Informatički rječnik

Kućno kino - Psihoakustičko poimanje zvuka

 Pojmovi

 
 Prema početku  |  1  |  2  |  3  |  Prema kraju

Kako bi raspoznali svoje mjesto u svijetu oko njih, ljudi su obdarena sa 5 čula; dodir, miris, okus, vid i sluh. Za potrebe uporabe modernih tehnologija zabave, kao što je kućno kino (home theater) od značaja su vid i osobito sluh. Današnja tehnologija digitalizacije video i glazbenih sadržaja neosporno ima svojih prednosti, ali i mana zbog svjesnog smanjivanja kvalitete sadržaja kako bi se isti prilagodili za prijenos kroz komunikacijske sustave. Jedno od rješenja koja se u tu svrhu rabi su ograničenja u npr. DVB sustavu u pogledu prijenosa slike i glazbe.

Glede video sadržaja već je dosta opisano kroz opise računalnih sustava. Rabi se sažimanje sadržaja, koje na sreću nije toliko drastično kod sadržaja predviđenih za distribuciju putem BR (blu-ray) medija. Standardi za BR medije uobičajeno su kodirani s 'MPEG-4 AVC' (Advanced Video Coding) koderom za video sadržaj i 'Dolby Digital Plus' (DD+) prošireni 'Dolby' standard za 7.1 sustav reprodukcije glazbe. Iz slike 7.1.1 jasno je da je digitalni prijenos sadržaja kvalitetniji ako se rabi više nivoa uzorkovanja po amplitudi analognog signala i ako je period uzorkovanja što kraći. Tako se na BR medije uobičajeno stavljaju video sadržaji u HD rezoluciji 1920×1080 px, uz uzorkovanje od 8 bit-a ili 10 bit-a, frekvencije prikaza slike 25 Hz (i - isprepleteni mod) ili 50 Hz (p - progresivni mod) za distribuciju u Europi, odnosno 30 Hz ili 60 Hz za distribuciju u Americi. Audio sadržaji na BR mediju uobičajeno su kodirani s 'MPEG-4 AAC' (Advanced Audio Coding) koderom i uzorkovani su s 16, 20 ili 24 bit-a uz frekvenciju uzorkovanja od 48 kHz, 96 kHz ili 192 kHz, naravno uz uporabu 6 ili 8 zasebnih kanala za 5.1 ili 7.1 sustav reprodukcije glazbe. BR mediju treba pridodati i sadržaje vezane uz titlovanje. Mora se napomenuti da navedeni standardi za kodiranje video i audio sadržaja koriste način kompresije pri kojem se dio sadržaja gubi (lossy compression), no unatoč tome dovoljno su kvalitetni za ljudsku percepciju slike i zvuka i podrazumni su za većinu multimedijskih uređaja.

Ljudsko uho je najveličanstvenije od osjetila. Naravno, činjenica da oko kao organ koji omogućava vidjeti ono što sam npr. napisali ili pročitali koristeći informacije iz malih stanica u oku također je nevjerojatna, ali način na koji zvuk utječe na mozak je puno značajniji od onoga što se putem oka mozgu prezentira kao slika. Stoga ovom organu čovjeka, kako bi se razumjelo na koji način funkcionira, treba posvetiti temeljitiji opis kojemu pripada i naredna slika.

 Ljudsko uho
Slika 1.1 Ljudsko uho - sustav slušnog mehanizma čovjeka.

Vanjsko uho, odnosno uška, ima veliki značaj glede 'hvatanja' zvuka i određivanja smjera izvora zvuka (neke životinje mogu i zakretati ušku). Prikupljeni zvuk se putem zvukovoda obloženog finim dlačicama i znojnim žlijezdama glede zaštite od ulaska stranih tvari i onečišćenog zraka dovodi do bubnjića. Bubnjić je membrana koja odvaja vanjsko uho od srednjeg uha. Bubnjić je u srednjem uhu povezan trima koščicama, nazvanim čekić, nakovanj i stremen, koje djeluju kao mehanizam poluga koji preko stremena gura malu membranu vezanu za pužnicu. Ostvaruje se pojačanje zvuka za približno 20 puta. Slušne koščice služe kao pojačalo tlaka. Zvučne vibracije se preko membrane stremena prenose u pužnicu u unutarnjem uhu, koja zvuk prenosi kroz tekućinu i koja je uzdužno podijeljena u dva kanala bazilarnom membranom, tako da se zvučni titraji jednim kanalom pužnice rasprostiru do njene sredine, te nastavljaju put drugim kanalom prema izlaznom otvoru kojemu membrana služi kao 'elastični čep'. Na taj način ne stvara se pritisak u pužnici nastao dinamičkim pokretanjem molekula tekućine pužnice, a slušni živac raspoređen uzduž pužnice zadužen je da analizira zvukove različite frekvencije.

Ima tu još par dodataka, labirint i vestibularni živac glede nadzora ravnoteže prilikom hodanja (ili sjedenja), te Eustahijeva cijev koja spaja srednjeg uho s usnom šupljinom glede izjednačavanja tlaka zraka s obje strane bubnjića. Guma za žvakanje, zijevanje, ili grickanje bombona pomažu ako dođe do neravnoteže nastale na primjer zbog brzog spuštanja zrakoplova ili automobila niz planinu glede izjednačavanja vanjskog tlaka i tlaka u srednjem uhu. Dakle, vanjsko i srednje uho sadrže zrak, dok je unutarnje uho (pužnica) ispunjeno tekućinom. Uopćeno, tonovi niske frekvencije analiziraju se na samom kraju pužnice dok se tonovi visoke frekvencije analiziraju na samom početku pužnice. Živčanih sustav pužnice prati i dolazni i odlazni zvučni val prema izlaznom otvoru. Ovisno o jačini zvuka mozak razliku jačine između kanala tumači kao glasnoću.

Tridesetih godina u Bell laboratorijima u Americi radili su testove između izvora zvuka i ljudske percepcije i kao rezultat objavili su dijagram koji sadrži krivulje jednake glasnoće - Fletcher Munson krivulje, koje pokazuju da uho ne reagira jednako na zvuk različitih frekvencija pri različitim glasnoćama zvuka, što je prikazano na slici 1.2a.

 Izofonske krivulje



Slika** 1.2. Frekventna karakteristika uha / Slušne osobitosti. ( +/- )

Dakle, uho je svojevrsna sonda ili senzor. Pretvornik koji pretvara jedan oblik energije u drugi, akustičnu energiju (zvučni tlak) pretvara u kinetičku energiju (pokreti kostiju srednjeg uha), a zatim u električnu energiju (živčane impulse koje interpretira mozak). Govorne sposobnosti čovjeka manje su od sposobnosti slušanja, što najbolje ilustrira slika 1.2b na kojoj su približno označena specifična područja koje uho razabire. Uho obuhvaća raspon tonova veći od 8 oktava. To je glazbeni interval od osam tonova od kojih svaka naredna oktava započinje frekvencijom dvostruko većom od početne frekvencije prethodne oktave, što najbolje ilustrira slika 1.2c. No, na slici su prikazani samo osnovni tonovi koje pojedini glazbeni instrumenti stvaraju bez harmoničnih komponenti.

Različite frekvencije i amplitude zvuka ne čuju se ispod određenog nivoa zvučnog pritiska, a ako zvučni pritisak premaši određenu mjeru izaziva osjećaj nelagode i bola a može dovesti i do fizičkih oštećenja. Općenito, bez posljedica može se pratiti glasnoća od 85 dB oko 12 sati (slušanje glazbe), nakon čega je potrebno isto toliko dugačka pauza. I svaki put kad se dodaju 3 dB na navedeni nivo glasnoće vrijeme slušanja mora se smanjiti za pola. Dakle, ako se sluša glazba glasnoće 95 dB, može se slušati oko sat i pol nego nakon čega se mora uzeti pauza od sat i pol. Crkvene orgulje, na primjer, mogu ostvariti glasnoću do 100 dB. Granicu bola prelazi buka koju stvara motor mlaznog aviona. Sve opisano su anatomske značajke ljudskog uha, a čovjek posjeduje dva. Temeljem navedenog omogućava se još par osobitosti koje ljudski mozak raspoznaje:

Mali kuriozitet, postoji nekoliko frekvencija koje imaju ogromne negativne učinke na ljudsko tijelo:

Čovjek čuje/podnosi zvučne tlakove u rasponu 20 μPa - 20 Pa (1 Pa = 1 N/m 2 ). Najmanja navedena vrijednost naziva se PRAG ČUJNOSTI, a najveća navedena vrijednost GRANICA BOLA i definiraju se prema signalu frekvencije 1 kHz. Ovaj ogroman brojčani raspon nepraktičan je, te se stoga radije koristi logaritamska skala kao na slici 1.2. Prag čujnosti definira se kao vrijednost od 0 dB, a granica bola kao vrijednost od 120 dB. ' dB ' (deci Bell), deseti dio ' B ' (Bell), je jedinica za mjerenje zvučnog pritiska, odnosno akustičke snage, i uzeta je kao ustaljena mjera jer je ' B ' kao mjera prevelik.

Što je to ' dB '? Iako se ponekad smatra da je ' dB ' apsolutna vrijednost tipa 'bez dimenzijski broj', nije točno. Nula ' dB ' nije isto što i nula u matematici već je to minimalna glasnoća zvuka koji uho može registrirati osluškujući zvučni val (signal) frekvencije 1 kHz. Nekoliko standarda ustanovljeno je kako bi se definirala referentna vrijednost u skladu sa zvukom i električnim veličinama.

dB ' je odnos koji opisuju slijedeće jednadžbe:

 Jednadžba snage i pojačanja +/- )

Prva jednadžba odnosi se na izračunavanje odnosa promatranih snaga, a druga jednadžba odnosi se na izračunavanje odnosa promatranih napona, pri čemu je veličina u brojniku veća od veličine u nazivniku ako se za rezultat želi pozitivan rezultat. Obrnuti odnos dati će negativni rezultat s istim brojčanim iznosom. Ako razmatraju naponske vrijednosti 10 V naprama 1 V, adekvatna snaga na potrošaču veličine 1 Ω tada je 100 W i 1 W, što prema navedenim jednadžbama daje isti iznos u ' dB '. Dvostruko veći napon ili snaga daju iznos uvećan za 3 dB. Dinamika sluha je jako velika, najmanji i najveći zvučni tlak kojeg uho može registrirati imaju odnos 1:10 6 , a kako intenzitet zvuka ovisi o kvadratu zvučnog tlaka, najmanji i najveći zvučni intenzitet imaju odnos 1:1012. Intenzitet zvuka može se izračunati pomoću poznate veličine zvučnog tlaka i poznatih svojstava medija (zraka), te bi za referentni zvučni intenzitet iznos bio približno 1•10-12 W/m 2  za zvučni tlak od 20 μPa (mikro Paskala). Za raspon od 120 db, ako se kao donja granica uzme već spomenuti referentni intenzitet, potrebno je povećanje intenziteta na 1 W/m 2 . Zvučnik kao pretvarač električnog signala u akustički ima vrlo lošu iskoristivost, ispod 1%. Tek kvalitetan zvučnik snage 2 kW može ostvariti SPL od oko 90 dB. Firma 'McIntosh' proizvodi vrlo kvalitetne zvučnike i pojačala snage do 2 kW, što gotovo dostatno da se u kućnom okolišu 'odglumi' veliki simfonijski orkestar. Ali mnogo košta. Ovdje zaista važi uzrečica 'Koliko para, toliko muzike!'.

Kako se prilikom rasprostiranja zvuk raspršuje, intenzitet zvuka opada s kvadratom rastojanja od izvora zvuka, a zvučni tlak koji se ostvaruje na nekoj udaljenosti od izvora obrnuto je razmjeran rastojanju. Osnovne osobitosti zvučnog vala su:

Krivulje na slici 1.2a nazivaju se izofonske krivulje. Granicu čujnosti predstavlja izofonska krivulju koja odgovara subjektivnoj jačini 0 fona. Naredna krivulja je krivulja čujnosti od 10 fona. Fon (phone) je jedinica za glasnoću, ali po metodologiji ne spada u SI sustav jedinica, te sa nadalje neće rabiti.




SAŽETAK:

Prema navedenim mjerenjima i jednadžbama referentni zvučni intenzitet je približno 1•10-12 W/m 2 . Uvrsti li se u jednadžbu za intenzitet maksimalna veličina zvučnog tlaka kojeg čovjek može podnijeti dobit će se zvučni intenzitet od 1 W/m 2 . Akustička snaga od 1 W, uz pretpostavku da se zvuk od izvora nadalje širi sferno (kuglasti izvor), na udaljenosti 5 m od izvora postiže se snagom izvora od približno 300 W. Dinamika slušnog polja, tj. odnos najjačeg i najslabijeg zvuka kojega čovjek može čuti, iznosi 120 dB. U normalnim okolnostima, uz najveću dinamiku glazbe od 100 dB (crkvene orgulje, na primjer), za udaljenosti od 5 m od izvora, izvor bi trebao imati snagu od približno 3 W. Da zvučnik nema tako malu iskoristivost, ispod 1%, ne bi bilo potrebno koristiti moćna pojačala snage.




 Prema početku  |  1  |  2  |  3  |  Prema kraju

 Pojmovi
 Pojmovi  Informatička abeceda
 
Citiranje ove stranice:
Radić, Drago. " Informatička abeceda " Split-Hrvatska.
{Datum pristupa}. <http://www.informatika.buzdo.com/pojmovi/>.
Copyright © by Drago Radić. Sva prava pridržana. | Odgovornost