SREDNJA STRUČNA ŠKOLA BERANE

STRUČNI RAD

Vrste, pravljenje, mijenjanje, snimanje i slanje semplova

Mentor: Učenik: Mehdija Adrović, prof. Lazar Labudović

Berane, Jun, 2015

SADRŽAJ

2

1. UVOD

Digitalni zvučni zapisi se danas nalaze svuda oko nas, bilo da su pitanju CD i DVD mediji, DAT trake, satelitsko emitovanje, muzika snimljena na računaru ili čak telefonski razgovori. Ali, prije nego što čujemo zvuk, digitalni zapis se mora pretvoriti u analogni signal, putem digitalno-analognog konvertora, D/A (u stranoj literaturi se obeležava skraćenicom DAC).

Posao D/A konvertora se, na prvi pogled, čini jednostavnim – samo treba jedinice i nule pretvoriti u električni signal koji, reprodukovan preko pojačivača i zvučnika, konačno postaje zvuk. Ipak, preciznost konvertora i njegova brzina od ključne su važnosti za verodostojnost konvertovanog signala. Pogledajmo zajedno kako radi D/A konvertor i na kakve probleme nailazi pri obavljaju svoje funkcije. Takođe, pokušaću da objasnim i principe rada različitih vrsta konvertora. Šta se događa u takozvanom električno-akustičkom lancu? Kada snimamo muziku, mikrofon je taj koji pretvara zvučni pritisak u napon, koji varira u zavisnosti od jačine tog pritiska. U tom trenutku, signal se i dalje nalazi u analognoj formi ili, preciznije rečeno, u analognom domenu.

Slika 1. Izgled audio signala na računaru

3

2. PCM (Pulsno-kodna modulacija)

Digitalni zapis predstavlja nešto sasvim drugačije. Da bi se shvatilo kako rade D/A konvertori, važno je razumjeti i proces dobijanja digitalnog signala. Zapis koji se čuva na kompakt diskovima prošao je kroz proces pulsno-kodne modulacije (PCM). Ova modulacija sastoji se iz dva jednostavna dijela: prvi se naziva semplovanje (sampling – uzimanje uzoraka), a drugi kvantizacija. Semplovanje praktično predstavlja uzimanje pojedinačnih uzoraka signala u različitim vremenskim intervalima. Da bi signal bio verodostojniji, neophodno je da se semplovanje vrši što brže. Na kompakt diskovima semplovanje se vrši frekvencijom od 44,4 kHz, odnosno svaka sekunda zvučnog zapisa pretvara se u 44.100 uzoraka signala i to za svaki kanal zasebno. Jedno od najvažnijih pravila u polju digitalnih signala predstavlja takozvana Nikvistova teorema. Ona kaže da ukoliko želimo da tačno izvršimo semplovanje, to moramo učiniti sa frekvencijom koja je dvostruko veća od najviše frekvencije u signalu. Kako ljudsko uho raspoznaje zvukove do 20 kHz, neophodna frekvencija semplovanja bi iznosila najmanje 40 kHz. Za svaki slučaj, kompakt disk ima nešto veću frekvenciju semplovanja.

Drugi dio procesa, kvantizacija, predstavlja uzimanje vrijednosti svakog tog uzorka. Preciznost uzete vrijednosti signala direktno zavisi od broja bitova kojima se svaki uzorak vrednuje. Primjera radi, CD predstavlja svaki uzorak sa 16 bitova, odnosno svaki uzorak može imati vrednost u opsegu od 0 do 2 na šesnaesti stepen. Kvantizacija kod kompakt diska ima 65.536 mogućih vrijednosti, a druge vrijednosti su date u tabeli 1.

Broj bitova Broj kvantizacionih nivoa Odnos signal/šum (teoretski)

1 2 6 dB

2 4 12 dB

8 256 48 dB

16 65536 96 dB

20 1048576 120 dB

24 16777216 144 dB

Tabela 1. Vrijednosti kvantizacije

Iako mnogi osporavaju kompakt disk zbog "samo" 16 bitova, ovaj broj nivoa signala daje veliku preciznost pri procesu kvantizacije.

4

Frekvencija semplovanja

(kHz)

Tip medija

Najveća teoretska čujna frekvencija

(kHz)

Najveća praktična čujna frekvencija

(kHz)

44,1 CD 22,05 20

48 DAT 24 22

96 DVD 48 44

192DVD-Audio

96 88

2.822 SACD 100 100

Tabela 2. Frekvencije semplovanja u zavisnosti od tipa medija

Jasno je, naravno, da se u ovom procesu ne uzimaju tačne, već približne vrijednosti signala. Što više bitova imamo na raspolaganju, imamo i više mogućih nivoa, što ujedno povlači manji stepen greške pri zaokruživanju vrijednosti uzorka.

3. Digitalni filteri

Ako kao primjer uzmemo sinusioidni signal, primijetićemo da u analognom obliku sinusoida ima "gladak" oblik, dok isti signal koji je prošao proces digitalnog konvertovanja ima "iskrzane ivice". Zapravo, signal nastao iz digitalnog zapisa posjeduje oblik stepenica, a veličina stepenastih promjena signala zavisi direktno od frekvencije uzimanja uzoraka i količine bitova u kojima se memoriše vrijednost signala uzorka. Ivice ovih stepenica sadrže neželjeni signal veoma visokih frekvencija, koji nije postojao u originalnom analognom zapisu. Da bi se ove frekvencije uklonile, signal mora proći kroz niskofrekventni (low-pass) filter. Prvobitne generacije CD plejera koristile su takozvani brickwall filter (zid od cigle), koji je "brutalno sjekao" visoke frekvencije od određene vrijednosti. Ipak, ovi filteri su se pokazali kao skupo rješenje, koje je dodavalo izobličenja originalnom signalu, pritom pomerajući fazu originalnog signala.

Noviji filteri koriste kombinaciju digitalnog i analognog filtera. Digitalni filter se postavlja ispred D/A konvertora i njegova uloga je pomjeranje neželjenih visokih frekvencija daleko iznad čujnog opsega, dok analogni filter posjeduje prirodniji nagib, posmatrano sa muzičkog aspekta.

5

4. Up-sampling

Pomenuti digitalni filteri vrše proces poznatiji kao up-sampling (termin re-sampling bio bi precizniji). Oni, zapravo, imaju zadatak da uvećaju brzinu rada D/A konvertora, a to rade tako što šalju konvertorima više uzoraka na obradu. Kod up-sampling filtera sa oznakom 4x filter ubacuje tri nova uzorka nakon svakog originalnog. Kada je u pitanju filter 8x, on ubacuje sedam novih uzoraka nakon svakog originalnog sempla. Iako filteri, po logici stvari, imaju zadatak da izmijene vrednost originalnog signala (u ovom slučaju uzorka), to se ovdje ne događa. Sa druge strane, ovi filteri proračunavaju vrijednosti novih umetnutih uzoraka. Kod nekih filtera ovi uzorci jesu u relaciji sa originalnim, a kod nekih ne.

Kao što smo već rekli, nakon ovog procesa resemplovanja, šumovi nastali usled kvantizacije su pomjereni na više frekvencije. Na tim opsezima sada se može primijeniti dosta blaži i prirodniji filter nego što je to "zid od cigala". Inače ovi analogni filteri su poznatiji pod imenom rekonstrukcijski filteri.

Digitalni filteri predstavljaju veliko poboljšanje u odnosu na analogne, jer se preciznost njihovih karakteristika može odrediti sa velikom pouzdanošću. Preciznost ide i do neverovatnih vrednosti od 0,00001 dB, sa slabljenjem od "velikih" 120 dB. Pored toga, digitalni filteri ne donose fazna pomjeranja ili bilo kakva izobličenja. No, bez obzira na njihove izvanredne karakteristike, ne treba zaboraviti da se digitalni filteri uvijek koriste u sprezi sa analognim filterima.

5. Vrste semplova

Semplove možemo po načinu upotrebe podijeliti na dvije grupe:

1. semplovi za wavetable i

2. loop-ovi

Wavetable je naziv za tehnologiju simuliranja raznih instrumenata na sintisajzeru. To bi značilo da korišćenjem snimka/sempla pravog klavira, sintisajzer zvuči kao taj klavir. Za sastavljanje wavetable jednog instrumenta, može se koristiti od par semplova do par stotina semplova (na primjer svaka dirka klavira posebno snimljena, plus posebno snimljena za razlicite sile pritiskanja dirki).

Loop-ovi su čitave dionice odsvirane na nekom instrumentu, i uglavnom služe za pravljenje instant muzike.

6

Komponovanje se sastoji od uklapanja raznih loop-ova, uz eventualno nešto pravog sviranja.

6. Brzina semplovanja (dinamički raspon)

 Iako se ranije za digitalizaciju koristilo 8 bit-ova (jedan bajt), danas je standardno da se za zapis svakog sempla-uzorka koristi 16 bitova (dva bajta). Ovo omogućuje zapis 65536 raznih nivoa jačine zvuka, što daje dinamički raspon od nekih 96dB što se smatra prilično zadovoljavajućim.

Da bi se bolje dočarao prostorni raspored zvuka, koristi se stereo tehnika. Za digitalizaciju stereo zvuka potrebno je najmanje 2 mikrofona (dva kanala).

Ukoliko jednostavno zapišemo niz brojeva dobijenih digitalizacijom zvuka, dobijamo tzv. sirovi zapis (PCM – Pulse Code Modulation). Za zapis jednog minuta zvuka u stereo tehnici, potrebno je:

44100 * 2 bajta * 2 kanala * 60sekundi = 10,5 MB

7. Sinteza semplova

Sinteza semplova je vrlo slična subtraktivnoj i aditivnoj sintezi. Glavna razlika je u tome što se u sintezi semplova koriste kompleksni zvukovi kao što su muzički instrumenti ili zvukovi iz okruženja umjesto tradicionalnih talasnih oblika. Sempleri i sinteza semplova su danas fundamentalni u dizajnu zvučne slike za vizuelne medije. Muzički žanrovi kao što su hip-hop, trip-hop, trance, dance i electronica su izmišljeni zahvaljujući semplovima.

Prednosti: Zahtjevnost procesiranja je daleko manja nego kada su u pitanju FM ili aditivna sinteza. Procesiraju se unaprijed snimljeni zvuci umjesto real-time računanja i obrade talasnog oblika putem tradicionalne sinteze zvuka.

Mane: Da bi zvuk semplovanog instrumenta bio detaljniji, potrebno je istovremeno sviranje više semplova, što opterećuje procesor i memoriju. Npr. truba mora da ima snimljene udisaje i izdisaje muzičara, zvuk instrumenta, svaku notu koja mora biti isečena na pravim mjestima da bi instrument mogao da se svira kontinualno(loop points).

Najviše koriščeni način semplovanju muzičkih insturmenata i ljudskog glasa da bi se postigla što realnija simulacija živog instrumenta je multi semplovanje. Nije komplikovan proces, ali zahtijeva dosta vremena i pažnje. Odnosi se na snimanje tona svake note i jačine note i njihovo povezivanje na odgovarajuću dirku klavijature (keymap). Obezbjeđuje daleko prirodnije prelaženje iz viših u niže registre instrumenta i obrnuto.

7

Slika 2. Multi semplovanje u NI Kontakt

Koristi se za potrebe vizuelnih medija(film, video igre, TV). Nije obavezno korišćenje semplera, može da se radi i u bilo kojem audio sekvenceru ili editoru koji podržava VST, AU ili RTAS plug-in standard. ! Najčešće korišćeni editori su Sony Sound Forge i Steinberg Wavelab.

8. Slanje semplova

Ako imate semplove u wav formatu na kompijuteru da bi poslali na klavijaturu potrebno ih je ubaciti u sempler Emu E4x.

Prvi, jednostavniji nacin jeste da jednostavno usemplujemo sa kompjutera iz nekog sekvencera zvuke u Emu. Dakle, povezati zvucnu karticu analogno sa (nebalansiranim) ulazima na EMU sempleru i usemplovati neke zvuke.

Drugi nacin je da se napravi SCSI konekcija izmedju kompjutera i Emu semplera, i uz pomoc softvera se šalju semplovi sa PC na EMU. Malo je komplikovaniji način i slanje semplova ide veoma sporo. Za ovaj način bi trebalo nabaviti SCSI controller za kompjuter.

8

4. ZAKLJUČAK

Animacija je brzi prikaz niza dvodimenzionalnih slika sa ciljem da se dobije iluzija kretanja. Ona je zapravo optička iluzija nastala zbog fenomena zvanog tromost oka. Ljudi su bili fascinirani animacijom još od davnih vremena dok su na pećinama ocrtavali kako love životinje. Danas je praktično animacija svuda oko nas, od animiranih filmova pa do kompjuterskih igrica. Kompjuterski generisana animacija je posebno zanimljiva jer nam može realno predstaviti stvari koje smo prije vidjeli samo u svojoj mašti. Efekti u današnjim filmovima su postali fotorealistični i rijetko ko nije ostao fasciniran prizorima iz „Gospodara prstenova“ ili „Ratova zvijezda“. Pojedini filmovi se čak kompletno snimaju ispred zelenog platna, isključujući stvarni svijet. Ubrzo će računari biti dovoljno moćni da realistično zamijene prave glumce. Danas vjerovatno na najpopularnijoj stvari na svijetu Internetu teško možete zamisliti nešto statično. Korisnike uvijek privlači animacija i dinamika, osjećaj da se nesto pokreće.

Flash pruža sve što je potrebno korisniku za kreiranje i distribuciju bogatih web sadržaja i snažnih aplikacija. Flash je poznat kao program za kreiranje animacija već duže vrijeme. Najčešće se koristi za web animacije jer dopušta stvaranje visoko kvalitetnih animacija s malim veličinama datoteka, koje su idealne za online sadržaj. Flash je vektorski baziran program dizajniran za stvaranje i prikaz malih datoteka na web-u, i to postiže ograničavanjem tipova slika i medija koji mogu biti prikazani. Zadnjih godina Flash se koristi čak i za kreiranje animacija u komercijalne svrhe televizijiskih prikazivanja. Razlog zbog kojeg je flash toliko proširen je da je odličan alat za kreiranje i animaciju vektorske grafike, takođe pruža sve potrebno za kreiranje i dostavu bogatog web sadržaja i moćnih aplikacija kao npr. online trgovine. Prilikom kreiranja pokretne grafike ili stvaranja aplikacija sa podatcima Flash nudi alate potrebne za dobijanje izvrsnih rezultata i dostavu korisniku najboljim načinom na brojne platforme i uređaje.

9

5. LITERATURA

http://www.mikroknjiga.rs/slike2/86-7991/SoundForge6.pdf

http://www.rumski.com/forum

www.wikipedia.org

http://www.hi-files.com/digitalni-zapis/

10