Program na 7. mája 2009

Vďaka praktickému zavedeniu kompaktného disku CD (Compact Disk) v audiotechnike v roku 1978 a tomu, že záznam na CD bol realizovaný v digitalizovanej podobe, dospel vývoj i k využitiu tejto technológie pre záznamové zariadenia personálneho počítača a následne i prácu s digitalizovanými nahrávkami hudby.

Zvuková vlna

Zvuk vo všeobecnosti je mechanické kmitanie, ktoré je charakterizované parametrami pohybu – vlnenia - častíc pružného prostredia. Časť vlnenia vnímame ako počuteľný zvuk - čo sú akustické oscilácie flexibilného prostredia v pásme frekvencií od 16 Hz do 20 kHz. Definícia frekvenčného rozsahu počuteľného zvuku je silne individuálna, len málokto je schopný vnímať celé pásmo frekvencií (najmä horná hranica je veľmi variabilná a závisí okrem iného od veku). Zvuky mimo tohto pásma nepočujete, napriek tomu sme ich schopní vnímať a môžu mať aj negatívny vplyv na zdravie alebo psychiku. Zvuky pod počuteľnou hranicou (0,7 - 16 Hz) označujeme ako infrazvuk (veľmi nízke frekvencie, ľudské telo ich vníma hmatom - sú schopné rozvibrovať celý povrch tela alebo bránicu), zvuky nad počuteľný hranicou (do 50 kHz) označujeme ako ultrazvuk.

(Podrobnejšie P. Bernat: http://home.vsb.cz/petr.bernat/texty/varhany/anatomie/pistaly_akustika.htm )

Prvé spôsoby, ako zaznamenať zvukové efekty za účelom opakovanej možnosti ich vnímania sluchom boli založené na mechanických princípoch (Dierny pás, voskový valec/1885, vinylová platňa). Neskôr bol vynájdený spôsob prevodu mechanického kmitania na elektrické pomocou piezoelektrických (http://sk.wikipedia.org/wiki/Piezoelektrick%C3%BD_jav) elementov. Priebeh takto získaných elektrických signálov bol spojite plynulý - analógový. Na tomto základe sa vyvíjala audiotechnika v 20. storočí až do času praktického zavedenia kompaktného disku CD (Compact Disk) v roku 1978. To že záznam na CD bol realizovaný v digitalizovanej podobe priviedlo i k využitiu tejto technológie pre záznamové zariadenia personálneho počítača a následne i prácu s digitalizovanými nahrávkami hudby.

HW personálneho počítača pre prácu so zvukom

Pre prácu so zvukom musí byť počítač vybavený tzv. zvukovou kartou, vstupnými zariadeniami (mikrofón, jednotka optických diskov) a výstupným akustickým reťazcom (zosilňovač – reprosústava/slúchadlá).

Zvuková karta (ZVK)

Zvuková karta je elektronické zariadenie (dnes v základnom prevedení ako súčasť obvodov na matičnej doske počítača), ktoré slúži na spracovanie elektrických signálov, reprezentujúcich akustické vlny. Jej hlavnou súčasťou je A/D - D/A prevodník, ktorého úlohou je digitálne nahrávanie a reprodukcia tónov a zvukov. Pri nahrávaní do počítača je potrebné analógový zvuk digitalizovať (A/D) a naopak pri prehrávaní previesť zvuk naspäť (D/A) do analógovej podoby.

Vstupné a výstupné konektory zvukovej karty.

• Line in - vstup zvuku z externých zariadení (napr. magnetofón)
• MIC - konektor pre vstup mikrofónu
• Line out - výstup určený na pripojenie k aktívnej reprosústave s citlivým vstupom, alebo ku stereofónnemu zosilňovaču. Výhodou Line out je kvalita zvuku, pretože jeho použitím sa vyhneme väčšinou málo kvalitnému zosilňovaču na ZVK.
• Headphone – Konektory obvykle na prednej strane skrinky počítača.
  K nemu pripájame slúchadlá, alebo pasívne reproduktory, podáva 4 ‑ 8W výkonu dodávaného zosilňovačom ZVK. Pri zasunutí zástrčiek slúchadiel a mikrofónu sa príslušné vstupy(MIC)/výstupy(Line out) na zadnej strane počítača odpoja.

Nastavenie zvukových zariadení pre prácu s audio nahrávkami poskytuje operačný systém Windows XP v časti Štart>Ovládací panel>Sound Effect Manager pre celkové nastavenie spolupráce PC a pripojených zariadení.

Pre nastavenie činnosti zvukovej karty PC slúžia prostriedky Štart>Ovládací panel>Zvuk a zvukové zariadenia. Nastavenie citlivosti používaných vstupov ponúka panel Volume control, ktorý sa otvorí po poklepaní na ikonku reproduktora v pravej časti panelu úloh.

Nastavovacie prvky na tomto paneli a ich význam sú zrejmé na prvý pohľad. Ich počet sa nastavuje v príkaze možnosti a samozrejme súvisí i so skutočne prítomnými prvkami v systéme. Podľa toho, akú úlohu budeme so zvukom realizovať je vhodné na tomto paneli tie prvky, ktoré nebudeme používať, nastaviť do stavu „Stlmiť“.

Analógový a digitalizovaný záznam zvuku

Prevod zvuku z analógovej podoby do digitálnej zabezpečuje A/D - analógovo - digitálny prevodník. Najrozšírenejšia forma kódovania je pulzná kódová modulácia - PCM. Než sa z analógového signálu stane PCM zvuk, musí najprv prejsť vzorkovaním.

Vzorka je popis okamžitej veľkosti analógovej hodnoty (elektrického napätia) v určitom časovom bode prostredníctvom číselnej hodnoty vzorky do formy digitálneho údaja. Ako často tento popis robíme, nám hovorí vzorkovacia frekvencia [kHz]. Čím je vyššia, tým je popis kvalitnejší. Aby sa dal vzorkovaný signál PAM pri reprodukcii plne zrekonštruovať, musí byť splnené tzv. "Nyquistovo kritérium" : frekvencia, ktorou sa vzorkuje, musí byť aspoň 2-krát vyššia ako frekvencia pôvodného signálu.

(Podrobnejšie J. Machová:
http://server.gphmi.sk/machova/zvuk/digitalizacia.html ).

Ak je počuteľný zvuk od 16 - 20 000Hz, tak vzorkovacia frekvencia musí byť aspoň 40kHz. Kvalita digitálneho záznamu súvisí so vzorkovacou frekvenciou v nadväznosti na použitie signálu:

• 11,025 kHz - telefónna kvalita
• 22,050 kHz - rozhlasová FM kvalita
• 44,100 kHz - CD kvalita
• 48,000 kHz - naj- kvalita
• 98,000 kHz - DVD kvalita

Bitová hĺbka záznamu, do koľkých dielikov si zmerané vstupné napätie (každého audiokanálu) rozdelíme a uložíme. Pre porovnanie vplyvy na kvalitu je uvedená nasledujúca tabuľka: 
 

Bitová hĺbka záznamu	Počet bitov	Počet úrovní	Prenos dát za 1 sekundu	Kvalita digitálneho prevodu
8	28	256	0,011 MB	Telefón
8	28	256	0,021 MB	Rozhlas mono
16	216	65 536	0,168 MB	CD kvalita - stereo
24	224	16 777 216	3,296 MB*)	DVD - 5.1 kanál

 

*) Poznámka:
Takto prepočítaný údaj by platil pre úplnú šírku šiestich kanálov a v každom z nich  24 bitov, čo zrejme nie je reálna technika prenosu.

Formát zvuku MP3

Výsledkom práce Fraunhoferovho inštitútu v Nemecku od roku 1987 bol veľmi výkonný algoritmus využívajúci vlastnosti ľudského ucha, ktorý vošiel neskôr do širokého podvedomia ako štandard ISO-MPEG Audio Layer-3 - alebo MP3. Dôkazom efektivity je i to, že jedna minúta záznamu na audio CD by zabrala na pevnom disku viac ako 10 MB. Po aplikovaní vyvinutého algoritmu, ktorý dokáže odstrániť zo signálu jeho prebytočné zložky, ktoré nemá bežné ľudské ucho vďaka svojej nedokonalosti šancu počuť, zostane z pôvodného množstva dát menej ako 1MB (pri 128 kbps). To znamená kompresiu v lepšom pomere ako 1:10. Jedná sa však o tzv. stratovú kompresiu, to znamená, že už nie je možné z komprimovaného súboru získať späť pôvodnú nahrávku v plnej kvalite.

Kvalita komprimovaného digitálneho záznamu priamo súvisí s tým, aká je šírka dátového toku (Bitrate)  kbps (kilobits per second), ako je uvedené v ďalšej tabuľke (pre porovnanie sú v poslednom riadku údaje pre nekomprimovaný audiozáznam):

Bitrate kbps	Veľkosť 1 minúty MB	Šírka pásma kHz	Kvalita porovnateľná s
32	0,25	8 kHz	AM rádio - hovorené slovo
128	1	16 kHz	FM rádio
160-180	1,2-1,4	20 kHz	hranice vnímateľnosti
256	2	22 kHz	štúdio
1411	10	22 kHz	Wav / CD kvalita

Výhodou formátu MP3 je i to, že pre ľahkú orientáciu vo veľkom množstve súborov ponúka možnosť jednoduchého popisu skladieb pomocou značiek - ID3 tagov. Tieto obsahujú základné informácie o skladbe, jej interpretovi a názve albumu, z ktorého pochádza a prípadne i ďalšie ako text skladby, obrázok albumu a pod. Pokiaľ je počítač pripojený na internet a informácie o skladbách na CD sú zaznamenané v niektorej z internetových databáz, sú ľahko dostupné. Viac: http://ansambl.szm.sk/TEXTY/MP3/index.htm

Prehrávanie audiosúborov

Windows Media Player je asi tým najčastejšie používaným aplikačným programom na prehrávanie multimediálnych súborov. Firma Microsoft ho dodávala spolu s operačným systémom Windows XP. Na počítačoch učebne UTV je vo verzii 9.

Program okrem prehrávania poskytuje celý rad funkcií až po napaľovanie hudobného CD. Pri prehrávaní hudobného CD a pripojení na internet vyhľadá i údaje o skladbách v databáze. (Príklad na obrázku). Okrem obvyklého prehrávania umožňuje i grabovanie hudobného CD , pri zápise tento program ale uprednostňuje len formát .wma. Tento je však považovaný za vysokokvalitný a dnes je použiteľný vo všetkých vreckových prehrávačoch i CD alebo DVD jednotkách kvalitných domácich audio a video zariadení.

Ďalším používaným prehrávačom je Winamp. Je to bezplatne poskytovaný program (freeware), dostupný na stiahnutie na adrese: http://downloads.sk/program/winamp_14.

Kopírovanie (ripovanie, grabovanie) skladieb z hudobného CD do počítača

Za týmto účelom sa používa i bezplatne dostupný program Exact Audio Copy (EAC), ktorý je možné stiahnuť z adresy: http://www.exactaudiocopy.de/ . Program pred kopírovaním testuje hudobné médium a je nastavený na verné kopírovanie. Ďalšia možnosť je použiť na účely ripovania široko rozšírený vypaľovací program Nero – vo verzii 7 už poskytuje túto možnosť.

I ďalší vypaľovací program Ashampoo Burning Studio
(adresa: http://www2.ashampoo.com/webcache/html/1/product_2_1110___EUR.htm ) umožňuje ripovanie a vo verzii 6 bol dostupný bezplatne. Tieto programy zapisujú súbory v nekomprimovanom formáte .wav, ale majú i kodéry/dekodéry pre ďalšie komprimované formáty.

Digitalizácia analógových nahrávok (LP, MP)

K dispozícii je voľne šíriteľný program Audacity vo verzii 1.3.7 (Unicode) na adrese http://audacity.sourceforge.net/ . Program je lokalizovaný do češtiny a poskytuje bohatú paletu funkcií editora audiostôp, čo je pri digitalizácii analógového materiálu viac než potrebné. Okrem záznamu do .wav súborov umožňuje i komprimáciu do formátu .mp3 (treba použiť “náhradku” originálneho kodeku MP3 - LAME.dll - zo zdrojov otvoreného kódu) a ďalších formátov. Taktiež je možná konverzia z ripovaného .wav do .mp3 alebo iného komprimovaného formátu. Program existuje aj v prenosnej (Portable) verzii, možno ho potom spúšťať z kľúča USB.

Konverzia .mp3 na .wav

Pri kvalitnom mp3 zázname s vysokým bitrate to môže mať význam. Autor má dobré skúsenosti s voľným programom Free Mp3 Wma Convertor Plus!: http://www.koyotesoft.com/indexEn.html

Úpravy ID3 tagov v súboroch .mp3

Vynikajúci program je TagScanner 5.0, opäť voľne šíriteľný, je lokalizovaný do slovenčiny. K dispozícii je na adrese: http://www.xdlab.ru/. Umožňuje najrôznejšie operácie pri editácii, premenovanie súborov podľa tagov a opačne extrakciu tagov z názvov, export zoznamov skladieb do textového súboru alebo tabuľky MS Excel.

Extrakcia audiosúboru zo streemovaného rozhlasového vysielania

Obľúbenú reláciu je možné vybrať z archívneho vysielania rozhlasovej stanice a pomocou programu Free Download Manager (http://www.freedownloadmanager.org/ ) stiahnuť vo formáte mp3 do PC. Program existuje aj v prenosnej (Portable) verzii, možno ho potom spúšťať z kľúča USB.

Extrakcia audiosúboru z videa na YouTube

Autor má odskúšaný voľne šíriteľný program Free YouTube MP3 Converter. Je k dispozícii na adrese: http://www.dvdvideosoft.com/free-dvd-video-software.htm Umožňuje extrakciu audionahrávky vo veľmi vysokej (voliteľnej) kvalite a má jednoduché ovládanie. Posledné dve operácie môžu byť zaujímavé hlavne pre skúsenejších užívateľov PC.

Text bol doplnený dňa 18. mája 2009 na základe poznámky 1 od GUNITY.