Hangkártyák programozása retro 4.

2.2.9. Hangforrások és hangok csoportosítási lehetőségei

Hangforrásnak nevezzük azt a helyet, amely a hangot produkálja. Azonban gyakorlati szempontból bonyolultabb a kérdés, mivel a hangforrások általában összetettek.

Általában a következő hangforrásokat különböztetjük meg egymástól:

  • Biológiai hangforrások: emberi és állati hangok,
  • Természeti hangforrások: szélzúgás, mennydörgés,
  • Hangszerek: zenei célokat szolgáló, mechanikai rezgés-átalakítók,
  • Technikai hangforrások: gépek, munkaeszközök, közlekedési eszközök,
  • Elektroakusztikai hangforrások: átalakítók, hangszórók.

Tehát a hangforrás valamilyen hangot „ad ki”. Természetesen ezen hangok is különböző típusúak lehetnek. A hangok fizikai felosztása minőségi szempontból:

1)      Forma szerint:

  • Tiszta hang (szinuszos jellegű),
  • Zenei hang (periódusos jellegű),
  • Zörej (statisztikus jellegű, periódus nélküli),
  • Összetett hang (több azonos, vagy nem azonos formából kevert jellegű),

2)      Az időbeli forma változása szerint:

  • Állandó hang (jellegét hosszabb ideig megtartja),
  • Változó hang (átmeneti jellegű bármilyen szempont szerint),
  • Szakaszos hang (szünetek szakítják meg),
  • Egyszeri hang (hosszabb ideig nem ismétlődik),

3)      Időtartam szerint:

  • Impulzus hang (0,1 s-nál rövidebb),
  • Rövid idejű hang (0,1 és 1 s közötti),
  • Tartós hang (1 s-nál hosszabb),
  • Hosszú idejű (60 s-nál nagyobb).

Szerkezeti szempont alapján történő csoportosítás:

1)      Állandósult:

  • Előre meghatározott (determinisztikus),
  • Szinuszos (tisztahang),
  • Periódusos (zenei hang),
  • Kváziperiódusos,
  • Véletlenszerű (sztochasztikus),

2)      Átmeneti:

  • Folyamatos (kvázisztochasztikus: beszéd, zene),
  • Egyszeri esemény,
  • Berezgés,
  • Lecsengés,
  • Átkötés,

3)      Lökésjellegű

  • Egyszeri (impulzus),
  • Többszöri (impulzussorozat),
  • Periódusosan ismétlődő (kváziperiódusos),
  • Szabálytalanul ismétlődő.

2.2.10. Fourier-analízis

Bár a későbbiekben bőven lesz szó e témáról és annak matematikai alapjairól, mégis fontos, hogy legalább bevezető jelleggel ismertessünk néhány alapvető dolgot, amely szükséges a hanghullámok komolyabb megismeréséhez. Jean Baptiste Joseph de Fourier, francia matematikus 1822-ben bebizonyította, hogy bármilyen periodikus függvény felbontható különböző amplitúdójú és fázisú függvényekre. Vagyis bármilyen periodikus jelfüggvény előállítható különböző szinuszhullámok súlyozott összegeként. A Fourier-analízis segítségével meg tudjuk határozni egy összetett hullám alkotóelemeit. A spektrum egy olyan koordinátarendszer, amelynek függőleges tengelyén az amplitúdót, függőleges tengelyén pedig a frekvenciát ábrázoljuk. Az ábrázolást követően kiolvashatjuk, hogy milyen frekvenciájú és amplitúdójú jeleket kell összegeznünk ahhoz, hogy a kívánt jelhez jussunk. A mesterséges hangzás megvalósításában komoly szerepe lesz a Fourier transzformáltnak. F.2-ben néhány fontosabb függvény és Fourier transzformáltja látható. F.33. pedig egy olyan program listáját közli [4] alapján, amely a négyszögjelet állítja elő különböző szinuszhullámok súlyozott összegeként.

Amplitúdómoduláció: az a jelenség, mely során egy hang amplitúdója valamilyen periódussal kismértékben, de szabályosan változik. A F.2. második ábrája erre mutat példát.

Frekvenciamoduláció: az a jelenség, mely során egy hang frekvenciája kismértékben periodikusan változik.

F.2. Néhány jellegzetes függvény és spektruma

2.2.11. Az egyszeri hang burkológörbéje

Amikor hosszabb ideig nem ismétlődő, egyszeri hangokat vizsgálunk, észrevehetjük, hogy azok a megszólalástól az elhalásig folyamatosan változnak. Ha az amplitúdó változását az idő függvényében ábrázoljuk, megkapjuk az adott hang burkológörbéjét, amely a következő szakaszokra osztható általában:
  • felfutási (attack),
  • lecsengési (decay),
  • kitartási (sustain),
  • elhalási (release).

Tehát a hang amplitúdója felfut egy bizonyos szintre, majd lecseng, és a kitartási szinten marad, ezt követően pedig elhal. Természetesen nem csak a fenti szakaszokkal rendelkező úgynevezett ADSR burkológörbe létezik, hanem olyan burkológörbe is, amely ennél lényegesebb több szakasszal jellemezhető. Annyi biztos, hogy minimálisan egy felfutási és egy lecsengési szakasz alkotja az egyszeri hang burkológörbéjét. A burkológörbe jellegzetes szakaszait a F.3-ban tanulmányozhatjuk.

F.3. Az egyszeri hang burkológörbéjének egyes szakaszai

2.3. Bevezetés a fiziológiai hangtanba

Ebben a részben áttekintjük a hang szubjektív érzékelésével kapcsolatos alapokat.  Jellemző a hangtan eme ágára, hogy eredményeit főleg statisztikai módszerek felhasználásával produkálja, ami azt jelenti, hogy rengeteg, lehetőleg különböző, emberen kell elvégezni az adott kísérleteket, s csak azt követően lehet komolyabb következtetéseket levonni. Meg kell jegyezni, hogy a hangok szubjektív érzékelése nem követi a Fechner-Weber-féle logaritmikus törvényt, tehát a szintekkel kifejezett növekedést.

Az egyik kísérlet a hang legfontosabb érzeti jellemzői közül a hangossággal kapcsolatos. Az első mérések végzői után Fletcher-Munson görbéknek nevezték el az azonos hangossági szintek görbéit, melyeket többszőr is megmértek és szabványosítottak. Ezen karakterisztikák az alábbi feltételek teljesülése esetén érvényesek:

  • a hangforrás frontálisan helyezkedik el a hallgatóhoz képest,
  • a hallgató akusztikai szabadtérben van és a hanghullámok síkhullámként érkeznek hozzá,
  • a hangnyomást a megfigyelés helyén, a hallgató távollétében mérik,
  • a hallgatás mindkét füllel egyszerre történik,
  • a hallgató kora 18 és 25 év közötti, és normális hallású.

Az azonos hangossági szintek görbéinél 100 Hz-es frekvenciát választottak. Az egyéb frekvenciákon ugyanakkora hangossághoz szükséges hangnyomásszinteket meghatározták és az így kapott pontokat összekötötték. Az 1000 Hz-en megállapított szintet rendelték ehhez a görbéhez, de ez már a szubjektív érzetet tükröző hangosságszint, ezért megkülönböztetésül 1 phon a mértékegysége. Az 1000 Hz-en érvényes p=p0 –nak megfelelő 0 dB-es vonatkoztatási szinthez tartozó hangosságszint 0 phon. Az új mérések szerint a hallásküszöb 1000 Hz esetén 4,2 dB-el egyenlő, szemben a vonatkoztatási értékhez tartozó 0 dB-el, azaz a korábban meghatározott küszöbértékkel. Ezért ajánlatos különbséget tenni a küszöbérték és a vonatkoztatási érték között.

2.3.1. A hang szubjektív magassága

A hang szubjektív magasságának egysége: 1 mel. 1000 mel: 1000 Hz frekvencián, 40 phon hangosságszintnél. 500 mel szubjektív magasságúnak tekintjük azt a frekvenciát, amelynél az átlagos normális hallású ember fele akkora zenei magasságúnak érzékeli a hangot az eredeti 1000 Hz-es hanghoz képest. Hasonlóképpen 2000 mel szubjektív magasság azt a frekvenciát jelenti, amelynél a szubjektív megítélés kétszeres hangmagasságot állapít meg. A hang szubjektív magassága némileg függ az adott hang hangosságától is. Például 100 Hz-en 40 phon-ról 100 phon-ra növelve a hangosságot, a szubjektív hangmagasság körülbelül 10%-kal csökken, vagyis egy teljes zenei hanggal. Ezzel szemben körülbelül 4 kHz fölötti magas hangoknál a hangosság növekedésekor a hang szubjektív magassága is növekszik.

2.3.2. A fül iránykarakterisztikája

A hangforrás irányának megállapításakor az irányhatás és a két fülre érkező hang időkülönbsége, illetve fáziskülönbsége is érvényesül. Az irány-lokalizálásban jelentős szerepe van a Haas-féle jelenségnek, amely abban nyilvánul meg, hogy a hangforrás helyét aszerint állapítjuk meg, hogy honnét érte fülünket az első hullámfelület. A következő hullámokat már 10dB-lel nagyobb intenzitással és 50 ms-nyi késéssel is érkezhetnek anélkül, hogy az eredeti irányérzékelést helyesbítenénk.

Több hang egyidejű hangzásakor a fülben további, úgynevezett aurális hangok is jelentkeznek, amelyek az eredeti hangok összegéből, illetve különbségéből, egyéb kombinációiból jönnek létre, és a fül nem lineáris átviteli karakterisztikái okozzák. Ezek annál inkább érvényesülnek, minél nagyobb az eredeti hangok hangossága és minél mélyebbek az eredeti hangok. Ha egyszerre több harmonikus hangjel éri el a fülünket, akkor az erősseb jel elfedi a gyengébbet, mert a fül érzékenysége csökken a gyengébb hangra vonatkozóan.

Ha például 1200 Hz közepes frekvenciájú keskenysávú zörejt hozunk létre, és ennek különböző intenzitásaihoz mérjük a többi frekvenciájú harmonikus (szinuszos) jel hallhatósági küszöbét, azt tapasztaljuk, hogy az 1200 Hz körüli tartományban csökken a hallószerv érzékenysége. Az így megállapított küszöbkarakterisztikát elfedési küszöbnek nevezzük. Ez a hatás az elfedő hang intenzitásától is függ.

Sok egyidejű hang eredő hatása bonyolult módon összesíthető. Közelítőleg azt mondjuk, hogy az erősebb hang elfedi a gyengébbet, ha a szintje 10 dB-lel nagyobb és frekvenciájuk 1 oktávon belül van. A mélyebb hangoknál az elfedés nem lépi túl az oktávnyi szélességet, de a magasabb hangoknál az elfedő hang nagyobb intenzitása esetén az elfedési jelenség a legmagasabb hallható frekvenciáig terjed.

Időtartományban is jelentkezik elfedési jelenség. Azt könnyű belátni, hogy nagy intenzitású hangot közvetlenül követő kis intenzitású hang nem hallatszik, mert az erős hang süketít. Azt azonban nehéz felfogni, hogy egy halk hangot elfedhet egy később megszólaló erős hang, mert ez látszólag ellentétes a kauzális rendszerek viselkedésével. De természetesen ennek is megvan a maga ésszerű magyarázata: az erősebb hang ingerülete gyorsabban terjed a hallószervben és az idegekben. Még lineáris rendszer esetén is belátható, hogy ez így történik.

2.3.3. Hangosság

Sem a hangnyomás, sem annak szintje, de még a hangosság szintje sincs összhangban a hangosság szubjektív érzékelésével. Ezek a jellemzők fizikai szempontból jól definiálhatók, de a szubjektív módon érzékelt hangosság ezekkel nem egyezik meg. Tekintettel az elfedési jelenségekre, a hangosság egy egyszerűen nem mérhető, és a phonokban mért azonos hangosságszintekkel csak akkor mutatható ki az egyezés, ha harmonikus hangok esetén mérjük a hangosságot. Például a zajok csaknem mindig összetettek, mivel több, különböző frekvenciájú komponens eredőjeként jönnek létre. Ezért a hangosság számszerű kifejezéséhez a zajspektrumot fel kell bontani adott frekvenciákra, külön kell mérni minden frekvenciát, vagy frekvenciasávot, és csak ezt követően kaphatjuk meg a végeredményt.

Ha szubjektív kísérleteknél azt a kérdést tesszük fel, hogy milyen hangmagasságon érzékel az átlagos megfigyelő az 1000 Hz frekvenciájú hangnál kétszer hangosabbat, akkor eljutunk a phonokban kifejezett hangosságszint és a sonokban megadható hangosság közötti összefüggéshez:

(2.14)
ahol N a hangosság és LN a hangosságszint.

2.3.4. Hangszín

A természetben leginkább összetett hullámokkal találkozhatunk. A hangokat a hangszín szerint lehet megkülönböztetni. A hangszín nem pontosan definiált fizikai fogalom, kimondottan szubjektív érzékelésen alapszik. Gyakorlatilag a hang összetevőinek és átmeneti jelenségeinek, különböző modulációinak összességét nevezhetjük hangszínnek. Látható tehát, hogy rengeteg dologtól függ: mechanikai kialakítástól, a hangkeltő eszköztől, az anyag tulajdonságaitól.

[4]   László József: Hangkártya programozása Pascal és Assembly nyelven, Computer Books, Budapest, 1999

1 hozzászólás a következőhöz: “Hangkártyák programozása retro 4.

  1. Szele Gábor szerint:

    Üdvözlet,én Szele Gábor vagyok,elnézést kérek nem tudom hogy probléma megoldással foglalkozik-e,de bánatomra olyan akadájba ütkőztem amit tudatlanságomnál fogva nem tudok megoldani. A kérdésem az lenne. Miért van az hogy ha a laptop fejhalgató kimentébe hifierősítő van dugva akkor mind addig müködik és átjön a bejelentkezési hang,rajta stb,de mikor csatlakozom a skypera akkor mintha elvágnak kábelt megszünik jel leadás és onnantól kezdve csak a laptop beépitett hangszoróján jön a hang továb mind addig míg ki nem kapcsolom a gépet. Mindig ez ismétlődik újra meg újra. A lényeg hogy így egyszerüen nem tudom használni az erősitömet hang leadás céljára. Mit lehet ezzel kezdeni,illetve meglehete valamilyen útonmodon oldani hogy a két technika kommpatibilissá váljon egymással, a laptop és a hifierősitő? Remélem nem tartom fel fárasztó kérdéseimmel,de ez nekem nagy problémát okoz mert ezt szeretném valahogy megoldani. Köszönöm szépen ha szán rám némi időt tiszteletel várom válaszát. Űdvözlettel:Szele Gábor

Vélemény, hozzászólás?

Adatok megadása vagy bejelentkezés valamelyik ikonnal:

WordPress.com Logo

Hozzászólhat a WordPress.com felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Twitter kép

Hozzászólhat a Twitter felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Facebook kép

Hozzászólhat a Facebook felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Google+ kép

Hozzászólhat a Google+ felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Kapcsolódás: %s