута, а при крају дебела и опуштена. Зато ће место највећих осцилација зависити од фреквенције. Високе фреквенције ће изазвати највеће осцилације на почетном делу, а ниске на завршном делу мембране. Дуж базиларне мембране талас се прошири за 5 ms.

СУБЈЕКТИВНИ ПАРАМЕТРИ ЗВУКА

Чуло слуха јасно реагује на јачину, висину и боју звука. Јачину звука одређује интензитет, који зависи од снаге звучног извора и удаљености од извора звука; висина зависи од фреквенције, а боју одређује фреквенцијски спектар звука. Сва чула преко којих човек остварује контакт са околином и реагује на надражаје (звук, светло, топлота) подлежу једном истом Вебер-Фехнеровом закону који гласи: „Осећај је сразмеран логаритму побуде!“

Јачина звука може се интерпретирати интензитетом звука или нивоом звука, као што је већ речено.

Сваки тон има висину која зависи од фреквенције. Код простопериодичних (синусних) сигнала висину тона одређује број осцилација у секунди - то је објективна висина у Hz. Што је фрквенција већа, висина тона је већа. Када се величина приказује у зависности од фреквенције онда се промена фреквенције даје логаритамски. Свако удвостручавање фреквенције повећава висину тона за исти интервал - за 1 октаву. Октава је интервал код кога је однос граничних фреквенција 1:2. Аудио опсег (од 20 Hz до 20000Hz) има 10 октава. Логаритамска промена фреквенције у аудио опсегу је:

Субјективна висина тона је она коју чуло слуха региструје. Субјективни осјећај висине се не поклапа са скалом у Hz. Субјективна јединица за висину тона је [mel].

Hz = mel, до ~500 HzЗа више фреквенције иста промена у [mel], одговара све већој промени у [Hz]. У музици је за подешавање висине тона (штимовање) уведена посебна скала – темперована скала са финијом поделом према којој је подељенаоктава на 12 полутонова. Промена фреквенције између 2 полутона је:

2=1,06 HzТо значи да је сваки следећи тон за 6 % виши од претходног. То омогућава да се интервали мањи од октаве уједначавају и звуче хармонично (мала терца 5:6, велика терца 4:5...)

Уво осећа врло мале промене у висини тона и узима се да у целом чујном подручју човек разликује 850 степени на скали за висину тона.

Човек приликом слушања разликује тонове који су исте висине а различите боје (на пример, исти тон на клавиру и саксофону). Захваљујући боји, звук је сасвим различит. Боју тона одређује број хармоника основног тона и њихове амплитуде (нивои). Исти основни тон може да има различит број хармоника: од неколико (фрула, флаута), до двадесетак (гудачки инструменти, клавир) и да сасвим различито звучи. У музици боја тона има пресудну улогу при стварању одређеног амбијента и атмосфере.

Звук који чуло слуха може да региструје, ограничен је по висини (фреквенцији) и нивоу [dB ]. Чуло слуха реагује на висине тона од 20 -20000 Hz.

Праг чујности је вредност нивоа испод које уво не региструје звучни притисак. ПРАГ ЧУЈНОСТИ ≈ 2 •10-5 Pa на 1000 Hz

На нижим и вишим фреквенцијама овај праг се разликује.

Граница бола је вредност нивоа изнад које људско уво не региструје звучни притисак. За овај ниво осетљивост ува не зависи много од фреквенције.

Чујно подручје ува

Најмања промена нивоа коју човек чује је 1 dB.

Често су нивои звука такви да ометају човека у раду. Сваки нежељени звук се назива бука- то су нивои звука преко 60dB.

Свакој чујној фреквенцији припада најнижи звучни притисак који уво управо још чује. Тај притисак зависи од фреквенције. Нпр., да би се на фреквенцији од 30 Hz дошло до прага чујности, треба уву довести звучни притисак који је око 60 dB виши од притиска на прагу чујности на фреквенције од 1000 Hz.

Промене карактеристика прага чујности могу бити пролазне или трајне Наглухост и губитак слуха могу бити последица дегенеративних промена, али и механичких оштећења (утицај буке).

Различити нивои звука

Децибели (dB) не воде рачуна о осетљивости ува у односу на фреквенцију. Не зависи од фреквенције. Субјективна мерења показују да осетљивост човечијег ува значајно зависи од фреквенције. Поредећи осетљивост на 1000 Hz са осетљивошћу на нижим и вишим фреквенцијама, добијене су криве исте субјективне јачине које се зову изофонске криве.

Ове криве су добијене тако да је узето да су dB једнаки фонима на 1000 Hz. На осталим фреквенцијама ова веза се може добити само на основу тока изофонских линија

(читати са графика). Не постоји једначина из које се могу претворити фони у dB и обрнуто.

Изофонске линије

Изражавање субјективне јачине у фонима најприближније одговара начину на који чуло слуха региструје звук.

Фони не могу дати информацију колико је један звук јачи или слабији од другога ни када се ради о сложеном звуку (што је и најчешће). Уведена је јединица за гласност, а то је сон.

Број сона показује колико пута је неки звук гласнији (јачи) од другог. Експериментално је уведена сонска скала, тако што је узето да је:

1 сон = 40 фона

Веза између фона и сона је дата релацијом

Децибели су објективни ниво звука. Фони су субјективни ниво звука (изофонске линије). Фони и dB су исти само на 1 kHz.

Сони представљају субјективну гласност:

1 сон = 40 фона = 40 dB на 1 kHz2 сона = 50 фона (дупло гласније од 1 сона)

Одређивање субјективне јачине сложеног звука није једноставно решити. Потребно је установити поступак који би био најприближнији раду чула слуха. Код сложеног звука који има линијски спектар са дефинисаним компонентама и њиховим амплитудама, одређује се следећим поступком:

ниво сваке компоненте у dB се коригује у складу са изофонским линијама, да би се добили фони (dB→ФОНИ)

фони се претворе у соне (ФОНИ →СОНИ). сони се сабирају сони се претворе у фоне (СОНИ → ФОНИ).

Нешто врло слично ради и човеково уво: свака се компонента коригује према осетљивости на одговарајућој фреквенцији компоненте појединачно побуђују нервне завршетке на

базиларној мембрани дуж нервних путева се остварује суперпозиција

појединачних надражаја информација стиже до центра за слух у мозгу

При свему овоме није свеједно колико су компоненте размакнуте по фреквенцији. Надражаји се различито сабирају, у зависности од међусобног интервала (да ли су у оквиру октаве или не).

Проблем је компликованији када сложени звук има континуалан спектар. Тада се интензитет звука одреди у оквиру једне октаве (са доста апроксимација) и изрази у виду линијског спектра, а онда иде претходни поступак. Такође није свеједно на којим фреквенцијама је тежиште спектра. Ако су доминантне ниске фреквенције, уводе се посебне корекције како би се дошло до што адекватније вредности субјективне јачине сложеног звука.

ГОВОР. МЕХАНИЗАМ ГОВОРА. РАЗУМЉИВОСТ ГОВОРА

Човек има способност да производи звук, односно да говори.

Говорни органи:

вокални тракт:o ждрело o усна шупљина o носна шупљина

фонаторни систем: o гркљанo гласнице

респираторни системo плућаo бронхијеo душник

дијафрагма

Говорни органи

Основа говорног система су гласне жице (гласнице). Састоје се од хрскавице међусобно повезане везивним и мишићним ткивом па су због тога веома покретљиве. Дужина им је око 18 mm (код жена) до 24 mm (код мушкараца). Гласнице вибрирају при проласку ваздушне струје кроз њих и стварају звук. За сваки глас, цели говорни тракт, а нарочито уста попримају одређени облик који формира коначан звучни талас за поједине изговорене гласове (фонеме).

Од брзине треперења гласница зависи и висина основног тона, или фреквенције.

Просечне вредности основне фреквенције су:

за мушке гласове ~ 100 Hz за женске гласове ~ 200 Hz за дечје гласове ~ 300 Hz

Шематски пресек говорног апарата

Гласноће на удаљености од 1 m су отприлике:

тихо шаптање 17 фона говор средње гласноће 57 фона врло гласан говор 77 фона

Због мале снаге, говор се у великим и бучним просторијама лако маскира до неразумљивости.

Основна јединица у говорној комуникацији је фонема (глас чија замена доводи до промене значења речи). У нашем језику има 30 гласова:

5самогласника (вокали)-А,Е,И,О,У 25 сугласника (консонанти)

При изговору самогласника, ваздушна струја слободно пролази, не наилазећи на препреке у вокалном тракту. Вокали имају линијски спектар (хармоници).

При изговору сугласника ваздушна струја наилази на препреке и нема слободан пролаз, па они не могу да се певају. Сугласници се разликују по месту и начину

настанка. Сугласници служе у распознавању речи. Они осе разумљивост говора. Сви сугласници имају континуалан амплитудни спектар, са израженим амлитудама у средњим и вишим фреквенцијама.

За успешну комуникацију потребно је остварити добру разумљивост говора која се егзактно мери следећим поступком:

Формирају се за сваки језик речи без смисла - ЛОГАТОМИ (најчешћи од 4 гласа у комбинацији CVCV - JAŽO, MIFO, RAWU, SIBA, TIKE и сл.)

Састави се листа од 100 логатома и емитује се слушаоцима са уређаја за репродукцију

Сваки слушалац бележи шта је чуо и тако се дође до податка колико је логатома исправно примљен

Разумљивост се одређује према

Разумљивост већа од 75% је добра разумљивост. Позоришта, слушаонице имају разумљивост од преко 95%.

На разумљивост говора утичу бројни фактори:

ширина фреквенцијског опсега (телeфонски канал 4кHz) при преносу кроз комуникациони систем

изобличења у преносном систему ниво говора шумови (бука) однос директног и рефлектованог звука у просторији

Сваки од ових фактора може да смањи разумљивост R испод 75%. Данас се користе међународни стандарди који прописују услове за одговарајућу разумљивост говора.

Графички запис говора је резултат акустичке анализе говорног сигнала којом се добијају подаци о трајању, фреквенцији и интензитету. Разликујемо осцилограм и спектрограм.

Осцилограм Спектрограм

3. МИКРОФОНИ

Mикрофони су електроакустички претварачи који акустичку енергију претварају у електричну. При томе, микрофони реагују на промене звучног притиска или на промене брзине честица ваздуха у звучном пољу које их окружују. Процес претварања акустичке енергије у електричну увек пролази кроз 2 фазе:

Прва фаза: претвара се акустичка у механичку енергију, Друга фаза: претвара се механичка у електричну енергију.

Сваки микрофон има механички осцилаторни систем са покретном мембраном на коју делују звучни таласи. Мембрана је у овом систему везана еластично тако да се у одсуству спољне силе враћа у свој почетни положај.

Мембрана са осцилаторним системом

Савремени микрофони су усавршени до те мере да имају верност репродукције која се може мерити са оригиналом.

Историјат микрофона:

1854. г.- први покушаји реализације микрофона (тзв. “контактни” микрофон) 1861. г. Рајс (Reis) je демонстрирао примену првог микрофона 1876. г. први употребљиви микрофон, у телефонском апарату, патентирао Бел

(Bell). 1890. г. уведен је у примену микрофон најсличнији данашњем угљеном

микрофону. 1917. г. појавио се електростатички микрофон 1924. г. појавио се електродинамички микрофон са траком, а онда са калемом. 1931. г. уводи се у производњу кристални микрофон 196... г. појављује се електрет микрофон

Микрофони се деле на:

Непосредне претвараче – Процес претварања енергије одвија се без утрошка енергије неког спољњег извора и реверзибилан је, може да се одвија у оба правца. Другим речима реверзибилан микрофон може да ради и као звучник.

Посредне или релејне претвараче – У процесу претварања троши се енергија спољашњег извора »релејни« принцип код којег се улазна енергија користи за регулисање преноса енергије од помоћног извора до излаза претварача. Због тога излазна снага може бити већа од улазне па они делом раде не само као претварачи, већ и као појачавачи. Посредни претварачи очигледно не могу бити реверзибилни

ОСНОВНЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ МИКРОФОНА

Основне карактеристике микрофона су:

Осетљивост микрофона Фреквенцијска карактеристика Карактеристика усмерености Фактор усмерености Динамички опсег микрофона Однос сигнал - шум Импеданса микрофона Степен искориштења Изобличења

Примјер техничких спецификација једног микрофона

Осетљивост микрофона даје се са:

где је

E – емс на отвореним крајевима микрофона,

р – звучни притисак у слободном звучном пољу (поље равних таласа), у смеру осе микрофона на месту где се налази микрофон.

Осетљивост се изражава у [V/Pa], али се из практичних разлога даје и у [mV/Pa].

Индекс претварања изражава осетљивост у dB. Oн пореди конкретни микрофон са референтним који на отвореним крајевима даје напон од 1 V, при звучном притиску од 94 dB (1 Pa) и рачуна се по обрасцу:

Типичне вредности индекса претварања за неке типове микрофона:

Електродинамички микрофон са траком: Sv = - 60 dB (Beyer M160) Електродинамички микрофон са калемом: Sv = - 54 dB (Shure SM57) Кондензаторски микрофон: Sv = -38 dB (Neumann U87)

Индекс нам говори за колико dB треба појачати излазни напон микрофона, добијен при притиску од 1 Pa, да би се достигла вредност од 1 V, што представља величину напона који се разводи по аудио инсталацијама.

Фреквенцијска карактеристика микрофона представља промену осетљивости, изражену у dB, у функцији фреквенције и даје се у облику дијаграма.

Вредности су нормализоване на вредност осетљивости на 1000 Hz, што представља референтну осетљивост (0 dB).

Фреквенцијска карактеристика једног микрофона

Квалитетни студијски микрофони имају приближно равну карактеристику у опсегу од 30 Hz do 18 kHz, док мерни микрофони покривају још шире подручје са скоро идеално равном карактеристиком.

По правилу највећа осетљивост микрофона је када звучни таласи долазе из смера нормалног на раван мембране, из смера осе микрофона. Карактеристика усмерености у одређеној равни и за одређену фреквенцију је дата у поларном дијаграму:

Θ – угао који са осом микрофона заклапа правац доласка звучних таласа,

Тθ – осетљивост микрофона под углом θ,

Т0 – осетљивост микрофона у смеру осе.

Микрофони су најчешће симетрични у односу на осу, па је карактеристика усмерености иста за све равни које пролазе кроз осу.

Преглед карактеристика усмерености:

Кружна карактеристика

Кардиоидна карактеристика

Треф (детелина) карактеристика

Двокружна карактеристика

Фактор усмерености преставља усмереност микрофона једним бројем.

Фактор усмерености је однос акустичке енергије коју у дифузном звучном пољу прима неусмерени микрофон и енергије коју под истим условима прима усмерени микрофон, исте осетљивости у смеру осе. Ова 2 микрофона би у слободном звучном пољу, окренута према извору, дала једнаке емс. на својим излазима

Фактор усмерености се може дати и у децибелима, а тада се назива индекс усмерености.

Динамички опсег микрофона представља разлику између нивоа најјачег и најслабијег звука који микрофон може пренети уз одређени дефинисани ниво изобличења.

Доња граница је одређена вредношћу сопственог шума:

K - Болцмановаконстанта(1,38 J/K), T – температура у степенима Келвина, R – унутрашња отпорност у Ω, Δf - пропусни опсег u Hz

Ниво сопственог (термичког шума) микрофона LTN у односу на 1V, у опсегу од 1Hz, на отпорности 1 Ω je: –198 dB (10 log 4KT = -198 dB).

Вредност сопственог шума микрофона често се изражава као “еквивалентни ниво шума”. То је ниво звучног притиска који би створио на излазу микрофона сигнал једнак сигналу сопственог шума. Еквивалентни ниво шума се изражава у dBA. Код квалитетних микрофона ова вредност је мања од 15 dBA.

Динамички опсег са горње стране је ограничен изобличењима која настају услед превеликог померања мембране при високом нивоу звука. Код квалитетних микрофона ова граница је знатно изнад нивоа који одговара граници бола и креће се у опсегу од 125 до 150 dB. Према томе, за квалитетне микрофоне динамички опсег је од 120 до 140 dB.

Произвођачи микрофона дефинишу максимални ниво звука при којем микрофон има укупна хармонијска изобличења (THD) излазног сигнала од 1% (0,5%).

Опсег између нивоа притиска који одговара датом проценту изобличења (најчешће 1%) и еквивалентног нивоа шума називамо динамички опсег микрофона.

Динамички опсег за микрофон са датим карактеристикама на почетку: За 1% изобличења ниво притиска је 132 dB. Његов еквивалентни ниво шума је 17 dBA. Динамички опсег овог микрофона је: (132-17) = 115 dB.

Однос сигнал - шум (S/N) даје однос између номиналног нивоа звука (94 dB) i A-пондерисаног еквивалентног нивоа шума микрофона.

Однос СИГНАЛ -ШУМ за претходни пример је:

S/N = (94 -17) dB = 77 dB

Импеданса даје податак који говори како се микрофон понаша као генератор и како га требаприкључити на улазпредпојачавача. Даје се за фреквенцију од 1 kHz. Према импеданси, делимо их на микрофоне:

Са ниском импедансом (200 Ω) (може се користити дужи прикључни кабл) Са високом импедансом (50 k Ω) (мора се користити краћи прикључни кабл)

Степен искориштења микрофона (η) је мали (између 0,1 i 1 %). Разлози су:

Део звучне енергије која стиже до мембране микрофона рефлектује се и враћа у околни простор

Преостали део покреће мембрану претварајући се при томе у механичким, акустичким и електричним елементима у топлоту.

Поступак двоструког претварања енергије, најпре акустичке у механичку, а онда механичке у електричну.

ВРСТЕ МИКРОФОНА

Микрофоне делимо према намени, начину коришћења, карактеристици усмерености, физичкој величини која изазива кретање мембране, начину генерисања електромоторне силе итд.

Према намени микрофоне делимо на оне који се користе:

за снимање говора за снимање музике за конференције за концерте и “живе”приредбе за мерења за аматерску примену итд.

Према начину коришћења микрофоне делимо на:

микрофоне са каблом (жични) радиомикрофоне (бежични) краватне (фиксирање на одело) за ношење на глави уграђени (у делове намештаја, зидове, опрему) итд.

Према физичкој величини звучног поља која изазива кретање мембране постоје:

пресиони микрофони – микрофони који раде на притисак, код којих су брзина или померај мембране сразмерни притиску у звучном пољу;

градијентни микрофони – микрофони који раде на разлику притисака, код којих су брзина или померај мембране сразмерни градијенту притиска у звучном пољу;

комбиновани микрофони – код њих на кретање мембране утичу, комбиновано и притисак и градијент притиска.

Према начину генерисања електромоторне силе микрофоне делимо на:

Угљене Електродинамичке са калемом Електродинамичке са траком Пиезоелектичне или кристалне Електростатичке-кондензаторске Електростатичке-електрет

Принцип рада угљеног микрофона заснива се на промени прелазног отпора између угљених зрнаца. Вибрација мембране због звучних таласа неједнако ће потискивати угљена зрнца. Промена прелазног отпора резултоваће у струјном колу променљиву струју.

Принцип рада угљеног микрофона

Поред сталне једносмерне струје I0 имамо и промљењиву компоненту струје ΔI, која је пропорционална промени отпорности ΔR.

Карактеристике угљеног микрофона су:

јефтини за производњу (једноставна конструкција) велика осетљивост (100 mV/Pa), гласан говор - излазни напон до 500 mV висок ниво сопственог шума лоша фреквенцијска карактеристика велика изобличења

Скоро искључиво се користи у телефонским комуникацијама, где се тако дуго задржао и поред набројаних недостатака, само због своје велике осетљивости, једноставне конструкције и робусности.

Код електродинамичких микрофона са калемом кретни елемент је мембрана на коју је налепљен калем. Мембрана је Al или пластична фолија. Калем је бакарна жица пречника 50 μm, изолована лаком, отпорности реда 10 do 100 Ω, индуктивности реда 100 μH. Магнетни системчине магнети (Ticonal, Alnico, Neodimium) и полни наставци (од меког гвожђа).

Електродинамички микрофон са калемом

Калем се налази у међугвожђу магнетног система, па се при померању у њему индукује електромоторна сила. Индукована електромоторна сила E управо је пропорционална брзини кретања v (осциловања) калема.

Основне карактеристике овог типа микрофона су:

равна фреквенцијска карактеристика од 30(60) Hz до 15(20) kHz, осетљивост: 2 mV/Pa, еквивалентни ниво шума: 20 dBA, максимални ниво звучног притиска при 1% изобличења: 140 dB динамички опсег: 120 dB импеданса: 200 до 600 Ω изобличења: веома мала отпорни на потресе и вибрације осетљиви на високе нивое звучног притиска (изнад 125 dB) на ниским f осетљиви на спољашња магнетна поља

Најчешће их користе певачи на сцени (висок ниво звука, отпорни на потресе и ударе).

Електродинамички микрофон са траком је посебна врста динамичких микрофона где трака делује и као мембрана и као проводник у којем се индукује електромоторна сила.

Електродинамички микрофон са траком

Метална трака је обично од алуминијума, дуга неколико сm, ширине неколико mm, а дебљине неколико μm. Веома је лака и има електричну отпорност реда 0,1 Ω до 0,2 Ω. Раде се разни магнетни склопови ради добијања градијентног,пресионог или комбинованог микрофона овог типа

Основне карактеристике:

равна фреквенцијска карактеристика од 30 Hz do 15 kHz, осетљивост: 6 mV/Pa, већа него код електродинамичког микрофона са калемом еквивалентни ниво шума: 20 dBA, максимални ниво звучног притиска при 1% изобличења: 120 dB динамички опсег: 100 dB импеданса: 200 Ω уз прилагодни трансформатор изобличења: мала и на ниским f мања од 1 % при нивоу звука од 100 dB изванредна транзијентна карактеристика осетљиви на ветар, шум руку, потресе, ударе нису погодни за примену на отвореном - TV, филм имају уграђен трансформатор - повећава тежину, димензије, поскупљује

израду.

Кристални микрофони зову се још и керамички или пиезоелектрични микрофони. То су микрофони код којих електромоторна сила настаје деформацијом претварачког елемента који има пиезоелектрична својства.

Кристални микрофон

При деловању звучног притиска на мембрану, слободни крај биморф-а се савија на једну или другу страну, а на његовим изводима се појављује емс. Е.

Пиезоелектрична својства имају материјали:

Кристали: кварц, Сињетова (Signette) со Керамички материјали: баријум-титанат (отпоран на климатске утицаје)

Особине ових микрофона су:

Проста конструкција (нема батерије, магнета, појачавача, трансформатора) Велика осетљивост: од 10 mV/Pa, до неколико десетина mV/Pa, керамички - 12

до 16 dB нижа Карактеристика усмерености: кружна Еквивалентни ниво шума: опада са фреквенцијом, Утицај кабла на вредност излазног напона и доњу граничну f Импеданса: капацитивна, реда 1 nF Изобличења: веома мала при нивоима звука до 130 dB Утицај температуре и влаге на капацитет Тешко је постићи равну фреквенцијску карактеристику због утицаја сложених

појава резонанције у механичком систему и код самих плочица кристала

Кондензаторски микрофони су микрофони највишег квалитета (за студијска снимања, мерења). Принцип рада дат је на слици. Померај мембране Δx изазива промену капацитета микрофона за ΔС, а ово доводи до промене напона Е.

Кондензаторски микрофон

Електрети су диелектрични материјали који после излагања јаком електричном пољу задржавају сталну електричну поларизацију без присуства спољашњег напона. Разликујемо електрете са просторним наелектрисањем и електрете са наелектрисањем у облику дипола. Код обе врсте материјала једна страна је наелектрисана позитивно, а друга негативно. Постоје електрети који имају обе врсте наелектрисања - просторно и “диполно”. Материјали који се користе за израду електрета су:

Органски полимери (полипропилен, полиестер-терефтелат) Халокарбонски материјали (тефлон и аклар)- наносе се на задњуелектроду

микрофонске каписле

Микрофон са електретом

Принцип рада микрофона са електретом састоји се у следећем: мењањем растојања између електрода, мења се капацитет кондензатора, при константном наелектрисању, па се мења напон између електрода.

Основна разлика између кондензаторских микрофона и ових микрофона јесте што микрофони са електретом већ имају поларизацију каписле. Овим се елиминише високи поларизациони напон који је неопходан код кондензаторских микрофона и упрошћава се како израда тако и примена ових микрофона. Напајање електрет микрофона не може се сасвим избећи због предпојачавача постављеног уз капсулу у исто кућиште

(може бити обезбеђено споља или путем минијатурне батерије смештене у кућишту микрофона).

Особине електрет микрофона:

Осетљивост: велика 2- 10 mV/Pa Фреквенцијска карактеристика: широка и равна Карактеристика усмерености: кружна, двокружна, једносмерна Еквивалентни ниво шума: реда 20 dBA, Импеданса: конвертор импедансе, предпојачавач, неколико стотина Ω Изобличења: веома мала при нивоима звука преко 130 dB (< 1%) Напајање: 9 - 52 V DC

4. ЗВУЧНИЦИ

Звучници су електроакустички претварачи који електричну енергију претварају у акустичку. Процес претварања електричне енергије у акустичку пролази кроз 2 фазе:

Прва фаза: претварање електричне енергије у механичку Друга фаза: претварање механичке у акустичку енергију

Процес претварања иде обрнутим редом од оног код микрофона. Реверзибилни претварачи могу да раде и као микрофони и као звучници.

ПОДЕЛА ЗВУЧНИКА

ЕЛЕКТРИЧНА ПОДЕЛА:

Према начину претварања електричних осцилација напона у вибрације мембране постоје:

електромагнетни, електродинамички, електростатички или кондензаторски и пиезоелектрични или кристални звучници.

Електродинамички звучник је данас скоро у потпуности потиснуо из употребе остале врсте звучника.

АКУСТИЧКА ПОДЕЛА:

Према начину спреге мембране са средином у којој звучник зрачи постоје:

звучници са директним зрачењем, звучници са левком и звучничке групе.

ОСНОВНЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ ЗВУЧНИКА

Основне карактеристике звучника су:

Фактор претварања Фреквенцијска карактеристика Ефикасност Карактристика усмерености Степен искоришћења Импеданса Изобличења Снага

Фактор претварања дат је изразом:

Где је:

U – напон на крајевима звучника,

р – звучни притисак у слободном звучном пољу (поље равних таласа), на растојању 1 m, у смеру осе звучника.

Фактор претварања изражен у dB, назива се индекс претварања звучника:

где је: pref =1 Pa, Uref=1V.

Фреквенцијска карактеристика звучника представља промену фактора претварања у функцији фреквенције, изражену у dB, а дата је на дијаграму:

Фреквенцијска карактеристика звучника

Вредности су нормализоване на вредност фактора на 1000Hz, то је референтна вредност (0 dB). Из карактеристике се види и колика је ширина радног подручја звучника (-3dB).

Ефикасност звучника се у пракси обично изражава у dB и представља ниво звучног притиска који звучник ствара на растојању 1m у смеру осе при побуди електричном снагом од 1W. У литератури се даје као Sensitivity: 97 dB (1W, 1m) или SPL: 111 dB (1W, 1m) .

Карактеристика и фактор усмерености на исти начин је дефинисана као и код микрофона. Обично се даје у хоризонталној и вертикалној равни и на стандардним фреквенцијама октава.

Степен искоришћења звучника η представља однос акустичке снаге зрачења и електричне снаге напајања звучника:

За правилно прикључење звучника на излаз појачавача снаге потребно је знати импедансу звучника. Она зависи од начина уградње звучника. Њену називну или номиналну вредност даје произвођач, али неопходно је познавати модул импедансе у функцији фреквенције.

Изобличења код звучника су хармонијска изобличења. Мере се 2. и 3. хармоник (к2 и к3) при једној десетини номиналне снаге звучника. Није важна апсолутна вредност појединих хармоника, већ разлика у нивоу између основног и појединих виших хармоника. Разлика од 20 dB одговара изобличењима од 10%. Разлика од 40 dB одговара изобличењима од 1%.

Снага звучника се најчешће даје као номинална (називна) снага (рower handling capacity-rated power). То је снага коју звучник може да издржи 2 сата а да при том трајно не промени акустичке, механичке или електричне карактеристике за више од 10%. Снага се израчунава као количник из квадрата ефективне вредности напона на прикључцима звучника и минималне вредности импедансе Zmin. При мерењу, звучник је у слободном простору монтиран тако да је правац кретања мембране у хоризонталној равни.

КОНСТРУКЦИЈА ЕЛЕКТРОДИНАМИЧКОГ ЗВУЧНИКА

Конструкција електродинамичког звучника приказана је на следећој слици.

1- еластични подметач по ободу корпе,2- еластични руб мембране,3- центратор,4- калем,5- проводници,6- отвор за изједначавање притиска,7- мембрана,8- магнетни склоп,9- корпа.

Конструктивно решење електродинамичног звучника омогућава врло велике помераје кретног система, при чему се постижу врло велике снаге зрачења.

Код осталих типова претварача (на пример код електромагнетног или електростатичког) ово није случај, јер код њих велики помераји доводе до неприхватљивих вредности изобличења. То је главна предност електродинамичког звучника и разлог што је његова примена у пракси вишеструко превазилази све остале типове звучника заједно.

Важан дио ових звучника је мембрана. Најчешће се срећу конусне мембране (код ниско и средњетонских звучника), а у новије време и равне мембране (вишеслојне-

сендвич структуре). Израђују се од: папира, металне фолије, пластике, импрегнисаног платна, сендвич структуре итд.

ЗВУЧНИЧКИ СИСТЕМИ

Звучник заједно са елементом у који је уграђен (плоча, кутија, левак) ради побољшања својих карактеристика зрачења, чини звучнички систем или звучничку комбинацију. Сложенији звучнички системи у своме саставу имају више звучника и одређене електронске склопове као што су: скретнице, ослабљивачи, коректори, заштитна кола итд.

Звучнички системи са директним зрачењем су они код којих мембрана и други зрачећи елемент преносе акустичку енергију директно у простор (без било каквих прилагођивача акустичке импедансе). Ту спадају звучнички системи у плочи:

са затвореном кутијом, са бас-рефлекс кутијом, са пасивним радијатором, са спрегнутим коморама, са лавиринт кутијама, као што је приказано на слици.

Звучнички системи са директним зрачењем

5. СЛУШАЛИЦЕ

Слушалице се састоје од два идентична дела за оба уха. Главни део је електроакустички претварач или слушни уложак. Слушалице су предвиђене да зраче у комору коју чине ушна шкољка и ушни канал.

Слушалице

Звучник ствара звучни притисак у простору који га окружује, а код слушалица је тај простор мала комора између мембране слушалице и бубне опне човечијег ува. Зато слушалица може да има релативно малу мембрану а да притисак који ствара у комори достигне ниво и преко 120 dB. Као и код осталих звучника, карактеристике слушалица су:

Фактор претварања Фреквенцијска карактеристика (квалитетне слушалице, при добром налегању:

20 Hz do 20 kHz) Ефикасност (реда 90 dB при улазној електричној снази од 1 mW) Степен искоришћења Максимална улазна снага неколико стотина mW Укупна хармонијска изобличења (знатно мања од 1%)

Носач слушалица (шкољка) може бити израђен као отворен или затворен. Отворене слушалице (“open air” headphones) имају отворену решетку на задњој страни кућишта. Овакво кућиште не изолује слушаоца од спољашњих страна кућишта, а уједно звук слушалица могу да чују и други који се налазе у близини. Затворене слушалице имају потпуно затворено кућиште, тако да слушаоци у близини не могу лако чути репродуковани звук. У затвореном кућишту, због резонанси, може на одређеним фреквенцијама доћи до повећаног изобличења репродукованог звука.

Постоји неколико подела слушалица.

Врсте слушалица према облику носача слушних уложака:

окоушне, наушне, на ушној шкољци,

у ушној шкољци, у ушном каналу

Окоушне - “Circumaural” слушалице имају кружне или елиптичне јастучиће који обухватају уво. Најчешће се користе код снимања и слушања музике

Окоушне слушалице

Наушне - “Supra-aural” слушалице имају јастучиће који не обухватају уво већ стоје на ушима. Највише су се користиле током осамдесетих година прошлиг века уз персоналне стерео уређаје.

Наушне слушалице

Слушалице мање величине постављене директно на улаз слушног канала - “Earbuds or earphones” су јефтине практичне слушалице које се данас користе уз персоналне музичке уређаје.

Earbuds or earphones

Каналне или ушне слушалице - “Canalphones, in-ear monitors, or IEMs” су слушалице које се постављају директно у слушни канал. Практичне су за ношење а уједно делују и као заштитници од буке.

Каналне слушалице

Према начину претварања електричног сигнала у звучни притисак слушалице делимо на:

електромагнетне електродинамичке кристалне

Електромагнетне слушалице користе се пре свега у телефонији. Изглед и фреквенцијска карактеристика су дате на слици.

Електромагнетне слушалице

У практичној примени слушалице су ретко када прислоњене на уво. Услед тога долази до слабљења на ниским фреквенцијама (крива означена цртицама).

Електродинамичке слушалице по конструкцији личе на електродинамички микрофон. Губитак ниских фреквенција услед лошег налегања слушалица и овде је сличан оном код електромагнетне слушалице.

Електродинамичке слушалице

Данас се израђују у разним варијантама: од веома квалитетних за професионалну примену код снимања и репродукције музике високог квалитета, до минијатурних слушалица, релативно доброг квалитета репродукције, које се користе уз различите преносне уређаје.

На слици је дат изглед и фреквенцијска карактеристика кристалних слушалица. Фреквенцијска карактеристика (A) када је слушалица затворена комором и када је овлаш прислоњена на уво (B).

Кристалне слушалице

6. СНИМАЊЕ ЗВУКА

У пракси су коришћена три начина снимања звука :

механичко снимање магнетно снимање оптичко снимање

Механичко снимање је техника записивања код које је основна идеја да се акустичке осцилације у ваздуху пренесу на »нож» који вибрира и уједно се помера транслаторно тако да урезује бразду у неку чврсту материју. На тај начин бразда својим обликом представља механичку слику временске промене акустичког сигнала.

При репродукцији цео поступак иде у супротном смеру. Уместо ножа, игла прати урезан траг, а вибрације игле преносе се на мембрану која је извор репродуктивног звука.

Оптичко снимање звука потиче јиш из 1890. године, али је почело да се примењује од 1930. за потребе звучног филма. Данас се примењују два начина снимања :

снимање на филмску траку ( аналогна техника) снимање на компакт диск (CD – дигитална техника )

Код оптичког снимања звука врши се вишеструко претварање једног облика сигнала у други.

Дигитално обрађени сигнали имају предности над аналогно обрађеним сигналима:

очувана динамика изворног сигнала велика отпорност на сметње мала изобличења могућност различитих обрада и трансформација без деградације сигнала.

За квалитетан оптички запис дигиталног сигнала насталог обрадом звучног сигнала неопходно је задовољити следеће критеријуме:

велику густину записа велики капацитет меморијског медија велику брзину записивања и очитавања (врло велики фреквенцијски пропусни

опсег) изузетно усмерен светлосни зрак за уписивање и очитавање.

Све ове захтеве задовољава дигитални запис на оптички (компакт) диск коришћењем ласерског извора светлости.

МАГНЕТНО СНИМАЊЕ ЗВУКА. МАГНЕТОФОН

Магнетофон је електронски уређај за снимање и репродукцију звука који ради на принципу магнетизације траке. Први магнетофон је направио Данац Валдемар Поулсен (Valdemar Poulsen) 1898. године. Принцип рада је практично исти као и код каснијег касетофона.

Магнетофон

Магнетофон има електронски и механички део.

Електронски део претвара звук у електричну енергију и исту користи за запис на магнетску траку помоћу електромагнетске главе за писање и читање. Врши обрнут процес при репродукцији.

Механички део с електромотором помјера магнетску траку напред или натраг док се на њу записују или с ње очитавају подаци.

Делови магнетофона су:

Глава за репродукцију Глава за снимање Носачи магнетофонске траке Трака Појачавач звука Звучник Појачавач микрофона Микрофон

При снимању електромотор покреће магнетофонску траку која пролази поред магнетофонске главе. Глава (електромагнет) прима промењиве електричне сигнале

које претвара у промењиво магнетско поље. Ово изазива магнетизацију траке која пролази у складу с тренутним електричним сигналом.

При очитавању процес је обрнут, магнетизована трака индукује струју у глави за читање (електромагнету), а та струја се даље појачава и репродукује у звучнику.

Магнетофонска глава је, по својој функцији, компонента помоћу које се електрични сигнал записује на магнетну траку, и обрнуто очитава магнетни запис, односно претвара га у електрични сигнал.

У конструктивном погледу магнетофонска глава је састављена од торусног језгра, међугвожђа са такозваним расцепом или процепом, и намотаја који обухвата торусно језгро. У расцеп језгра ставља се немагнетни материјал, бакар на пример, који спречава сакупљање опиљака са траке и затварање магентног поља унутар торуса.

Трака са феромагнетним материјалом пролази поред расцепа тако да се магентно коло торуса затвара ван расцепа кроз магнетну траку. Језгро је од танких трафо- лимова или је изливено од феромагнетног материјала. На слици приказана је глава за монофонске магнетнофоне, код којих процеп належе до пола траке, што омогућава упис и по окретању траке.

Магнетофонска глава

При снимању , односно записивању сигнал се са излаза електронског појачавача прикључује на намотаје магнетофонске главе. Струја кроз намотаје ствара магнетно

поље које се затвара кроз торус са обиласком расцепа кроз траку. Под дејством магнетног поља магнетише се феромагнатни слој зрнасте структуре нанесен на траку. Сигнал је променљив и изазива променљиво магнетно поље. Трака се креће да би се промене сигнала забележила у облику подужно променљиво намагнетисаног трага.

Репродукција, односно очитавање се одвија тако што се намагнетисана трака креће испод процепа и у торусу формира магнетно коло. Крајеви намотаја торуса са сада прикључују на улаз екетронског појачавача. Због кретања траке мења се магнетни флукс који се затвара кроз торус и обухвата намотаје. Због промене магнетног фукса у намотајима се индукује електромоторна сила која представља електрични сигнал магнетног записа са траке.

Трака је пластична с нанетим феромагнетским слојем или ређе метална. Брзина премотавања траке је била стандардизована на 4,75 инча у секунди за снимање говора, 9,5 и 19 инча у секунди. Ређи су били магнетофони са брзином 4,75 јер је репродукција била лошијег квалитета, само за снимање говора, али је зато била аутоматски већег капацитета. Брзина 9,5 се могла сматрати стандардом док су бржи магнетофони сматрани и коришћени за професионалне потребе. Касетофони који су се касније појавили имали су брзину премотавања траке од 4,75 инча у секунди.

ДИГИТАЛНО СНИМАЊЕ ЗВУКА

Дигитално снимање звука заснива се на чињеници да је репродукција звука могућа и то без губитака квалитета и онда када се уместо комплетног НФ сигнала сниме само његови одмерци добијени уз поштовање теореме о одмеравању. При дигиталном снимању НФ сигнал се дигитализује, дакле пролази кроз сљедеће фазе:

Одабирање (одмеравање, узорковање, семпловање) Квантовање (квантизација) Кодовање

Према теореми о одабирању, репродуковани звук ће бити исти као и оригинални звук ако се уместо оригиналног звука сниме његови одмерци при чему морају бити испуњени сљедећи услови:

Фреквенција одабирања мора бити два или више пута већа од максималне фреквенције која се јавља у спектру НФ сигнала који се снима (fs>2fmax)

У НФ сигналу не смеју да постоје и компоненте чије су учестаности веће од половине фреквенције одмеравања.

Одмеравање сигнала

Фреквенција одмеравања за дигитализацију људског гласа је 8000 одмерака у секунди. За музику она износи 44100 одмерака у секунди.

Квантизација је поступак којим се врши „заокруживање“ тренутне вредности НФ сигнала (у тренутку одмеравања) на најближу унапред одређену вредност.

Квантовање сигнала

Кодовање је поступак којим за сваку вредност квантизираног сигнала по неком унапред утврђеном правилу (коду) одреди нека реч (број).

Ово се изводи помоћу А/Д конвертора и кодера.

Кодовање

Тренутак одабирања

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9

Величина 1 2,8 4,6 6,4 7 6,8 5,7 3,2 0,9

НФ сигналаКвантована величина

1 3 5 6 7 7 6 3 1

4-битни код

0001 0011 0101 0110 0111 0111 0110 0011 0001

Пример дигитализације

Људски глас се кодује са 8 бита. Музика обично са 16 бита.

Фазе код дигиталног снимања:

Филтрирање аналогног сигнала (НФ филтар) Одабирање сигнала Квантизација Генерисање поворке нула и јединица – PCM (А/Д конверзија и кодовање) Снимање

Фазе код репродукције дигиталног снимка:

Декодовање и Д/А конверзија PCM сигнала Одабирање Филтрирање (НФ филтар) Појачање сигнала (аудио појачавач) Репродукција (звучник, слушалице)

КОМПАКТ ДИСК

Компаније Филипс и Сони су 1982 године стандардизовале систем за снимање и репродукцију дигитализованог аудио сигнала. Носач аудио сигнала је назван компакт диск („compact disc – CD“), дигитализовани снимљени сигнал „Compact disc digital audio – CDDA“ а уређај за репродукцију CD репродуктор.

Компакт диск је оригинално предвиђен за записивање аудио сигнала; касније је прилагођен осталим применама. Снимање је реализовано на два канала (двоканални стерео). Фреквенција узорковања је била 44,1 kHz а квантовање 16 бита. Диск је имао пречник 120 mm.

Запис на диску је реализован у облику спирале са почетком у централном делу диска и крајем на периферији. Очитавање почиње од центра диска (прво се очитава унутрашња спирала) при чему је угаона брзина диска 500 оb/min. Очитавање се завршана на периферији диска при угаоној брзини 200 ob/min. Непрекидним повећавањем угаоне брзине диска одржава се константна периферијска брзина од 1,25 m/s.

Због ласерског очитавања код компакт диска нема непосредног контакта између претварача сигнала и диска (носача записа) па ни до њиховог хабања или оштећења током репродукције.

Запис се налази на доњој страни диска. Састоји де од удубљења константне ширине (0,5μm) и дубине и различите дужине. Растојање између трагова је 1,6 μm.

Светлосни сноп ласерске диоде се фокусира помоћу сочива и погађа мету (односно траг где су смештени подаци) на диску. Рефлектована светлост се враћа и кроз призму усмерава на фото диоду.

Начин очитавања података са компакт диска

У запису на диску сигнале ниског нивоа представљају удубљења а сигнале високог нивоа равни делови површине. Удубљења имају висину једнаку λ/4, где је λ таласна дужина ласерске светлости. Интензитет светлости је већи када се рефлектује од равне

површине диска и то је логичка јединица. Када ласерски зрак наиђе на удубљење, део светлости се рефлектује од удубљења а део од равне површине. Та два дела су у противфази и међусобно се делимично поништавају. Тако укупни интензитет светлости рефлектоване када зрак погађа удубљење на диску је мањег интензитета и то је логичка нула.

Компакт диск се састоји из четири слоја. Идући одоздо (са стране записа) имамо прозирни поликарбонатни слој, рефлектујући алумијумски слој, заштитни акрилни слој и етикету. Подаци се налазе на рефлектујућем алуминијумском слоју, на спиралном трагу, у облику удубљења и равних површина. Како је већ речено, удубљења су константне ширине од 0,5 μm и константне дубине (λ/4≈0,13 μm) а различите дужине. Размак између трагова је 1,6 μm. Ласерски зрак је пречника 1,2 μm.

Пресек компакт диска

7. СТЕРЕОФОНИЈА

У моно репродукцији звук се репродукује из једног звучника али све у истом обиму и са истим временом одлагања. У моно репродукцији не осећамо распореде извора звука у простору.

Ако у просторију гдје имамо два извора звука поставимо два микрофона на иста мјеста и врсимо пренос звука у звучнике са сваког микрофона посебно добија се стерео ефекат.

Стерео ефекат нам омогућава да, поред квалитетних репродукција добијамо утисак простора - просторни распоред извора звука (провајдера). Тако се може одмах сазнати да ли звук долази са леве или десне стране.

Човек са сваком уху, посебно осећа интензитет, висину и боју тона. Да бисмо звук осетили просторно, неопходно је да се осете разлике у интензитету, разлике у фази и времену.

Како звук путује до човека?

Разлика у интензитету настаје због заклањања главе, па интензитет звука са леве и са десне стране главе није исти.

Човек са само једним ухом не осећа разлику између две фазе тонова. Фазна разлика долази нарочито до изражаја, ако звук не долази из правца у којем сте окренути. Фазна разлика настаје због различитих дужина путање звука до левог и десног уво.

Поред фазне разлике, које се јављају на вишем фреквентном опсегу, интензитет звука у ушима није исти. Ово се дешава због тога што једно уво чује слабији звук, јер је иза главе.

Фазна разлика и разлика у интензитету рада у комбинацији са центром за слух омогућавају нам да утврдимо позицију извора звука. Све ово горе осећамоо на ниским фреквенцијама. До 800 Хз нађемо правац на основу разлика у фази, а на фреквенцијама преко тога на основу инетензитета.

Посматрајмо следећу слику.

Звучник А је ближе слушаоцу, па звук долази из њега прије него из звучника В, који је даље. Чини нам се да ради само звучник А ако је његов интензитет звука већи. Слушалац такође открива да ли је звук заостао за више од 50 мс или ако је разлика у путу звука већа од 17 м.

Сва три својства, која просторно локализују звук су веома важни за стереоефекат.

Да бисмо добили утисак стерео звука у простору, морамо да имамо више извора звука. Ако имамо два звучника у просторији можемо да доведемо до њих два моно сигнала у исто време и исте снаге, што би - ако се слушалац налази на симетрали између звучника - имали утисак да звук долази из једног извора звука, која се налази у тачки А`.

Ако разлика између нивоа извора звука 15-20 децибела, можемо само чути звук јаче снаге, јер је наше ухо реагује само разлика у погледу нивоа звука. Овај ефекат је један од основних стереофонски техника.

За утисак стерео звука у просторији морају да буду најмање два звучника. За стерео ефекат, важно је да слушалац је у оквиру поља С.

SURROUND РЕПРОДУКЦИЈА ЗВУКА

Surround репродукција звука развила се због лошег квалитета звука на телевизији.

У телевизији постоје сљедеће технике преноса звука:

МОНО СТЕРЕО, SURROUND – Dolby Pro Logic

Да би се омогућила репродукција и слушање SURROUND технике потребно је задовољити следеће услове:

Потребно је шест звучника. Слушалац мора да се налази на средини између звучника. Препоручује се да сви звучници (осим subwoofer – a) налазе у висини главе

слушаоца. Потребан је извор звука - Dolby Pro Logic декодер и појачало.

Распоред звучника и позиција слушања код Surround репродукције звука

Проблем се може јавити код централног звучника. Ако он није магнетно оклопљен може изазвати сметње на вашем ТВ – у. То значи да не би требало да буде постављен на или испод телевизора и мора бити удаљен најмање пола метра од екрана. Положај subwoofer – a није толико важан, јер људско ухо не може да чује из ког правца долазе нижи тонови.

Код Surround репродукције звука постоје следећи стандарди:

Dolby Pro Logic Dolby Digital THX8. ОЗВУЧАВАЊЕ

АКУСТИЧКЕ ПОЈАВЕ ПРИ ОЗВУЧАВАЊУ

Озвучавање је поступак којим се помоћу микрофона, појачавача и звучника остварује потребан ниво звука у некој просторији или отвореном простору.

Први корак у озвучавању је одређивање потребног нивоа звука, затим се израчунава електрична снага појачавача (када се зна коефицијент корисног дејства звучника) и одређује се броје звучника. На крају је најделикатнији дио постављање микрофона и звучника на најповољнија места.

При одабирању места на коме ће бити микрофони и звучници мора да се води рачуна да не дође до појаве акустичке повратне спреге, еха и двоструког говора.

Акустичка повратна спрега (микрофонија) се јавља у случајевима када су микрофон и звучници тако постављени да систем микрофон-појачало-звучник-микрофон ступи у осциловање. То је појава када у простору неки звук који се репродукује у звучнику долази до микрофона, појачава се и опет се репродукује у звучнику и процес се понавља у круг. То врло брзо узрокује снажан звук у облику звиждања. Увијек ће неки звук из звучника доћи до микрофона, али до микрофоније ће доћи када тај звук има већи интензитет од првобитног звука, односно шума у просторији. Ово се избјегава адекватним постављањем микрофона и звучника. Микрофон се поставља на мјесто (у правцу) гдје звучници најслабије зраче.

Ехо се јавља на отвореном простору када до слушаоца, поред директног, стижу и звуци који се одбијају од околних предмета (зграде, дрвеће...) Ако је разлика у путевима које прелазе директни и одбијени звук већа од 17 метара (ако је временска разлика већа од 50 милисекунди) слушалац два пута чује исти звук и то смањује разумљивост. Ако је временска разлика мања од 50 милисекунди ова два звука се стапају у један и еха нема.

Двоструки звук је сличан еху, јавља се када до слушаоца стижу звуци из два или више звучника који су од њега различито удаљени, тако да они стижу у временском размаку који је већи од 50 милисекунди.

Ехо и двоструки звук нису толико опасни, јер човек увек чује више звукова. Ако је један од ова два звука јачи од другог за бар 6 децибела, он ће маскирати слабији звук и слушалац ће чути само њега.

Постоје различити типови озвучавања. Успостављање и нестајање звучног поља у отвореном и затвореном простору се разликује, па разликујемо озвучавање отвореног и затвореног простора. Према начину постављања звучника озвучавање може бити централно (сви звучници на једном месту) или секторско (звучници равномерно распоређени по простору који се озвучава).