Autor: Kurz: ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ Studiová technika II Jiří Schimmel ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 2 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Ozvučování malých prostorů ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 3 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Near-field vs Far-field poslech • Near-field: převažují přímé vlny (volné pole), akustika místnosti nemá vliv • Far-field: uplatňují se i odražené vlny (difúzní pole), vliv akustiky místnosti • Hranicí je dozvuková vzdálenost (závisí na pohltivosti v místnosti) • Near-field monitor: malé rozměry (co nejmenší Fresnelův prostor), co největší vyzařovací úhel (kvůli změnám barvy zvuku při změnách pozice posluchače) ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 4 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Umístění reproduktorů • Na nízkých kmitočtech se reproduktor chová jako všesměrový zdroj zvuku → vlna odražená od stěny za reproduktorem se s fázovým zpožděním sčítá s vlnou před reproduktorem ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 5 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Sčítání hladin fázově posunutých koherentních vlnění • Závislost součtového akustického tlaku na fázovém posunu mezi vlněními 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 -20 -15 -10 -5 0 5 10  [rad/]  p[dB] 2/3 4/3 0.84123 1.1588 /2 3/2 0.77437 1.2256 ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 6 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Umístění reproduktorů • Na nízkých kmitočtech se reproduktor chová jako všesměrový zdroj zvuku → vlna odražená od stěny za reproduktorem se s fázovým zpožděním sčítá s vlnou před reproduktorem • vznik efektu hřebenového filtru na nízkých kmitočtech • kompenzace dolní propustí (bass roll-off) sčítání v protifázi kmitočet - 50 - 40 - 30 - 20 - 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 250 Hz 1 kHz 4 kHz 16 kHz ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 7 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Umístění reproduktorů • Potlačení efektu hřebenového filtru: a) ideální řešení: umístění reproduktorů do stěny (potlačí i difrakci) b) praktické řešení: umístění reproduktorů co nejblíže ke stěně (ve vzdálenost do /3 nejvyššího kmitočtu, na kterém se reproduktor chová jako všesměrový zdroj) Nevýhoda: zesílení na nižších kmitočtem kvůli součtu přímé a odražené vlny s malým fázovým zpožděním, kompenzace ekvalizací (bass tilt) ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 8 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Umístění reproduktorů • Kruhová konfigurace s poloměrem odpovídajícím vzdálenosti levého a pravého reproduktoru, referenční poslechová pozice ve středu kruhu • Vzdálenost poslechové pozice od stěn min. 1 m • Akustické osy reproduktorů ve směru posluchače • Výška reproduktorů 1,2 až 1,4 m (výška uší sedícího posluchače), případně pod úhlem max 15° ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 9 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Stereofonní reprodukce ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 10 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Interaurální diference • Interaurální intenzitní diference (ILD): u blízkých zdrojů zvukového vlnění jiného než rovinného je útlum šířením • pro akustický tlak kulového vlnění ve dvou bodech ve vzdálenosti r1 a r2 od zdroje platí: p1/p2 = r2/r1 • ILD převládá při určování směru zvuku na nízkých kmitočtech • minimální postřehnutelná ILD je 0,1 až 1 dB, nezávislá na kmitočtu a akustickém tlaku • Interaurální časové diference: různá vzdálenost od zdroje zvuku způsobuje časové zpoždění zvukového vlnění • ITD je dáno dráhovým rozdílem l a rychlostí šíření zvuku: ITD = c0l • ITD převládá při určování směru zvuku na středních kmitočtech • pro ITD > 4 ms se projevuje Haasův jev ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 11 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Interaurální diference • Mechanismy interaurálních diferencí se navzájem doplňují • Výsledný vjem polohy zdroje zvuku: • rozdíl času příchodu jednotlivých zvukových vlnění Δt = tL – tP • rozdíl úrovně akustického tlaku těchto vlnění ΔL = LL – LP • vzdálenost mezi reproduktory, tzv. reprodukční báze B 300 D=B B ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 12 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Van de Boerova závislost směrové lokalizace • Kombinovaný vliv rozdílu intenzit a zpoždění na lokalizaci při stereofonní reprodukci: • Δt < asi 4 ms, ΔL < asi 20 dB • Δt < asi 4 ms, ΔL > asi 20 dB • 4 ms < Δt < asi 30 ms, ΔL < asi 6 dB • 4 ms < Δt < asi 30 ms, ΔL > asi 6 dB • Δt > asi 40 ms ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 13 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie t [ms] L [dB] 0 20 40-20-40 0 20 -20 -40 40 oblast lokalizace pouze do reproduktoru A oblast lokalizace pouze do reproduktoru B reproduktor A hlasitější reproduktor B hlasitější oblastsměšovánísignálu oblastsměšovánísignálu předstih signálu od reproduktoru B předstih signálu od reproduktoru A lokalizace do středu reprodukční báze Van de Boerova závislost směrové lokalizace ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 14 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Intenzitní stereofonie • Vjem směru přicházejícího zvuku je založen pouze na ILD • Ideální pozice posluchače: ve vzdálenosti od reproduktorů odpovídající šířce báze (reproduktory a ideální pozice posluchače tvoří vrcholy rovnostranného trojúhelníku) ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 15 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Intenzitní stereofonie • Amplitudové panorámování: • výpočet zesílení pro levý a pravý kanál podle tak, aby rozdíly úrovní zvukového signálu mezi kanály kopírovaly křivku ILD • vstupem je požadovaná pozice virtuálního zdroje zvuku, výstupem jsou odpovídající zesílení kanálů ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 16 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Intenzitní stereofonie • Amplitudové panorámování • Sinový zákon: • Tangentový zákon: g1, g2 – zesílení reproduktorů • normalizace zesilovacích činitelů na konstantní akustický výkon C určuje hlasitost 21 21 0sin sin gg gg  -    21 21 0tan tan gg gg  -    21 x y 0  Cgg  2 2 2 1 ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 17 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Intenzitní stereofonie • Poslechem mimo osu reprodukční báze přidáváme vliv ITD a ovlivňujeme ILD: • rozdíl časového doběhu signálu od jednotlivých reproduktorů musí být < 4 ms (rozdíl vzdáleností od posluchače musí být < 1,3m) • rozdíl hladin akustického tlaku od jednotlivých reproduktorů musí být < max 1 dB (poměr vzdáleností od posluchače musí být < 1,12) • Doporučená šířka stereofonní báze: 2 – 3 m ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 18 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Intenzitní stereofonie -3 -2 -1 0 1 2 3 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 reproduktorová báze 3m osa báze levý reproduktor pravý reproduktor ITD=4ms ILD=1dB ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 19 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Vícekanálová reprodukce ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 20 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Historie 1930 stereofonní reprodukce 1941 Fantasia 1950 filmový pás s magnetickým páskem 1965 Dolby 1977 Dolby Stereo 1978 Dolby Stereo Surround 1982 Dolby Surround 1983 THX 1992 Dolby Digital 1993 SDDS, DTS 2010 AURO-3D 1999 Dolby Digital Surround EX 2012 Dolby Atmos ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 21 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Analogový záznam na filmový pás magnetický záznam optický záznam ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 22 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Digitální záznam audia na filmový pás SDDS Dolby Digital Dolby Stereo DTS sync ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 23 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Digitální distribuce Digital Cinema Package: formát a distribuce digitálního zvuku a obrazu ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 24 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Zvukové kanály reprodukce pro 2D Surround Sound 1. L (left / left front) – levý / levý přední 2. R (right / right front) – pravý / pravý přední 3. C (Center) – střední 4. LS (Left Surround) – levý surroundový 5. RS (Right Surround) – pravý surroundový 6. CS (Center / Rear Surround) – střední / zadní surroundový 7. LoC (Left of Center) – levý střední 8. RoC (Right of Center) – pravý střední 9. LCS (Left Center Surround) – levý střední surroundový 10. RCS (Right Center Surround) – pravý střední surroundový L RC LCS RCSCS LS RS LoC RoC ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 25 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Využití kanálů reprodukce systémů 2D Surround Sound DolbyDolby SDDS SDDS SDDS SDDS Dolby EX DTS ES Dolby SDDS Dolby DTS Dolby DTS DTS DTSDTS Logic 7 Dolby 7.1 Logic 7 Logic 7 Logic 7 Logic 7Logic 7 SDDS SDDS Logic 7 Dolby 7.1 ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 26 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Doporučení ITU-R BS.775 • Vícekanálová stereofonní reprodukce s obrazem a bez D – vzdálenost poslechové pozice od reproduktorů B – šířka reproduktorové báze • Pozice reproduktorů: • C – 0 • LS, RS – ±100 až 120 • L, R – ±30 • Platí i pro systémy monofonní a stereofonní systém a LRCS • LFE kanál do kmitočtu 120 Hz D=B1/2 B B L R C LS RS ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 27 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie LFE kanál • Přenos NF zvukových efektů, neodpovídá přímo výstupu pro subwoofer • Přenos akustického tlaku s hladinou o 10 dB vyšší než přední kanály • Bass Management: kombinace NF signálů na subwooferovém výstupu. + + + + + L C R LS RS LFE A L C R LS RS SUB -10dB A A A A A ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 28 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Ozvučování velkých prostorů ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 29 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Ozvučování • PA (Public Address) • Vytváří maximální úroveň akustického tlaku v pozici posluchače a neuvažují přitom přímou vlnu od původního zdroje zvukového signálu • Překrývá přirozené akustické vlastnosti prostoru a nasnímané signály přenáší přímo k posluchači • Posluchač často lokalizuje zvuk jako přicházející pouze z reproduktoru • Vyvinuty hlavně pro populární hudbu ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 30 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Přizvučování • Sound Reinforcement • Zvýšení úrovně akustického tlaku přímé vlny od zdroje signálu při zachování původního vjemu pozic zdrojů zvuku • Zpožděním signálu se zajistí, že přímá vlna od zdroje dorazí k posluchači dříve než signál z reproduktorů (lokalizace zdroje zůstane zachována a subjektivní hlasitost zvuku vzroste) • Je možné upravovat i některé další parametry, např. zdánlivou šířku zdroje ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 31 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Soustava akustických vysílačů • Vzdálenost zdrojů je větší než vlnová délka • Akustické tlaky vytvořené jednotlivými zdroji se vektorově sčítají posluchač 1 posluchač 2 pódium vzdálenost šíření zvuku stejná vzdálenost od posluchače 1 stejná vzdálenost od posluchače 2 ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 32 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Směrová charakteristika soustavy bodových zdrojů ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 33 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Směrová charakteristika reproduktoru • Náhrada pístově kmitající kruhovou membránou, směrovost rostoucí s kmitočtem • Řešení: nerovnoběžné akustické osy, snížení směrovosti zvukovodem ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 34 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Směrová charakteristika soustavy bodových zdrojů x [m]  y[m] f = 0.1 kHz 0 5 10 15 20 0 2 4 6 8 10 x [m]  y[m] f = 0.5 kHz 0 5 10 15 20 0 2 4 6 8 10 x [m]  y[m] f = 1 kHz 0 5 10 15 20 0 2 4 6 8 10 x [m]  y[m] f = 5 kHz 0 5 10 15 20 0 2 4 6 8 10 ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 35 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Směrová charakteristika soustavy kruhových membrán x [m]  y[m] f = 0.1 kHz 0 5 10 15 20 0 2 4 6 8 10 x [m]  y[m] f = 0.5 kHz 0 5 10 15 20 0 2 4 6 8 10 x [m]  y[m] f = 1 kHz 0 5 10 15 20 0 2 4 6 8 10 x [m]  y[m] f = 5 kHz 0 5 10 15 20 0 2 4 6 8 10 ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 36 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Systémy Digital Directivity Control • Soustava zdrojů s individuálně řízenou amplitudou a fází jednotlivých zdrojů DDC procesing ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 37 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Změna směru hlavního vyzařovacího laloku ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 38 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Akustický vysílač s kardioidní charakteristikou • Spojení vysílače 1. řádu (dva vysílače 0. řádu v protifázi) a fázově posunutého vysílače 0. řádu • Otočení fáze lze dosáhnout změnou polarity nebo otočením reproduktoru • Směrová charakteristika • Využití u sestav subwooferů 0.5 1 1.5 2 30 210 60 240 90270 120 300 150 330 180 0  cos1 m ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 39 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Akustický směrový vysílač 1. řádu ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 40 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Akustický vysílač s kardioidní charakteristikou • Pro dosažení kardioidní charakteristiky musí platit d1 – vzdálenost vysílačů od sebe • Zvýšení směrovosti kombinací více fázově posunutých kardioidních sestav (directional bass): 1 2 3 30 210 60 240 90270 120 300 150 330 180 0 m=2 m=1.5 m=1 m=0.5 m=0.1 1 0 1 2π j2j2 d c f kdm     1 coscos1  n m ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 41 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Akustický směrový vysílač 1. řádu ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 42 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Akustický směrový vysílač 1. řádu ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 43 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Akustická zpětná vazba • Princip vzniku stejný jako u elektrických obvodů, smyčka zpětné vazby: mikrofon-zesilovač-reproduktor-prostor-mikrofon • Akustická zpětná vazba vznikne, je-li mikrofonem přijímán silnější signál z reproduktorů než ze zdroje • Zpětná vazba vznikne na kmitočtu, kde je přenos celého systému mikrofon-zesilovačreproduktor-prostor-mikrofon nejvyšší zesilovač ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 44 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Akustická zpětná vazba • Výstupní napětí mikrofonu vyvolané signálem z reproduktoru: p1 – amplituda akustického tlaku reproduktoru ve vzdálenosti 1 m, m – citlivost mikrofonu ve směru k reproduktoru, r – citlivost reproduktoru ve směru k mikrofonu, r – vzdálenost mezi mikrofonem a reproduktorem • Zmenšení rizika vzniku akustické zpětné vazby: 1) umístění mikrofonu ve volném poli zdroje zvuku, ale v difúzním poli zářičů 2) vyšší činitel směrovosti mikrofonu 3) Vypínání nepoužívaných mikrofonů 4) snížení přenosu systému na kmitočtu zpětné vazby a) kompresorem b) pásmovou zádrží / peak filtrem r p u 1 rmm  ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 45 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Akustická zpětná vazba • Systémy potlačení akustické zpětné vazby 1) kmitočtový posun signálu, modulace fáze (spíše pro mluvené slovo) 2) pásmová filtrace signálu v oblasti zpětné vazby a) pevný kmitočet, ruční nastavení b) pevný kmitočet, automatické nastavení c) adaptivní filtry d) automatické úzkopásmové řízení zesílení ZÁKLADY OZVUČOVÁNÍ STUDIOVÁ TECHNIKA II 46 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Základy ozvučování