olemassa olevien äänten jäljittely olemassa olevien äänten jäljittely

(1)

Digitaalisen äänenkäsittelyn perusteet 3.11.2006

(c) 2002-2006 Jouni Smed 1

1.3. Äänen syntetisointi

olemassa olevien äänten jäljittely olemassa olevien äänten jäljittely

keinotekoisten äänten luonti keinotekoisten äänten luonti

Menetelmiä

aaltomuototaulukkosynteesi (wavetableaaltomuototaulukkosynteesi (wavetable))

vähentävä (subtractivevähentävä (subtractive) synteesi) synteesi

lisäävä (additivelisäävä (additive) synteesi) synteesi

FM-FM-synteesi (synteesi (frequency modulationfrequency modulation))

Aaltomuototaulukkosynteesi

samplataan äänilähdettä eri taajuuksilla samplataan äänilähdettä eri taajuuksilla →→ aaltomuototaulukko

aaltomuototaulukko

mikäli haluttua taajuutta ei löydy taulusta, mikäli haluttua taajuutta ei löydy taulusta, interpoloidaan aaltomuoto

interpoloidaan aaltomuoto

ff₁₁ ff₂₂ ff₃₃ ff₄₄ ff_n_n

ff_3.5_3.5

Vähentävä synteesi

lähtöaaltomuodossa paljon yläsäveliälähtöaaltomuodossa paljon yläsäveliä

lopullinen sointiväri saadaan suodattamalla lopullinen sointiväri saadaan suodattamalla pois taajuuksia

pois taajuuksia

ff ff

Lisäävä synteesi

summataan yhteen eritaajuisia, summataan yhteen eritaajuisia, --amplitudisia ja amplitudisia ja --vaiheisia siniaaltojavaiheisia siniaaltoja

FM-synteesi

moduloidaan kantoaallon taajuutta toisella moduloidaan kantoaallon taajuutta toisella aallolla

aallolla

muokataan lopullisen aaltomuodon muokataan lopullisen aaltomuodon amplitudia verhokäyrällä

amplitudia verhokäyrällä

ff ff

(2)

Digitaalisen äänenkäsittelyn perusteet 3.11.2006

(c) 2002-2006 Jouni Smed 2

Ääniaaltoja

siniaalto (

siniaalto (sine wavesine wave)) kanttiaalto (kanttiaalto (square wavesquare wave))

kolmioaalto (

kolmioaalto (triangular wavetriangular wave)) saha-saha-aalto (aalto (saw wavesaw wave)) valkoinen kohina (

valkoinen kohina (white noisewhite noise))

1.4. Samplaus ja kvantisointi

AD-AD-muunnos: analogisesta digitaaliseksimuunnos: analogisesta digitaaliseksi

DA-DA-muunnos: digitaalisesta analogiseksimuunnos: digitaalisesta analogiseksi

digitaalisen esitysmuodon etuja:digitaalisen esitysmuodon etuja:

kopioitavuuskopioitavuus

kohinan vähyyskohinan vähyys

muokattavuusmuokattavuus

Analoginen ääniketju

Levysoitin Levysoitin

Urat levyn Urat levyn pinnassa pinnassa

Esivahvistin Esivahvistin

Heikko Heikko sähköinen sähköinen signaali signaali

Vahvistin Vahvistin

Hieman Hieman vahvistettu vahvistettu signaali signaali

Kovaääninen Kovaääninen

Vahvistettu Vahvistettu signaali signaali

Ilmanpaineen Ilmanpaineen vaihtelu (ääni) vaihtelu (ääni)

Digitaalinen ääniketju

Vahvistin Vahvistin

Analoginen Analoginen signaali signaali

Kovaääninen Kovaääninen

Vahvistettu Vahvistettu signaali signaali

Ilmanpaineen Ilmanpaineen vaihtelu (ääni) vaihtelu (ääni) DADA--muunninmuunnin

Digitaalinen Digitaalinen signaali signaali CDCD--soitinsoitin

Binääri Binääri-- numerot numerot

AD-muunnos

hetkellä hetkellä ttmikrofonin mikrofonin kalvon poikkeama on kalvon poikkeama on xx((tt))

kaksi ongelmaa:kaksi ongelmaa:

t:n diskretisointi: t:n diskretisointi:

samplaus samplaus

x(x(tt):n diskretisointi: ):n diskretisointi:

kvantisointi kvantisointi

kaksi kaksi

approksimaatiota!

x( x (t t) )

i

i₀₀, i, i₁₁, , ii₂₂,..., i,..., i_m_m

Samplaus (sampling) eli näytteistys

(3)

Digitaalisen äänenkäsittelyn perusteet 3.11.2006

(c) 2002-2006 Jouni Smed 3

Aliasointi eli liian matala

samplaustaajuus Nyquistin taajuus

samplausteoreema:samplausteoreema:

ff_s_s≥≥2 ·2 ·ff_max_max

jos fjos f_max_max= 20 kHz, niin = 20 kHz, niin ff_s_s≥≥40 kHz40 kHz

huom! taajuudet > fhuom! taajuudet > f_max_maxvoivat silti aiheuttaa voivat silti aiheuttaa aliasointih

aliasointihääiriiriööttääsamplauksessasamplauksessa

alipääalipääststöösuodatussuodatus

antialiasointiantialiasointi

Kvantisointi (quantizing)

näytearvon pyöristys kokonaislukuunnäytearvon pyöristys kokonaislukuun

8 bittiä: [-8 bittiä: [-128, +127] 128, +127]

16 bittiä: [-16 bittiä: [-3276832768, +32767], +32767]

Kvantisointi ja dynamiikka

digitaalisen tallennuksen dynamiikka:digitaalisen tallennuksen dynamiikka:

toistoalue dB:einä

toistoalue dB:einä ≈≈bittien määrä bittien määrä ××6,116,11

8-8-bittinen kvantisointi: 48 dBbittinen kvantisointi: 48 dB

1.5. Tiedostoformaatit

itsensä kuvaavat (itsensä kuvaavat (self-self-describingdescribing) )

hierarkinen rakennehierarkinen rakenne

sisältää tietoa esim.sisältää tietoa esim.

samplaustaajuudestasamplaustaajuudesta

kanavien lukumäärästäkanavien lukumäärästä

käytetty koodauksestakäytetty koodauksesta

tekijänoikeuksistatekijänoikeuksista

raa’at (raa’at (rawraw))

laiteparametrit ja koodaus kiinnitettylaiteparametrit ja koodaus kiinnitetty

sisältää pelkkää dataasisältää pelkkää dataa

Tiivistys (compression)

häviötön (losslesshäviötön (lossless))

koodauksen vaihtokoodauksen vaihto

ei hukkaa ei hukkaa informaatiota informaatiota

häviöllinen (häviöllinen (lossylossy))

saattaa hukata saattaa hukata informaatiota informaatiota

virhevirhe

bittien määrä bittien määrä

(4)

Digitaalisen äänenkäsittelyn perusteet 3.11.2006

(c) 2002-2006 Jouni Smed 4

Yleisiä tiedostoformaatteja 1(2)

The Ogg Project The Ogg Project Moving Picture Experts Group Moving Picture Experts Group Sun, NeXT

Sun, NeXT Apple, Electronic Arts Apple, Electronic Arts Kehittäjä(t) Kehittäjä(t)

Ogg Vorbis Ogg Vorbis .ogg

.ogg

MPEG Audio MPEG Audio .mp2.mp2, , .mp3.mp3

Sun Audio Sun Audio .au.au, , .snd.snd

Audio Interchange Audio Interchange File Format File Format .aiff

.aiff, , .aif.aif Nimi Nimi Tiedostopääte Tiedostopääte

Yleisiä tiedostoformaatteja 2(2)

Microsoft, IBM Microsoft, IBM Windows WAVE,

Windows WAVE, RIFF WAVE RIFF WAVE .wav

.wav

Microsoft Microsoft Real Networks Real Networks Kehittäjä(t) Kehittäjä(t)

Windows Media Windows Media Audio Audio .wma

.wma

Real Audio, Real Real Audio, Real Media Media .ra.ra, , .rm.rm

Nimi Nimi Tiedostopääte Tiedostopääte