455-0525/01 – Základy elektroakustiky (ZELA)
Garantující katedra | Katedra měřicí a řídicí techniky | Kredity | 4 |
Garant předmětu | Ing. Jiljí Flanderka | Garant verze předmětu | Ing. Jiljí Flanderka |
Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný |
Ročník | | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
Rok zavedení | 2003/2004 | Rok zrušení | 2004/2005 |
Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Vyučovací metody
Anotace
V předmětu Základy elektroakustiky si posluchači zopakují a prohloubí znalosti z fyzikální akustiky, seznámí se se zdroji zvuku (hlas, hudební nástroje atd.), s vlastnostmi lidského sluchu a z toho plynoucími požadavky na snímání, záznam a reprodukci zvuku. Poznají jednotlivé články zařízení pro práci se zvukem, jejich návrh, konstrukci a použití. Naučí se provádět základní elektroakustická
měření. Seznámí se s využitím poznatků z předmětu Teorie signálu pro zpracování zvukových signálů. Ověří si praktické využití signálových procesorů a modelování procesů při zpracování digitalizovaného zvukového signálu. Seznámí a naučí se pracovat s programy pro zpracování zvukových signálů. Poznají vliv úprav signálu na jeho kvalitu a také pro dosažení požadovaných efektů a
modelace prostředí. Poznají požadavky na vybavení a organizaci práce zvukového studia. Kromě laboratorních cvičení, kde budou pracovat se zvukem a zvukovým signálem, se při exkurzích na zvukové pracoviště ČT Ostrava a Č. rozhlasu v Ostravě seznámí se skutečným provozem zvukového studia. Dále se seznámí s aplikacemi nízkofrekvenční zvukové techniky při měření chvění, v defektoskopii
a lékařské technice.
Povinná literatura:
Smetana, C.: Praktická elektroakustika. SNTL/ALFA, 1981
Merhaut a kol.: Příručka elektroakustiky. SNTL, 1964
Kolmer, F.: Prostorová akustika. SNTL, 1980
Jedlička, Z.: Úvod do zvukovej techniky a elektroakustiky.Slovenské pedagogické vydavatelstvo,1966 Bratislava.
Vlachý V.: Praxe zvukové techniky, Muzikus, 2000
Boleslav, A.: Nízkofrekvenční a elektroakustická měření, Praha SNTL, 1961
Boleslav A.: Mikrofony a přenosky, SNTL 1962.
Jurkovič K,.Škrovánek A.: Príručka nízkofrekvenčnej techniky, SVTL, 1965
Salava, T.: Elektroakustická a elektromechanická měření. SNTL , 1979.
Lenk, John, D.: Lenk's Audio Handbook N.Y., MCGRAW - HILL. Inc
Punčochář, J.: Operační zesilovače. BEN Praha 1996
Brüel & Kjaer: Technical Review
Brüel & Kjaer: Acoustic Noise Measurements
Tůma J.: Metody zpracování digitálních signálů
Smékal Z.,Vích Z.: Zpracování signálu pomocí signálových procesorů , RADIX 1988
Flanderka,J.:Základy elektroakustiky. Sylaby na WWW stránkách katedry,2002
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
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 /20b/a písemné /50b/. 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
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Přednášky:
Osnova přednášek
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, harmonie). 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:
Osnova laboratorních cvičení
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.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.