МИНИСТЕРСТВО КУЛЬТУРЫ РФ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КИНО И ТЕЛЕВИДЕНИЯ»
СПбГУКиТ
кафедра ТЭ
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Аудиотехника»
Выполнил
студент713 гр
факультетаАВТ
КомаровА.С
г. Санкт-Петербург 2010г.
Оглавление
Введение
1. Основы психоакустического восприятиязвуковых сигналов
Свойства восприятия
Пределы восприятия звука
2. MIDI-студии, интерфейс MIDI
Стандарты MIDI
Аппаратная спецификация MIDI
Применения MIDI
Список использованной литературы
Введение
Звукотехникаявляется одной из областей массовой технологической деятельности, при которойсредствами электроники осуществляется обработка, накопление и распространение вэлектрической форме сигналов звукового диапазона частот. Современнаязвукотехника направлена на удовлетворение потребностей человека в знаниях,культуре, образовании. Благодаря повсеместному распространению звукотехническихустройств в сочетании со средствами массовой аудиовизуальной информации икоммуникации формируется та содержательная часть окружающей человекаискусственной акустической среды, которая оказывает, как правило, позитивноерациональное и эмоциональное воздействие на людей.
Современнаязвукотехника развивается в двух основных направлениях. Во-первых, это все болеерасширяющееся применение интегральных схем и, во-вторых, использование цифровойтехники не только для управления и регулирования, но и для передачи сигналов.Современные способы передачи и записи звука, реализованные, например, в системекомпакт-диск, потребовали аналоговых усилителей с весьма высокими показателямикачества: динамическим диапазоном до 100 Дб и коэффициентом нелинейныхискажений около 0,002. Управляющие звенья, где все чаще используются средствацифровой техники, это такие электронные устройства, как, например, переключатели,регуляторы громкости, тембра и т.д. Быстро прогрессирующие возможностиинтегральной схемотехники прежде всего используются в указанных областях.
Приобработке сигналов в электронных звуковых устройствах стремятся по возможностиболее полно сохранить содержащуюся в сигналах информацию. При этом объективнаяоценка качества звукотехнических устройств осуществляется по следующим основнымпоказателям:
ü линейныеискажения (неравномерность амплитудно- и фазочастотной характеристик);
ü нелинейныеискажения и паразитная модуляция (появление новых составляющих в частотномспектре сигнала, вариации уровня и частоты подаваемых сигналов — детонация);
ü относительныйуровень помех (отношение сигнал/помеха).
Совершенствующиесяметоды анализа звукотехнических схем позволяют вскрывать все новые причины,приводящие к искажениям при воспроизведении. Решающую роль при анализеэлектронных схем звукового оборудования играют расчеты и моделирование на ЭВМ,а при конструировании — машинное проектирование. Значителен прогресс и втехнике звукотехнических измерений. Только благодаря новым методам и средствамизмерений стало возможным объективное подтверждение самых различных эффектов,предсказуемых на основе расчетов.
1. Основыпсихоакустического восприятия звуковых сигналов
Восприятие(перцепция, от лат. perceptio)— познавательный процесс, формирующий субъективную картину мира. Свойствавосприятия
· Предметность— объекты воспринимаются не как бессвязный набор ощущения, а составляют образыконкретных предметов.
· Структурность— предмет воспринимается сознанием уже в качестве абстрагированной от ощущенийсмоделированной структуры.
· Апперцептивность— на восприятие оказывает влияние общее содержание психики человека.
· Контактность(константность) — на восприятие оказывают влияние обстоятельства, в которых онопроисходит. Но несмотря на это восприятие остается относительно неизменным.
· Активность— в любой момент времени мы воспринимаем только один объект. Природа активностивосприятия обусловлена самой природой нашего сознания.
· Осмысленность— предмет сознательно воспринимается, мысленно называется (связывается сопределённой категорией), относится к определённому классу
Осмысление состоит изэтапов:
Ø Селекция— выделение из потока информации объекта восприятия
Ø Организация— объект идентифицируется по комплексу признаков
Ø Категоризацияи приписывание объекту свойств объектов этого класса
Факторы восприятия
Внешние:
· Размер
· Интенсивность(в физическом или эмоциональном плане)
· Контрастность(противоречие с окружением)
· Движение
· Повторяемость
· Новизнаи узнаваемость
Внутренние:
· Установкавосприятия — ожидание увидеть то, что должно быть увидено по прошлому опыту.
· Потребностии мотивация — человек видит то, в чём нуждается или что считает важным.
· Опыт— человек воспринимает тот аспект стимула, которому научен прошлым опытом.
· Я-концепция— восприятие мира группируется вокруг восприятия себя.
· Личностныеособенности — оптимисты видят мир и события в позитивном свете, пессимисты,напротив, — в неблагоприятном.
Результатомпроцесса восприятия становится построенный образ.
Образ— субъективное видение реального мира, воспринимаемого при помощи органовчувств.
Получивобраз, человек (или другой субъект) производит определение ситуации, то естьоценивает её, после чего принимает решение о своём поведении.
Аку́стика(от греч. ἀκούω(аку́о) — слышу) — наука о звуке, изучающая физическую природузвука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятиеми воздействием. Акустика является одним из направлений физики (механики),исследующее упругие колебания и волны от самых низких (от 0 Гц) до высокихчастот, занимающаяся проблемами создания и распространения механическихколебаний; также, она тесно связана с психофизикой, музыкальной психологией,гигиенической акустикой и др.
Акустикаявляется междисциплинарной наукой, использующей для решения своих проблемширокий круг дисциплин: математику, физику, психологию, архитектуру,электронику, биологию, медицину, гигиену, теорию музыки и др.
Психоаку́стика— наука, изучающая психологические и физиологические особенности восприятиязвука человеком.
Вомногих приложениях акустики и обработки звуковых сигналов необходимо знать,что́ люди слышат. Звук, который образуют волны давления воздуха, можетбыть точно измерен современным оборудованием. Однако понять, как эти волныпринимаются и отображаются в нашем головном мозге — задача не такаяпростая. Звук — это непрерывный аналоговый сигнал, который (в предположении,что молекулы воздуха бесконечно малы) может теоретически переносить бесконечноеколичество информации (так как существует бесконечное число частот, содержащихинформацию об амплитуде и фазе).
Пониманиепроцессов восприятия позволяет учёным и инженерам сосредоточиться навозможностях слуха и не учитывать менее важные возможности других систем. Важнотакже отметить, что вопрос «что человек слышит» — не только вопрос офизиологических возможностях уха, но во многом также вопрос психологии, чёткостивосприятия. Пределы восприятиязвука
Человеческоеухо номинально слышит звуки в диапазоне от 16 до 20 000 Гц. Верхний пределимеет тенденцию снижаться с возрастом. Большинство взрослых людей не могутслышать звук частотой выше 16 кГц. Ухо само по себе не реагирует на частотыниже 20 Гц, но они могут ощущаться через органы осязания.
Частотноеразрешение звука в середине диапазона —около 2 Гц. То есть, различимо изменениечастоты звука более чем на 2 Гц. Однако, есть возможность уловить ещё меньшуюразницу. Например, в случае, если оба тона приходят одновременно, в результатесложения двух колебаний возникает модуляция амплитуды сигнала с частотой,равной разности исходных частот. Этот эффект известен также как биение.
Диапазонгромкости воспринимаемых звуков огромен. Наша барабанная перепонка в ухечувствительна только к изменению давления. Громкость звука принято измерять вдецибелах (дБ). Нижний порог слышимости определён как 0 Дб, а определениеверхнего предела слышимости относится скорее к вопросу, при какой громкостиначнётся разрушение уха. Этот предел зависит от того, как долго по времени мыслушаем звук. Ухо способно переносить кратковременное повышение громкости до120 дБ без последствий, но долговременное восприятие звуков громкостью более 80дБ может вызвать потерю слуха.
Болеетщательные исследования нижней границы слуха показали, что минимальный порог,при котором звук остаётся слышен, зависит от частоты. Этот график получилназвание абсолютный порог слышимости. В среднем, он имеет участок наибольшейчувствительности в диапазоне от 1 кГц до 5 кГц, хотя с возрастомчувствительность понижается в диапазоне выше 2 кГц.
Криваяабсолютного порога слышимости является частным случаем более общих — кривых одинаковойгромкости. Кривые одинаковой громкости — это линии, на которых человек ощущает звукразных частот одинаково громкими. Кривые были впервые получены Флетчером и Мэнсоном(H Fletcher and W A Munson), и опубликованы в труде «Loudness, its definition, measurementand calculation» в J.Acoust. Soc Am.5, 82-108 (1933). ПозжеболееточныеизмерениявыполнилиРобинсониДатсон(D W Robinson and R S Dadson «A re-determination of the equal-loudnessrelations for pure tones» in Br. J. Appl. Phys. 7, 166—181,1956). Полученные кривые значительно различаются, но это не ошибка, а разные условияпроведения измерений. Флетчер и Мэнсон в качестве источника звуковых волн использовалинаушники, а Робинсон и Датсон — фронтально расположенный динамик в безэховой комнате.
ИзмеренияРобинсона и Датсона легли в основу стандарта ISO 226 в 1986 г. В 2003 году стандартISO 226 был обновлён с учётом данных, собранных из 12 международных студий.
Существуеттакже способ восприятия звука без участия барабанной перепонки — так называемыймикроволновый слуховой эффект, когда модулированное излучение в микроволновом диапазоне(от 1 до 300 ГГц) воздействует на ткани вокруг улитки, заставляя человека восприниматьразличные звуки.
Человеческийслух во многом подобен спектральному анализатору, то есть, ухо распознаёт спектральныйсостав звуковых волн без анализа фазы волны. В реальности фазовая информация распознаётсяи очень важна для направленного восприятия звука, но эту функцию выполняют ответственныеза обработку звука отделы головного мозга. Разница между фазами звуковых волн приходящихна правое и левое ухо позволяет определять направление на источник звука, причёминформация о разности фаз имеет первостепенное значение, в отличие от изменениягромкости звука воспринимаемого разными ушами. Эффект фильтрации передаточных функцийголовы также играет в этом важную роль.
/>
Эффект маскировки
Вопределённых случаях один звук может быть скрыт другим звуком. Например, разговорна автобусной остановке может быть совершенно невозможен, если подъезжает шумныйавтобус. Этот эффект называется маскировкой. Говорят, что слабый звук маскируется,если он становится неразличимым в присутствии более громкого звука.
Различают несколько видовмаскировки:
· Повремени прихода маскирующего и маскируемого звука:
o одновре́менное(моноуральное) маскирование
o вре́менное(неодновременное) маскирование
· Потипу маскируещего и маскируемого звуков:
o чистоготона чистым тоном различной частоты
o чистоготона шумом
o речичистыми тонами
o речимонотонным шумом
o речиимпульсными звуками и т. п.
Одновременная маскировка
Любые два звукапри одновременном прослушивании оказывают влияние на восприятие относительной громкостимежду ними. Более громкий звук снижает восприятие более слабого, вплоть до исчезновенияего слышимости. Чем ближе частота маскируемого звука к частоте маскирующего, темсильнее он будет скрываться. Эффект маскировки не одинаков при смещении маскируемогозвука ниже или выше по частоте относительно маскирующего. Более низкочастотный звуксильнее маскирует высокочастотный.
Вре́менная маскировка
Этоявление похоже на частотную маскировку, но здесь происходит маскировка во времени.При прекращении подачи маскирующего звука маскируемый некоторое время продолжаетбыть неслышимым. В обычных условиях эффект от временной маскировки длится значительноменьше. Время маскировки зависит от частоты и амплитуды сигнала и может достигать100 мс.
Вслучае, когда маскирующий тон появляется по времени раньше маскируемого, эффектназывают пост-маскировкой. Когда маскирующий тон появляется позже маскируемого (возможени такой случай), эффект называют пре-маскировкой.
Постстимульное утомление
Нередкопосле воздействия громких звуков высокой интенсивности у человека резко снижаетсяслуховая чувствительность. Восстановление обычных порогов может продолжаться до16 часов. Этот процесс называется «временный сдвиг порога слуховой чувствительности»или «постстимульное утомление». Сдвиг порога начинает появляться при уровне звуковогодавления выше 75 дБ и соответственно увеличивается при повышении уровня сигнала.Причём наибольшее влияние на сдвиг порога чувствительности оказывают высокочастотныесоставляющие сигнала.
2. MIDI-студии, интерфейс MIDI
MIDI(англ. Musical Instrument Digital Interface — цифровой интерфейс музыкальных инструментов)— стандарт на аппаратуру и программное обеспечение, позволяющее воспроизводить (изаписывать) музыку путем выполнения/записи специальных команд, а также формат файлов,содержащих такие команды. Воспроизводящее устройство или программа называется синтезатором(секвенсором) MIDI и фактически является автоматическим музыкальным инструментом.
Стандартна аппаратуру и программное обеспечение
Описываетаппаратный интерфейс, который позволяет соединять электронные музыкальные инструментыи компьютеры различных производителей, описывает протоколы связи для передачи данныхот одного устройства к другому. MIDI-устройства могут взаимодействовать с программнымиприложениями, используя коммуникационный протокол MIDI. Используя соответствующийпрограммный MIDI-секвенсор, внешние MIDI-устройства могут посылать информацию насинтезатор звуковой карты. MIDI базируется на пакетах данных, каждый из которыхсоответствует MIDI-событию (англ. MIDI-events), от нажатия клавиши до простой паузы,эти события разделяются по каналам. Сложная среда MIDI может включать различнуюаппаратуру, причём каждая часть системы будет отвечать за события на соответствующемканале. Альтернативным вариантом может быть одиночный синтезатор, который сам можетуправлять всеми каналами.Стандарты MIDI
GeneralMIDI (GM)
Первыйобщий стандарт был предложен в 1991 году ассоциацией производителей MIDI-оборудования.Он объединил изделия разношерстных производителей под именем General MIDI (System)Level 1. Сейчас его поддерживает абсолютное большинство моделей электронных синтезаторов,звуковых карт и клавиатур. Так как требования этого стандарта уже давно моральноустарели, то, обычно, современные электронные инструменты поддерживают его лишьдля базовой совместимости.
GM-файлызвучат на различных моделях существенно по разному. Дело в том, что определяя количествои состав мелодических инструментов не были точно описаны тембровые характеристикиGM-инструментов. Поэтому, если для легкой музыки с традиционным составом оркестразвучание более-менее схоже, то, если задействуются инструменты из таких групп, какSynth Pad, Sound Effects и некоторых других, конечный результат может быть обескураживающим.
GS и XG
Двапохожих друг на друга стандарта предложили фирмы Roland и Yamaha. GS начал развиватьсяв 1991 году сразу за GM и в последующем неоднократно расширялся в связи с выпускомновых продвинутых моделей. XG от Ямахи начал активно продвигаться в 1996 году ипри его разработке видимо были учтены наработки Роланда. Спецификация XG отличаетсяогромным количеством настроек эффект-процессора.
General MIDI 2 (GM2)
В 1999 году MMAвыпустила расширение GM, получившее наименование General MIDI Level 2 (GM2). В новомстандарте расширили полифонию и палитру доступных инструментов до 256, добавилиряд новых контроллеров. В GM2 прослеживается влияние стандартов Роланда и Ямахи.Несмотря на соглашение между этими фирмами General MIDI Level 2 пока не получилширокого распространения.
Спецификация формата данныхMIDI
MIDI-данныепредставляют собой сообщения, или события (events), каждое из которых является командойдля музыкального инструмента. Стандарт предусматривает 16 независимых и равноправныхлогических каналов, внутри каждого из которых действуют свои режимы работы; изначальноэто было предназначено для однотембровых инструментов, способных в каждый моментвремени воспроизводить звук только одного тембра — каждому инструменту присваивалсясвой номер канала, что давало возможность многотембрового исполнения. С появлениеммноготембровых (multi-timbral) инструментов они стали поддерживать несколько каналов(современные инструменты поддерживают все 16 каналов и могут иметь более одногоMIDI-интерфейса), поэтому сейчас каждому каналу обычно назначается свой тембр, называемыйпо традиции инструментом, хотя возможна комбинация нескольких тембров в одном канале.Канал 10 по традиции используется для ударных инструментов — различные ноты в немсоответствуют различным ударным звукам фиксированной высоты; остальные каналы используютсядля мелодических инструментов, когда различные ноты, как обычно, соответствуют различнойвысоте тона одного и того же инструмента.
ПосколькуMIDI-сообщения представляют собой поток данных в реальном времени, их кодировкаразработана для облегчения синхронизации в случае потери соединения. Для этого первыйбайт каждого сообщения, называемый также байтом состояния (status byte), содержит«1» в старшем разряде, а все остальные байты содержат в нем «0»и называются байтами данных (data bytes). Если после получения всех байтов данныхпоследнего сообщения на вход приемника поступает байт, не содержащий «1»в старшем разряде — это трактуется как повторение информационной части сообщения(подразумевается такой же первый байт). Такой метод передачи носит название «RunningStatus» и широко используется для уменьшения объема передаваемых данных — например,передается один байт команды «Controller Change» с нужным номером канала,а затем — серия байтов данных с номерами и значениями контроллеров для этого канала.
MIDI-сообщения делятся на канальные — относящиеся к конкретному каналу, и системные — относящиеся к системе в целом. Кодировка MIDI сообщений (шестнадцатеричная, n впервом байте обозначает номер канала).Аппаратная спецификация MIDI
Интерфейс- старт-стопный последовательный «токовая петля» (активный передатчик,5 мА, токовая посылка — 0, бестоковая — 1), скоростью передачи 31250 +/-1% бит/си протоколом 8-N-1 (один стартовый бит, 8 битов данных, один бит стопа, без четности).Передатчики и приемники должны обеспечивать длительность фронтов менее 2 мкс.
Каждыйинструмент имеет три соединительных разъема: In (вход), Out (выход) и Thru (копиясигнала с In через буфер). Все разъемы — типа female DIN-5 (СГ-5), вид с наружнойстороны (стороны соединения):
/>
Контакты4 и 5 — сигнальные, контакт 2 — экран. Полярность сигналов дается относительно источникатока: контакт 4 — плюс (ток вытекает из вывода), контакт 5 — минус (ток втекаетв вывод). Таким образом, для разъемов Out и Thru назначение то же, для разъема In- обратное. Для соединения используется двужильный экранированный кабель длинойдо 50 футов (около 15 м). Экран необходим только для защиты от излучаемых помех- кабель практически нечувствителен к наводкам извне. Соединение разъемов на двухконцах кабеля — прямое (2-2, 4-4, 5-5).
MIDIстудия:
/> ПримененияMIDI
Основноеприменение MIDI — хранение и передача музыкальной информации. Это может быть управлениеэлектронными музыкальными инструментами в реальном времени, запись MIDI-потока,формируемого при игре исполнителя, на носитель данных с последующим редактированиеми воспроизведением (так называемый MIDI-секвенсор), синхронизация различной аппаратуры(синтезаторы, ритм-машины, магнитофоны, блоки обработки звука, световая аппаратура,дымогенераторы и т.п.).
Устройства,предназначенные только для создания звука по MIDI- командам, не имеющие собственныхисполнительских органов, называются тон-генераторами. Многие тон-генераторы имеютпанель управления и индикации для установки основных режимов работы и наблюденияза ними, однако создание звука идет под управлением поступающих MIDI-команд.
Устройства,предназначенные только для формирования MIDI- сообщений, не содержащие средств синтезазвука, называются MIDI- контроллерами. Это может быть клавиатура, педаль, рукояткас несколькими степенями свободы, ударная установка с датчиками способа и силы удара,а также — струнный или духовой инструмент с датчиками и анализаторами способов воздействияи приемов игры. Тон-генератор с достаточными возможностями по управлению может весьматочно воспроизвести оттенки звучания инструмента по сформированному контроллеромMIDI-потоку.
Дляхранения MIDI-партитур на носителях данных разработаны форматы SMF (Standard MIDIFile — стандартный MIDI-файл) трех типов:
· — непосредственно MIDI-поток в томвиде, в каком он передается по интерфейсу.
· 1 — совокупность параллельных «дорожек»,каждая из которых обыч- но представляет собой отдельную партию произведения, исполняемуюна одном MIDI-канале.
· 2 — совокупность нескольких произведений,каждое из которых сос- тоит из нескольких дорожек.
Восновном применяется формат 1, позволяющий хранить одно произведение в файле.
КромеMIDI-событий, файл содержит также «фиктивные события» (Meta Events), используемыетолько для оформления файла и не передаваемые по интерфейсу — информация о метрикеи темпе, описание произведения, названия партий, слова песни и т.п.
Списокиспользованнойлитературы
1.www.ixbt.com
2.www.MIDI.ru
3.ru.wikipedia.org
4.corpuscul.net/
5.audioproducer.625-net.ru/