455-0101/01 – Electro-acoustics Fundamentals (ZELA)

Gurantor departmentDepartment of Measurement and ControlCredits4
Subject guarantorIng. Jiljí FlanderkaSubject version guarantorIng. Jiljí Flanderka
Study levelundergraduate or graduateRequirementChoice-compulsory
YearSemestersummer
Study languageCzech
Year of introduction2002/2003Year of cancellation2003/2004
Intended for the facultiesFEIIntended for study typesMaster
Instruction secured by
LoginNameTuitorTeacher giving lectures
FLA49 Ing. Jiljí Flanderka
Extent of instruction for forms of study
Form of studyWay of compl.Extent
Full-time Credit and Examination 2+2

Subject aims expressed by acquired skills and competences

Teaching methods

Summary

In Electro-acoustic Fundamentals the students are to revise and to extend their knowledge of physical acoustic, they will become familiar with sources of the sound (voice, music instruments), with features of human hearing and with consequent demands coming from these facts. These demands are mainly voice sensing, recording and reproduction. They will learn particular items of devices for voice processing, their design, construction and using. They will carry out with basic electroacoustic measurements. They will learn using of knowledge of the Theory of the Signal for audio signal processing. They will verify practical using of signal processors and modelling of processes connected to digitizing of audio signals. They will get asquainted with programs for audio signals processing. They will get to know how signal adjustment can affect its quality concerning desired effects. They will grasp the requirements for equipment and organisation of working in sound studio. Besides laboratory seminars where they will work with the sound and audio signals, they will also familiarize with real operation of sound studio in ČT Ostrava and Český rozhlas Ostrava. Moreover, they will get to know with application of low-frequency audiotechnique in measurements of vibrations, using flaw detectors and medical devices.

Compulsory literature:

Recommended literature:

Way of continuous check of knowledge in the course of semester

Průběžná kontrola studia: účast na cvičeních a lab.pracech Testy: Datum, hodina a místo testů budou studentům oznámeny nejméně 2 týdny předem.Pokud se student z objektivně doložených důvodů nedostaví na řádný termín, může se přihlásit na náhradní termín. Podmínky testů: Test průběžné přípravy (3x) i závěrečný test vypracovává student bez použití literatury nebo poznámek. Při nesamostatné práci bude práce kvalifikována 0 body. Doba k vypracování testů 30minut. Hodnocení testů: 0-5 bodů podle procent úspěšného řešení nebo odpovědí, 0-5 při závěrečném testu. Podmínky udělení zápočtu: 1. účast na cvičeních a lab.pracech 2. získání nejméně 25 bodů z testů a hodnocení lab.úloh Hodnocení studia Student je klasifikován podle počtu získaných bodů za cvičení a u zkoušky, která je za dvou částí ústní a písemné. Maximální možný počet získaných bodů je 100. Maximální možný počet získaných bodů ze cvičení a lab. Úloh je 30. Testy: Datum, hodina a místo testů budou studentům oznámeny nejméně 2 týdny předem. Pokud se student z objektivně doložených důvodů nedostaví na řádný termín, může se přihlásit na náhradní termín.

E-learning

Další požadavky na studenta

Prerequisities

Subject has no prerequisities.

Co-requisities

Subject has no co-requisities.

Subject syllabus:

Přednášky: Základy fyzikální akustiky, elektromechanická analogie a náhradní obvody.Vznik a druhy zvuků. Jejich charakteristické vlastnosti (hudební, periodický, hluk, chvění). Zdroje zvuku, šíření zvukových vln v prostředí, uzavřeném a volném prostoru a v materiálech. Energie a intenzita zvukového vlnění. Základní fyzikální jednotky. Vznik stojatých vln,. tlumení zvuku, prostorová a stavební akustika. Fyziologie slyšení - stavba lidského ucha a vnímání zvuku. Stanovení a normalizace základních jednotek vzhledem k fyziologii slyšení (L(dB), FON, SON), prahy a jejich posuny. Zvlášnosti vnímání zvuku, změny vjemů souvisejících se změnou hlasitosti zvuku. Maskování, preference, únava sluchu. Binaurální slyšení a z toho plynoucí požadavky na přenos obrazu zvukového pole. Hudební akustika. Základní zdroje zvuku, akustické hudební nástroje, rozdělení podle způsobu vytváření zvuku. Elektroakustické a elektronické generátory tónů. Základní hudební pojmy /Dynamika, tempo, intervaly, harmoniee/. Frekvenční a výkonová spektra a směrové charakteristiky nejznámějších hudebních akustických nástrojů. Šíření zvuku a akustika prostoru. Rovina, kulová vlna. Interference, rezonance, Huyghensův a Dopplerův princip, odraz, lom a ohyb zvukových vln. Akustika v uzavřených prostorech - požadavky na prostor z hlediska určení provozu. Charakteristické vlastnosti prostoru z hlediska akustiky (dozvuk, odraz, poloměr dozvuku a jejich frekvenční průběhy). Fyzikální vlastnosti lidské řeči a problém srozumitelnosti. Akustické úpravy prostoru pro optimalizace z hlediska požadavku akustiky. Akustická impedance, pohltivost, odrazivost materiálů. Zvukové izolace. Elektroakustické měniče. Dělení z hlediska konstrukčního principu (dynamický, elektromagnetický, odporový, piezoelektrický, elektrostatický). Mikrofony, dělení dle veličiny již je úměrný elektrický signál (tlakového, nultého 1. a 2. řádu, rychlostní, kombinované a vlnové). Jejich vlastnosti a použití. Reproduktory - druhy, účinnost, frekvenční rozsah. Akustické přizpůsobení, akustická impedance, zvukovody, vlastnosti, použití. Přizpůsobení elektroakustického řetězce EA měničů. Mikrofonní zesilovače, symetrická vedení, galvanické dělení, optický přenos signálu. Buzení reproduktorů. Požadavky na výkon zesilovače. Způsoby a dosažení požadovaných vlastností. Porovnání jednotlivých druhů konstrukcí (elektroniky, bipolární tranzistory, FETy, integrované obvody) z hlediska dosažitelných vlastnosti a možností realizace Elektroakustická měření. Měření akustických veličin hladin hlasitostí, tlaku, výchylky. Měření elektroakustických měničů, měření zesilovačů zvukových signálů a přenosových soustav. Měření vlastnosti prostorů a měření vlastnosti materiálů vedoucích - pohlcujících zvuk. Měření vlastností lidského sluchu. Požadavky na vlastnosti přenosové nebo záznamové soustavy pro kvalitní přenos nebo záznam zvuku. Zpracování a úpravy elektroakustických signálů v analogové a digitální formě. Zařízení pro záznam zvuku - historický přehled. Mechanický - gramofon, magnetický - pásek, kazeta, optický - filmový, digitální - páskový, kazetový CD disk, minidisk, harddisk. Porovnání dosažených vlastností, jejich ekonomiky a využití.Komprese zvukových dat.Hodnocení kvality elektroakustického řetězce. Části elektroakustického řetězce. Volba aktivních a pasivních prvků. Přebuditelnost. Filtry a kmitočtové korektory, parametrické ekvalizéry ,fázovací články, AD-DA konvertory, panorama, efektové procesory (delay, decay, stretch, harmonizery,enhancery,reverb, chorus,reverb atd.) Rozhraní - analogové i digitální - článků elektroakustického řetězce. Způsoby propojení, vstupní a výstupní impedance, vliv vlastností kabelů a světlovodů na kvalitu přenosu signálů. Možnosti minimalizace těchto vlivů. Zásady pro návrh zařízení a jejich propojování. Druhy formátů digitálního signálu a ošetření dat k zamezení chybného přenosu informace. Výroba zvukových snímků pro účely komerčního využití (rozhlas a nosiče zvuku). Technické vybavení a organizace práce studia pro výrobu zvukových snímků. Základní druhy úprav zvukových signálů. AD-DA, konverze, mixáž, frekvenční úpravy, směrové, DECAY, DELAY, enhancery, harmonizéry, střih, prolínání, programování těchto procesů. Sound Station, digitální zvukové karty PC a obslužné programy. Využití zvukové techniky detekcí činností strojů a zařízení a k lékařské diagnostice. Ultrazvuk a uzv., defektoskopické a diagnostické metody v průmyslu i v lékařství. Měření chvění (infrazvuk). Diagnostika dle hladiny zvuku způsobené zařízením v okolním prostoru. Hygienická měření hladin hlasitost. Analýza a vyhodnocení měření.Využití zvukové techniky pro pomoc sluchově a hlasově postiženým (vibrátory, sluchadla). Současný stav techniky pro snímání, záznam, přenos a reprodukci zvuku.Využití v oblasti přenosu a zpracování zpráv a v umělecké tvorbě. Základy psychologie vnímání zvuku a její využití v multimediálních procesech. Laboratoře: Návrh zesilovacího stupně a) s bipolární tranzistorem b) s tranzistorem FET c) s operačním zesilovačem Výpočet vlastností a výběr vhodných součástí dle katalogových hodnot. Zesilovače malých vstupních napětí. Šumové vlastnosti zesilovače nízkého signálu. Návrh zapojení z hlediska šumu a rušivých napětí. Výpočet výsledných vlastností zesilovače. Kosntrukce amplitudových a fázových charakteristik. Přizpůsobení zesilovačů vlastnostem elektroakustických měničů a požadavkům na přenos. Vyrovnávací korekční zesilovače pro mechanický a magnetický záznam. Principy snižování šumu u analogových magnetických záznamů (DNL, dolby, B, C, S, Dbx, HX pro). Moderní způsoby jejich realizace. Digitální zpracování. AD/DA konverze, programy pro zpracování signálů. Zvukové karty PC, jejich vlastnosti a práce s nimi. Formáty digitálních a audio signálů (S/PDIF, optický, AES/EBU, WAV), synchronizace zvuku a obrazu pro doprovod videosignálů a synchronní zpracování. Využití digitálních soustav pro měření analogových částí EA řetězce (Fourierova transformace, Dirac. impuls, impulsová odezva, frekvenční a fázová charakteristika). Obecné rysy akustických měření. Měření akustického tlaku zvukoměry v akustických polích. Měření dozvuku. Měření akustických impedancí a výkonů. Měření hluku a chvění. Kalibrace měřicích mikrofonů. Měření elektroakustických měničů. Frekvenční a amplitudová analýza. Měření elektroakustických soustav a jednotlivých jejich článků.Kmitočtový průběh amplitudové charakteristiky, zesílení, výkonové zesílení, vstupní a výstupní impedance, nelineární a intermodulační zkreslení. Vliv rychlosti přeběhu na kvalitu přenosu. Měření zařízení pro záznam zvuku. Měření a nastavení magnetofonu (charakteristiky a předmagnetizace). Dosažitelné parametry analogových způsobů záznamů zvuku. Využití digitální techniky a PC pro elektroakustická měření.Požadované nároky na AD a převod a způsob vzorkování. Frekvenční analýza, měření přenosových článků impulsní metodou s využitím Fourierovy transformace. Měření rušivých signálů v elektroakustice. Opatření k jejich minimalizaci. Konstrukční zásady návrhu s ohledem na výše uvedené k dosažení potřebného odstupu rušivých signálů. Náročnost na HW vybavení pro zpracování audiosignálů. Druhy rozhraní. Simulace zvukových úprav a měření s využitím PC. Synchronizace hudebních nástrojů pomocí sběrnice MIDI. Moderní směry zpracování a záznamu zvukových signálů. PC - HDR, DAW, DAT, MD, CD, DVD. Formáty pro přenos mezi nimi a transkodování signálu. Exkurze na profesionální pracoviště pro výrobu a úpravy zvukových snímků (ČR nebo ČT Ostrava). Simulace a tvorba sw pro zpracování audiosignálu. Moderní způsoby měření kvality průchodu analogových i digitálních signálů přenosovou soustavou (jitter, dither, impulsní analýza). Kritéria stability přenosové soustavy. Konzultace, zápočet.

Conditions for subject completion

Full-time form (validity from: 1960/1961 Summer semester)
Task nameType of taskMax. number of points
(act. for subtasks)
Min. number of points
Exercises evaluation and Examination Credit and Examination 100 (145) 51
        Examination Examination 100  0
        Exercises evaluation Credit 45  0
Mandatory attendence parzicipation:

Show history

Occurrence in study plans

Academic yearProgrammeField of studySpec.FormStudy language Tut. centreYearWSType of duty
2002/2003 (M2612) Electrical Engineering and Computer Science (2601T004) Measurement and Control Engineering P Czech Ostrava Choice-compulsory study plan
2002/2003 (M2612) Electrical Engineering and Computer Science (2612T018) Electronics and Communication Technology P Czech Ostrava Choice-compulsory study plan
2002/2003 (M2612) Electrical Engineering and Computer Science (2642T004) Electrical Machines, Apparatus and Drives (10) Elektrické stroje a přístroje P Czech Ostrava Choice-compulsory study plan
2002/2003 (M2612) Electrical Engineering and Computer Science (2642T004) Electrical Machines, Apparatus and Drives (20) Elektrické pohony a výkonová elektronika P Czech Ostrava Choice-compulsory study plan
2002/2003 (M2612) Electrical Engineering and Computer Science (3902T023) Computer Science P Czech Ostrava Choice-compulsory study plan
2002/2003 (M2612) Electrical Engineering and Computer Science (3907T001) Electrical Power Engineering P Czech Ostrava Choice-compulsory study plan
2002/2003 (M2612) Electrical Engineering and Computer Science (2601T004) Measurement and Control Engineering P Czech Ostrava 3 Choice-compulsory study plan

Occurrence in special blocks

Block nameAcademic yearForm of studyStudy language YearWSType of blockBlock owner