Lydproduksjon. t.no. ww ww.hin. Forelesning 6 Signaler Digital audioteknologi MMT205 - F6 1

Like dokumenter
Sampling, kvantisering og lagring av lyd

Elektronisk kommunikasjonssystem på systemnivå

Datakonvertering. analog til digital og digital til analog

Analog. INF 1040 Sampling, kvantisering og lagring av lyd. Kontinuerlig. Digital

INF 1040 høsten 2008: Oppgavesett 9 Sampling og kvantisering av lyd (kapittel 11)

Lektor 2 for Stovner VGS 12. februar 2013

Fysikkolympiaden 1. runde 26. oktober 6. november 2015

Lydproduksjon. t.no. ww ww.hin. Forelesning 9 Signalbehandling (processing) og effekter MMT205 - F9 1

Repetisjon: Sampling. Repetisjon: Diskretisering. Repetisjon: Diskret vs kontinuerlig. Forelesning, 12.februar 2004

Analog til digital omformer

Forslag B til løsning på eksamen FYS august 2004

UNIVERSITETET I OSLO.

FYS1210 Løsningsforslag. Eksamen V2015

INF 1040 Sampling, kvantisering og lagring av lyd

Den analoge verden blir digitalisert

UTVIDET TEST AV PROGRAM

Kapasiteten ( C ) til en kondensator = evnen til å lagre elektrisk ladning. Kapasiteten måles i Farad.

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Lydproduksjon. t.no. ww ww.hin. Forelesning 1 Introduksjon Lyd og bølger MMT205 - F1 1

UNIVERSITETET I OSLO.

Sampling av bilder. Romlig oppløsning, eksempler. INF Ukens temaer. Hovedsakelig fra kap. 2.4 i DIP

Forelesning, 23.februar INF2400 Sampling II. Øyvind Ryan. Februar 2006

Forelesning, 17.februar INF2400 Sampling II. Øyvind Ryan. Februar 2005

y(t) t

Modul nr Elektrisitet med digitale hjelpemidler - vgs

Modul nr Produksjon av elektrisk energi kl

Tema nr 2: Analog eller digital, kontinuerlig eller diskret. Eksempel på ulike båndbredder. Frekvensinnhold og båndbredde. Analog

UNIVERSITETET I OSLO

Temaer i dag. Mer om romlig oppløsning. Optisk avbildning. INF 2310 Digital bildebehandling

INF januar 2017 Ukens temaer (Kap med drypp fra kap. 4. i DIP)

Analog. INF 1040 Sampling, kvantisering og lagring av lyd. Kontinuerlig. Digital

INF 1040 Sampling, kvantisering og lagring av lyd

Forelesning 28: Kompleksitetsteori

Elektrisitet for ungdomsskolen

LØSNINGSFORSLAG TIL KONTINUASJONSEKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

303d Signalmodellering: Gated sinus a) Finn tidsfunksjonen y(t) b) Utfør en Laplace transformasjon og finn Y(s)

Datakonvertering. analog til digital og digital til analog

UNIVERSITETET I OSLO

LAB 7: Operasjonsforsterkere

INF1411 Obligatorisk oppgave nr. 4

Det fysiske laget, del 2

Forslag til løsning på Eksamen FYS1210 våren 2009

«OPERASJONSFORSTERKERE»

Forkunnskapskrav. Hva handler kurset om. Kontaktinformasjon. Kurset er beregnet på en student som kan

TDT4105/TDT4110 Informasjonsteknologi grunnkurs:

Datakonvertering. analog til digital og digital til analog

Kondensator - Capacitor. Kondensator - en komponent som kan lagre elektrisk ladning. Symbol. Kapasitet, C = 1volt

Kap 7: Digital it prosessering av analoge signaler

Løsningsforslag til kapittel 11 sampling, kvantisering og lagring av lyd

Adventskalender. Regning i kunst og håndverk

Studere en Phase Locked Loop IC - NE565

«OPERASJONSFORSTERKERE»

Løsningsforslag til 1. del av Del - EKSAMEN

Digitalisering av lyd

Kondensator - Capacitor. Kondensator - en komponent som kan lagre elektrisk ladning. Symbol. Kapasitet, C = 1volt

UNIVERSITETET I OSLO

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Digital sampling og analog estetikk

BRUK AV BLÅ SENSORER PasPort (temperatursensorer)

Analog. INF 1040 Sampling, kvantisering og lagring av lyd. Kontinuerlig. Digital

UKE 5. Kondensatorer, kap. 12, s RC kretser, kap. 13, s Frekvensfilter, kap. 15, s kap. 16, s

Tyngdekraft og luftmotstand

Kondensator - Capacitor. Kondensator - en komponent som kan lagre elektrisk ladning. Symbol. Kapasitet, C. 1volt

Uttrykket 2 kaller vi en potens. Eksponenten 3 forteller hvor mange ganger vi skal multiplisere grunntallet 2 med seg selv. Dermed er ) ( 2) 2 2 4

Hurtigveiledning Konferansetelefon Konftel 200W

Lydproduksjon. t.no. ww ww.hin. Forelesning 7 Digital audioteknologi Synkronisering MMT205 - F7 1

Laboratorieoppgave 8: Induksjon

F = a bc + abc + ab c + a b c

Introduksjon til lyd. Det ytre øret. Fra lydbølger til nerveimpulser. INF Digital representasjon : Introduksjon til lyd.

Analog til digital omforming

Temaer i dag. Mer om romlig oppløsning. Optisk avbildning. INF 2310 Digital bildebehandling

01 Laplace og Z-transformasjon av en forsinket firkant puls.

LØSNINGSFORSLAG TIL SIGNALBEHANDLING 1 JUNI 2010

STATISTIKK FRA A TIL Å

Noen presiseringer mhp Diskret Fourier Transform. Relevant for oblig 1.

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

FYS1210 Løsningsforslag Eksamen V2017

Hjelpemidler: D Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Bestemt, enkel kalkulator tillatt.

Kontrollspørsmål fra pensum

UNIVERSITETET I OSLO

Frekvenser, toner, harmoni

Lyd. Litt praktisk informasjon. Litt fysikk. Lyd som en funksjon av tid. Husk øretelefoner på øvelsestimene denne uken og en stund framover.

MAT1030 Forelesning 30

UKE 5. Kondensatorer, kap. 12, s RC kretser, kap. 13, s Frekvensfilter, kap. 15, s og kap. 16, s.

INF 2310 Digital bildebehandling

UNIVERSITETET I OSLO.

INF 2310 Digital bildebehandling

INF 2310 Digital bildebehandling

6DPSOLQJ DY NRQWLQXHUOLJH VLJQDOHU

Studere en Phase Locked Loop IC - LM565

Dagens tema. Dagens tema hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation and Architecture. Sekvensiell logikk. Flip-flop er. Tellere og registre

For J kvantiseringsnivåer er mean square feilen:

Forelesning 9 mandag den 15. september

Modem og lokalt nettverk Brukerhåndbok

Innhold Oppgaver om AC analyse

BRUKSANVISNING. Zodiac PA Kanal Frekvens Pilot-tone (Hz) Kanal Frekvens Pilot-tone (Hz)

UNIVERSITETET I OSLO

Vekst av planteplankton - Skeletonema Costatum

Transkript:

MMT205 Lydproduksjon t.no ww ww.hin Forelesning 6 Signaler Digital audioteknologi MMT205 - F6 1

F6 - Innhold MMT205 - F6 2

Elektrisitet hva er det? Elektroner som vandrer i ei lukka sløyfe (krets). Grunnstørrelser: Spenning Strøm Motstand Flere størrelser Energi Effekt Akustikk og musikkteknologi - F4 3

Lukket krets Spenning [Volt]: Kraften som dytter elektronene rundt kretsen. Motstand [Ohm]: Hvor mye elektronene bremses gjennom sløyfa. Strøm [Ampére]: Hvor mange elektroner som passerer et gitt punkt per sekund. + _ Batteri Akustikk og musikkteknologi - F4 4

Motstand + _ Batteri Akustikk og musikkteknologi - F4 5

Sammenhenger: Spenning, motstand t og strøm Mer spenning => mer strøm Større motstand t => mindre strøm Formulert i Ohms lov: U = R I Alternative former: I=U/R R = U/I Vi tar litt mer om dette på tavla Akustikk og musikkteknologi - F4 6

Relevans for lydformål? Spenning kan fås fra mange ulike kilder: Batteri Generator (dynamo, kraftverk etc.) Mikrofoner Men hvor er resten av kretsen? Akustikk og musikkteknologi - F4 7

Eksempel på lukket (lyd-)krets Mikrofon Vil dette fungere? Høytaler Lydbølger Strøm Lydbølger Akustikk og musikkteknologi - F4 8

I praksis flere sløyfer/kretser Mikrofoner lager svært svak/lav spenning Høytalere trenger ganske mye strøm/spenning for å virke. Løsning: Forsterker Forsterket signal Signal Forsterker Mikrofon Akustikk og musikkteknologi - F4 9

Forsterkere Elektronisk apparat som forstørrer elektriske signaler. Idealforsterkeren ganger amplituden med et konstant tall. Dette kalles en lineær forsterker De fleste forsterkere er ikke helt lineære, og spesielt ikke ved ytegrensene. v UT Metningsgrense v INN Inngangssignal Utgangssignal Akustikk og musikkteknologi - F4 10

Forsterkere (II) Figurene nedenfor viser to eksempler på ulinearitet v UT Metningsgrense Klippet sinus v UT v INN v INN Forvrengt sinus (butt i topp/bunn) Akustikk og musikkteknologi - F4 11

Flere forsterkerkategorier En audiokjede består alltid av flere ledd, oftest med flere ulike forsterkere etter hverandre. Vi definerer på samme måte signaler i ulike styrkekategorier. Signalkilde Signalnivå/beskrivelse Neste trinn Mikrofon Mic-level (mik.nivå) Mikrofonforsterker Meget svakt signal (forforst., preamp Forforsterker El.instrumenter Prosesseringsenheter Effektforsterker Line-level (linjenivå) Sterkt nok til behandling For svakt til å drive høyttaler Speaker-level (høyttalernivå) Sterkt nok til å drive høyttaler. Signalbehandlere/prosesserings -enheter (miksing, effekter, etc.) Effektforsterkere Høyttaler Akustikk og musikkteknologi - F4 12

Illustrasjon av kjeden Figuren viser ett mulig eksempel på en enkel audiokjede. Mik-amp Power-amp Behandling/ effekter Mic-level Line-level Line-level Speaker-level Mik-amp Mic-level Akustikk og musikkteknologi - F4 13

Alternativ illustrasjon Output-transducer Input-transducere transducere Høytaler Mikrofoner Ef fektforsterker Mikse-pult Signalbehandling Akustikk og musikkteknologi - F4 14

Digitalisering av analog informasjon To hovedprosesser: Sampling (stikkprøvetaking), dvs. fra kontinuerlig tidsakse til diskret tidsakse Kvantisering (avrunding), dvs. fra kontinuerlig amplitudeakse til diskret akse (faste tall).

Sampling - stikkprøvetaking Analoge signaler overføres, taes opp, lagres og reproduseres som kontinuerlige spenningsendringer i tid. Blå kurve: Analogt signal, kontinuerlig i tid og amplitude. Røde punkter: Samples, stikkprøver. Ts er tiden mellom hvert sample. 1/Ts kalles samplingsfrekvensen (sample rate/freq.) Nyquist/Shannons samplingsteorem: Må ha minst 2 x høyeste frekvenskomponent i signalet for å kunne gjenskape. T s Tid

Vanlige samplingsstandarder Bruksområde: Frekvensomr. Samplingsfrekvens Hjemmestereo: 20 20000 Hz 44,1 khz Prof. audio (studio): 20 20000 Hz 48, 96 khz eller mer Telefon (digital): 300 3400 Hz 8 khz Viktig for alle digitale it systemer: Det må ikke slippes inn analoge signaler med høgere frekvens enn ½ samplingsraten. => Får aliasing. => Anti-aliasing filter og litt ekstra samplingsrate nødvendig

Kvantisering Vi må runde av stikkprøveverdiene til noen faste verdier. Dette innebærer å diskretisere amplitudeaksen. Antall tillatte verdier bestemmer hvor stor avrundingsfeil vi får, og dermed nøyaktigheten. Får uansett en viss kvantiseringsfeil

Kvantisering Lovlige verdier Binære verdier når vi bruker 3 bits per sample 5 101 4 100 3 Avrundingsfeil 011 2 1 010 001 0 000 Tid

Nøyaktighet og bits Avrundingsverdiene skal angis digitalt. Antall digitale it siffer (kalt bits, 0 ere og 1 ere) bestemmer hvor mange tall vi kan operere med: 3 bit gir 8 kombinasjoner 4 bit gir 16 komb. 5 bit gir 32 komb. 8 bit gir 256 komb. 16 bit gir 65536 komb. Desimalt Binært 0 000 1 001 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111

CD-plater Samplingsfrekvens: 44100 sampler/sek. 16 bit per sample Datahastighet: 16 x 44100 = 705600 bit i sekundet Tilsvarer 88200 byte i sekundet. Stereo krever 2 kanaler En låt på 3 min: 3 x 60 sek x 2 kanaler x 705600 bit = 254,016 mill bit eller 3 x 60 sek x 2 kanaler x 88200 bytes = 31,75 Mbyte

Fordel med digital teknikk Et utsnitt av et digitalt lydsignal: Dersom det kommer støy til, kan signalet bli seende ut som neste figur: Ettersom mottager bare trenger å skille mellom det som er over 2.5 og under 2.5, vil det være lett å tolke signalet til riktige 0 er og 1 ere likevel. Signalet kan også friskes opp og støyen fjernes! 5 V 0 V 5 V 0 V 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0

Digital teknikk fortsatt Når et signal er digitalisert, kan det lett regnes på av en datamaskin. Vi kan for eksempel beregne tonehøyde og eventuelt rette på en vokalist som ikke synger reint! Lyder/bilder kan gjenkjennes Lyder/bilder kan manipuleres på i et utall måter! Vi kan sende med ekstra bits, slik at mottager kan regne ut om det har skjedd feil under overføring.

Signal-feil-rate / dynamikkområde Antall bits brukt bestemmer hvor fin tilnærming til riktig signalnivå vi får. Antall mulige nivå: 2 n Eks: 4bit=>2 4= 16 16 bit => 2 16 = 65536 Dette blir forholdet mellom det svakeste og sterkeste signalet som kan representeres. Alle signaler mindre enn 1 bits forskjell blir rundet av, dvs. støy. Signal-feil-rate/dynamikkområde i db: 20 log (2 n ) eller 6n +1,8dB MMT205 - F6 24

Eksempler på dynamikkområder Gitt antall bits oppløsning får vi følgende dynamikkområder: 8-bit 49,8 db 16-bit 97,8 db 20-bit 121,8 db 24-bit 145,8 db 32-bit 193,8 db MMT205 - F6 25

Dither Kvantiseringen (avrundingen) tilfører små mengder med harmonisk forvrengning og støy til det egentlige signalet. Ved å legge til et svært svakt støysignal, kan vi flytte litt på vårt analoge signal før det skal kvantiseres, slik at avrundingen blir statistisk mer riktig. Får dermed noe mindre forvrenging og støy. Dette kalles dithering Bør brukes ved sampling, og ved konvertering fra høyoppløste digitale signaler til lavere oppløsning. MMT205 - F6 26

Digital opptakskjede Dither F.eks. M-box Line-/ preamp Antialiasing filter Sample & hold A/Dkonverter Koding & Feilkoding Lagrings- medium MMT205 - F6 27

Tilbake til analoge signaler For at digitalteknikken skal være nyttig for oss som har analoge ører og øyne, må vi konvertere tilbake til analoge signaler. Dette er relativt enkelt. De binære siffrene gjøres om igjen til pulser med tilsvarende høyde. Deretter sendes pulsene gjennom en elektronisk krets som er for treg til å følge med ned mellom hver puls. Dermed står vi igjen med en analog bølge:

Digital til analog omforming og tilbake igjen Analog bølge Sampler Binære tall 01001011 1011010 01001011 1011010 Analog bølge