WYKŁAD III

Dr inż. Sławomir Przyłucki

[e-mail]

Equalizer oraz equalizer graficzny

Pojęcie pogłosu
Pogłos odwrotny i jego parametry
Systemy otaczania dźwiękiem.
Wirtualizacja kanałów dźwiękowych

MATERIAŁY: ftp://ftp.spg51.net

User: mpns

Passwd: mpns2011

ROLA EQUALIZERA

Rola equalizera (ang. Equalization EQ) polega na

podbijaniu/wzmacnianiu

lub

wycinaniu

określonych

składowych częstotliwości w sygnale.

Nazwa pochodzi od aplikacji, której zadaniem było

uzyskanie

zawsze

płaskiej

charakterystyki

częstotliwościowej.

Pierwsze zastosowania były dalekie od przetwarzanie

dźwięków i służyły do kompensacji częstotliwościowej linii

długich w telekomunikacji. W łączach przewodowych, przy
przesyle sygnałów analogowych mocniej tłumione są

składowe o wysokich częstotliwościach. Equalizer na końcu
linii miał zadanie zniwelować ten efekt, czyniąc np. głos

rozmowy telefonicznej bardziej naturalnym.

SHELVING FILTERS

W podstawowym sprzęcie stereo występują dwa regulatory

oznaczone jako 'bass' oraz 'treble.' Sterują one specjalnym typem

filtra określanym mianem filtra

„półkowego” (ang. shelving filter)

„półkowego” (ang. shelving filter) a

precyzyjniej, odpowiednio:

dolnoprzepustowym (ang. lowpass shelving filter)
górnoprzepustowym (ang. highpass shelving filter)

EQUALIZERY W MIKSERACH

W mikserach spotkać można jeszcze trzeci regulator, tzw.

regulator środka (ang. 'mid' controls). Zgodnie z nazwą, wpływają
one na charakterystykę częstotliwości sygnału, pomiędzy

częstotliwością odcięcia, niską i wysoką i związany jest z
filtrowaniem pasmowym nazywanym

filtrem szczytowym (ang.

filtrem szczytowym (ang.

peaking filter)

peaking filter)

W przeciwieństwie do poprzednio wspomnianych filtrów

półkowych, nie definiuje się dla niego częstotliwości odcięcia (ang.
cutoff frequency) lecz charakteryzują się go poprzez dwa

parametry. ie charakterystyki. Pierwszy to częstotliwość, przy
której tłumienie lub wzmocnienie tego filtra jest odpowiednio
minimalne lub maksymalne, którą określa się jako

częstotliwość

częstotliwość

centralną (ang. center frequency)

centralną (ang. center frequency). Drugi parametr to szerokość
pasma (ang. bandwidth) określająca zakres częstotliwości

(szerokość) filtra.

PEAKING FILTER

W większości praktycznych realizacji możliw jest regulacja

wzmocnienia lub oslabienia a częstotliwość centralna i szerokość
pasma są niezmienne.

EQUALIZERY GRAFICZNE

Equalizery graficzne (ang. graphic equalizers) są rozwinięcie

przedstawionej wcześniej, prostej regulacji tonów. Są zestawem
filtrów pasmowych, w których każdy ma różną i niezmienną
częstotliwość

centralną.

Regulacji

podlega

tylko

wzmocnienie/tłumienie w określonym paśmie.

Nazwa pochodzi of faktu, że graficzna reprezentacja

charakterystyki częstotliwości takiego zestawu filtrów jest zgodna z
położeniem suwaków regulatorów.

REALIZACJA EQUALIZERÓW GRAFICZNYCH

W equalizerach graficznych realizowane jest równoległe połączenie
filtrów w celu redukcji szkodliwych efektów nieidalności filtrów
pasmowych. W regulatorach tonów stosowane jest połączenie

szeregowe.

INNE CECHY EQUALIZERA GRAFICZNEGO

UWAGA: połączenie równoległe filtrów ma zaletę nad

połączeniem szeregowym z punktu widzenia właściwości
fazowych. Każdy filtr ma określoną charakterystykę fazową,

która w określony sposób zmienia pierwotną fazę sygnału.
Przy połączeniu szeregowym zniekształcenia fazy sumują

się. Nie jest to problemem przy np. 3 filtrach (jak w
przypadku regulacji tonów) ale przy np. 31 filtrach
pasmowych, jest nie do przyjęcia.

Centralne częstotliwości dla kolejnych filtrów są rozłożone

równomiernie w oktawach a nie w skali liniowej. Typowe

wartości odstępów to 1/3 oraz 1/6 oktawy.

EQUALIZERY PARAMETRYCZNE

Equalizer parametryczny (ang. parametric equalizer) jest

najbardziej rozbudowaną (z punktu widzenia możliwości regulacji

jego parametrów) formą Equalizera choć korzystanie z niego
wymaga wyczucia i praktyki „dźwiękowca”.

Pojedynczy equalizer parametryczny nie tylko pozwala na

regulacje

wzmocnienia/tłumienia

ale

również

położenia

częstotliwości centralnej oraz szerokości widmowej.

ZWROTNICE GŁOŚNIKOWE

Zwrotnice głośnikowe (ang. speaker crossovers) nie są prostą

implementacją

equalizerów

ale

wykorzystują

zestawy

identycznych filtrów. Większość systemów nagłośnieniowych hi-fi
zawiera więcej niż jeden głośnik. Pozwala to na łatwiejsze

uzyskanie efektu równomiernego pokrycia mocą akustyczną
danej kubatury pomieszczenia/obszaru odsłuchu.

Największy głośnik to głośnik niskotonowy (ang. woofer). Najmniejszy

optymalizowany jest dla wysokich częstotliwości (ang. tweeter).
Często stosowany jest też trzeci, środkowo-tonowy (ang. mid-range).

Podłączone są do równoległego zestawu filtrów.

POJĘCIE POGŁOSU

Pogłos (ang. reverb) jest, prawdopodobnie, najczęściej i

najchętniej wykorzystywanym efektem w przetwarzaniu dźwięku.

Pogłos powstaje w wyniku wielu odbić od przeszkód na drodze

fali akustycznej, np. ścian pokoju.

Dźwięk odbity dociera do odbiorcy później niż dżwięk „biegnący”

bezpośrednio ze względu na różnice w drodze akustycznej.
Ponadto dźwięk odbity jest stłumiony ponieważ przeszkody

pochłaniają (w zróżnicowany sposób) energię akustyczną. Odbicia
mogą być wielokrotne co prowadzi do powstawania specyficznej
akustyki pomieszczenia.

CECHY CHARAKTERYSTYCZNE POGŁOSU

Pierwsze skojarzenia mogą prowadzić do sprowadzenia

pogłosu do serii opóźnionych sygnałów.

Nie jest to jednak do

Nie jest to jednak do

końca prawda !!!!!.

końca prawda !!!!!.

W przypadku pogłosu, kolejne, opóźnione fale dźwiękowe

nadchodzą do odbiorcy w niezwykle krótkich odstępach czasu.

Ucho ludzkie nie jest nawet w stanie określić ich liczby a
opóźnienie zmienia się również niedostrzegalnie dla odbiorcy.

ROLA FAL ODBITYCH

W wypadku pogłosu, krótko po dotarciu dźwięku

bezpośredniego, pojawia się zestaw fal odbitych, dokładnie
określonych dla danej akustyki i o określonym położeniu

przestrzennym, związanych z kształtem i rozmiarem
pomieszczenia ale również położenia w tej przestrzeni
odbiorcy.

SPECYFIKA ODBIĆ FAL AKUSTYCZNYCH

W ramach fal odbitych, najpierw pojawiają się tzw. odbicia

początkowe (ang. 'early echoes').

Następnie, po odbiciach początkowych, częstość

nadchodzenia fal gwałtownie rośnie i nabiera charakteru
losowego. Określa się je mianem rozproszonych odbić (ang.

diffuse reverberation) lub odbiciami późnymi (ang. late
reflections). Mają one podstawowe znaczenie dla oceny

akustyki pomieszczenia a tym samym np. jego wielkości i
kształtu.

Przykładowo, w dobrych salach koncertowych, odbicia
opóźnione zanikają ekspotencjalnie.

KORELACJA ODBIĆ A DŹWIĘK PRZESTRZENNY

Kolejnym ważnym elementem w analizie pogłosu jest

korelacja sygnałów docierających do poszczególnych uszu
odbiorcy.

Aby odwzorować poczucie dużej przestrzeni akustycznej,

dżwięki docierające do obu uszy powinny być niespójne. Np.

jest to jeden z powodów, dla którego pomieszczenia sal
koncertowych są bardzo wysokie, by dać szanse dżwiękom
odbitym uzyskać efekt zróżnicowania.

Taki opis przestrzennego odczuwania dźwięku legł u

podstaw powstania efektów stereo.

CZAS POGŁOSU

Podstawową miarą pogłosu jest czas pogłosu (ang.

reverberation time). Technicznie jest to czas potrzebny na

zmniejszenie ciśnienia akustycznego lub intensywności
dźwięku o 1/1,000,000 (60 dB) wartości początkowej (lub

1/1000 poczatkowej amplitudy).

Czas pogłosu jest ściśle związany z wielkością

pomieszczenia (sale koncertowe oferują czas pogłosu ok. 1.5

do 2 sekund) oraz rodzajem powierzchni odbijającej.

Powierzchnie odbijające mogą mieć zróżnicowane

charakterystyki częstotliwości dźwięku pochłanianego.
Jednocześnie wilgotność i temperatura powietrza w

pomieszczeni też wpływa na czas pogłosu.

POGŁOS OGRANICZONY

Pogłos ograniczony (ang. gated reverb) uzyskiwany jest

poprzez proste przycięcie odpowiedz impulsowej pełnego

pogłosu (ograniczenie do określonej ilości odbić)

Wielkość czasu do momentu odcięcia odbić jest nazywany

czasem bramkowania (ang. gate time).

Najczęściej stosowany jest w torach efektów niskiej

częstotliwości, np. basów lub perkusji.

POGŁOS ODWROTNY

PARAMETRY POGŁOSU

Predelay.

Parametr predelay określa wielkość czasu, przez

którą słychać dźwięk przed nadejściem pierwszego odbicia. W
niektórych materiałach technicznych (niektórzy producenci)

określa się ten parametr jako czas przed początkiem późnych
odbić.

W najbardziej rozbudowanych rozwiązaniach jest możliwe

kontrolowanietego parametru według obydwu parametrów.

REALIZACJA SCHROEDERA

Filtry grzebieniowe (ang. comb filtr) oraz filtry allpass były już
wymienione na poprzednich wykładach. Zatem można zadać

pytanie .... jak działa rozwiązanie Schroedera ????????

JAK CZŁOWIEK LOKALIZUJE DŹWIĘK ?

IID (ang. Interaural Intensity Difference) - wewnątrzsłuchowa

różnica intensywności

ITD (ang. Interaural Time Difference) - wewnątrzsłuchowa różnica

czasu

HRTF (ang. Head-Related Transfer Function) - efekt filtrujący

głowy i małżowiny usznej (pozwala na dokładne określenie

kierunku)

DRR (ang. Direct to

Reverberant Ratio) -

stosunek głośności

dźwięku, który dotarł

bezpośrednio, do

głośności dźwięku po

odbiciach (pozwala na

określenie odległości)

DOKŁADNOŚĆ LOKALIZACJI

•

większa zdolność określania azymutu niż wysokości

- azymut
- dla przedziału ±30° dokładność lokalizacji nawet 1°
- z boków głowy lokalizacja dużo gorsza dokładność 30°
- wysokość
- blisko horyzontu dokładność lokalizacji 9°
- ze wzrostem wysokości dokładność lokalizacji szybko spada

•

zdolność lokalizacji zależna od częstotliwości sygnału

- tony niskie < 100 - 150Hz nie możliwe do lokalizacji

•

zdolność lokalizacji zależna od zmienności sygnału

- proste, stałe tony są bardzo trudne do zlokalizowania

•

dla zebrania większej liczby informacji człowiek porusza głową

DOKŁADNOŚĆ LOKALIZACJI - CD

„OSZUKIWANIE” ZMYSŁU SŁUCHU

•

w konsekwencji w systemie kwadrofonicznym słuchacz nie będzie

mógł lokalizować źródeł dźwięku w panoramie z boków i z tyłu.

•

aby lokalizacja była możliwa potrzeba większej liczby głośników

OTACZANIE DŹWIĘKIEM

Technika otaczania dźwiękiem szybko rozwija się, wraz z
rozwojem technologicznym, w dwóch kierunkach:
1. Filmy w sali kinowej

– odbiór zbiorowy ( nośniki dźwięku: taśma filmowa, płyty).
2. Filmy i odtwarzanie dźwięku w warunkach domowych (kino

domowe)
– odbiór indywidualny (nośniki dźwięku: strumieniownie, płyty

).

Niedoskonałości stereofonii dwukanałowej:
1. Wąska panorama dźwiękowa (tylko z przodu).
2. Mały obszar poprawnej lokalizacji pozornych źródeł

dźwięk,co jest szczególnie ważne przy słuchaniu zbiorowym.

IDEA SYSTEMÓW WIELOKANAŁOWYCH

Przy opracowywaniu nowych, wielokanałowych systemów otaczania

dźwiękiem decyduje się przede wszystkim o tym:
1. Jaką liczbę kanałów (głośników) powinien zawierać dany
system stereofoniczny.
2. Jak powinny być rozmieszczone głośniki w stosunku do
słuchacza.

Najlepiej gdy:

❧

liczba kanałów transmisyjnych (możliwie duża, ograniczona
jednak kosztem i komplikacją systemu) równa jest liczbie
głośników;

❧

rozmieszczenie głośników poszczególnych kanałów daje
najlepszą zgodność

psychoakustyczną

charakterystyk

przestrzennych systemu stereofonicznego i słuchu.

SYSTEMY WIELOKANAŁOWE

SYSTEM GŁOŚNIKÓW 3/4

KINO DOMOWE

Ekran 1 HDTV -
szerokość ekranu = 3H
(2β1 = 33°)
Ekran 2 - szerokość
ekranu = 2H (2β2 = 48°)

H: wysokość ekranu
B: szerokość bazy
głośnikowej

PODSUMOWANIE

Nazwa

A/D

Ilość kanałów

zdekodowanych

Zastosowanie

Dolby Stereo

Analogowy

4

KINO

Dolby Surround

Analogowy

3 (4)

DOM

Dolby SR

Analogowy

4

KINO

Dolby Pro Logic

Analogowy

4

DOM

Dolby Pro Logic

II

Analogowy

5

DOM

Dolby Digital

(AC-3)

Cyfrowy

5.1

KINO/DOM

MPEG-II

Cyfrowy

5.1 (7.1)

DOM

PODSUMOWANIE

Nazwa

A/D

Ilość kanałów

zdekodowanych

Zastosowanie

Digital DTS

Sound

Cyfrowy

5.1

KINO

Digital DTS

Surround

Cyfrowy

5.1

DOM

SDDS

Cyfrowy

7.1

KINO

Dolby Digital

Sourround EX

Cyfrowy

6.1

KINO/DOM

DTS-ES Matrix

Cyfrowy

6.1

KINO/DOM

DTS-ES Discrete

Cyfrowy

6.1

KINO/DOM

IMAX PSE

Cyfrowy

5.1+PSE

KINO

DIGITAL CINEMA SOUND

Digital Cinema Sound (DCS) jest właściwie techniką kształtowania

elektronicznego sygnałów w systemie 5.1 kanałów.

Umożliwia ona otoczenie dźwiękiem przez „wirtualne” źródła

dźwięku („wirtualne głośniki”) za pomocą mniejszej liczby głośników
rzeczywistych (kanałów).

Proces generowania wirtualnych głośników opiera się na takich

samych zasadach, na jakich słuch dokonuje lokalizacji źródeł
dźwięku.

Podstawę stanowią tu zależności amplitudowo-fazowe między

falami docierającymi do uszu słuchacza.

Tworzenie głośników wirtualnych odbywa się w drodze

obróbki sygnałów dźwiękowych przez procesory DSP,

wynikiem działania, których jest wzajemna eliminacja fal
dźwiękowych bądź wzajemne ich opóźnienie (wrażenie
oddalenia źródeł dźwięku).

Przy użyciu DCS, za pomocą dwóch głośników Ls i Rs można
wytworzyć „wirtualną ścianę dźwięku” przy użyciu określonej

liczby procesorów dźwięku, co spowoduje wrażenie istnienia
dodatkowych trzech par głośników surround.

DIGITAL CINEMA SOUND - cd

DIGITAL CINEMA SOUND - tryb Virtual Multi-rear

A – głośniki surround po bokach

B – głośniki surround za słuchaczem.

DIGITAL CINEMA SOUND - tryb Virtual Rear Shift Mode

A – głośniki surround po bokach

B – głośniki surround za słuchaczem.

DIGITAL CINEMA SOUND - tryb Small Room

Tryby wirtualne dla małych pomieszczeń

przy zastosowaniu tylko trzech przednich głośników.