Základy akustiky a základní pojmy

Zde bohužel bez grafiky, v přehlednější podobě toto naleznete v tomto PDF s obsahem tohoto celého webu

Wikipedie definuje zvuk jako mechanické vlnění v látkovém prostředí, které je schopno vyvolat zvukový vjem. Toto vlnění se skládá z jednotlivých kmitů – dnes označovaných jednotkou frekvence Hertz (Hz), dříve jako „cykly za sekundu“.

Dospělý člověk je schopen vnímat zvukové vlny o frekvenci 16Hz až cca 16-20kHz. Frekvenčnímu rozsahu se občas říká „frekvenční pásmo“ a dle jednotlivých frekvencí se tyto pásma označují za (sub)basové (16hz – cca 400Hz), střední (cca 400Hz-5kHz) a vysoká (5kHz a výše). Pro člověka je nejdůležitější frekvenční pásmo mezi 2 – 4 kHz, což je rozsah, na kterém výrazně závisí srozumitelnost řeči člověka.

Jako každé vlnění, má i zvuk schopnost šířit se různými materiály – nejen vzduchem, ale např i vodou, stěnami budovy aj. Má též tendenci se odrážet od různých materiálů – od některých více, od jiných méně. Každá látka má tedy svůj vlastní koeficient zvukové pohltivosti –pevné látky obecně odráží zvuk lépe než měkké látky. Ideálním izolantem je pak vzduchoprázdný prostor, ve kterém se zvuk šířit nedokáže.

Zvukové vlny se od překážek odráží podobně jako jiná vlnění a i zde platí pravidlo rovnosti úhlu odrazu a dopadu. Odražená vlna je vždy slabší než ta původní (část energie je pohlcena místem odrazu) a k posluchači se zvuk tedy nešíří pouze přímým směrem od zdroje zvuku, ale rovněž odrazem od jiných předmětů, stěn atd. Výsledkem je, že se všechny odražené zvukové vlny sčítají (interferují) s přímou vlnou, což může výrazně pozměnit její frekvenční charakteristiku (proto jsou studia či zkušebny často utlumené kvůli minimalizaci nežádoucích zvukových odrazů).

Rychlost zvuku ve vzduchu při běžné teplotě a tlaku je zhruba 310m/s – jinými slovy každých 30cm urazí zvuk za 1ms. Pokud tedy např. hrajete na elektrickou kytaru na velkém pódiu a jste 3metry od vašeho zesilovače, vnímáte zvuk Vaší kytary se zpožděním 10ms. U velkých koncertů v halách, kdy jsou PA reproduktory i na konci sálu se právě s tímto časovým posunem musí počítat a často se musí signál v reproduktorech o několik (i desítek) milisekund zpožďovat.

Akustický tlak =  poměr tlaku vzduchových částic, který je úměrný hlasitosti zvuku oproti normálnímu „barometrickému“ tlaku. Intenzita zvuku se měří v decibelech (dB) a decibelová stupnice rozlišuje hlasitost zvuku od prahu slyšitelnosti až po práh bolesti. Tichý šepot odpovídá zhruba hodnotě 35dB, křičící člověk cca 90dB a raketový motor při startu může vydávat tlak až 180dB. Důležité přitom je, že lidské ucho nevnímá tento akustický tlak rovnoměrně po celém frekvenčním spektru.

Každý tón či zvuk se skládá z mnoha desítek až tisíců kmitů (hertzů) za sekundu a samotnou zvukovou vlnu lze charakterizovat dle sinusového průběhu.

Takovýto „čistý“ průběh mají jen opravdu jednoduché zvuky a běžně se s nimi nesetkáte. Standardní zvukový signál je oproti této sinusoidě více či méně deformovaný.

Častým problém při nahrávání bývá sčítání fázově posunutých zvukových vln (např. díky odrazům zvuku)

Tady je příklad dvou podobných amplitud, z nichž červená je oproti modré fázově posunuta v čase..

Ve výsledku se pak tyto amplitudy sečtou a signál bude oproti původní „dokonalé“ sinusoidě deformovaný.

(Téměř) každý hudební nástroj produkuje kromě základního tónu  ještě tzv. harmonické tóny, které právě vytváří barvu zvuku a které jsou násobkem základního tónu nástroje. Např signál, který bude mít svou nejmenší základní frekvenci 100Hz (někdy se toto označuje pojmem „fundamentál“), bude mít harmonické frekvence 200Hz, 300Hz, 400Hz atd… Výsledný zvuk je tedy pak kombinací základní a harmonických frekvencí.  Lidský mozek má jednu zajímavou vlastnost – dokáže si domyslet i „chybějící“ základní tóny pouze z těch harmonických, čehož lze využít i při mixu nahrávky (typickým příkladem je např. tón E na spodní struně baskytary, který má základní frekvenci 41Hz. Většina obyčejných reproduktorů nedokáže tuto frekvenci reprodukovat, ale díky jeho harmonickým tónům 82, 164, 328Hz… stále uslyšíme i tento hluboký tón, neboť náš mozek si ten základní tón sám „domyslí“. )
 Díky různým druhům a zastoupením těchto harmonických tónů se odliší zvuk např. kytary od flétny, i když by oba nástroje hrály stejný tón. Zvuk nástrojů se též rozlišuje i nasazením tónu (některé nástroje rozeznívají tóny pomaleji, jiné zas ostřeji a rychleji) a rezonancí nástroje.
 

Napěťové úrovně:

U standardních audiozařízení a počítačů se dnes setkáte hlavně se dvěma úrovni „citlivosti“ vstupů a výstupů:
Linkový signál – (0,755V)
Mikrofonní signál – (cca 1 - 70mV)

Pokud tedy potřebujete zapojit slabší zdroj (např. mikrofon) do linkového vstupu, je nutné signál zesílit – na to se používají tzv. předzesilovače.

VU metr

Úroveň  signálu v audiosoustavě se už od 40. let 20. století monitoruje pomocí tzv. VU metru (volume unit meter).

Zelenou barvou je indikována síla signálu, který, pokud překročí nulovou hranici je indikován červeně (přebuzený signál). Při nahrávání je třeba dodržet, aby se signál a jeho hlasitost nedostala do „červené“ oblasti jinak může být signál nepříjemně zkreslený.

Standardní VU metry mají stupnici od -20 do +3 a 0 by měla dle normy odpovídat střídavému napětí 1.23V. Běžný  VU metr má záměrně „zpomalené“ doby reakce  a proto nedokáže indikovat krátké momentální „špičky“  v audio signálu. Je tedy užitečný především pro kontrolu průměrné hlasitosti signálu.

VU metr naleznete také částo na různých audio zařízení i např.  v analogové podobě.

Šum

Šumění, brumění a další projevy ruchů ve zvukovém signálu nám znepříjemňují celý proces nahrávání i playbacku audio nahrávek. Dříve, v době analogového záznamu zvuku, to byl opravdu velký problém, nyní, „v digitálním světě“ , máme situaci o něco jednodušší.

Běžný šum jako takový je všude kolem nás v prostředí, kde se vyskytujeme a kde např. vzniká nahrávka – šum může vznikat činností člověka, přírody a počasí, okolní dopravy a spousty dalších elementů. V elektronických přístrojích vzniká šum prozměnu náhodnou fluktuací elektrického signálu a kvalitní audio přístroje vždy v technickém popisu uvádí odstup užitečného signálu od šumu (v dB).

Dalším typem je kvantizační šum – šum způsobený v A/D převodníku při tzv. kvantování při převodu signálu z analogového na digitální – ten je ovlivněn zejména kvalitou samotného převodníku.

Šumu jako takového se lze docela úspěšně zbavit vhodným nastavením citlivosti (GAIN) vstupu při nahrávání – je důležité nenahrát signál příliš „potichu“ protože pak bychom jej museli při míchání značně zesilovat a tím zesílíme i samotný šum.  Velký vliv na úroveň šumu má samozřejmě hlavně použité zařízení a jeho kvalita – zvuková karta, mixpult, předzesilovač či rekordér.

Kromě těchto  šumů existují i některé„žádoucí šumy“ – např. bilý šum – což je náhodně generovaný signál o konstantním výkonu s rovnoměrným zastoupením celého frekvenčního pásma, který se používá k měřícím účelům a často i např.  k automatickému nastavení ekvalizeru při zvučení koncertu u profesionálních mixpultů.

Velmi častým jevem, se kterým jste se asi již setkali, je „brum“ 50hz vznikající z mnoha příčin – např. špatným uzemněním nějakého přístroje v audiořetězci, rozdílným uzemněním přístrojů vůči hlavnímu zemnění v budově, špatným kabelem, kabelem který vede poblíž nějakého silného elektromagnetického zdroje apod.

Na odstranění tohoto rušivého brumu může pomoci třeba toto:

- zapojit všechny přístroje v audiořetězci na stejný zásuvkový a zemnící okruh v místnosti či budově
- pokud možno používat na propojování zařízení symetrické kabely se stínícím vodičem – ideálně XLR-XLR kabely (viz další kapitola).  Pokud používáte nesymetrické – nestíněné - kabely, používejte je co nejkratší.
- kabely neveďte poblíž silných generátorů elektromagnetického pole (motory, pračky, rozvodné el. skříně, počítače apod).
- audiokabely by neměly být nataženy paralelně vedle napájecích kabelů.
- jsou všechny audiokabely pořádně zapojené? Zní to jako malichernost, ale už se mi několikrát stalo, že příčinou brumu byl „nedocvaknutý“ jack konektor u některého zařízení
- postupným zapojováním audiořetězci zjistěte, které zařízení toto „brumění“ způsobuje – může být totiž poškozené či mít poškozený napájecí přívod
- některé zařízení, předzesilovače či efekty mohou na sobě mít tlačítko „ground lift“ jehož sepnutím v některých případech  brum zmizí.
- pomoci mohou i DI boxy či speciální „hum eliminatory“, které se připojí mezi zařízení, které brum způsobuje a mezi mixpult/rekordér

Pokud máte nahrávku a na ní jste zaznamenali šum, je zde možnost jej při míchání nahrávky částečně odstranit audio filtrem „noise reduction“ (viz kapitola o efektech), který nabízí řada zvukových editorů.  Na odstranění některých brumů může pomoci též vhodně nastavený ekvalizer. Na praskance (např. ze starých desek) se pak používá „scratch remover“ .   V zásadě ale platí, že bychom se měli snažit už při nahrávání omezit množství šumu v audiosignálu na minimum, neboť jedině to nám pak zaručí maximální možnou kvalitu audiozáznamu.

 Pokračujte na kapitolu - nahrávání do PC....

Pomohl-li Vám obsah webu či uvedeného PDF a chcete-li přispět  na jeho tvorbu, využijte toto tlačítko: