Akustické pojmy
Z PanWiki
Obsah |
Základní akustické pojmy
Zvuk je periodické chvění molekul pružného prostředí, jehož kmitočtový rozsah a hlasitost je lidský sluch schopen vnímat. Kmitočet je počet kmitů za jednu sekundu. Jeden kmit za jednu sekundu se označuje jako jednotka kmitočtu, 1 Hertz (Hz). Kmitočtový rozsah, který je schopen vnímat lidský sluch se pohybuje mezi 16-18 000 Hz. Nejvyšší slyšitelný kmitočet je závislý na věku posluchače a individuálních vlastnostech jeho sluchu. Profesionální zvukové záznamy se pořizují zpravidla v rozsahu 30-15 000 Hz. V takovém rozsahu slyší většina lidí ve středním věku. Dalším zvyšováním veku se horní hranice slyšitelnosti snižuje až na 12 000-10 000 Hz.
Zvuková vlna
Zvuk se od svého zdroje šíří zvukovými vlnami. Částice vzduchu kmitají kolem rovnovážné polohy ve směru síření. V tomto případě jde o vlnu postupnou, jejíž rychlost se nazývá rychlostí zvuku. Ta je závislá na hustotě prostředí a teplotě. Ve vzduchu záleží rychlost šíření převážně na teplotě a počítáme ji ze vzorce: c = 331,8 + O,6 T (m/s), kde T je teplota ve stupních Celsia, pro kterou chceme rychlost šíření vypočítat. Pohybuje-1i se zředění a zhuštění vzduchu v jednom místě - nepostupuje žádným směrem, jde o vlnu stojatou. Ta vzniká zpravidla tehdy, postupují-li dvě vlny o stejném kmitočtu proti sobě. V akustice kina. jde zpravidla o vlnu odraženou od zadní stěny, postupující proti vlně přímé. Jde o nežádoucí jev, neboť způsobuje nerovnoměrné rozloženi zvukové energie v poslechovém prostoru. Vlna rovinná vzniká tehdy, šíří-li se zvuk ve vlnoplochách rovinných, vlna kulová tehdy, šíří-li se ve vlnoplochách kulových. Vlnoplocha spojuje ty body prostoru, ve kterých mají všechny kmity v určitém okamžiku stejnou fázi.
Akustický tlak
Tlak v místě zředění a zhuštění vzduchových částic klesá a stoupá ve srovnáni s tlakem normálním [barometrickým]. Dostoupí-1i střídavá složka akustického tlaku určité minimální hodnoty, zvané práh slyšitelnosti, nastává ve sluchovém orgánu pocit slyšení. Poměr vyšších hodnot akustického tlaku k této hodnotě se udává v decibelech (dB). Citlivost lidského sluchu k akustickému tlaku je silně nerovnoměrná jak co do kmitočtu tak do intenzity.
Hlasitost
Z předchozího vyplývá, že i při stejné hodnotě akustického tlaku bude subjektivně vnímaná hlasitost zvuku o různých kmitočtech rozdílná. Pro určení subjektivního vjemu hlasitosti bez závislosti na kmitočtu byla stanovena jednotka hlasitosti - fon (Ph). Pro tón o kmitočtu 1000 Hz je stupnice fónu (Ph) totožná s decibelovou [dB]. Směrem ke kmitočtům nižším a vyšším se tyto stupnice rozcházejí. Vztah mezi akustickým tlakem [dB] a hlasitostí (Ph) udávají křivky shodné hlasitosti (izofóny). Rozsah hlasitosti lidského sluchu se pohybuje od prahu slyšitelnosti (0 až 4 Ph) do prahu bolestivosti (120 až 130 Ph). Rozdíly v obou hodnotách odpovídají průměrnému rozptylu vlastnosti sluchových orgánů.
Barva zvuku
Zvuk různých. hudebních nástrojů se i při stejné výšce tónu liší odlišným zabarvením. Barvu tónu jednotlivých nástrojů tvoří celistvé násobky základního kmitočtu tónu - vyšší harmonické kmitočty. V hudební terminologii je někdy nazýváme alikvotními tóny. Má-li harmonicky kmitočet dvojnásobný počet kmitů proti kmitu základnímu, hovoříme o druhé harmonické. Obecně platí, že tón zní tím ostřeji - drsněji, čím je energie harmonických kmitočtů větší, tím "kulatěji", čím je energie harmonických nižší. Dokladem je uměle, v tónovém generátoru vyrobený tón o sinusovém průběhu, tj. bez harmonických, který žádné zabarvení nemá. Některé hudební nástroje vydávají doprovodné zvuky o kmitočtech, které nejsou v harmonickém poměru ke kmitočtu tónů základních. Je to například šum u dechových nástrojů a šum, vznikající tahem smyčce u nástrojů smyčcových. I tyto tóny jsou charakteristické pro zvuk hudebních nástrojů a mají byt zaznamenány a reprodukovány. Dynamika zvuku Dynamika je rozdíl mezi intenzitou nejtiššího a nejhlasitějšího zvuku. Udává se v decibelech. Dynamika lidského sluchu je 120 dB. Dynamika poslechu symfonického orchestru v koncertní síni se pohybuje kolem 80 dB. Dynamika, se kterou pracují. zvukové záznamy je podstatně nižší a pohybuje se kolem 40 dB u záznamu optického, kolem 50 dB u záznamu magnetického na distribučních filmových kopiích. Dynamika profesionálních primárních záznamů ve studiu může být i vyšší. Využití dynamiky přes 50 dB může v kině vzhledem k základnímu hluku hlediště činit potíže.
Hluk
Hluk je nehudební akustický projev, rušící vnímání reprodukovaného zvuku v kině. Snahou je, aby intenzita rušivého hluku v hledišti kina byla pokud možno nízká.
Maskování zvuku
Lidský sluch je schopen uspokojivě vnímat zvuk tehdy, je-li jeho hlasitost alespoň o 10 Ph vyšší, než hlasitost rušivého hluku. Není-li tato podmínka splněna, zaniká užitečný zvuk v hluku, nastává maskování zvuku.
Odraz zvuku
Dopadne-li zvuková vlna na dostatečně velkou plochu (ve vztahu k vlnové délce), zvuk částečně projde stěnou, částečně se pohltí a zbylá energie se odrazí. Na rovné a hladké ploše se zvuk odrazí pod úhlem, pod nímž dopadl, na ploše nerovnoměrné a členité nastává rozptyl odraženého zvuku.
Dozvuk
Dozvuk je odražený zvuk, který po mnohonásobných odrazech od stěn a jiných ploch doznívá v hledišti. je typickým projevem uzavřených akustických prostor. Vlivem dozvuku slyšíme odražený zvuk ještě nějakou dobu po zániku zdroje.
Binaurální slyšení
Binaurální slyšení znamená vnímání zvuku dvěma ušima..Je-1i zdroj zvuku přesně v ose před posluchačem je stejný úhel i dráha, po nichž přijde zvuk do levého i pravého ucha, obě uši mají vjem se stejnou hlasitostí, zabarvením i fázovým zpožděním. Za těchto okolností vyhodnotí sluchový orgán umístění zdroje před posluchačem. Je-li zdroj zvuku mimo osu jsou dráhy, úhly i fáze zvuku v jednotlivých uších rozdílné. Na tyto, byť nepatrné rozdíly sluchový orgán citlivě reaguje. Ze vzájemného poměru hlasitosti, barvy zvuku a fázových rozdílů mezi vjemem levého a pravého ucha vyhodnotí směr, ze kterého vychází zvuk. Této schopnosti se říká lokalizace zvuku. Zvláště citlivě je vyhodnocován vzájemný poměr hlasitosti, zejména v oblasti vyšších kmitočtů. Lokalizace zvuku je nejpřesnější na vodorovné rovině před posluchačem. Směrem vzad a nahoru a dolů je lokalizace podstatně horší. Posluchač, který má jedno ucho vadné, není schopen dostatečně přesně lokalizovat zvuk.
Stereofonie
Stereofonie je takový způsob záznamu a reprodukce zvuku, který umožňuje lokalizaci zvuku obdobně, jako při přímém poslechu a ve výsledku tedy dovoluje přenést prostorovou informaci o zvuku. Pokusy se stereofonním zvukem u filmu byly s pomocí optického dvoukanálového záznamu prováděny již kolem čtyřicátých let a krátce po druhé světové válce. Tento systém se vzhledem k male šířce tehdy používaného klasického obrazu neujal.
Zdánlivý zdroj zvuku
Před posluchače umístíme dvě stejné reproduktorové soustavy tak, aby byly umístěny souměrně od osy. Budou-1i obě soustavy stejně účinné a budou-li napájeny stejným signálem, bude splněna podmínka, že obě uši dostávají zvuk po stejné dráze, se stejnou hlasitostí, zabarvením a fází. Sluchový orgán vyhodnotí umístění zdroje v ose před posluchačem přesto, že tam žádný zdroj zvuku není. Vznikne zdánlivý zdroj zvuku. Jeho polohu mezi oběma reproduktory udává rozdíl h1asitosti, barvy zvuku a fáze mezi zvukem z obou soustav. Již pouhou změnou hlasitosti se bude zdánlivý zdroj zvuku pohybovat k té reprosoustavě, která bude hlasitější. Toho se využívá při tzv. intenzitní stereofonii. Připojíme-li každou reproduktorovou soustavu na zvláštní zesilovač a připojíme-1i na vstupy obou zesilovačů mikrofony a zajistíme stejnou účinnost obou takto vzniklých přenosových cest [kanálů] získáme možnost nejjednoduššího, tj. dvoukanálového stereofonního přenosu. Je-li zdroj zvuku mezi oběma mikrofony v ose, pak akustický tlak má v obou mikrofonech stejnou hodnotu, stejná je i barva zvuku, protože na oba mikrofony dopadá zvuk pod stejným úhlem, i fáze kmitu, protože dráha je shodná. U posluchače vznikne binaurálním s1yšením zdánlivý zdroj též ve stejném místě, tj. v ose mezi oběma soustavami. Jakékoli přemístění skutečného zdroje před mikrofony se projeví změnou vzájemné hlasitosti, barvy a fáze zvuku a tak i příslušnou změnou polohy zdánlivého zdroje. Bude-1i u jednoho mikrofonu hlasatel, u druhého hudebník, uslyší je posluchač z příslušných míst. Využitím poznatků o binaurálním s1yšení isme tak získali stereofonii je zřejmé, že v cestě zvukovému signálu od mikrofonu do reproduktorové soustavy může byt zařazen zvukový záznam, musí být však splněna podmínka, ze musí mít možnost zaznamenat dva oddělené signály a ze účinnost jednotlivých přenosových cest musí být shodná. Dvoukanálová stereofonie se dnes používá u záznamů gramofonových, magnetofonových a v rozhlasovém vysílání. Základním nedostatkem dvoukanálového stereofonního přenosu je omezená plocha z níž je možno lokalizovat zvuk a mít plný požitek z přenosu prostorové informace. Tato plocha leží v blízkosti osy mezi oběma reproduktory a vpředu je omezena vznikem "díry", poslouchá-1i se ve velké blízkosti a vzadu je omezena přílišnou vzdáleností, která dává nepříznivé úhlové poměry a navíc se mohou projevit odrazy zvuku. Proto je použití omezeno převážně na domácí reprodukci hudby, nebo tam, kde uvedené okolnosti příliš nevadí. Pro film je dvoukanálový přenos naprosto nevyhovující, neboť střed promítací plochy, kde je těžiště děje, je ozvučován zdánlivým zdrojem, jehož poloha je silně proměnná, pod1e umístění diváka-posluchače. Diváci sedící vpravo by při dvoukanálovém přenosu s1yšeli zvuk především zprava, diváci sedící vlevo, zleva. Při přenosu hudby dává stereofonie zvýšení věrnosti přenášeného zvuku i proto, ze umožňuje i prostorově lokalizovat jednotlivé hudební nástroje či nástrojové skupiny a částečně i atmosféru prostoru, v němž byl zvuk zaznamenán. To je markantní obzvláště u "živých" záznamů z koncertních síní nebo s použitím trikových dozvuků ve studiu.
Stereofonie a film
Jak již bylo uvedeno, již před mnoha lety byly podniknuty pokusy s dvoukanálovým stereofonním zvukem ze dvou oddělených optických zvukových stop. Uvážíme-1i poměr šířky klasického obrazu k pozorovací vzdálenosti a oblast možného stereo i mono poslechu je zřejmé, že tento systém nemohl splnit podmínku podstatného zvýšení jakosti zvuku. Nástup stereofonie do kin začal mnohem později, zcela zákonitě s příchodem promítaní obrazů, jejichž šířka v poměru k pozorovací vzdálenosti byla dostatečná. Širokoúhlý film, který na formátu 35 mm vznikl nejen jako snaha po podstatném zkvalitnění uměleckých zážitků při sledování filmu, ale hlavně jaká uvažovaná obrana proti rozšiřující se televizi přišel se záznamem, který byl ve své době nejdokonalejším systémem přenosu zvuku. Použití magnetického záznamu zvuku, proti dosavadnímu záznamu optickému umožnilo rozšířit kmitočtový rozsah, snížit zkreslení a šum a zvýšit dynamiku. Vzhledem k vlastnostem magnetického záznamu bylo možné umístit zvukové stopy i na místa, která přijdou za provozu do styku s vodícími částmi filmového kataraktu a tak aniž by se musel zmenšit obraz na filmu, ten se naopak zvětšil, bylo možno umístit na 35mm filmový pás čtyři nezávislé magnetické záznamové stopy. Tato skutečnost dala vznik čtyř kanálovému záznamu zvuku, kde tři kanály byly použity pro stereofonní záznam a čtvrtý, efektový kanál přenášel atmosféru prostoru, v němž se odehrával děj. Použití třetího stereofonního kanálu umožnilo obsadit střed promítací plochy skutečným zdrojem zvuku, čímž se oblast stereofonního poslechu podstatně rozšířila. Dojem z poslechu dobře reprodukovaných záznamů byl velice příznivý, zejména u hudebních filmů. Je škoda, že tento systém přišel v době málo spolehlivých a málo stabilních elektronkových zesilovačů, což způsobovalo časté výpadky nebo změny úrovně jednotlivých kanálů a tak i nechuť k provozu takových zařízení. Vznikaly i obtíže s poškozováním záznamu, který je okem nezjistitelný a nakonec i potíže charakteru distribučního a programovacího. Z těchto důvodů, a zvláště po zjištění, že nákladný systém nepřinesl očekávané zvýšení diváckého zájmu se v celém světě započal ústup od této technologie. Československá kina byla pro čtyřkanálový magnetický záznam z podstatné části širokoúhlých provozů vybavena, vybavena byla i studia a laboratoře. V naší kinematografii jsme tím sledovali nejen stereofonii, ale celkové zvýšení jakosti zvuku zvláště pro potíže s kvalitou negativních materiálů pro výrobu optického záznamu v oné době. Výroba filmových kopií 35 mm se čtyřkanálovým záznamem byla u nás zastavena jako v posledním ze států.
