Психоакустичної сприйняття і midi-інтерфейси

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

МІНІСТЕРСТВО КУЛЬТУРИ РФ

ДЕРЖАВНЕ Освітні заклади

«САНКТ-Петербурзький державний університет

КІНО І ТЕЛЕБАЧЕННЯ »

СПбГУКіТ

кафедра ПЕ

РЕФЕРАТ

з дисципліни «Аудіотехніка»

Виконав

студент 713 гр

факультету АВТ

Комаров А.С

м. Санкт-Петербург 2010р.

Зміст

Введення

1. Основи психоакустичного сприйняття звукових сигналів

Властивості сприйняття

Межі сприйняття звуку

2. MIDI-студії, інтерфейс MIDI

Стандарти MIDI

Апаратна специфікація MIDI

Застосування MIDI

Список використаної літератури

Введення

Звукотехніка є однією з областей масової технологічної діяльності, при якій засобами електроніки здійснюється обробка, накопичення та поширення в електричній формі сигналів звукового діапазону частот. Сучасна звукотехніка спрямована на задоволення потреб людини в знаннях, культурі, освіті. Завдяки повсюдному поширенню звукотехнічних пристроїв у поєднанні із засобами масової аудіовізуальної інформації та комунікації формується та змістовна частина навколишнього людини штучної акустичного середовища, яка надає, як правило, позитивне раціональне і емоційний вплив на людей.

Сучасна звукотехніка розвивається у двох основних напрямках. По-перше, це все більш розширюється застосування інтегральних схем і, по-друге, використання цифрової техніки не тільки для управління та регулювання, але і для передачі сигналів. Сучасні способи передачі і запису звуку, реалізовані, наприклад, в системі компакт-диск, зажадали аналогових підсилювачів з досить високими показниками якості: динамічним діапазоном до 100 Дб і коефіцієнтом нелінійних спотворень близько 0,002. Керуючі ланки, де все частіше використовуються засоби цифрової техніки, це такі електронні пристрої, як, наприклад, перемикачі, регулятори гучності, тембру і т.д. Швидко прогресуючі можливості інтегральної схемотехніки перш за все використовуються в зазначених областях.

При обробці сигналів в електронних пристроях звукових прагнуть по можливості більш повно зберегти міститься в сигналах інформацію. При цьому об'єктивна оцінка якості звукотехнічних пристроїв здійснюється за такими основними показниками:

  • лінійні спотворення (нерівномірність амплітудно-і фазочастотного характеристик);

  • нелінійні спотворення і паразитна модуляція (поява нових складових у частотному спектрі сигналу, варіації рівня і частоти подаються сигналів - детонація);

  • відносний рівень перешкод (відношення сигнал / перешкода).

Удосконалюються методи аналізу звукотехнічних схем дозволяють розкривати все нові причини, що призводять до спотворень при відтворенні. Вирішальну роль при аналізі електронних схем звукового обладнання грають розрахунки і моделювання на ЕОМ, а при конструюванні - машинне проектування. Значним є прогрес і в техніці звукотехнічних вимірювань. Тільки завдяки новим методам і засобам вимірювань стало можливим об'єктивне підтвердження самих різних ефектів, передбачуваних на основі розрахунків.

1. Основи психоакустичного сприйняття звукових сигналів

Сприйняття (перцепція, від лат. Perceptio) - пізнавальний процес, що формує суб'єктивну картину світу.

Властивості сприйняття

  • Предметність - об'єкти сприймаються не як нескладний набір відчуття, а становлять образи конкретних предметів.

  • Структурність - предмет сприймається свідомістю вже як абстрагованої від відчуттів змодельованої структури.

  • Апперцептівний - на сприйняття впливає загальний зміст психіки людини.

  • Контактність (константність) - на сприйняття впливають обставини, в яких воно відбувається. Але незважаючи на це сприйняття залишається відносно незмінним.

  • Активність - в будь-який момент часу ми сприймаємо лише один об'єкт. Природа активності сприйняття обумовлена ​​самою природою нашого свідомості.

  • Осмисленість - предмет свідомо сприймається, подумки називається (пов'язується з певною категорією), відноситься до певного класу

Осмислення складається з етапів:

  • Селекція - виділення з потоку інформації об'єкта сприйняття

  • Організація - об'єкт ідентифікується за комплексом ознак

  • Категоризація і приписування об'єкту властивостей об'єктів цього класу

Фактори сприйняття

Зовнішні:

  • Розмір

  • Інтенсивність (у фізичному або емоційному плані)

  • Контрастність (протиріччя з оточенням)

  • Рух

  • Повторюваність

  • Новизна і впізнаваність

Внутрішні:

  • Установка сприйняття - очікування побачити те, що повинно бути побачене по минулому досвіду.

  • Потреби та мотивація - людина бачить те, чого потребує або що вважає важливим.

  • Досвід - людина сприймає той аспект стимулу, якому навчений минулим досвідом.

  • Я-концепція - сприйняття світу групується навколо сприйняття себе.

  • Особистісні особливості - оптимісти бачать світ і події в позитивному світлі, песимісти, навпаки, - у несприятливому.

Результатом процесу сприйняття стає побудований образ.

Образ - суб'єктивне бачення реального світу, яка сприймається за допомогою органів почуттів.

Отримавши образ, людина (або інший суб'єкт) виробляє визначення ситуації, тобто оцінює її, після чого приймає рішення про свою поведінку.

Аку стіки (від грец. Ἀ κούω (аку о) - чую) - наука про звук, що вивчає фізичну природу звуку і проблеми, пов'язані з його виникненням, розповсюдженням, сприйняттям і дією. Акустика є одним з напрямків фізики (механіки), що досліджує пружні коливання та хвилі від найнижчих (від 0 Гц) до високих частот, що займається проблемами створення та розповсюдження механічних коливань; також, вона тісно пов'язана з психофізики, музичної психологією, гігієнічної акустикою та ін .

Акустика є міждисциплінарною наукою, що використовує для вирішення своїх проблем широке коло дисциплін: математику, фізику, психологію, архітектуру, електроніку, біологію, медицину, гігієну, теорію музики та ін

Псіхоаку стіки - наука, що вивчає психологічні та фізіологічні особливості сприйняття звуку людиною.

У багатьох програмах акустики та обробки звукових сигналів необхідно знати, що люди чують. Звук, який утворюють хвилі тиску повітря, може бути точно виміряний сучасним обладнанням. Проте зрозуміти, як ці хвилі приймаються і відображаються в нашому головному мозку - завдання не така проста. Звук - це безперервний аналоговий сигнал, який (у припущенні, що молекули повітря нескінченно малі) може теоретично переносити нескінченну кількість інформації (так як існує нескінченна кількість частот, що містять інформацію про амплітуду і фазою).

Розуміння процесів сприйняття дозволяє вченим і інженерам зосередитися на можливостях слуху і не враховувати менш важливі можливості інших систем. Важливо також відзначити, що питання «що людина чує» - не лише питання про фізіологічні можливості вуха, але багато в чому також питання психології, чіткості сприйняття.

Межі сприйняття звуку

Людське вухо номінально чує звуки в діапазоні від 16 до 20 000 Гц. Верхня межа має тенденцію знижуватися з віком. Більшість дорослих людей не можуть чути звук частотою вище 16 кГц. Вухо саме по собі не реагує на частоти нижче 20 Гц, але вони можуть відчуватися через органи дотику.

Частотне дозвіл звуку в середині діапазону-близько 2 Гц. Тобто, помітне зміна частоти звуку більш ніж на 2 Гц. Однак, є можливість вловити ще меншу різницю. Наприклад, у випадку, якщо обидва тони приходять одночасно, в результаті складання двох коливань виникає модуляція амплітуди сигналу з частотою, рівною різниці вихідних частот. Цей ефект відомий також як биття.

Діапазон гучності сприймаються звуків величезний. Наша барабанна перетинка у вусі чутлива лише до зміни тиску. Гучність звуку прийнято вимірювати в децибелах (дБ). Нижній поріг чутності визначено як 0 Дб, а визначення верхньої межі чутності належить швидше до питання, при якій гучності почнеться руйнування вуха. Ця межа залежить від того, як довго за часом ми слухаємо звук. Вухо здатне переносити короткочасне підвищення гучності до 120 дБ без наслідків, але довготривале сприйняття звуків гучністю більше 80 дБ може викликати втрату слуху.

Більш ретельні дослідження нижньої межі слуху показали, що мінімальний поріг, при якому звук залишається чути, залежить від частоти. Цей графік отримав назву абсолютний поріг чутності. У середньому, він має ділянку найбільшої чутливості в діапазоні від 1 кГц до 5 кГц, хоча з віком чутливість знижується в діапазоні вище 2 кГц.

Крива абсолютного порога чутності є окремим випадком більш загальних - кривих однаковою гучності. Криві однаковою гучності - це лінії, на яких людина відчуває звук різних частот однаково гучними. Криві були вперше отримані Флетчером і Менсоном (H Fletcher and WA Munson), і опубліковані в праці «Loudness, its definition, measurement and calculation» в J. Acoust. Soc Am.5, 82-108 (1933). Пізніше більше точні вимірювання виконали Робінсон і Датсон (DW Robinson and RS Dadson «A re-determination of the equal-loudness relations for pure tones» in Br. J. Appl. Phys. 7, 166-181, 1956). Отримані криві значно різняться, але це не помилка, а різні умови проведення вимірювань. Флетчер і Менсон в якості джерела звукових хвиль використовували навушники, а Робінсон і Датсон - фронтально розташований динамік в безеховой кімнаті.

Вимірювання Робінсона і Датсона лягли в основу стандарту ISO 226 в 1986 р. У 2003 році стандарт ISO 226 був оновлений з урахуванням даних, зібраних з 12 міжнародних студій.

Існує також спосіб сприйняття звуку без участі барабанної перетинки - так званий мікрохвильовий слуховий ефект, коли модульоване випромінювання в мікрохвильовому діапазоні (від 1 до 300 ГГц) впливає на тканини навколо равлики, змушуючи людини сприймати різні звуки.

Людський слух багато в чому подібний до спектральному аналізатору, тобто, вухо розпізнає спектральний склад звукових хвиль без аналізу фази хвилі. У реальності фазова інформація розпізнається і дуже важлива для спрямованого сприйняття звуку, але цю функцію виконують відповідальні за обробку звуку відділи головного мозку. Різниця між фазами звукових хвиль приходять на праве і ліве вухо дозволяє визначати напрямок на джерело звуку, причому інформація про різниці фаз має першорядне значення, на відміну від зміни гучності звуку сприйманого різними вухами. Ефект фільтрації передавальних функцій голови також грає в цьому важливу роль.



Ефект маскування

У певних випадках один звук може бути прихований іншим звуком. Наприклад, розмова на автобусній зупинці може бути абсолютно неможливий, якщо під'їжджає галасливий автобус. Цей ефект називається маскуванням. Кажуть, що слабкий звук маскується, якщо він стає неможливим у присутності більш гучного звуку.

Розрізняють декілька видів маскування:

  • За часом приходу маскуючого і замаскованого звуку:

    • одновре менное (моноуральное) маскування

    • вре менное (неодновременное) маскування

  • За типом маскіруещего і замаскованого звуків:

    • чистого тону чистим тоном різної частоти

    • чистого тону шумом

    • промови чистими тонами

    • промови монотонним шумом

    • промови імпульсними звуками і т. п.

Одночасна маскування

Будь-які два звуку при одночасному прослуховуванні впливають на сприйняття відносної гучності між ними. Більш гучний звук знижує сприйняття більш слабкого, аж до зникнення його чутності. Чим ближче частота замаскованого звуку до частоти маскуючого, тим сильніше він буде ховатися. Ефект маскування не однаковий при зміщенні замаскованого звуку нижче або вище за частотою щодо маскуючого. Більш низькочастотний звук сильніше маскує високочастотний.

Вре менная маскування

Це явище схоже на частотну маскування, але тут відбувається маскування в часі. При припиненні подачі маскуючого звуку маскується деякий час продовжує бути нечутним. У звичайних умовах ефект від тимчасової маскування триває значно менше. Час маскування залежить від частоти і амплітуди сигналу і може досягати 100 мс.

У випадку, коли маскує тон з'являється у часі раніше замаскованого, ефект називають пост-маскуванням. Коли маскує тон з'являється пізніше замаскованого (можливий і такий випадок), ефект називають пре-маскуванням.

Постстімульное стомлення

Нерідко після впливу гучних звуків високої інтенсивності у людини різко знижується слухова чутливість. Відновлення звичайних порогів може тривати до 16 годин. Цей процес називається «тимчасовий зсув порогу слухової чутливості» або «постстімульное стомлення». Зрушення порога починає з'являтися при рівні звукового тиску вище 75 дБ і відповідно збільшується при підвищенні рівня сигналу. Причому найбільший вплив на зрушення порогу чутливості надають високочастотні складові сигналу.

2. MIDI-студії, інтерфейс MIDI

MIDI (англ. Musical Instrument Digital Interface - цифровий інтерфейс музичних інструментів) - стандарт на апаратуру і програмне забезпечення, що дозволяє відтворювати (і записувати) музику шляхом виконання / запису спеціальних команд, а також формат файлів, що містять такі команди. Відтворюючий пристрій або програма називається синтезатором (секвенсором) MIDI і фактично є автоматичним музичним інструментом.

Стандарт на апаратуру і програмне забезпечення

Описує апаратний інтерфейс, який дозволяє з'єднувати електронні музичні інструменти та комп'ютери різних виробників, описує протоколи зв'язку для передачі даних від одного пристрою до іншого. MIDI-пристрої можуть взаємодіяти з програмними додатками, використовуючи комунікаційний протокол MIDI. Використовуючи відповідний програмний MIDI-секвенсор, зовнішні MIDI-пристрої можуть надсилати інформацію на синтезатор звукової карти. MIDI базується на пакетах даних, кожний з яких відповідає MIDI-події (англ. MIDI-events), від натискання клавіші до простої паузи, ці події розділяються по каналах. Складна середу MIDI може включати різну апаратуру, причому кожна частина системи буде відповідати за події на відповідному каналі. Альтернативним варіантом може бути одиночний синтезатор, який сам може керувати всіма каналами.

Стандарти MIDI

General MIDI (GM)

Перший загальний стандарт був запропонований в 1991 році асоціацією виробників MIDI-устаткування. Він об'єднав вироби різношерстих виробників під ім'ям General MIDI (System) Level 1. Зараз його підтримує абсолютна більшість моделей електронних синтезаторів, звукових карт і клавіатур. Оскільки вимоги цього стандарту вже давно морально застаріли, то, звичайно, сучасні електронні інструменти підтримують його лише для базової сумісності.

GM-файли звучать на різних моделях суттєво по різному. Справа в тому, що визначаючи кількість і склад мелодійних інструментів не були точно описані темброві характеристики GM-інструментів. Тому, якщо для легкої музики з традиційним складом оркестру звучання більш-менш схоже, то, якщо задіюються інструменти з таких груп, як Synth Pad, Sound Effects і деяких інших, кінцевий результат може бути бентежить.

GS і XG

Два схожих один на одного стандарту запропонували фірми Roland і Yamaha. GS почав розвиватися у 1991 році відразу за GM і в подальшому неодноразово розширювався у зв'язку з випуском нових просунутих моделей. XG від Ямахи почав активно просуватися в 1996 році і при його розробці мабуть були враховані напрацювання Роланда. Специфікація XG відрізняється величезною кількістю налаштувань ефект-процесора.

General MIDI 2 (GM2)

У 1999 році MMA випустила розширення GM, що отримало найменування General MIDI Level 2 (GM2). У новому стандарті розширили поліфонію і палітру доступних інструментів до 256, додали ряд нових контролерів. У GM2 простежується вплив стандартів Роланда і Ямахи. Незважаючи на угоду між цими фірмами General MIDI Level 2 поки не набув широкого поширення.

Специфікація формату даних MIDI

MIDI-дані представляють собою повідомлення, або події (events), кожне з яких є командою для музичного інструменту. Стандарт передбачає 16 незалежних і рівноправних логічних каналів, усередині кожного з яких діють свої режими роботи; спочатку це було призначено для однотембрових інструментів, здатних у кожен момент часу відтворювати звук тільки одного тембру - кожному інструменту привласнювався свій номер каналу, що давало можливість многотембрового виконання. З появою многотембрових (multi-timbral) інструментів вони стали підтримувати декілька каналів (сучасні інструменти підтримують всі 16 каналів і можуть мати більше MIDI-інтерфейсу), тому зараз кожному каналу зазвичай призначається свій тембр, званий за традицією інструментом, хоча можлива комбінація кількох тембрів в одному каналі. Канал 10 за традицією використовується для ударних інструментів - різні ноти в ньому відповідають різним ударним звуків фіксованої висоти; інші канали йдуть на мелодійних інструментів, коли різні ноти, як зазвичай, відповідають різній висоті тону одного і того ж інструмента.

Оскільки MIDI-повідомлення представляють собою потік даних в реальному часі, їх кодування розроблена для полегшення синхронізації в разі втрати з'єднання. Для цього перший байт кожного повідомлення, званий також байтом стану (status byte), містить "1" в старшому розряді, а всі інші байти містять в ньому "0" і називаються байтами даних (data bytes). Якщо після отримання всіх байтів даних останнього повідомлення на вхід приймача поступає байт, що не містить "1" в старшому розряді - це трактується як повторення інформаційної частини повідомлення (мається на увазі такий же перший байт). Такий метод передачі носить назву "Running Status" і широко використовується для зменшення обсягу переданих даних - наприклад, передається один байт команди "Controller Change" з потрібним номером каналу, а потім - серія байтів даних з номерами і значеннями контролерів для цього каналу.

MIDI-повідомлення діляться на канальні - належить до конкретного каналу, і системні - що стосуються системи в цілому. Кодування MIDI повідомлень (шістнадцяткова, n в першому байті позначає номер каналу).

Апаратна специфікація MIDI

Інтерфейс - старт-стопи послідовний "струмова петля" (активний передавач, 5 мА, струмова посилка - 0, бестоковую - 1), швидкістю передачі 31 250 + / -1% біт / с і протоколом 8-N-1 (один стартовий біт, 8 бітів даних, один біт стопа, без парності). Передавачі і приймачі повинні забезпечувати тривалість фронтів менше 2 мкс.

Кожен інструмент має три з'єднувальних рознімання: In (вхід), Out (вихід) і Thru (копія сигналу з In через буфер). Всі роз'єми - типу female DIN-5 (СГ-5), вигляд з зовнішньої сторони (сторони з'єднання):

Контакти 4 і 5 - сигнальні, контакт 2 - екран. Полярність сигналів дається щодо джерела струму: контакт 4 - плюс (струм випливає з висновку), контакт 5 - мінус (струм втікає в висновок). Таким чином, для роз'ємів Out і Thru призначення те ж, для роз'єму In - зворотне. Для з'єднання використовується двожильний екранований кабель довжиною до 50 футів (близько 15 м). Екран необхідний тільки для захисту від випромінюваних перешкод - кабель практично нечутливий до наводкам ззовні. З'єднання роз'ємів на двох кінцях кабелю - пряме (2-2, 4-4, 5-5).

MIDI студія:

Застосування MIDI

Основне застосування MIDI - збереження і передача музичної інформації. Це може бути управління електронними музичними інструментами в реальному часі, запис MIDI-потоку, що формується при грі виконавця, на носій даних з наступним редагуванням та відтворенням (так званий MIDI-секвенсор), синхронізація різної апаратури (синтезатори, ритм-машини, магнітофони, блоки обробки звуку, світлова апаратура, Димогенератори і т.п.).

Пристрої, призначені тільки для створення звуку по MIDI-командам, які не мають власних виконавчих органів, називаються тон-генераторами. Багато тон-генератори мають панель управління і індикації для установки основних режимів роботи і спостереження за ними, однак створення звуку йде під управлінням надходять MIDI-команд.

Пристрої, призначені тільки для формування MIDI-повідомлень, що не містять засобів синтезу звуку, називаються MIDI-контролерами. Це може бути клавіатура, педаль, рукоятка з декількома ступенями свободи, ударна установка з датчиками способу і сили удару, а також - струнний або духовий інструмент з датчиками і аналізаторами способів впливу і прийомів гри. Тон-генератор з достатніми можливостями з управління може досить точно відтворити відтінки звучання інструменту по сформованому контролером MIDI-потоку.

Для зберігання MIDI-партитур на носіях даних розроблені формати SMF (Standard MIDI File - стандартний MIDI-файл) трьох типів:

  • 0 - Безпосередньо MIDI-потік в тому вигляді, в якому він передається по інтерфейсу.

  • 1 - Сукупність паралельних "доріжок", кожна з яких звичайні-но представляє собою окрему партію твори, виконувану на одному MIDI-каналі.

  • 2 - сукупність кількох творів, кожне з яких сос-тоит з декількох доріжок.

В основному застосовується формат 1, що дозволяє зберігати один твір у файлі.

Крім MIDI-подій, файл містить також "фіктивні події" (Meta Events), що використовуються тільки для оформлення файла і не передаються по інтерфейсу - інформація про метриці і темпі, опис твори, назви партій, слова пісні і т.п.

Список використаної літератури

1. Http://www.ixbt.com

2. Http://www.MIDI.ru

3. Http://ru.wikipedia.org

4. Http://corpuscul.net/

5. Http://audioproducer.625-net.ru/

Посилання (links):
  • http://www.ixbt.com/
  • http://www.MIDI.ru/
  • http://corpuscul.net/
  • http://audioproducer.625-net.ru/
  • Додати в блог або на сайт

    Цей текст може містити помилки.

    Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Реферат
    70.1кб. | скачати


    Схожі роботи:
    Зведення midi і wave композицій у cakewalk pro audio 60
    Інтерфейси модемів
    Послідовні інтерфейси
    Інтерфейси експертних систем
    Java99 Архітектура і інтерфейси
    Послідовні інтерфейси СОМ-порт
    Інтерфейси як вирішення проблем множинного спадкування
    Інтерфейси зворотні виклики внутрішні класи
    Паралельні інтерфейси Centronics і LPT-порт
    © Усі права захищені
    написати до нас