Základní principy šíření zvuku

Tato část zpracována na základě (místy až skoro slovo od slova z) Vlachý, Václav. Praxe zvukové techniky. Praha: Muzikus, 2008. - doporučuji si pořídit do příruční knihovny vedle McLuhana.

Co je to zvuk? (Vlachý 2008: 18)

Zvuk se vytváří tehdy, když určitý předmět (tím může být např. struna ve spojení s deskovou ozvučnicí [kytara] nebo blána bubnu) kmitá ve slyšitelném frekvenčním pásmu. Pokud se tyto kmity prostřednictvím vzduchu dostanou až k našim uším, působí souhlasné rozkmitání ušních bubínků, což náš mozek vyhodnocuje jako zvuk.

V normálním prostředí se zvuk pohybuje rychlostí přibližně 340 m/s. Jeho šíření lze dobře vysvětlit na příkladu korkové zátky plovoucí ve vodě. Hodíme-li do vody kámen, zátka se houpe nahoru a dolů podle toho, jak se vlní hladina, ale zůstává jinak na místě, neboť voda samotná se od místa, kam byl vhozen kámen, nikam neposouvá. Stejně je tomu i v případě vzduchu, který se sám o sobě nikam nepohybuje, ale pouze zprostředkovává přenos zvukových vln.

Zvukové vlny se od zdroje zvuku šíří všesměrově (kulově) a s rostoucí vzdáleností slábne i akustická energie (síla zvuku).

Zvuk a jeho šíření (Vlachý 2008: 18, 19)

Narazí-li zvuk na nějakou překážku, dochází částečně k jeho pohlcení a přeměně na tepelnou energii, částečně k jeho odrazu (část zvuku se rovněž šíří vibracemi např. zdí nebo prochází na druhou stranu).

V přirozeném prostředí dochází k vícenásobným odrazům, které přicházejí k našim uším s různým zpožděním (vlivem rychlosti zvuku), v různé barvě (odrazivost rozličných povrchů se mění s frekvencí), a v různé fázi a z různých směrů. Tento jev vnímáme jako přirozený dozvuk.

Lidský sluch je schopen vnímat zvuk v rozsahu frekvencí od 20Hz do 20kHz, a i když zde existují určité individuální rozdíly, platí zhruba pravidlo, že za každých 10 let věku se horní hranice snižuje zhruba o 1kHz. Ucho není na všechny frekvence zvukového spektra stejně citlivé (nejcitlivější je v oblasti 2-4kHz). Ucho je schopno pracovat v rozpětí až 140dB.

Uši nám velice přesně pomáhají určit, ze kterého směru zvuk přichází. To se děje na základě vnímání rozdílu fáze, intenzity a frekvenčního průběhu signálu mezi levým a pravým uchem.

Zajímavý je také efekt maskování jednoho zvuku zvukem jiným - zvuky hlasité většinou dokáží zcela překrýt zvuky tišší (toho se často využívá při kompresi dat).

...

Vlachý 2008: 14

(1.) Chceme-li se zvukem pracovat, je třeba jej (stejně jako v případě obrazu) převést na analogový elektrický signál (audiosignál).

(2.) Poté můžeme v analogovém či digitálním prostředí provádět potřebné úpravy, po kterých můžeme audiosignál zpětně převést na zvuk.

(1.) Začátkem procesu práce se zvukem je tedy snímání zvuku, při kterém se pomocí různých měničů (mikrofony, snímače) převádí akustická energie na elektrickou (střídavý elektrický proud).

Nejčastěji používaným měničem je mikrofon, který se ale nehodí pro všechny účely (je potřeba vybrat pro konkrétní aplikaci správný typ). Sluch je tak skvělým systémem, že je jeho napodobení jakoukoliv technikou stále nemožné.

Co je to hlasitost?

Když mluvíme laicky o hlasitosti, většinou se bavíme o hladině akustického tlaku (jednotka: decibel).

Akustický tlak, který dokáže lidské ucho pojmout, se udává nejčastěji v rozmezí 0-140 dB:

Práh slyšitelnosti:  0dB

Tikot hodiy: 30dB

Šeptání ve vzdálenosti 10cm: 50dB

Hlasitý zpěv ve vzdálenosti 15cm: 100dB

Hlasitý výkřik „tady”: 130dB (práh bolestivosti)

Velký buben u blány: 140dB

Vzlet tryskáče: 190dB

Mikrofony - princip a směrové charakteristiky

Princip

Mikrofon využívá nějaký typ lehké membrány, která se pohybuje podle kmitajícího zvuku. Kolísání tlaku vzduchu v blízkosti membrány způsobuje její pohyb, který se potom převádí na elektrický signál. Výsledkem tohoto procesu je elektrický signál, jehož napětí stoupá nebo klesá v závislosti na snímaném zvuku.

Směrové charakteristiky

Všechny mikrofony nesnímají stejně - každý mikrofon „vytváří jiný zvuk”. Rozhoduje mnoho parametrů. Jedním z nich je směrová charakteristika - jakou část zvukové reality snímají z prostoru a jakou naopak upozaďují (směrově):

3D zobrazení: http://www.muzikus.cz/pro-muzikanty-workshopy/Jak-to-vidi-slysi-zvukar-XIV-Signalovy-retezec-mikrofony-III~12~listopad~2015/

Cvičení/diskuse 1: https://www.youtube.com/watch?v=OzzUiHHz7uc (najděte chybu ve zvuku či vztahu obrazu a zvuku)

Základní parametry digitálního audia - diktafony, samplovací frekvence, bitová hloubka

Diktafony - kombinace mikrofonu a záznamového systému

Umožňují digitální záznam a výhodou je, že pro nás odpadá řešení nahrávacího řetězce (tj. např. výběr mikrofonu, propojování atd.), „jen" zapneme record a nahráváme.

Zobrazení samplovací frekvence (počet vzorků [samplů], kteřé vytvoří AD převodník za jednotku času ze spojitého analogového signálu při jeho přeměně na diskrétní signál):

(Autor: Mike Toews – Vlastní dílo, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15592558)

více k samplovací frekvenci zde: https://www.audiozone.cz/recenze/stoparuv-pruvodce-digitalnim-zvukem-2-dil-t18556.html

Zobrazení bitové hloubky (počet informací v bitech v každém vzorku [samplu], korespondují s rozlišením každého vzorku [samplu], udává dynamický rozsah nahrávky, tj. kolik dílů je mezi nejhlasitějším a nejslabším místem nahrávky):

Autor: Aquegg - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29599378)

více k bitové hloubce zde: https://www.audiozone.cz/recenze/stoparuv-pruvodce-digitalnim-zvukem-1-dil-t18487.html