Из техничких разлога садржај читалишта можете пратити искључиво на латиници.

Digitalni (multimedijalni) zvuk

Još su računari sa operativnim sistemom DOS imali zvučne mogućnosti koje su se, međutim svodile na glasne, niske i visoke zvučne signale. Gejmeri su, željni prednosti slušanja realističnih pucačina, eksplozija, bata koraka i pozadinske muzike, upravo oni kojima bi trebalo zahvaliti na današnjim multimedijalnim zvukovima. Kako je prvo služio isključivo za zabavu i kako bi bar malo personalizovao računar koji je važio za vrlo bezličnu mašinu, zvuk se polako i sve više koristio i u druge mnogo ozbiljnije svrhe. Tako sada možemo slušati računar kako nam govori uputstva a mi ih izvršavamo na tastaturi, diktiramo mu pismo ili neku drugu govornu komandu, a koliko tek olakšava upotrebu računara slepima i slabovidima. Evo kratkog objašnjenja kako sve to radi!

 

Zvučne kartice

1Zvučna kartica preko mikrofona ili audio CD plejera prima zvuk u obliku neprekidnog analognog signala zvučnog talasa promenljive frekvencije i jačine (njegov prirodan oblik) i to nekoliko signala istovremeno što nam omogućava snimanje u stereo tehnici. Ovi signali pristižu u ADC čip (analog-to-digital converter) koji pretvara analogni signal u nule i jedinice digitalnih podataka. Analogno-digitalni konvertor ADC šalje te podatke u procesor digitalnih signala DSP (digital signal processor), koji služi da bi glavni CPU oslobodio većine poslova vezanih za obradu zvuka. Naredbu o tome šta uraditi s tim podacima DSP dobija iz ROM memorije ili iz fleš memorije (koju koriste novije zvučne kartice a što nam omogućava da ih možemo nadograditi poboljšanim naredbama). DSP, tipično, komprimuje dolazni signal kako bi zauzimao manje mesta a zatim te komprimovane podatke šalje glavnom procesoru, koji ih dalje šalje do hard diska radi čuvanja, obično u WAV ili MP3 formatu. Da bi reprodukovao snimljeni zvuk, CPU čita datoteku sa hard diska ili CD-ROM-a koja sadrži komprimovanu digitalnu verziju zvuka i šalje te podatke DSP-u. DSP sada dekomprimuje te podatke po redu i dalje ih šalje DAC čipu (digital-to-analog converter). Digitalno-analogni konvertor DAC digitalne podatke pretvara u talasastu električnu struju. Analogna struja tako stiže do zvučnika računara gde se pojačava pomoću pojačivača koji su sastavni deo zvučnika. Ta jača struja onda napaja elektromagnet koji je takođe deo zvučnika i ovo izaziva vibriranje membrane zvučnika čime se reprodukuje zvuk.

MIDI i FM sinteza zvuka

2Dok neke vrste zvuka predstavljaju jednostavne zapise, kao npr. oni u WAV formatu, zvuk u formatu MIDI (musical instrument digital interface) štedi prostor na hard disku jer čuva samo naredbe o tome kako treba svirati muziku na raznim muzičkim instrumentima a ne i aktuelni zapis zvuka. MIDI naredbe govore DSP-u koje instrumente i kako da svira. Ako zvučna kartica, radi reprodukovanja zvuka, koristi sintezu talasnom tabelom, uzorci stvarnih tonova koje stvaraju muzički instrumenti se čuvaju u ROM memoriji. DSP pronalazi ton u tabeli ROM memorije a dalje se odvija sve prema već pojašnjenom procesu: DSP šalje podatke u DAC koji ih konvertuje u analogni signal pogodan da se reprodukuje preko zvučnika. Ako zvučna kartica koristi FM sintezu, DSP zahteva od čipa FM sinteze da proizvede notu. Čip FM sinteze čuva karakteristike raznih muzičkih instrumenata u formi algoritama i koristi naredbe DSP-a i ove algoritme kako bi proizveo kopiju note određenog instrumenta. Generalno, FM sinteza je manje verna od sinteze talasnom tabelom ili reprodukcije zvuka u WAV formatu.

Digitalni zvuk

3Tehnika Dolby Digital B, poznata i kao AC3, koja se koristi u većini DVD filmova, kodira meke, visoke tonove tako da su upisani kao da su glasniji nego što zaista jesu. Sve ovo se radi pre upisivanja zvuka na medijum. Kada se zvuk stvarno zapisuje na traku, magnetni materijal u traci dodaje neželjeno šištanje u istom opsegu u kojem je pojačano Dolby kodiranje. Kada se zvuk reprodukuje, Dolby plejer vrši dekodiranje visokih tonova kako bi ih vratio na originalnu jačinu, a jačina šištanja trake se smanjuje do tačke pri kojoj se ne može opaziti. Kako zvukovi sadrže promene jačine i visine tonova koje čovečiji sluh ne može razlikovati jer ne prelaze takozvane jedva primetne razlike JND (just noticeable difference), Dolby B, MP3 i druge tehnike kompresije zvuka, smanjuju količinu podataka snimljenog zvuka do 10 posto originalne veličine jer beleže samo vrednosti JND. One zanemaruju razlike koje čovečiji sluh ne može detektovati a pritom ne zapisuju ni zvukove kao što su slabi, visoki zvečeći tonovi koji se utapaju u udaranje velikog bubnja. Punom tehnikom Dolby Digital 5.1 snima se zvuk u šest kanala. Pet snimaju zvuk u frekvenciji od 3 Hz do 20000Hz dok je šesti kanal uži i prenosi bas tonove u opsegu od 3Hz do 120 Hz koji se koriste za eksplozije, sudare i slične glasne zvukove. To je kanal efekata niske frekvencije LFE (low frequency effect). Širina prenosnog opsega se u Dolby tehnici bazira na potrebama svakog kanala, pa se tako središnjem kanalu dodeljuje širi prenosni opseg jer tipično prenosi više podataka. Kako se relativni zahtevi kanala za prenosnim opsegom menjaju, Dolby ga preraspodeljuje dinamički, kako bi najveći deo najvažnijih podataka bio prenesen. Kada se reprodukuje zvuk na sistemu Dolby Digital 5.1, razdvaja se duž šest kanala do zvučnika, obično tri prednja, dva ambijentalna sa strane i jedan za niske frekvencije u pozadini. Ovo se može izvesti i na sistemima koji imaju jedan, dva ili četiri zvučnika, kada Dolby meša signale iz šest kanala po potrebi ne bi li proizveo najrealističniji mogući zvuk za postojeći sistem.

3D zvuk

4Kako bi odredio izvor zvuka, naš mozak koristi različit način na koji naše uši čuju zvuk. Tako se javlja interoralna razlika intenziteta, jer je zvuk glasniji u uvetu koje je bliže izvoru zvuka i interoralna vremenska razlika, jer zvuk stiže do jednog uveta brže nego do drugog. Takođe, od fizionomije spoljašnje ušne školjke zavisi kako će se deformisati zvuk po ulasku u uvo, zbog ugla pod kojim pada na nju. Ključan faktor je i okolina, koja istovremeno reflektuje i apsorbuje zvuk, pa je tako važan raspored objekata od kojih se zvuk odbija. Inženjeri zvuka proučavaju sve ove efekte (daljine, pozicije, refleksije, ušne školjke) snimanjem test-zvuka tako što koriste mikrofone postavljenje u ušne kanale neke osobe. Ta osoba se nalazi u centru kruga po kome se pomera izvor zvuka, a mikrofoni sve beleže. Zatim se utvrđuju razlike između originalnog i doživljenog zvuka, tako što se vrednosti doživljenog oduzimaju od vrednosti originalnog zvuka i formiraju matematički filtar. Ovi filteri služe za pravljenje algoritama koje softver koristi sa DSP-om (procesorom digitalnih signala) radi stvaranja ambijentalnog zvuka koji se može primeniti na svaki zvuk da bi kreirali iluziju zvuka koji dolazi iz određenog smera ili se odbija od okoline. Na primer, u nekoj računarskoj igrici, algoritam stvara dve koncentrične sfere koje se prostiru od svakog izvora zvuka koji matematički odgovara nekoj lokaciji u virtuelnom svetu te igrice. Zvuk se ne može čuti dok se igrač ne nađe u spoljašnjoj sferi. Unutar te prve sfere jačina i karakter zvuka se menjaju kako igrač menja poziciju u odnosu na izvor zvuka i okolinu. Unutrašnja sfera je prostor u kojem se jačina zvuka ne menja koliko god da je igrač blizu izvora zvuka. Ova unutrašnja sfera je potrebna kako jačina zvuka ne bi postala beskonačna kada se igrač nađe direktno na izvoru zvuka.

MP3 muzika

5MP3 je format kompresije zvuka koji, slično Dolby Digital tehnici, komprimuje originalni zvuk filtriranjem razlika u zvučnom signalu koje čovečiji sluh ne može opaziti. Tako se postiže skoro 90-postotno smanjenje originalne veličine zvučnog zapisa. Na primer, dok muzički CD ima uzorke originalnog zvuka uzete 44000 puta u sekundi, MP3 proizvodi zvuk sličnog kvaliteta, uzimajući uzorke muzike 16000 puta u sekundi i govora 10000 puta u sekundi. Muzički zapis u MP3 formatu se prenosi sa računara USB kablom u fleš RAM koji se nalazi u prenosivom MP3 plejeru. Dodatne MP3 datoteke iz različitih muzičkih kolekcija se mogu upisati u zamenljive kartice fleš memorije koje se stavljaju u plejer. U plejeru se nalazi čip lokalno programabilnog niza logičkih kola, koji prenosi tok digitalizovane muzike u digitalno-analogni konvertor koji ih pretvara u promenljive analogne električne signale zahvaljujući kojima se muzika reprodukuje u slušalicama.

Рачунарски факултет Рачунарски факултет 011-33-48-079