piątek, 29 stycznia 2016

Transmisja dźwięku w powietrzu

Transmisja jest przesyłaniem wiadomości z nadajnika do odbiornika. Używa się do tego celu najczęściej fal elektromagnetycznych i prądu elektrycznego. W obu przypadkach można osiągnąć transmisję pozbawioną zakłóceń, tzn. informacja wysłana jest identyczna z odebraną. Aby osiągnąć eliminację zakłóceń stosuje się ekranowanie przewodu i inne metody. Można użyć kabli symetrycznych, mających dwie żyły sygnałowe. Taki kabel może być znacznie dłuższy niż niesymetryczny.

W transmisji przewodowej jak i bezprzewodowej, tzn.wykorzystując jako nośnik informacji prąd elektryczny w kablu i fale elektromagnetyczne np. w powietrzu, informacja nie jest tożsama z nośnikiem. Prąd elektryczny biegnie przez przewód, ale nie jest przewodem. Fale elektromagnetyczne rozchodzą się w powietrzu lub w innych ośrodkach, ale nie są powietrzem ani tymi ośrodkami, w których się rozprzestrzeniają. Tak samo w przypadku, jeżeli do transmisji użyjemy światła, czyli fragmentu z widma promieniowania elektromagnetycznego. Światło poruszające się w światłowodzie nie jest światłowodem.

Zupełnie inaczej jest z dźwiękiem i falą akustyczną. W tym wypadku nośnik jest również informacją czyli przekaźnik jest przekazem. Dlatego transmisja w powietrzu przy użyciu fali dźwiękowej jest przypadkiem szczególnym.

Gdybyśmy zjonizowali powietrze, moglibyśmy przesyłać w nim prąd, podobnie jak w przewodach. W takiej sytuacji przekaźnik nie byłby tym samym, co przekaz. Jednak dźwięk jest przypadkiem wyjątkowym, kiedy przekaz równa się przekaźnik. Wynikają z tego bardzo niekorzystne konsekwencje z punktu widzenia jakości transmisji.

Transmisja pozbawiona zakłóceń w odniesieniu do dźwięku jest niewykonalna. Nie uda się w zwyczajnych warunkach osiągnąć idealnej lub nawet wysokiej zgodności tego, co jest nadawane z tym, co zostanie odebrane. Jest wiele tego powodów, z których najważniejszy został już wymieniony: medium jest tożsame z informacją.

Właściwości powietrza powodują, że jakość transmisji o wysokiej wierności jest niemożliwa. Powietrze wykazuje takie cechy jak masa, lepkość, bezwładność.

Pierwszym problemem w transmisji dźwięku jest fakt, że wyższe częstotliwości są bardziej tłumione niż niskie. W związku z tym nawet w teoretycznie idealnych warunkach sygnał odbierany wraz ze wzrostem odległości będzie się charakteryzował coraz większą utratą wysokich częstotliwości. Te straty w wyższych zakresach widma są spowodowane gęstością, lepkością i wewnętrznym tarciem. Niskie częstotliwości mają większą energię i dlatego mogą przebyć dalszą odległość zanim zostaną zamienione w ciepło. Fala akustyczna napotyka opór i bezwładność cząstek powietrza i dlatego traci energię.

Idealnymi warunkami do transmisji dźwięku byłyby takie, kiedy nadajnik/głośnik i odbiornik/mikrofon są zawieszone w wolnej przestrzeni i panuje zupełna cisza czyli nie ma żadnych ruchów powietrza poza termicznymi. W takich warunkach, które określa się jako pole swobodne, pomijając straty wywołane większym tłumieniem wysokich częstotliwości, uda się osiągnąć zgodność sygnału nadawanego i odbieranego.

W praktyce transmisja dźwięku nie odbywa się w perfekcyjnych warunkach. Nawet na pustyni w całkowicie bezwietrzny dzień wystąpi odbicie dźwięku od podłoża i to odbicie skutkujące filtrowaniem grzebieniowym należy rozpatrywać jako zakłócenie transmisji. Odbicie nałoży się na sygnał i zmieni jego treść.

Odbicie od podłoża płaską charakterystykę zmieni na taką, jak poniżej:



Gdy umieścimy system składający się z głośnika i mikrofonu w typowym pomieszczeniu, przekonamy się, że jakość transmisji jest słaba, a sygnał odebrany w żadnym aspekcie nie przypomina sygnału nadanego. Filtr grzebieniowy jest tylko jednym ze zjawisk akustycznych zachodzących w pomieszczeniu.

Odnosząc to do ambicji osób, którym spędza sen z powiek mikroskopijna nieliniowość jakiegoś urządzenia wynosząca ułamek dB powyższe stawia całą sytuację w odpowiedniej perspektywie.

Błędem, który popełniają osoby interesujące się audio jest wyobrażenie, że sprzężenie ucha i głośnika pozwala na taką dokładność transmisji jak to ma miejsce w urządzeniach elektronicznych. Transmisja stosowana w elektronice polega na tym, że sygnał nadany równa się sygnałowi odebranemu, a zakłócenia są tak małe, że można je pominąć.

Analogią transmisji dźwięku w powietrzu byłoby przekazywanie informacji przez blok galarety. Z jednej strony uderzamy w galaretę, a z drugiej ktoś odczytuje impulsy. Już po pierwszym uderzeniu galareta zacznie się trząść w sposób przypadkowy. Odczytanie jakiejkolwiek informacji będzie trudne.

To, że w ogóle jesteśmy w stanie orientować się w otaczających nas dźwiękach zawdzięczamy specyficznej budowie ucha.

czwartek, 21 stycznia 2016

Komfortowe słuchanie płyt, plików i nagrań w czasach Loudness war

Słuchanie z różnych nośników i źródeł jest męczące ze względu na bardzo duże różnice głośności.

Jeżeli ktoś dysponuje wzmacniaczem, który umożliwia regulację poziomów poszczególnych wejść, powinien z tej opcji korzystać. Jeśli wzmacniacz, którego używamy ma wskaźniki poziomu ustawienie jest proste. Wystarczy odtworzyć plik testowy 1 kHz o poziomie np. 0 dB i ustawić czułość tak, żeby wzmacniacz oddawał 1 wat. Jeśli teraz odtworzymy ten sam plik z innego źródła będziemy wiedzieć czy jest ono cichsze, czy głośniejsze i możemy skorygować poziom.

Najprościej jednak, mając kilka źródeł dźwięku, korzystać z ich wyjść cyfrowych. Niezależnie od odtwarzacza i rodzaju połączenia cyfrowego, ten sam utwór będzie zawsze tak samo głośny.

Co jednak z posiadaczami klasycznych zestawów, które nie mają regulacji i nie mają wejść cyfrowych? W takim przypadku możemy sprawdzić z jaką głośnością grają poszczególne źródła dźwięku. Załóżmy, że mamy 3 źródła sygnału i są to: odtwarzacz sieciowy, odtwarzacz CD i komputer.

Nie będziemy mogli zmienić głośności źródła, ani zmienić czułości wejścia, ale odtwarzając plik testowy 1 kHz 0 dB możemy sprawdzić poziomy. Do tego potrzebny jest komputer podłączony do wyjścia wzmacniacza. Jeśli uruchomimy program do nagrywania i włączymy monitorowanie, będziemy mogli stwierdzić który odtwarzacz gra jakim poziomem i dotyczy to również samego komputera, jako źródła. Karta muzyczna musi mieć w pełni niezależne wejścia/wyjścia.

Jeśli słuchając z jednego źródła przechodzimy na inne możemy ściszyć wzmacniacz lub zwiększyć głośność w zależności od użytego źródła. W ten sposób wrażenia będą bardziej spójne. Dlatego warto zmierzyć głośność źródeł dźwięku, z których się korzysta i przy każdej zmianie odpowiednio ją skorygować we wzmacniaczu. Najprościej jeśli wzmacniacz pokazuje poziom głośności w dB. Jeśli korzystaliśmy ze "średnio-głośnego" odtwarzacza i przełączamy się teraz na głośniejszy o 3 dB jak to wcześniej zmierzyliśmy, zmniejszamy poziom głośności we wzmacniaczu przykładowo z - 35 dB do - 38 dB itd.

Największy problem mają posiadacze wzmacniaczy ze zwyczajnymi potencjometrami, które są wyskalowane w abstrakcyjnych jednostkach, albo nie są wyskalowane w ogóle.

Wzmacniacze mające zwyczajne potencjometry są konstruowane w ten sposób, że pełną moc osiągają przy głośności ustawionej na godzinę dwunastą. Dotyczy to źródła dźwięku o standardowej głośności. Wobec tego wzmacniacz o mocy 100W na kanał z takim źródłem będzie pracował z pełną mocą jeśli ustawimy regulator głośności na dwunastą. Jednak podłączając głośniejsze źródło pełną moc będziemy mieć znacznie wcześniej.

Problem jednak jest bardziej złożony i polega przede wszystkim na tym, że różne nagrania na różnych nośnikach mają inną głośność.

Pliki z muzyką dotknięte są tą samą przypadłością, co płyty, praktycznie każdy ma inną głośność. Słuchając naszej kolekcji narażeni jesteśmy na to, że niektóre ścieżki będą bardzo głośne, inne ciche. Dlatego trzeba się postarać w jakiś sposób wyrównać głośność odtwarzania i nie zawsze dobrym rozwiązaniem jest regulacja głośności we wzmacniaczu.

Najprościej jest słuchać plików w komputerze, gdyż czyta on wszystko i nie ma problemów z utrzymaniem stałej głośności. Wystarczy skorzystać z opcji ReplayGain odtwarzacza.


Korzystając z programu foobar2000 możemy wyrównać głośność plików. Skanowanie nie trwa długo, a sam proces jest odwracalny. Jeśli ktoś nie ma zaufania i nie chce wprowadzać żadnych zmian do plików może wykonać kopie.

Program potrafi również wyrównać głośność płyt CD odtwarzanych na komputerze z oryginalnego nośnika, wcale nie trzeba ich zgrywać na dysk.

Jeśli chodzi o pliki odtwarzane na zewnętrznych odtwarzaczach opcja nie zawsze działa. W takim przypadku można zmienić głośność plików w inny sposób.Do zmiany głośności plików mp3 możemy użyć aplikacji MP3Gain.


Program MP3Gain nie zmienia głośności przez ponowną kompresję, ale modyfikuje metadane pliku, pozostawiając sam plik niezmieniony. Normalizacja głośności jest odwracalna.

Program pracując nad plikami o dużym czasie odtwarzania jakby zawiesza się. Nie powinniśmy go jednak kończyć, tylko poczekać. Może potrwać nawet kilka minut zanim program "przemieli" jakieś długie nagranie. Używając programu MP3Gain warto zawsze najpierw zrobić analizę, by wykluczyć pliki, które po zmianie głośności byłyby obarczone clippingiem.

Na koniec kilka uwag dla osób, które mają klasyczne zestawy tzn. odtwarzacz CD, który nie czytający żadnych plików. Załóżmy, że posiadacz takiego zestawu nie chce podłączać żadnego odtwarzacza plików, komputera itd. W takim odtwarzaczu można słuchać plików, trzeba je wypalić na CD. Najlepiej na płycie wielokrotnego zapisu CD-RW. Przed wypaleniem warto wykonać normalizację głośności.

Co jednak jeśli plik trwa 4 godziny? Mp3 można podzielić na krótsze kawałki programem mp3DirectCut. Dzieli ona pliki bez ich ponownej kompresji.

Gdy długi plik jest w innym kodeku, np.Ogg można użyć Audacity i wyeksportować kilka części do FLAC i po normalizacji głośności wypalić CD.

Osoby, które mają odtwarzacze plików nie czytające jakiegoś formatu powinny przekonwertować je do formatu bezstratnego. Konwertowanie z formatu stratnego do innego stratnego obniża jakość. Jeśli odtwarzacz nie czyta formatów bezstratnych najlepiej wypalić pliki jako CD-audio.

niedziela, 17 stycznia 2016

Nagrywanie audycji radiowych

Jest kilka sposobów nagrywania. W tym poście zostanie omówiony ten, którym jest nagrywanie zewnętrznego źródła dźwięku podłączonego do wzmacniacza z jego wyjścia analogowego (OUT), przy użyciu komputera.

Aby nagranie było możliwie najwyższej jakości trzeba ustawić poziom uniemożliwiający powstawanie clippingu. Nie jest to takie proste, jak by się wydawało, bo sporo ściągniętych z internetu  nagrań ma clipping.

Każde źródło dźwięku wymaga innej głośności nagrywania. Czasem nawet może się wydawać, że nagrania różnych audycji z tej samej stacji trzeba wykonać z innym poziomem. Wystarczy znaleźć poziom nagrywania dla najgłośniejszej stacji i najgłośniejszej audycji. Raz znaleziony dla konkretnego źródła dźwięku, np. tunera radiowego będzie obowiązywał aż do jego wymiany lub karty muzycznej. Natomiast każde źródło dźwięku potrzebuje indywidualnego poziomu nagrania, ponieważ  każde źródło dźwięku ma inną głośność. Jeśli porównamy kilka odtwarzaczy, okaże się, że każdy z nich ma inny poziom na wyjściu. Mowa o poziomie wyjścia analogowego.

Niestety nie ma norm na poziom wyjściowy. Różne odtwarzacze mają inne parametry wyjścia i odtwarzając ten sam plik, za każdym razem, tzn. na każdym urządzeniu zagra on z inną głośnością.

Dobry poziom zapisu pozwala uniknąć przesterowań i trzeba go tak ustawić, żeby maksimum wskazań wynosiło -6 dB, minus sześć decybeli. Nie powinno się "dopychać" poziomu do zera, bo będzie to się kończyło przesterowaniem i w konsekwencji clippingiem. Wskaźnik w programie do nagrywania nie pokazuje dokładnego poziomu. On wskazuje poziom orientacyjny. Wskaźnik nie bierze pod uwagę wszystkich sampli, ale porcję co określony okres czasu. Wobec tego pojedyncze szpilki mogą się znaleźć poza okresem, kiedy wskaźnik poziomu mierzył głośność. Profesjonalny wskaźnik poziomu, który pokazuje faktycznie co i jak bezbłędnie i dokładnie jest dość drogi. Te, które są w programach do nagrywania na pewno nie są perfekcyjne. I z tego powodu musimy mieć pewien margines bezpieczeństwa i zostawić 6 dB zapasu.

O tym czy ustawiliśmy właściwy poziom nagrania możemy się przekonać dopiero po fakcie, kiedy przeanalizujemy nasze nagrania na okoliczność występowania clippingu. Dlatego zapobieganie obcinaniu polega na nagrywaniu z marginesem bezpieczeństwa. Jeśli to się już stanie, nic się nie da zrobić.

Musimy poświecić nieco czasu dla każdego odbiornika radiowego i zawsze, mając już pewność, że nawet najgłośniejsza audycja najgłośniejszej stacji nie będzie przesterowana, notujemy poziom głośności nagrywania przykładowo tuner radiowy 0,35; odtwarzacz sieciowy 0,36.

Na UKF każda stacja gra inaczej. Komercyjni grają inaczej niż państwowi. Czesi grają ciszej niż Polacy. Niemcy także grają ciszej i w ogóle bardziej zaawansowane technicznie kraje grają ciszej. Oni grają 0 dB, a my +3 dB.

Fanatycy nagrywają do FLAC, jednak pliki są bardzo duże i dlatego warto się zastanowić nad formatem stratnym. Jaki stopień kompresji wybrać, stereo czy połączone stereo tzw. joint stereo. Lepszym rozwiązaniem jest połączone stereo. Gwarantuje ono wyższą jakość dźwięku przy podobnej przepływności. Stereo sprawdza się lepiej w przypadku nagrań nie mających żadnych prawie cech wspólnych pomiędzy kanałami. Jeśli ktoś nagrywał jednym mikrofonem gitarę, a drugim głos, to takie nagranie powinien kompresować w stereo, ale zwyczajne realizacje prawie zawsze lepiej się kwalifikują do połączonego stereo, bo większość informacji jest wspólna dla obu kanałów. Nagrania na winylach mają monofoniczne basy, więc jeśli je kompresować to w joint stereo.

Lepiej stosować VBR, bo w ten sposób pliki są mniejsze a jakość taka jak CBR z wyższym bitrate. Wystarcza VBR4, ale jeśli ktoś uważa, że to za mało może ustawić 3, chociaż najpierw lepiej sprawdzić w teście ABX czy słychać różnicę.

Ważniejsze od stopnia kompresji jest, żeby w nagraniu nie było obcięć oraz to, że jeśli wyeksportujemy nagranie do formatu stratnego nie wolno z nim już nic więcej zrobić. Ponowna kompresja nie wchodzi w grę. Nie wolno konwertować ponownie plików z niskim bitrate do wyższego. Format stratny polega na tym, że przy każdej kompresji część danych zostanie bezpowrotnie usunięta i nie ma sposobu, żeby to odwrócić. Ponowna kompresja z niższego bitrate do wyższego nie przywróci utraconych danych tylko spowoduje, że zostaną utracone kolejne i jakość dodatkowo spadnie.

To jest niestety praktyka nagminna. Jeśli ktoś tak robi i osoba, która ściągnęła sobie od was taki oszukany plik się zorientuje, to już nigdy nic od was nie ściągnie.

Na koniec jak sprawdzić czy pliki są oryginalne, czy nie są kompresowane ponownie z niższego bitrate do wyższego.

Są programy, które analizują pliki mp3. Przykładowo EncSpot. Aplikacja jest nierozwijana od dłuższego czasu, ale pokazuje sporo przydatnych informacji.



Aplikacja pokazuje sporo danych o pliku. Zwracamy uwagę na to czy program uznał go za oryginał, czy nie.

Drugim ciekawym programem jest Spek. Jeśli zobaczymy coś takiego:



mamy pewność, że ten plik jest oszustwem dlatego, że dla bitrate 320 zakres zapisanych częstotliwości powinien sięgać do 20 kHz. Radio nie nadaje do 20 kHz, chociaż są transmisje w internecie, które zawierają częstotliwości nawet jeszcze wyższe. Pobierając pliki z piosenkami z płyt możemy jednak w ten sposób sprawdzić z czym mamy do czynienia. Mając trochę doświadczenia z analizą plików można zauważyć że plik po kilkukrotnej rekompresji wygląda "cienko". Dla orientacji widma w różnym stopniu kompresji.

V0


V1


V2


V3


Lekka kompresja trochę przerzedza górę pasma, silna obcina zupełnie. Radio UKF jednak nie nadaje więcej niż 15 kHz. Dlatego nie ma się co przejmować, że powyżej 15 kHz przy silnej kompresji nic nie ma.

Są tacy, co filtrują wszystko sami, co jest ponad 15 kHz w nagraniach z UKF. To błąd. Kodek w programie do nagrywania sam odfiltruje górę pasma. Jak ktoś mógł w ogóle wpaść na pomysł, żeby filtrować nagrania? A wpadł.

Miłego nagrywania w dobrej jakości.

sobota, 9 stycznia 2016

Ustawienie kolumn głośnikowych - ściany boczne

Głośnik nie powinien stać bliżej bocznej ściany niż 65 centymetrów dlatego, że dźwięk bezpośredni nie powinien być dublowany dźwiękiem odbitym wcześniejszym niż 3,5 milisekund. Dźwięk pokonuje w tym czasie czasie drogę około 1,2 metra wobec tego jeżeli głośnik postawi się 65 cm od ściany, to ten warunek zostanie spełniony.

Jeżeli na dźwięk bezpośredni nałożymy dźwięk odbity i nie będzie on dostatecznie opóźniony, to oba zostaną odebrane jako jeden. Za wrażenie przestrzenności odpowiadają odbicia zawierające się w pierwszych 3,5 milisekundach. Dźwięk bezpośredni i pierwsze odbicia odpowiadają za lokalizację. Dlatego powinno się dążyć do tego by mieć w tym przedziale czasu odbiór niezakłócony odbiciami.
Droga, którą pokona dźwięk odbity powinna być na tyle dłuższa, aby opóźnienie wyniosło co najmniej 3,5 ms.

niedziela, 3 stycznia 2016

Ustawienie kolumn głośnikowych - przednia ściana

Kolumna stojąca tak, że jej plecy oparte są o ścianę promieniuje dźwięk na kąt półpełny, co podbije bas o 6 dB. Im dalej od ściany, tym wzmocnienie mniejsze, ale zmienia się też częstotliwość tłumienia spowodowanego przez interferencję. Krytyczna odległość to 1 m - 2,2 metra, bo wtedy wystąpi osłabienie zakresu 40-80 Hz.

Odsunięcie/przysunięcie zmienia częstotliwość zapaści basu i równocześnie jego podbicie. Częstotliwości interferencji SBIR:

20 cm 429 Hz
30 cm 286 Hz
40 cm 215 Hz
50 cm 172 Hz
60 cm 143 Hz
70 cm 123 Hz
80 cm 107 Hz
90 cm 95 Hz
1 m     86 Hz
1,1 m  78 Hz
1,2 m  72 Hz
1,3 m  66 Hz
1,4 m  61 Hz
1,5 m  57 Hz