IN < - Audio i video ~ sta je to ?? - >LO
(1/2) > >> :: Odgovori!
Zvuk nastaje kada neka materija vibrira. Zvuk se prostire u talasima. Frekvencija tih vibracija meri se jedinicama koje se nazivaju herci i označavaju oznakom Hz. Pojam "frekvencija" odnosi se na broj oscilacija koji se proizvedu u sekundi, a varijacije u frekvenciji zvuka proizvode njegovu visinu, odnosno zvuk visokog ili niskog tonaliteta. Zvuk je po svojoj prirodi talas koji se širi vazduhom određenom jačinom i određenom brzinom.
Čovjekovo uho može čuti zvuk frekvencije izmedu 20 i 20 000 Hz.
Informacije predstavljene kontinuiranim talasom predstavljaju analogni skup podataka.
Zvuk je u analognom svijetu kontinuirani tok iskazan u vremenu i određenog raspona. Raspon je moguće približno točno izmjeriti u bilo kojoj vremenskoj tački.
Kod digitalnog zvuka, signal je definisan za tačnu vremensku tačku i ima čvrsto definisan broj vrijednosti.
Zbog toga se kod digitalnog zapisa, radi o uzimanju uzorka, koji se najcešće temelji na Teoremi uzoraka gde se utvrđuje da ako signal sadrži frekvenciju do tacke f , tada uzorak mora imati frekvenciju najmanje 2f kako bi se iz uzorka mogla ispravno izvršiti rekonstrukcija izvornog signala.
Još u prvim danima digitaliziranog zvuka prihvaćeni su frekvencijski uzorci od 44.1 KHz i 48 KHz koji u potpunosti ispunjavaju zahteve rekonstrukcije zvučnih signala u čujnom području čovjeka do 20 KHz.
Kod analognog sastava zvuk koji je primljen preko mikrofona se pretvara u kontinuirano promjenjiv električni signal.
Zvuk u digitalnom obliku
Da bi se analogni signal mogao pretvoriti u digitalni, potrebno ga je kvantitizovati, to jest utvrditi vrednosti signala do prihvatljive granice tačnosti.
Digitalni signal definisan je samo kod pojave vertikalne linije. Visina svake pojedinačne vertikalne linije nosi određenu vrijednost koja se može pretvoriti u digitalni broj - signal je digitaliziran primjenom modulacije s kodiranim signalom (PCM - Pulse-Code Modulation).
Povećanjem broja bitova za kvantitizaciju PCM (digitalnog) signala, dobiva se manje šuma to jest digitalni zvucni sadržaj postaje sve cišci, jasniji i verodostojniji izvornom analognom signalu. Ovi procesi se izvode u uređajima za konverziju analognih u digitalne (ADC) i digitalne u analogne (DAC) signale. ADC sklop preuzima analogni zvucni zapis, uzima deo signala u vremenu, utvrduje uzorak, i proizvodi odredeni broj koji ostali programski sklopovi u kompjuteru prihvataju i prevode u digitalizovanu sliku zvucnog zapisa. DAC izvodi obrnuti proces, preuzima odredene brojeve iz programskog dela, pretvara ih u odgovarajuce elektricne signale koje šalje na izlazni sklop (u drugi kompjuter, zvucnike itd.).
U praksi zvučni signal sadrži na hiljade oscilacija u sekundi koji odreduju frekvenciju signala (jedan pomak u sekundi meri se jedinicom 1 Hz). Vršne oscilacije su različito udaljene od vodeće linije zvučnog talasa i određuju amplitudu koja nam pokazuje i jačinu tona koju nosi određeni zvučni sadržaj. Što je amplituda veća, to je proizvedeni ton glasniji, a razmak izmedu vršnih oscilacija pokazuje vrijeme.
Kod digitalnog sustava zvučni signal se prikazuje pomoću odgovarajućih znakova stvaranjem nekog koda. Osnova tog koda su dva stanja (binarni kod) kojim se pojednostavljuje obrada signala.
Zvučna kartica
Zvučna kartica je uređaj ili čip integrisan na matičnu ploču koji se sastoji od niza A/D sklopova koji omogućavaju snimanje i reprodukciju zvučnih signala na računalu.
Zvučne kartice za kućne kompjutere proizvode zvuk na dva bitno različita načina:
Sintezom zvuka na način poput onog kako rade muzički sintesajzeri - reprodukcijom MIDI zapisa (*.mid, *.rmi, *.kar, itd.) i reprodukcijom PCM zapisa audio signala (*.wav, *.au, itd.).
Prva kompjuteri su imali tzv. sistemski zvučnik koji je ispuštao pomalo iritirajuće "beep" zvuk koji se danas može čuti uglavnom samo pri paljenju kompjutera. S pojavom prvih "ozbiljnih" zvucnih kartica kompjuter postaje pravi multimedijalni uredaj. Slušanje muzike , gledanje filmova, … sve to je nezamislivo bez kvalitetnog zvuka.
Funkcija zvučne kartice jest proširenje funkcionalnosti PC-a, koji omogućava reprodukciju i snimanje zvuka tj. podataka poput .WAV, .MIDI ili muzičkog CD-ROMa ili sve popularnijeg .MP3 formata. Gotovo svi današnji komjuteri uključuju i zvučnu karticu, bilo on-board (vec ugradenu na maticnoj ploci) ili kao dodatnu PCI zvučnu karticu.
Kod reprodukovanja MIDI zapisa u stvari se šalju standardizirani kodovi za: vrstu muzike, note, tempo, jačinu panorame, glasnoću, brzinu udara tipke, različite efekte (reverb, chorus, sustain, itd.) odgovarajućem MIDI procesoru koji proizvodi zvuk.
Zavisno od MIDI procesora dobijeni zvuk može biti vrlo kvalitetan, ali se na taj način ne mogu zapisati ili reprodukovati instrumenti koji nisu obuhvaćeni u standardnom skupu MIDI instrumenata ili npr. vokali. Korištenjem PCM-a mogu se zapisati ili reproducirati praktično sve vrste audio signala.
U suvremenim komunikacijama PCM je opšte prihvaćeni i univerzalani princip digitalnog zapisa analognih signala i ima dva ograničenja: ograničenje frekvencijskog opsega [Hz], i ograničenje dinamike [dB] pa je PCM zapis audio signala višestruko duži od MIDI zapisa.
Vrste i tipovi zvučnih kartica
Onboard (ugradene na maticnoj) zvučna kartica je standard za gotovo sve proizvođače matičnih ploča. Ali njih ne možete promeniti i osuđeni ste na proizvođačev izbor komponenti i mogućnosti iste. Naravno, uvijek možete dodati još jednu prema vlastitom izboru.
Ugradljive kartice delimo prema vrsti slota. ISA - (Industry Standard Architecture) je jedan od najstarijih standarda za proširenje PC-a. Danas je zastareo upravo zbog propusnosti koja već za slušanje muzike sa optičkog uredaja (1.4 Mbps) predstavlja problem.
Zbog toga je puno pogodniji PCI (Peripheral Component Interconnect) čija je propusnost 100 MBps ili veća. Takođe zbog veće propusnosti, zvučna kartica ima svoju memoriju za obradu podataka te se tako rasterećuje glavna sistemska memorija (RAM).
Zvučne kartice osim reprodukcije imaju i mogućnost snimanja zvuka. U tu svrhu potreban je dodatni mikrofon i aplikacija (program). Takođe, većina zvučnih kartica ima i tzv. "game port" za prikljucak spoljneg "joysticka" ili "gamepad-a".
Priključci na zvučnoj kartici
Na zvučnoj kartici sa spoljne strane, nalaze se ulazne bananice za mikrofon (mic in), spoljni audio uređaj (line in), izlazne za spoljni audio uređaj (line out) te izlaz za zvucnike (speaker out). Na dijelu zvučne kartice koja se nalazi u kućištu računala nalaze se: sintetizator, pojačalo, DSP procesor, memorija, A/D/A konvertor, CD konektor …
Pojačala na zvučnim karticama najcešće su male snage od 0.2 do 4W što je dovoljno za slušalice ili slabije pasivne zvučnike pa se zato najčešće koriste aktivni zvučnici ili audio pojačala koja se nalaze izvan kućišta kompjutera. Za zahtevnije korisnike postoje i čipovi sa specijalizovanim DSP procesorom namenjenim za razne obrade zvučnog signala kao što su zahtevne kompresije i dekompresije (MPEG Layer III) te 3D kodiranje i dekodiranje (AC-3, Dolby Pro Logic). Pomoću CD konektora povezujemo zvučnu karticu direktno sa CD uređajem. CD audio konektor povezuje mogućnost čitanja audio CD u CD čitaču sa zvučnom karticom koja služi kao pojačalo za dovedeni slabi zvuk.
Danas većina zvučnih kartica podržava i real time obradu audio signala dodajući mu 3D efekt.
MIDI
Od svog nastanka 1982 godine, MIDI protokol (Musical Instrument Digital Interface) su najprije počeli koristiti muzičari i kompozitori u tonskim studijima. Protokol je omogućavao razmjenu informacija među muzičkom opremom (klavijature, sekvenceri, ritam mašine), ali zbog nedostatka standarda, svaki proizvođač je protokol realizovao onako kako je njemu odgovaralo, što je dovelo do neusklađenosti opreme i nemogućnosti komunikacije.
Tada je International Midi Association, grupa zadužena za razvoj MIDI protokola, odlučila standardizovati stvari i na tržištu. Tada se pojavio General MIDI (GM) standard koji je i danas podržan od strane svih proizvođača. Standard definiše raspored 128 instrumenata i osnova je za svu MIDI opremu. Poslije GM-a pojavila su se razna proširenja (Yamahin XG, Rolandov GS), tako da je trenutna situacija na tržištu poprilicno složena.
Najjednostavnije rečeno, MIDI je skup uputstava muzičkoj opremi kako da odsvira neku kompoziciju.Sam po sebi ne sadrži digitalizirani zvuk, već samo kolekciju nota zajedno sa pripadajućim efektima.
Unutar MIDI kompozicije nalaze se uputstva kako odsvirati određene tonove - koje su visine, koliko traju, kakve su dodatne varijacije primenjene (tzv. aftertouch), te koji su efekti upotrebljeni. Sam doživljaj zvuka zavisi od opreme koju upotrebljavate za reprodukciju tih MIDI zapisa, pa zbog toga MIDI kompozicija može nekada zvučati različito na opremi raznih proizvođača, npr. Rolandov i Korgov sintisajzer mogu istu kompoziciju odsvirati tako da slušalac primjeti razliku, jer im semplovani instrumenti drugačije zvuče.
Tehnički objašnjeno, MIDI tok podataka je jednosmjerni asinhroni tok bitova brzine 31,25 Kbit/s prenesen u paketima od 10 bitova. 8 bitova nose korisnu informaciju (note i ostalo), jedan bit je start, a jedan stop bit. Podaci se prenose serijski i zato dolazi do kašnjenja u reprodukciji tonova koji su odsvirani istovremeno, ali ta su kašnjenja reda veličine nekoliko milisekundi i kao takva su zanemariva jer ih ljudsko uho ne može čuti.
10 bitni paketi se zovu MIDI poruke, a mogu se odnositi na kanal (channel messages) ili sistem (system messages).
Osnovni zadatak MIDI kompjuterske opreme je da što vernije reprodukuje zvuk realnih instrumenata, i da bude u stanju sintetizovati zvuk električnih instrumenata. Zbog složenosti akustike kao i subjektivnog doživljaja zvuka kod slušaoca, ovaj proces je izuzetno težak. Osim tehničkih karakteristika zvuka (jačina, visina, boja), na kvalitet zvuka utiču oblik i jačina porasta tona, te trajanje opadanja tona, što dodatno komplikuje proces sinteze. Zbog toga su u kompjuterskoj industriji danas u upotrebi dva osnovna načina sinteze zvuka: FM i Wavetable sinteza.
FM sinteza postoji još iz perioda nastanka elektronske muzike i korištena je u prvobitnim analognim sintisajzerima. Na tržištu se nalazi i danas, a koriste je najjeftinije zvučne kartice (npr. Soundblaster 16 i kompatibilne), ali u digitalnom obliku. Sam proces sinteze sastoji se od generisanja zvuka obradom sinusnih talasa u kojem se osnovni signal (signal nosioc) moduliše periodičnim signalima (modulatorima) i ako je frekvencija modulatora u čujnom području, tada on značajno mijenja boju tona signala nosioca kreirajući zvuk realnih instrumenata. Ti signali se zovu operatori i što je veći broj operatora, sintetizovani zvuk će biti sličniji realnim instrumentima. Zvučne kartice danas najčešće koriste 2-3 operatora, što ima za rezultat katastrofalno loš zvuk pri reprodukciji MIDI zapisa.
Iako je FM sinteza korisna za kreiranje novih sintetičkih zvukova, za reprodukciju realnih instrumenata u profesionalnoj i amaterskom korišćenju, koristi se wavetable sinteza. Ta tehnika se bazira na reprodukciji digitalizovanih stvarnih instrumenata smještenih u ROM-u zvučne kartice. U ovom slučaju veličina je i te kako bitna, što znači da će kartica sa ROM-om od 4 MB instrumenata zvučati kvalitetnije od one sa 1 MB. Pošto digitalizovani audio podaci najvećeg kvaliteta troše poprilično memorije, koriste se posebne tehnike da bi se uštedilo na memorijskom prostoru. Tako se npr. ne digitalizuje čitav zvučni opseg koji neki instrument može proizvesti, već se koristi tehnika pomeranja visine tona. U memoriji se nalazi smešten samo jedan ton nekog instrumenta kojem se potom menja visina koristeći tzv "pitch shift" tehniku.
Ta tehnika je i odgovorna za ime "wavetable". Za svaki instrument kreira se grupa koja se sastoji od intervala porasta i opadanja tona (eng "attack", "decay", "sustain", "release") i te grupe su u obliku tabele smještene u kartici i pridružene odgovarajućim digitalizovanim instrumentima. Zahtevniji instrumenti (npr. Grand Piano) mogu imati i više osnovnih tonova smeštenih u memoriji, a osim navedenih koriste se i dodatne tehnike preklapanja i višestrukog upoređivanja instrumenata (npr. instrument Glockenspiel koristi uzorak klavira na visokim oktavama).
Što se kvaliteta zvuka tiče, dileme nema - wavetable tehnika u svojoj najlošijoj varijanti zvuči neuporedivo bolje od FM sinteze. Mana joj je što kartice sa wavetable mogućnostima koštaju više, ali te razlike u cijeni su sada već jako male. Dodatno, na tržištu danas postoji softver koji wavetable sintezu stvara softverski koristeći najjeftijije zvučne kartice, ali zahtijeva jak procesor .
Digital audio
Digital audio fajl nastaje uzorkovanjem (sampling) – "semplovani" zvuk (sampled sound).
Samplovanjem tj. digitalizacijom analogni signal se pomoću AD (analogno digitalnog) konvertera pretvara u digitalne podatke. AD konverter u određenim vremenskim razmacima meri intenzitet analognog signala i dobijenu vrednost pretvara u digitalni (binarni) kod.
Svakih n dijelova sekunde uzima se uzorak zvučnog talasa određene veličine m i sprema kao digitalna informacija u bitovima. Na osnovu spremljenih informacija zvučna kartica vrši rekonstrukciju zvučnog talasa.
• brzina uzorkovanja (sampling rate)
. broj uzoraka uzet u sekundi (mjeri se u Hz ili kHz)
. 1 kHz je brzina uzorkovanja od 1000 puta u sekundi
. standardne brzine uzorkovanja: 11.025 ili 22.05 ili 44.1 kHz
• veličina uzorka (sampling size)
. broj bitova korišćen za čuvanje uzorka
. na pr. uzorak od 8 bita ima 256 jedinica za opisivanje raspona amplitude
. zvuk je kvalitetniji što je veća brzina uzorkovanja i što je veći uzorak
• proporcionalno s kvalitetom zvuka raste veličina fajla
• formula za određivanje veličine (u byteovima) digital audio fajla:
brzina uzorkovanja * trajanje zvuka u sekundama * (veličina uzorka/8) * N
N = 1 za mono snimke; N = 2 za stereo snimke
Na primjer, 10 sekundi zvuka snimanog s 22,05 kHz, 8-bitnim uzorcima iznosi
22050 * 10 * 8/8 * 1 = 220 500 byte
Razlika između MIDI-ja i digital audia je ogromna - digitalna kompozicija je original snimljen u digitalnom obliku, dok je MIDI u stvari kompozicija raščlanjena na pojedine instrumente i to one koje je moguće sintetizirati, u što naravno ne spada ljudski glas.
Dakle, digitalizovanoj kompoziciji ne možete stišati deonice sa gitarom, niti isključiti bubnjeve, dok u MIDI kompoziciji to možete koristeći softverski mikser - moguće ih je editirati. Digitalizovane pesme zauzimaju desetak MB, a MIDI pedesetak KB po pesmi. S druge strane, digitalizovane kompozicije uključuju i vokal što MIDI kompozicije ne mogu jer ga nije moguće sintetizovati. U suštini, MIDI je muzička matrica pesme sa mogucnošću editiranja svih instrumenata.
Formati zvučnih zapisa
Neki od najpoznatijih audio formata koji se koriste u kompjuterima i na webu su: Wav, AU, Real audio (RA), MP3 (MPEG audio), Quick time, liquid audio..
MIDI .MID MIDI format
Wave .WAV Microsoft format za digital audio
Audio Interchange File Format (AIFF) .AIF Macintosh format za digital audio
audio CD .CDA Format zvuka na audio CD
Sun Audio .AU Sunov komprimovani digital audio
Windows Media audio codec .WMA Microsoft komprimovani format
MPEG Audio Layer 3 .MP3 Komprimovani format sve više u upotrebi
Za kompresovanje audio fajlova potrebna je specijalna kompresijska shema zvana codec . Najpoznatiji audio codeci su: Lame MP3 audio codec & exe , AC3Filter & Codec , Radium MP3 Codec itd. Postoji mnogo codeca, ali su verzije MPEG-a posebno popularne za audio zapise.
PCM (Pulse Coded Modulation, pulsno-kodna modulacija)
Korištenjem PCM-a mogu se zapisati ili reprodukovati praktično sve vrste audio signala. Ograničenja PCM-a su sljedeća:
• ograničenje frekvencijskog opsega [Hz], te
• ograničenje dinamike [dB].
Niskopropusni filter i (konačna) frekvencija uzorkovanja fsr određuju raspoloživi frekvencijski opseg, a finoća kvantiziranja ograničava korisnu dinamiku audio signala.
Zavisno o zahtevanom kvalitetu zapisa analognog signala razlikuju se vrednosti za gornju graničnu frekvenciju audio signala fm, frekvenciju uzorkovanja fsr, te finoću kvantizovanja u broju bita n. Za spomenute praktične primjene PCM-a, podaci su dani u sljedećoj tablici:
Namena PCM-a fm fsr Kvantazovanje
Telefonija 3400 Hz 8 kHz 8 bita
CD 20 kHz 44,1 kHz 16 bita
DAT 22 kHz 48 kHz 16 bita
Profi muzičkii uređaji do 44 kHz do 96 kHz 18, 20, 24, 32 bita
Ograničenje frekfencijskg opsega
Gornja granična frekvencija fm teorijski je određena frekvencijom uzorkovanja fsr koja se koristi prilikom pulsno-kodne modulacije.
Atenuacija viših frekvencija od fm je vrlo izražena, a posledica je u prvom redu niskopropusnog filtera s oštrom pravougaonom karakteristikom. Naime, niskopropusno filtriranje ulaznog signala je nužan (i važan) stepen PCM-a jer se njime sprečavaju neželjena izobličenja koje se mogu pojaviti ako izvorni analogni signal sadrži frekvencijske komponente više od fsr/2
Konačno, u praksi je fm još nešto manja zbog uticaja parazitnih kapacitivnosti u elektronskim sklopovima muyičke kartice. Okvirno se može uzeti da je za fsr = 44100 Hz (što je uobičajena frekvencija uzorkovanja standardnih muzičkih kartica) gornja granična frekvencija oko 20kHz. Prema svemu navedenom, potrebno je imati u vidu da se signali, odnosno njihove komponente, frekvencija viših od fm ne zapisuju ispravno (ili se čak uopšte ne zapisuju).
Donja granična frekvencija fd je kod Line in ulaza standardnih muzičkih kartica reda veličine 5 Hz, a kod Mic in ulaza je nekoliko puta veća. Donja granična frekvencija je posledica uticaja kondenzatora koji se nalaze odmah poslije Line in ili Mic in ulaznih priključaka muzičke.
Namena ulaznih kondenzatora je brisanje jednosmerne komponente ulaznog signala. Prema tome, izvorni signal se zapisuje u kopjuteru bez jednosmerne komponente i s atenuacijom frekvencija manjih od fd jačinom od 20dB/dekadi. Zbog toga se zapis nesinusoidalnog izvornog signala (npr. duži pravougaoni impuls doveden na Line in ulaz) znatno razlikuje od prvobitnog izvornog signala .
Ograničenje dinamike
Kao posledica ograničenog broja stepena kojima se kvantizuje izvorni signal javljaju se greške prilikom kvantizovanja, koje se manifestiraju kao kvantizacijski šum. Ako je finoća kvantizovanja n bita, tada se kontinuirani raspon amplituda izvornog signala preslikava u ograničeni skup od 2n nivoa amplituda, koji se potom binarno kodiraju. Zbog toga se različitim amplitudama signala koje leže unutar istog diskretnog intervala pridružuje isti binarni broj. Kvantizacijski šum je prateća pojava svakog procesa PCM-a i on ograničava korisnu dinamiku.
Za finoću kvantizovanja od n = 16 bita, slijedi da je odnos signal/šum čak 98,08 dB, a za 8 bitno kvantiziranje S/N je samo 49,93 dB.
Potrebno je spomenuti da se amplitude signala snimljene sa 16-bitnom finoćom kvantizovanja, zapisuju u računalu kao 16-bitni integer brojevi, tj. u rasponu od -32768 do +32767. Pri tome najniža numerička vrednost (-32768) odgovara najvišoj negativnoj amplitudi, najviša numerička vrednost (+32767) odgovara najvišoj pozitivnoj amplitudi, a 0 odgovara naponu od 0 V (tj. kad nema signala na ulazu).
Iznos kvantizacijskog šuma i na osnovu toga izračunat odnos signal-šum je teorijski maksimum korisne dinamike. U praksi je korisna dinamika muzičkih kartica oko 80 dB iako koriste 16-bitnu finoću kvantizovanja. Navedeni odnos signal/šum je posledica klasičnog šuma elektronskih komponenata i sklopova od kojih se sastoji muzička kartica.
Smetnje i ostali uticaji
Neželjeni pratioci svakog audio snimanja su brujanje i šum. Brujanje je posledica niskonaponske gradske mreže čije EM polje n*50 Hz ipak prolazi kroz oklopljeni kabel kojim je spojen odgovarajući uređaj s ulazom muzičke kartice. Izvor šuma može biti sam uređaj ili sami sklopovi muzičke kartice.
Mikrofon treba izolovati od nepoželjnih izvora audio signala. Vrlo glasan izvor zvuka je sam kompjuter. Pokušajte mikrofon udaljiti što je moguće više od stola gde Vam je smešteno kompjuter.
Potrebno je voditi računa i o frekvencijsko-amplitudnim karakteristikama upotrebljenih uređaja. Npr. mikrofon prosečnog kvaliteta ne registruje zvukove preniskih i previsokih frekvencija). Fizikalne pojave koje odgovarajući uređaji registruju, ne pretvaraju se linearno u električne signale, već ih, na žalost, ti uređaji "obogaćuju" harmonijskim i neharmonijskim izobličenjima.
Koriscen materijal Link i Link
Mikrofon je ulazni elektroakustički pretvarač koji je prilagođen radu u vazduhu
kao mediju. Mikrofon pretvara zvučni pritisak, koji mu je ulazna veličina, u električni
signal na njegovom izlazu.
Pojam mikrofona danas označava i jednu vrstu uređaja koji se široko koristi u praksi. On u sebi, kao najvažniji deo, sadrži mikrofonsku kapislu u kojoj se vrši pretvaranje, ali takođe ima i druge komponente od kojih je sastavljen i koji omogućavaju njegovo planirano korišćenje. To su zaštitna mrežica kapisle, kućište prilagođeno određenoj nameni (za držanje rukom, za montažu na stativ, fiksiranje na muzičkim instrumentima, itd), konektor za povezivanje sa kablom. Neke vrste mikrofona kao uređaja opciono mogu u sebi imati i druge delove, kao što su transformator za
prilagođenje impedanse, pojavačač, jednostavna filtarska kola, itd.
U novije vreme razvoj mikrofona vodio je u dva pravca. Jedan je težio ka vrhunskom kvalitetu pretvaranja, pa danas najkvalitetniji mikrofoni imaju izuzetne prenosne karakteristike. Kao ilustracija dometa može se navesti da danas postoje mikrofoni čije je donja granična frekvencija reda delova Herca, kao I mikrofoni sa gornjom graničnom frekvencijom reda 100 kHz, pa i više. Takođe postoje mikrofoni koji dovoljno linearno mogu registrovati nivoe zvuka do 170 dB, kao i
mikrofoni koji mogu registriovati zvuk ispod nivoa 0 dB.
Drugi pravac razvoja mikrofona vodio je ka pravljenju izuzetno jeftinih modela, koji se proizvode u masovnoj automatizovanoj proizvodnji, a koji pri tome imaju izuzetno dobre elektroakustičke
karakteristike. To su proizvodi koji su našli svoje mesto u telefoniji, multimedijima, I drugim sličnim oblastima.
Funkcija mikrofona kao pretvarača definiše se s tri karakteristična parametara. To su:
- faktor pretvaranja,
- dinamički opseg i
- usmerenost.
Faktor pretvaranja – osetljivost mikrofona
Faktor pretvaranja TE,p je osnovna odlika mikrofona i koristi se kao parameter kojim se opisuje proces pretvaranja. On definiše vezu između ulazne i izlazne veličine to jest između pobudnog pritiska i elektromotorne sile koja usled toga nastaje. Faktor pretvaranja se uobičajeno naziva osetljivost mikrofona i označava sa s (sensitivity).
Osetljivost mikrofona zavisi od više faktora. Prvi je veličina membrane, jer od površine membrane zavisi sila koja pri nekom zadatom pritisku deluje na nju.
Drugi faktor koji određuje osetljvost mikrofona su mehanički parametri membrane, odnosno njena osetljivost na mehaničku pobudu. Ulazna veličina membrane kao prenosnog sistema je sila,
a odziv je brzina oscilovanja ili pomeraj.
Osetljivost zavisi i od mehanizma mehaničko-električnog pretvaranja u kome se kretanje membrane pretvara u električni signal.
Dinamički opseg mikrofona
Dinamički opseg mikrofona je odnos najjačeg nivoa zvuka pri kome mikrofon na izlazu daje signal sa razumnim izobličenjima, što predstavlja gornju granicu njegovog dinamičkog opsega, i najnižeg nivoa zvuka koji na izlazu može dati upotrebljiv signal, što je donja granica. Gornja granica dinamičkog opsega dominantno je određena ograničenjima linearnosti u mehaničkom odzivu membrane. Naime, svaka membrane ima neku veličinu pomeraja pri kome počinju da se manifestuju mehanička ograničenja u mogućnostima kretanja. Kada se dostigne ta granica u izlaznom električnom signal naglo rastu izobličenja. Zbog toga kod svakog mikrofona postoji neka veličina pomeraja, odnosno neka veličina zvučne pobude, pri kome zbog mehaničkog ograničenja
izobličenja prelaze granice prihvatljivosti.
Donja granica dinamičkog opsega mikrofona određena je njegovim sopstvenim termogenim šumom. Spoj mikrofona sa odgovarajućim pojačavačem stvara ekvivalentno kolo. U njemu se, osim generator korisnog signala ep, javlja i generator termičkog šuma elektromotorne sile eN. Njena veličina je funkcija električnih parametara kola i funkcionalnih parametara mikrofona
Da bi bio primetan, koristan mikrofonski signal koji nastaje u procesu pretvaranja treba da bude veći od njegovog termogenog šuma. Time je definisana donja granica dinamičkog opsega mikrofona.
Specifičnost koja izdvaja mikrofon od ostalih uređaja u elektroakustičkim sistemima je nizak nivo izlaznog signala. Zbog toga je u mikrofonima relativno malo rastojanje između nivoa termičkog šuma i nivoa korisnog signala. U odnosu na elektronske uređaje kroz koje mikrofonski signal kasnije može prolaziti, dinamički opseg mikrofona je značajno manji. Posebno kada mikrofon radi sa niskim nivoima zvučne pobude njegov sopstveni šum je osnovni ograničavajući faktor.
Usmerenost mikrofona
Osetljivost mikrofona je u opštem slučaju funkcija upadnog ugla zvučnog talasa. Konstrukcije mikrofona po pravilu imaju jednu prepoznatljivu fizičku osu koja se poklapa sa osom membrane, pa se upadni ugao zvučnih talasa određuje u odnosu na nju.
Osetljivost je uobijačajeno maksimalna pri pobudi mikrofona iz pravca ose, a za druge upadne pravce u opštem slučaju ona može imati različite vrednosti. Pojava promene vrednosti osetljivosti mikrofona po pravcima naziva se usmerenost.
Akustička podela mikrofona
Razlike u usmerenostima mikrofona nastaju kao posledica načina na koji zvučno polje deluje na membranu. U tom smislu moguća su tri slučaja:
- presioni mikrofon
- gradijentni mikrofon i
- kombinovani mikrofon
Ova podela vodi ka različitim oblicima dijagrama usmerenosti. Podela na ova tri tipa mikrofona sa različitim usmerenostima naziva se akustička podela.
Presioni mikrofon
Presioni mikrofoni imaju konstrukciju koja sa zadnje strane potpuno zatvara membranu. Zvučno polje deluje na membranu samo sa njene jedne strane. Indikator odziva membrane na tu pobudu je brzina oscilovanja v. Tako da je brzina membrane, kao njen odziv na zvučnu pobudu, srazmerna pritisku koji na nju deluje. Pritisak je skalarna veličina, pa njegova vrednost na površini
membrane ne zavisi od pravca iz koga je naišao zvučni talas. Zbog toga i osetljivost ovakvog mikrofona ne zavisi od pravca nailaska zvuka, pa je njegov dijagram usmerenosti kružnica.
Neusmerenost presionog mikrofona postoji samo na frekvencijama na kojima su njegove fizičke dimenzije dovoljno manje od talasne dužine zvuka. Na višim frekvencijama, kada talasna dužina postaje poredljiva sa dimenzijama mikrofona, on postaje nezanemarljiva fizička prepreka koja u izvesnoj meri menja strukturu zvučnog polja. Tada dolazi do pojave refleksije i difrakcije. Zbog toga se na višim frekvencijama javlja pojava usmeravanja mikrofona usled difrakcije na njegovom telu. Za zvuk koji nailazi sa zadnje strane membrana se nalazi u zvučnoj senci, zbog čega se smanjuje odziv mikrofona.
Gradijentni mikrofon
Gradijentni mikrofon, koji se naziva još i dvosmerni, ima mehanički sklop koji omogućava potpuno jednako delovanje zvučnog polja s obe strane membrane.
U okolnostima kada su obe strane membrane isložene zvučnom polju, u opštem slučaju na njenu prednju i zadnju stranu deluju različiti pritisci p1 i p2. Kretanje membrane nastaje kao posledica njihove razlike Δp = p1 − p2 koja stvara rezultantnu silu. Zbog činjenice da se membrana kreće pod uticajem razlike pritisaka sa njene dve strane, ova vrsta konstrukcije naziva se gradijentni mikrofon.
Ako se pretpostavi da je zvučni izvor dovoljno daleko od mikrofona, onda je putna razlika koja nastaje usled obilaska oko membrane relativno mala u odnosu na ukupan pređeni put talasa. Zbog toga su amplitude ova dva pritiska jednake, i samo fazna razlika određuje rezultantnu silu koja pokreće membranu. Maksimalna fazna razlika pritisaka p1 i p2 nastaje kada talas nailazi u osi
membrane. Tada je putna razlika najveća, pa je najveća i fazna razlika. Kada talas nailazi pod uglom 90o u odnosu na osu membrane (to jest u ravni membrane) između dva pritiska sa dve strane membrane nema fazne razlike. Pri takvoj pobudi membrane gradijentnog mikrofona miruje. To znači da osetljivost ovakvog mikrofona ima maksimum u pravcu ose membrane i nulu pod uglom 90o u odnosu na tu osu.
Kombinovani mikrofoni
Ako se jedan neusmereni i jedan gradijentni mikrofon postave na istom mestu u prostoru tako da im se ose poklapaju a njihovi signali saberu, dobija se jedan novi ekvivalentni oblik usmerenosti koju takva mikrofonska kombinacija ispoljava. Ako se prepostavi da su osetljivosti ova dva mikrofona u osi jednake, za zvuk koji nailazi iz pravca ose njihovi signali su jednaki i po amplitudama i po fazama, pa se sabiranjem dobija dvostruka vrednost izlaznog signala zakve mikrofonske kombinacije. Pri nalilasku zvuka iz suprotnog smera, pod uglom 180o u odnosu na osu mikrofona, signali iz dva mikrofona su jednakih amplituda, ali su protivfazni. Pri njihovom sabiranju dolazi do ponišavanja, pa je rezultantni signal za taj pravac pobude jednak nuli.
Električna podela mikrofona
Drugi stepen rada mikrofona kao elektroakustičkog pretvarača je pretvaranje kretanja membrane u električni signal. Osnovni zadatak ovog stepena u mikrofonu je da se to pretvaranje realizuje sa što manje uticaja na slobodu kretanja membrane, a to znači sa što manje uticaja na vrednosti njenih ekvivalentnih mehaničkih parametara.
Elektrostatički (kondenzatorski) mikrofoni
Membrana od provodnog materijala postavlja se ispred jedne nepomične metalne ploče na veoma malom rastojanju. Zadnja ploča i membrana čine jedan električni kondenzator čiji
kapacitet zavisi od površine i međusobnog rastojanja. U praksi je njihovo rastojanje reda desetina mikrona. Mikrofonska konstrukcija se uvek pravi kružnog oblika, sa prečnicima koji mogu biti oko 2,5 cm (jedan inč) i manje. Najmanji prečnici mikrofona koji se danas standardno koriste su samo par milimetara. U takvim okolnostima kapaciteti ovih mikrofonskih kapisli su relativno mali, reda desetina pikofarada.
Kada pod uticajem pobude iz zvučnog polja membrana vibrira, rastojanje između obloga kondenzatora menja se u ritmu promene sile koju stvara zvučni pritisak na njenoj površini. Kao posledica kretanja membrane menja se i kapacitet kondenzatora. Na taj način zvučna pobuda, odnosno vremenski promenljivi zvučni pritisak, konvertuje se u vremenski promenljivi kapacitet.
Sledeći zadatak u procesu pretvaranja je da se promena kapaciteta koja nastaje delovanjem zvučnog polja pretvori u ekvivalentan naponski signal. Kondenzator mikrofona se polariše nekim jednosmernim naponom, usled promene vrednosti kapaciteta menja se I količina naelektrisanja na oblogama kondenzatora. Te promene naelektrisanja manifestuju se kao promenljiva komponenta struje u kolu polarizacije. Na rednom otporniku tada se javlja vremenski promenljivi napon koji nastaje proticanjem te struje, i taj napon predstavlja signal.
Elektret mikrofoni
Razvoj tehnologije omogućio je izradu materijala u kojima elektroni izdvojeni iz atoma, ali pri tome nepokretni, zarobljena u strukturi materije. Takav stalno naelektrisan materijal naziva se elektret i izrađuje u obliku folije. Kada se folija od elektreta postavi na zadnju ploču kondenzatorskog mikofona, onda njeno naelektrisanje utiče na pojavu lokova naelektrisanja na obe obloge kondenzatora. Na taj način se obloge kondenzatora električno polarišu i bez spoljašenjeg izvora polarizacionog napona. Ovakav kondenzatorski mikrofon se naziva predpolarisani, ili elektret mikrofon.
Prednost elektret mikrofona je u činjenici da nije potreban izvor relativno visokog napona za predpolarizaciju. Naravno, ostaje potreba da se napaja pretpojačavač, ali je taj napon nizak, i lako se obezbeđuje čak i iz obične baterije. Na primer, napajanje mikrofona koji se koriste uz računare je +5 V, i obezbeđuje se iz samog računara preko jednog od kontakata priključnog konektora. Zahvaljujući pojednostavljenim zahtevima napajanja elektret mikrofoni se široko primenjuju u svim komercijalnim namenama.
Elektrodinamički mikrofoni
Elektrodinamički mikrofoni, ili kratko dinamički kako se uobičajeno nazivaju u praksi, rade na principima elektrodinamičkog pretvaranja.
Membrana je fiksirana za cilindar sa namotajem provodnika koji se nalazi u magnetskom polju.
U formalnom smislu konstrukcija dinamičkog mikrofona jednaka je konstrukciji zvučnika, s tim što su kod mikrofona mehaničke osobine konstrukcije, a to znači veličina i robustnost, prilagođene zahtevima rada ulaznog pretvarača i ostvarivanju veće osetljivosti. Prečnici membrana kod ovih
mikrofona relativno su mali, reda veličine do par centimetara.
Kod elektrodinamičkih mikrofona linearizacija odziva membrane postignuta je postavljanjem njene rezonantne frekvencije u sredinu radnog opsega i kvarenjem Q faktora. U takvim okolnostima dva su faktora koja određuju performanse dinamičkog mikrofona. Prvo, činjenica je da membrana treba da, osim samu sebe, nosi i kalem sa namotajem provodnika. Ma kako on mali i lagan bio, to zahteva određeni nivo krutosti I robustnosti membrane, pa je ona značajno masivnija od membrane kondenzatorskog mikrofona. Drugo, ostvarivanje linearnosti kvarenjem Q faktora povlači za sobom smanje osteljivosti membrane na spoljašnju pobudu, jer mora imati dovoljno velike unutrašnje gubitke. Kao rezultat ovih osobina dinamički mikrofoni imaju manju osetljivost u odnosu na kondenzatorske i njihov frekvencijski odziv uobičajeno ima izvesna manja odstupanja od linearnosti (zatalasanost).
Ipak, ovakva konstrukcija mikrofona ima i neke značajne prednosti. Najznačajnija osobina mu je da predstavlja jedan pasivni sistem koji ne traži spoljašnje napanje. Pod dejstvom pobude iz zvučnog polja u namotajima kalema se javlja elektromotorna sila kao posledica kretanja provodnika u magnetskom polju. Izlazna impedansa mikrofna je mala, pa je za njihovo povezivanje moguće koristiti i duže kablove. Drugo, čitava konstrukcija mikrofona je relativno robustna i neosteljiva na spoljašnje uticaje, kao što su vlaga ili manji mehanički potresi. Činjenica da ne zahteva napajanje i mehanička robusnost predodredila je ovu vrstu mikrofona za mnoge namene u praksi: za ozvučavanje govora u predavaonicama i amfiteatrima, za živa muzička izvođenja na koncertima moderne muzike, itd.
Koriscen materijal ETF u BG-u
Metode generisanja zvuka u vazduhu, koje koriste elektroakustički pretvarači, se mogu podeliti na indirektne i direktne, shodno tipu interakcije generatora i prenosnog medijuma. Značajan tehnolo.ki iskorak načinjen poslednjih godina pospe.uje multidisciplinarnost u konceptu i proizvodnji specifičnih pretvarača.
Zbog potreba specifičnih primena danas, klasičan elektrodinamički zvučnik će možda na nekim funkcijama uskoro biti zamenjen alternativnim generatorima zvuka. Nivo na kojem se oni danas nalaze još. uvek nije ozbiljno poljuljao dominaciju elektrodinamičkih zvučnika, ali su
pažnja i napori timova istraživača sve više okrenuti nekim od alternativnih izvora zvuka. Među principima opisanim u radu većina je zasnovana na pojavama koje su zapažene i opisane
još u .zlatno doba. elektrotehnike s kraja 19. veka, ali efikasni pretvarači zasnovani na tim principima tek u 21. veku postaju realnost.
Klasični principi, koji su zasnovani na indirektnom dejstvu na okolni medijum mehaničkim vibracijama membrane, doživljavaju renesansu zahvaljujući napretku u tehnologiji materijala, gde pre svega valja istaći .smart. materijale, koji svojim performansama puno obećavaju.
Direktnim dejstvom na čestice vazduha, prema opisanim principima, na kvantnim osnovama se otvaraju novi vidici u svet generisanja zvuka. Matematički aparat, zahvaljujući njegovoj upotrebi kao pisma moderne fizike i tehnike, danas postaje izvor novih ideja u principima generisanja zvuka. Neke od pojava, kao što su to nelinearnosti prenosnog medijuma, ne samo da nisu štetne, već postaju preduslov za uspešno i efikasno generisanje zvuka.
Elektrodinamički
Princip rada elektrodinamičih zvučnika zasniva se na silama koje deluju na kružni kalem postavljen u magnetnom polju stalnog magneta, kada kroz njega prolazi struja. Kalem
je mehanički povezan sa membranom koja funkcioniše u akustičkom smislu kao kruti klip. Za skoro osam decenija postojanja, postignute performanse elektrodinamičkih zvučnika su:, efikasnost od 1 do 10%, totalna harmonijska izobličenja ispod 0.5% i širok frekventni opseg.
Druga vrsta elektrodinamičkih zvučnika su takozvani riboni, kod kojih je kalem integralni deo pokretne membrane, koja se nalazi u polju iznad stalnog magneta. Najnovije dostignuće u ribon tehnologiji elektrodinamičkih zvučnika je zasnovano na radu transformatora vazdušnog kretanja (airmotion transformer - AMT)
Umesto klasičnog pokretanja vazduha klipnom membranom, kod koje se membrana i vazduh
pokreću istom brzinom (1:1), kod AMT zvučnika je ostvaren brzinski odnos kretanja membrane i vazduha približno 5:1. Ovaj povećan odnos je postignut korišćenjem nabrane membrane na
kojoj se nalaze aluminijumske trake. Takva membrana se nalazi u polju stalnog magneta, i kada se na aluminijumske trake dovodi zvučni signal, membrana se širi i skuplja kao harmonika. To izaziva istiskivanje vazduha iz nabora sa jedne strane membrane i uvlačenje vazduha sa druge.
Elektrostatički
Elektrostatički pretvarači rade na principu promene rastojanja između ploča kondenzatora (od kojih je jedna pokretna i predstavlja membranu) u skladu sa zvučnim signalom koji se dovodi na pretvarač. Zvučni signal se sabira sa naponom predpolarizacije, koji mora postojati kod ovakve
vrste pretvarača. Iako je ovo vrlo jednostavan princip rada, veliki su tehnološki problemi u proizvodnji, pre svega zbog velikih napona polarizacije i audio signala, i membrane, koja mora imati precizno određene mehaničke i električne osobine. Elektrostatički pretvarači se mogu lako proizvesti u mikromašinskoj tehnologiji, pa su interesantni sa aspekta minijaturizacije. Primeri ovakvih zvučnika su elektrostatički CMOS-MEMS zvučnici i poluprovodnička matrica digitalnih
zvučnika (semiconductor digital speaker array).
Zvučnici raspodeljenih modova (Distributed Mode Loudspeakers – DML)
Izvor zvuka kod DML zvučnka je čvrsta i laka ploča. Za razliku od klasičnih zvučnika, ploča koja predstavlja membranu DML zvučnika proizvodi zvuk ravnomerno po ploči raspodeljenim vibracijama. Jedan ili više izvora vibracija se nalaze iza ploče, na precizno definisanim pozicijama, koje obezbeđuju maksimalnu zvučnu snagu u određenom frekventnom opsegu.
Ploče se pobuđuju elektrodinamički ili pomoću piezoelektričnih elemenata. Energija vibracija ploče se pretvara u akustičko zračenje koje je pseudo-difuznog karaktera zbog uniformne raspodele vibracija duž ploče. Oblici vibracija u ploči pri pobudi zavise od brzine prostiranja talasa u njoj i njenih dimenzija. Brzina prostiranja talasa duž ploče zavisi od površinske mase I čvrstoće materijala od koga je napravljena.
Piezoelektrični i elektrostrikcioni
Piezoelektrični i elektrostrikcioni materijali imaju osobinu da generišu promenu naelektrisanja kada se na njih primeni mehanička sila (direktni piezoelektrični /elektrostrikcioni efekat) i obrnuto, da menjaju svoj oblik kao odziv na primenjeno električno polje (inverzni piezoelektrični
/elektrostrikcioni efekat). Piezoelektrični efekat podrazumeva linearnu zavisnost između veličine deformacije materijala i jačine električnog polja, dok elektrostrikcioni efekat podrazumeva njihovu kvadratnu zavisnost.
Piezoelektrični materijali.
U procesu prizvodnje piezoelektričnih materijala, materijali se zagrevaju do visokih temperatura i izlažu jakom jednosmernom električnom polju. Zahvaljujući anizotropnoj strukturi piezoelektričnih
materijala, piezoelektrični efekti zavise od pravca delovanja mehaničke deformacije, odnosno električnog polja. Da bi se definisali parametri duž različitih pravaca, materijal se posmatra u pravougaonom koordinatnom sistemu sa osama 1 (x-osa), 2 (y-osa) i 3 (z-osa). Osa 3 predstavlja osu duž koje je delovalo jednosmerno električno polje u procesu proizvodnje, odnosno osu polarizacije. Za praktične primene su najznačajnije piezo osobine materijala duž ove ose.
Piezoelektrični materijali, koji se danas najviše koriste, mogu se podeliti u dve grupe: piezokeramički materijali (barijum titanat, olovo zirkonat titanat (PZT), olovo metaniobat, olovo magnezijum titanat) i piezopolimeri.
Najpoznatiji piezopolimer je poliviniliden fluorid (PVDF), a koriste se i poliparaksilen, aromatični poliamidi, polisulfon, plivinil fluorid, sintetički polipeptid, poli-bihlorometiloksetan (Penton) i cianometil celuloza.
Posebna grupa piezopolimera su elktromehanički filmovi. Pored piezopolimera, postoje polimeri u kojima se javlja elektrostrikcioni efekat, a posebna grupa ovih polimera su elektroaktivni polimeri.
Kristali, kao što je kvarc, i feroelektrični kristali, kao što je Rochelle-ova so, takođe spadaju u piezoelektrike. Kvarc se i danas koristi u rezonatorima i nekim vrstama filtrara, dok se Rochelle-ova so, pominjana u osnovnim udžbenicima elektroakustike, više ne upotrebljava.
Elektro mehanički film (EMFi) je elastični elektret koji ima piezoelektrične osobine. Proizvodi se od polipropilena ili polietilena u kome su u procesu prizvodnje stvoreni mehurići od vazduha, koji čine polovinu ukupne zapremine filma. Mehurići su elipsoidnog oblika dužine 10 - 70 μm i debljine oko 5 μm. U mehurićima je indukovano trajno naelektrisanje, zahvaljujući kome EMFi film poseduje piezoelektrične osobine. Dakle, naelektrisanje je indukovano unutar samog EMFi filma, za razliku od čvrstih elektret filmova u kojima se naelektrisanje indukuje samo na površini filma.
Za razliku od mnogih konvencionalnih elektroakustičkih pretvarača, površina EMFi filma se može podeliti na nezavisna područja podelom jedne ili obe elektrode. Na taj način je moguće ostvariti pretvarače u obliku faznih matrica ili podeliti istu površinu na prijemno i predajno područje.
Još jedna od prednosti elektroakustičkih pretvarača napravljenih od EMFi filmova je što se na niskim frekvencama ponašaju kao monopolni izvor, za razliku od, recimo, elektrostatičkih pretvarača koji se ponašaju kao dipol. Otuda EMFi, kao monopolni izvori, daju veću zvučnu snagu
od elektrostatičkih pretvarača za isti pomeraj.
Elektroaktivni polimeri (EAP) su materijali čiji se princip rada zasniva na deformacijama elastičnih dielektričnih polimera u prisustvu električnog polja. Elektrode, koje proizvode električno polje, postavljene su direktno na dve suprotne površine EAP filma i moraju biti elastične kako ne bi sprečavale deformacije filma. Kada se dovede napon na elektrode EAP film menja dimenzije.
Na niskim frekvencama, do 500 Hz, izuzetno velike deformacije postignute su kod nekoliko vrsta elektroaktivnih polimera, kao što su silikonski (relativno povećanje površine preko 100%) i akril elastomeri (preko 200%). Maksimalne deformacije su postignute pri jačinama električnog polja od 100 - 400 MV/m.
Elastomeri napravljeni od feroelektričnog tečnog kristala (ferroelectric liquid-crystalline elastomers - FLCE) predstavljaju interesantnu grupu materijala jer kombinuju uređenje feroelektričnih tečnih kristala i elsatičnost polimerskih mreža. Dovođenje spolješnjeg električnog polja na FLCE elastomere dovodi do deformacija u polimerskoj mreži i samim tim do promene dimenzije uzorka. Analogno, mehanička deformacija uzorka dovodi do njegove polarizacije. Ova činjenica omogućava upotrebu FLCE elastomera kao elektroakustičkih pretvarača.
Mgnetostrikcioni
Magnetostrikcioni materijali imaju osobinu da menjaju svoj oblik (dužinu) kada se izlože magnetnom polju. U ovim izaziva rotaciju magnetizacije u smeru delovanja polja u okviru domena i pomeranje zidova domena, povećavajući njihovu veličinu sa približavanjem pravca vektora
magnetizacije pravcu delovanja primenjenog polja. Kada se ova dva pravca izjednače, dolazi do zasićenja i povećavanje jačine magnetnog polja ne izaziva dalju promenu dužine, tj. nema više efekta magnetostrikcije. Sve ovo se dešava na temperaturama ispod Curie-jeve temperature. Veličina magnetostrikcije u trenutku zasićenja je jedna od fundamentalnih mera kvaliteta magnetostrikcionih materijala. feromagnetnim materijalima, primenjeno magnetno polje
Temofon
Način generisanja zvuka kod termofona zasniva se na naizmeničnom zagrevanju i hlađenju sloja vazduha koji se nalazi u neposrednom dodiru sa telom pretvarača male termičke kapacitivnosti. Sloj vazduha čija se temperature menja sa promenom temperature pretvarača, u skladu sa zakonima termodinamike, menja svoju zapreminu, dok telo pretvarača trpi zanemarljivu promenu zapremine u odnosu na vazduh. Generisana promena zapremine se prenosi na okolne
slojeve vazduha stvarajući zvučni talas. Temperatura tela pretvarača mo.e da se kontroli.e na dva
načina. Termofoni mogu da rade na principu fotoakustičke emisije, gde se energija generatora predaje pretvaraču optičkim putem, ili se to čini električnim putem. Termofoni bazirani na fotoakustičkoj emisiji imaju svoju primenu u fotoakustičkoj spektroskopiji, dok je drugi način pogodan za proizvodnju minijaturnih zvučnika.
Jonofon
Jonofon je elektroakustički pretvarač kod koga zvuk nastaje direktnom interakcijom jonizovane plazme i okolnog vazduha kao prenosnog medijuma. Jonizacija vazduha se posti.e primenom visokog jednosmernog (ili daleko ultrazvučnog naizmeničnog) napona između elektroda koje imaju različite poluprečnike zakrivljenosti (kao .to je to na primer slučaj kod igle koja stoji naspram ravni).
Fenomen koji se odigrava između elektroda je pra.njenje u vazduhu ili korona pra.njenje. Ova pra.njenja se u različitim uslovima različito pona.aju u zavisnosti od parametara kao .to su polaritet ili poluprečnik elektrode manjeg radijusa, razmaka između elektroda i fizičkih osobina gasa između
elektroda. Adekvatnom geometrijom, konfiguracijom elektroda, a u zavisnosti od rastojanja od elektroda, interakcija neutralnih čestica i jonizovanog gasa dovodi do efikasnog prenosa toplote između čestica (D.ulov toplotni izvor, skoro izotropski) ili do efikasnog prenosa impulsa čestica koji se manifestuje protokom gasa, takozvani .električni. ili .korona vetar.. Vremenska varijacija temperature dela zapremine vazduha koji je u interakciji sa koronom, praćena je adekvatnom promenom pritiska u okolnom vazduhu. Korona pra.njena vr.e i toplotni transfer i prenos impulsa čestica.
I u ovom slučaju se radi o izvoru koji nema mehaničku membranu, sa parametrima membrane kao .to su masa ili mehanička elastičnost. Dakle, nema problema sa rezonantnim pojavama i tranzijentima. Teorijski ne postoji ograničenje u frekvencijskom opsegu i frekvencijska karakteristika je izuzetno glatka. Rad jonskih zvučnika je po prirodi monopolan, tj. jonski zvučnik se u radu pona.a kao izvor nultog reda (pulsirajuća sfera).
Zvučnik s plamenom
Postoje dva osnovna principa rada plamenih zvučnika:
1) Prvi princip je poznat pod nazivom elektrotermički zvučnik. Zvuk se proizvodi gorenjem gasnog plamena, čija se provodnost pobolj.ava dodavanjem nekih soli. Zvuk se generi.e kada se na elektrode koje su u blizini plamena, I imaju funkciju modulatora, dovede električni audio signal.
2) U drugom principu gas prelazi preko električno kontrolisanog modulatora, gde se pali. Na ovaj način akustički izlaz iz modulatora se pojačava za 10 do 20 dB.
Velike zvučničke jedinice koje rade na ovom principu prave se sa akustičkim levkom i mogu da proizvedu akustičku snagu do 10 W. Zbog velikih problema koji se javljaju pri realizaciji ovakvih pretvarača, ali i zbog problema koje izazivaju u primeni, zvučni izvori sa plamenom su ostali na nivou laboratorijskih uzoraka i ne smatraju se perspektivnim zvučnim izvorima.
Koriscen materijal ETF u BG-u
DV je format za za digitalno snimanje video materijala prihvacen 1993. godine. Proizveden je kao rezultat saradnje izmedju vise kompanija : Hitachi, Matsushita, Sony, JVC, Mitsubishi, Philips, Sanyo, Sharp, Thomson, Toshiba. Sirina trake je 6,35 milimetara. Podrzava 525/ 60 i 625/ 50 komponentni digitalni video, uz fiksnu kompresiju. Stepen kompresije je 5 : 1. Koristi se 8 bitna kvantizacija. Podrzava dva nacina zapisa zvuka. Prvi je dvo kanalni 16 bitni zvuk, a drugi je cetvoro kanalni 12 bitni zvuk. DV ima ugradjen sistem zastite od greske, tako da je moguce otkriti gresku, potom izvrsiti korekciju. Prednost DV formata je sto daje visokokvalitetnu sliku, zatim omogucava prenos snimljenog materijala na racunar, radi obrade.
Na taj nacin DV materijal u kameri ne treba pretvarati u analogni, pa ponovno u digitalni format, vec se prenosi u digitalom obliku i to bez gubitka podataka, a to je najveca prednost.Prenos iz kamere u racunar se obavlja pomocu FireWire.Rezolucija je 720 x 576 pix.
DIGITAL MiniDV Format je najnoviji format za kamkorder. Snima slike digitalnom tehnologijom na mini-DV kasete. Ima bolji kvalitet slike od drugih formata, bez obzira na brzinu snimanja. Rezolucija je preko 500 linija (mnogo više od standarda za emitovanje koji iznosi 380 linija). Playback je direktno sa kamkordera na Vaš TV, video rekorder ili na kompjuter putem iLink/Firewire/iEEE1394 porta. Vreme snimanja u SP-u je 60 minuta, a LP-u 90 minuta. SnapShot ili Photo Mode su opcije skoro na svakom modelu. Ukoliko želite možete prebaciti fotografije na Vaš PC. Postoje kamkorderi vrlo malih dimenzija (neki čak mogu da stanu u džep kao na primer Sony DCR-PC7BT) u odnosu na ostale i većina modela obično teži 700g - 1,8 kg. Digitalni video snimci mogu biti editovani i kopirani nebrojeno puta, a da ne izgube na originalnom kvalitetu. Možete kopirati na VCR/VHS kasete, narezati na CD/DVD ili prikazati kao video na Internetu. Možete i da pošaljete DV kao email attachment na modelima koji imaju MPEG Video Modove. MiniDV kamkorderi i kasete, uglavnom skuplji od ostalih, postaju sve pristupačniji.
Digital 8 Ovi kamkorderi takođe snimaju digitalno, ali na 8mm kaseti. Kvalitet slike je visok bez obzira na brzinu snimanja - rezolucija 500. Maksimalno vreme snimanja je 90 minuta. Playback je sa kamkordera.
SVHS Ovi kamkorderi su veliki (oslanjaju se na rame) s obzirom da koriste SVHS kasetu. SVHS nije kompatibilan sa VHS videorekordrima (VCR), ali može da se pusti snimak sa kamkordera prikačenog na VCR ili S-VHS VCR. Maksimalno vreme snimanja je 2 sata, a rezolucija je bolja nego VHS i VHS-C na 400. U klasi je sa Hi8, ali ima duže vreme snimanja.
SVHSC Kamkorder manjih dimenzija. Mnogi modeli se mogu koristiti kao digitalni fotoaparati, a slike možete da prebacite na Vaš PC. "C" (compact) znači da svoju video kasetu možete da stavite u kertridž kako bi je puštali na VCR-u. I kod njih je rezolucija slična sa Hi8 ali kasete su kraće.
Hi8 Ovo je skuplja varijanta 8MM. Nudi veoma dobar kvalitet slike. Potreban Vam je TV sa S-video ulazom da biste videli efekat, što može biti skupo. Vreme snimanja je isto kao na 8mm (60-90min), ali rezolucija je 400 linija. Izvanredna kontrola svetla i nizak nivo potrebnog osvetljenja (LUX ratings). Većina modela ima specijalne efekte i stabilizaciju slike.
8MM Ovo je vodeći format - 8mm kaseta. Nije kompatibilan sa VHS VCR. Playback mora da se pušta direktno sa kamkordera povezanog na TV ili VCR. 8MM ima bolji zvuk od VHS-C-a. Takođe ima najduže vreme snimanja - 120 minuta u standardnoj brzini SP i 240 minuta u LP-u. Rezolucija je 270.
8mm je ekonomična varijanta Hi8. Rezolucija je ispod standarda za emitovanje, ali ipak se dobija dobar snimak. Dobar izbor ukoliko ste početnik, i želite da uštedite novac.
VHSC Ovaj format je star skoro koliko i VHS. Ovo Vam da je opciju da stavite video kasetu u kertridž koji staje u Vaš VCR. VHSC je video format sa najmanjom rezolucijom. Super ili SVHSC je jedan od najbolje rangiranih video formata. VHS-C ima ograničeno vreme snimanja. 30 minuta u SP-u, 90 minuta u EP-u. Rezolucija je 250. Kvalitet slike se ne pogoršava pri manjim brzinama snimanja.
VHS & SVHS VHS kamkorderi snimaju direktno na VHS kasetu što možete kasnije puštati na Vašem VHS VCR-u. Maksimalno vreme snimanja je 2 sata, a rezolucija je 250. Glomazni su i nepraktični u poređenju sa današnjim laganim kamkorderima visokih rezolucija.
Super VHS Ovi kamkorderi nisu kompatibilni sa VHS VCR-om ali mogu biti pušteni sa kamkorderom prikačenim na VCR, ili koristeći S-VHS VCR. Maksimalno vreme snimanja je 2 sata a rezolucija je 400. Bolji je od VHS, VHS-C, 8mm modela. U klasi je sa Hi8.
DVCPRO ili D7 razvio je Panasonic 1996 god. Namenjen je za profesionalnu upotrebu. Sirina trake je 6,35 mm. Sirina traga 18 µm. Kompresija je 5:1. Spada u 4:1:1 sisteme. Brzina zapisa 25 Mbps. Podrzan je linearni vremenski kod i vremenski kod vertikalnog
intervala.
DVCPRO50 - koristi 4 : 2 : 2 sistem, sa brzinom zapisa 50 Mbps.
DVCPRO P - koristi sistem 4 :2 : 0.
DVCPRO HD - format za snimanje HDTV signala, brzina zapisa je 100 Mbps, kompresija 7 : 1
DVCAM format razvio je Sony. Sirina trake je 6,35. Sirina traga je 15 µm. Koristi sistem DV kompresije.
Digital Betacam je format za snimanje digitalnog video signala koji je razvijen iz analognog betacam formata. Za kompresiju koristi unutrasnje kodiranje, odnosno samostalno kodiranje pojedinacne slike.Stepen kompresije je 2 : 1. Postoje modeli uredjaja koji mogu reprodukovati trake sa analognim i digitalnim materijalom. Koristi se za profesionalnu upotrebu i jedan je od najskupljih video formata.
Spada u 4 : 2 : 2 sisteme.
Betacam SX je digitalna varijanta Betacam SP formata.Spada u 4 : 2 : 2 sistem, sa MPEG2 kompresijom.
MPEG IMX je poboljsana verzija Digital Betacam. MPEG kompresija. Video zapis moze biti sa 30 Mbps, 40 Mbps i 50 Mbps.
HDCAM je jos kvalitetniji od Digital Betacam formata, ali i skuplji. MPEG zapis. Kvalitet snimljenog video materijala je najpriblizniji kvalitetu snimka sa filmskom trakom.
Digital S ili D9 je format koji je proizveo JVC. Sirina trake je 12,7 mm. Brzina prenosa signala je 50 Mbps. Koristi 4 : 2 : 2 sistem.Postoji i D9 HD za snimanje HDTV signala sa 100 Mbps.Kompatibilan je sa S-VHS formatom. Slabo je podrzan od ostalih
proizvodjaca.
D1, D2, D5 su digitalni formati koji beleze video zapis bez kompresije. Sirina trake je 19 mm, odnosno 12,7 mm. Malo se koriste ovi formati, zbog visoke cene.
DVD kao format je bio predvidjen da zameni VHS trake, pa je imao znacenje digitalni video disk, medjutim zbog svojih prednosti brzo je nasao primenu u racunarskoj i muzickoj industriji. Tako je DVD vremenom postao digitalni visenamenski disk. DVD disk moze biti dvostran i dvoslojan. Tako da mozemo imati cetiri razlicita kapaciteta snimanja 4,7 Gb, 8,54 Gb, 9,4 Gb i 17 Gb. Od 2003. postoji i BlueRay disk koji ima kapacitet 23 Gb.