Vývoj+technických+prostředků+pro+záznam+zvuku


 * Obsah tématu:**


 * Analogový záznam zvuku **
 * Mechanický záznam zvuku
 * Optický záznam zvuku
 * Magnetický záznam zvuku
 * Digitální záznam zvuku **
 * Digitalizace analogového signálu
 * Programy pro záznam zvuku z mikrofonu

=Pořízení zvukového záznamu = Zvukové vlnění je sled tlakových vln, které se šíří hmotným prostředím, nejčastěji vzduchem. S rozvojem sdělovací techniky a kinematografie bylo potřeba zvuk zaznamenávat tak, aby ho bylo možné později znovu přehrát. Záznam zvuku je buď analogový nebo digitální. =1 Analogový záznam zvuku= Existují tři základní metody analogového záznamu zvuku.
 * 1) mechanický záznam zvuku - nejstarší způsob používaný již od konce 19. století
 * 2) optický záznam zvuku - zaveden v souvislosti s rozvojem zvukového filmu ve 20. letech 20. století
 * 3) magnetický záznam zvuku - používá se od 30. let 20. století, postupně se stal dominantním způsobem záznamu zvuku a používá se dodnes i v profesionální praxi (rozhlas, televize, film)

**1.1 Mechanický záznam zvuku**

1.1.1 Fonautograf
První přístroj, který dokázal zaznamenat zvukové vlnění. Vynalezl jej francouzský tiskař a knihovník Édouard-Léon Scott de Martinville a původně by vyvinut výhradně pro vizuální zobrazení frekvenční křivky zvuku nikoli pro jeho reprodukci. Vědci v laboratořích tak měli poprvé možnost zkoumat skutečnou podobu zvuku, mohli tak studovat a měřit zvukovou křivku lidského hlasu či jiných zvuků. Přístroj byl patentován v březnu roku 1857.

Podstatnou část fonautografu tvořil papírový soudkovitý který simuloval ušní trubici zakončenou bubínkem. Jemný papír na jeho povrchu tvořil pružnou resonanční membránu, která absorbovala zvukové vlny. Membrána byla spojena s tenkou jehlou, která v podstatě napodobovala ušní kůstky. Na jehlu se při zvukovém vlnění přenášely vibrace z membrány a ty pak jehla kmitáním vrývala do směsi jemného uhelného prášku a oleje. Tato směs byla tenkou vrstvou nanesena na povrchu hladkého papíru nebo také skla, které tvořilo výsledný nosič obrazu zvukových vln. Jak se papír nebo sklo soustavně otáčelo pomocí stočené pružiny, jakou známe třeba z hodinových strojů, jehla na něj svým kmitáním z membrány zobrazovala zvukovou linku. Výsledkem tohoto zvukového záznamu nebyl zvuk, nýbrž paradoxně jen jeho vizuální obraz. Čímž se dostáváme k hlavní nevýhodě fonautografu – zaznamenaný zvuk nebylo možné zpětně reprodukovat. Avšak ani to nebylo ve své době úplně nemožné.

1.1.2 Paleofon
V roce 1877 francouzský amatérský vědec a básník Charles Cros vznesl teorii, že obrys zaznamenané linky by bylo možné složitou technikou, chemicky vyleptat na ocelový válec a pomocí pohybu jehly v této vzniklé drážce zvuk přehrát. Jehla by opět byla spojena s membránou, která by ozvučným korpusem šířila snímaný zvuk do prostoru. Jednalo se o obrácený princip záznamu fonautografu. Zatím jen imaginárnímu přístroji se říkalo paleofon (z angl. paleophone). Než však bylo možné teorii praktikovat, Thomas Edison vynalezl fonograf, který v podstatě na uvedené technice fungoval a reprodukce fonautografových záznamů již pozbyla svoji důležitost.

1.1.3 Fonograf
Prvním systémem pro záznam a přehrávání zvuku byl v roce 1877 fonograf vynalezený Thomasem Alvou Edisonem. Zvuk byl zaznamenán do drážky, kterou vyrylo záznamové zařízení jehlou do rotujícího válečku. Tento záznam bylo možné zpětně mechanicky reprodukovat na zvuk. Jednalo se o ** hloubkový záznam zvuku **, kdy hloubka drážky odpovídala hodnotě akustického tlaku zaznamenávané zvukové vlny. Fonograf

1.1.4 Grafofon
Vyvinuli ho Charles Sumner Tainter a Chichester v roce 1886. Podobou byl téměř totožný s fonografem, několik rozdílů tu však bylo. První inovací, kterou se lišil od Edisonova fonografu, byl právě stranový zápis. Sice se ani u těchto válečků nedocílilo možnosti kopírování záznamu lisováním, jako tomu bylo zanedlouho u gramodesek, avšak výhody tohoto druhu zápisu se plně projevily především u plochého disku gramofonu. Druhou zásadní inovací bylo nahrazení křehkého staniolu tvrdším voskem. Díky voskovým válečkům se oproti staniolu předešlo častému poškození a znehodnocení záznamu a jeho nosič byl nyní celý váleček. Použití tohoto materiálu se navíc pozitivně projevovalo ve věrnosti zvuku a v jeho delší trvanlivosti.

1.1. 5 Gramofon
Další způsob mechanického záznamu zvuku se používal u gramofonu, který v roce 1888 vynalezl Emil Berliner. Zachycování akustických vibrací do mechanické podoby probíhalo za pomoci rezonátoru a jehly, či hrotu, který tyto vibrace vyrýval do vinylové desky. V tomto případě se jednalo o ** stranový záznam zvuku **, u kterého stranová výchylka rycího zařízení odpovídala hodnotě akustického tlaku zaznamenávané akustické vlny. Tento způsob byl pro gramofon dominantní a v první polovině 20, století se používal i v profesionální praxi. Otáčení desky zajišťoval pérový motor, péro se natahovalo klikou, později nahrazen indukčním motorem.

__Dlouhohrající deska (LP)__
Dlouhohrající deska je jeden z typů gramofonové desky s úzkou drážkou, jejíž průměr činí 30 cm. Obyčejně LP obsahovalo zhruba do 50 minut stereofonně zaznamenané hudby nebo až 80 minut mluveného slova. První série desek se objevila na trhu v roce 1948. Vinylová deska

Optický záznam zvuku se objevil poprvé v kinematografii v počátcích rozvoje zvukového filmu. Do té doby, byly němé filmy doprovázeny živou hudbou a dialogy byly ve filmu vloženy jako titulky. Později byla živá reprodukce nahrazena gramofonem, byl zde ale problém se synchronizací a kvalitou zvuku. Filmové společnosti hledaly způsob, jak umístit zvukový záznam přijatelné kvality přímo na filmový pás. Problém byl v tom, že pohyb filmu v kameře i v promítacím stroji je krokový, zatímco zvuk bylo nutné přehrávat spojitě. Filmový pás musel v kameře i v promítacím stroji projít tzv. uklidňovací smyčkou a až poté se zvuk zaznamenával nebo snímal. Zvuk je tak oproti obrazu na filmovém pásu posunut a "předbíhá" obraz o 21 políček. Optický záznam se provádí se vzorkovací frekvencí přibližně 10 kHz.
 * 1.2 Optický záznam zvuku **

1.2.1 Druhy optických záznamů zvuku

 * Plošný záznam - světlo konstantní intenzity prochází v nahrávacím zařízení skrz úzkou štěrbinu, čímž vzniká tenký proužek světla. Štěrbina je podle zvukového signálu zčásti překrývána maskou vhodného tvaru tak, aby osvětlená část štěrbiny odpovídala okamžité hodnotě zvukového signálu. Průchozí světlo pak přes čočku dopadá na světlo citlivý pás, kde vytváří optickou podobu zvuku. Stejně jako u fotografie vznikne optický negativ. Osvětlená část pásu je tmavá a neosvětlená část, kterou překrývala maska, zůstane průhledná.
 * Hustotní záznam - první záznam na filmovém pásu, hustota zčernání vyvolaného filmu byla přímo úměrná hodnotě akustického tlaku zvukového signálu, nevýhodou bylo značné zkreslení.
 * Kvazihustotní záznam - propustnost zvukové stopy zaznamenané na filmovém pásu závisí na hustotě příčných kontrastních čárek ve zvukové stopě, ta je závislá na hodnotě akustického tlaku zaznamenávaného zvuku.
 * Plochový záznam - část stopy je bílá a část černá, propustnost zvukové stopy závisí na vzájemném poměru těchto dvou ploch, ten je dán hodnoto akustického tlaku zaznamenávaného zvuku.

1.2.2 Princip optického záznamu zvuku
Optický plochový záznam se provádí exponováním zvukové stopy světlem s konstantní intenzitou, které prochází štěrbinou. Ta je zakrývána stínem masky vhodného tvaru tak, aby osvětlená část štěrbiny odpovídala okamžité hodnotě akustického tlaku zaznamenávaného zvukového signálu. Pohyb stínu masky je dán pohybem zrcátka, které se pohybuje přesně podle změn akustického tlaku zaznamenávaného zvuku. Zdrojem světla je žárovka, jejíž světlo se soustředí pomocí kondenzoru. Světlo prochází maskou, dopadá na pohybující se zrcátko a odráží se od něj, prochází štěrbinou a čočkou je soustředěno na příslušné místo filmového pásu.

1.3 Magnetický záznam zvuku
Hlavní výhodou magnetického záznamu zvuku byla snadná možnost oprav záznamu jeho přemazáním, mechanický záznam byl vyryt v podložce a optický záznam byl "nafocen" na filmu a proto nebylo možné tyto záznamy opravovat. Proto se také začal používat v rozhlasových studiích. Pro zařízení sloužící k záznamu a reprodukci magnetického záznamu zvuku se vžilo označení magnetofon. Ve druhé polovině 20. století se magnetický záznam zvuku začal využívat i v amatérské praxi, protože umožňoval vícenásobné použití jednoho nosiče. Postupně dosáhla kvalita magnetofonů takové úrovně, že byly ostatní druhy záznamu zvuku vytlačeny.

1.3.1 Princip magnetického záznamu zvuku
DEFINICE: //Princip magnetického záznamu zvuku spočívá v převedení zvukových kmitů na elektrické, kterými se trvale zmagnetizuje pohybující se zvukové médium (vrstva feromagnetika naneseného na nosiči z plastického materiálu), které potom při přehrávání vytváří kmity o stejné frekvenci, jako při nahrávání. Tyto elektrické kmity se potom převedou elektroakustickým měničem na kmity zvukové//

Principem magnetického záznamu je zmagnetování záznamového materiálu pomocí střídavého magnetismu. K tomu dochází ve štěrbině magnetické záznamové hlavy, kde se nosičem informace stává feromagnetická vrstva na povrchu pásku. Vinutím cívky prochází elektrický proud s časovým průběhem odpovídajícím průběhu zaznamenávané akustické zprávy. Magnetické siločáry, vybuzené elektrickým polem, se v místě štěrbiny uzavírají přes magnetofonový pásek, čímž ho magnetizují. Po opuštění štěrbiny zůstává na magnetofonovém pásku zbytkový magnetismus, jehož rozložení a velikost odpovídá časovému průběhu zvukového signálu.



Reprodukce záznamu se provádí rovnoměrným posunem pásku se záznamem před štěrbinou snímací hlavy. Z feromagnetické vrstvy vystupují magnetické siločáry, které v momentě uzavření přes jádro hlavy vytváří na cívce střídavý proud. Po jeho zesílení a frekvenční úpravě je na výstupu (téměř) identický signál, jaký byl původně zaznamenaný. Snímací hlava má podobnou konstrukci jako hlava záznamová, má však menší šířku štěrbiny. V malých magnetofonech se obvykle používá namísto jedné hlavy záznamové a jedné reprodukční pouze jedna hlava tzv. univerzální.



Než dojde k pořízení nového záznamu, musí být záznamový materiál odmagnetován a proto, při každém záznamu probíhá i automaticky odmagnetování-vymazání předešlého záznamu. Výhodou je tedy snadné přepisování záznamu, nevýhodou je pak sekvenční přístup k datům a zničení záznamu při manipulaci v blízkosti permanentních magnetů.



=2 Digitální záznam zvuku= Ke konci 20. století se prosadil záznam zvuku v digitální podobě. Velkou výhodou digitálního signálu je to, že je tvořen pouze dvěma diskrétními stavy - logickou jedničkou a nulou. Tyto dva stavy se během záznamu, zpracování nebo přenosu digitálního signálu velmi snadno odlišují.

2.1 Digitalizace analogového signálu
V současnosti nahrávací studia analogový záznam z mikrofonu rovnou digitalizují a ukládají v digitální podobě na pevné disky, CD či DVD v odpovídajících formátech. Převod zvuku na digitální signál zajišťují elektronické součástky zvané A/D převodníky. Proces digitalizace:
 * 1) Do zvukové karty vstupuje analogový signál získaný například z mikrofonu, který převede mechanické vlnění na elektromagnetické.
 * 2) Zvuková karta provede vzorkování signálu. V určitých časových intervalech odečítá hodnotu záznamu jako číslo. Obvyklá vzorkovací frekvence pro ukládání hudby na CD je 44,1 kHz, což znamená, že odečet hodnoty signálu se provádí každých 1/44100 = 0,000023 s.
 * 3) Poté provede zvuková karta kvantování, což je zaokrouhlení odečtené hodnoty. Tato zaokrouhlená hodnoty se převede do dvojkové soustavy (1 vzorek do 8, 16 nebo 24 bitů)
 * 4) Při přehrávání zvuku, který je v PC uložený v digitální podobě je nutné provést opačný převod, protože zvuk vyluzují reproduktory, které jsou analogové. Zvuk zrekonstruovaný z digitálního záznamu není zcela totožný s originálním analogovým signálem.

2.1.1 Mikrofony
Mikrofon je zařízení pro přeměnu akustického signálu na signál elektrický. První mikrofon vynalezl tvůrce gramofonu Emile Berliner 4. Března 1877. Principy mikrofonů:
 * **Kondenzátorový mikrofon:** akustické kmity rozechvívají membránu, která je jednou z elektrod kondenzátoru, připojeného do elektrického obvodu.
 * **Dynamický mikrofon:** membrána pohybuje cívkou v magnetickém poli, vytvořeném permanentním magnetem, čímž je vytvářen elektrický proud. Dynamické mikrofony jsou méně citlivé než kondenzátorové mikrofony, lépe proto zpracují například hlasitý zpěv při živých vystoupeních. Bývají poměrně odolné proti mechanickému poškození. Nevyžadují napájení.
 * **Páskový mikrofon:** Zvláštním případem dynamického mikrofonu je mikrofon páskový. Membránou je kovový pásek, nejčastěji proužek tenké hliníkové fólie, umístěný v magnetickém poli. Vzhledem k jeho mechanické konstrukci je náchylný k mechanickému poškození a je proto používán výhradně ve studiových podmínkách.
 * **Uhlíkový mikrofon:** Membrána stlačuje uhlíková zrnka, čímž mění jejich odpor. Mikrofon umožňuje přímo modulovat procházející signál, čehož se využívalo na počátku 20. století, kdy ještě nebyly k dispozici zesilovací prvky.
 * **Piezoelektrický mikrofon:** Pracuje na principu piezoelektrického jevu: stlačováním či ohybem některých materiálů (solí některých minerálů) vzniká elektrické napětí.

2.1.1 AD/DA převodníky
Digitalizace takového signálu je založena na dvou základních operacích: vzorkování a zaokrouhlování (kvantování). Při snímání probíhají současně. Tento systém vytvořil britský vědec Alec Reeves v roce 1937 a nazval jej Pulsně kódová modulace. Prakticky lze říci, že se jedná o zjednodušení analogového signálu bez faktické ztráty kvality zvuku. Celý proces digitalizace zvuku obstarává tzv. A/D převodník (analogově digitální převodník), kde průchodem analogového signálu přes tento převodník získáme jeho digitální (číselnou) podobu.

Analogově digitální převodník je elektronická součástka určená pro převod spojitého (analogového) signálu na signál diskrétní (digitální). Důvodem tohoto převodu je umožnění zpracování původně analogového signálu na číslicových počítačích. A/D a D/A převodníky mají zásadní vliv na kvalitu zvuku u jakéhokoli audiosystému. AD/DA převodníky jsou součástí zvukové karty, která může být interní, zapojená do PCI slotu uvnitř počítače, což přináší zhoršení některých parametrů vlivem rušení, které se přenáší z dalších obvodů v počítači. Externí zvukovou kartu je možné připojit k PC prostřednictvím dalších digitálních rozhraní např. ADAT přenos po optickém kabelu, profesionální dvoukanálové rozhraní AES/EBU se symetrickým vedením, nebo pomocí rozhraní FireWire či USB.

2.2.1 Audacity
Program Audacity je zaměřený na záznam a následnou editaci zvuku. Aplikace je bezplatná a uživatelsky přívětivá, přesto obsahuje dostatečné množství funkcí. Umožňuje zvuky nahrávat, přehrávat, editovat, importovat a exportovat.

2.2.2 Mixcraft
Mixcraft je program určený k pořizování vysoce kvalitního záznamu a jeho následnému zpracování, mixování a úpravám. Je cílen na zkušenější a náročné uživatele a je zpoplatněný. Obsahuje celou řadu nástrojů, filtrů, přes 3000 efektů, zvukových smyček a stylů, přesto je ovládání programu jednoduché a intuitivní. **2.2.3 GoldWave** Goldwave je komplexní digitální audio editor. Přehrává, edituje, mixuje a analyzuje audio. Podporuje speciální efekty a disponuje účinnými nástroji pro čištění nahrávky.

2.2.4 mp3DirectCut
mp3DirectCut je snadno ovladatelný v češtině a zdarma. Program nabízí základní nástroje pro ořezávání, vyjmutí označených pasáží, nebo například úpravu hladiny hlasitosti. Výhodou je nahrávání z mikrofonu přímo do formátu MP3, přičemž zmíněné úpravy zvládá program bez překódování MP3.

2.2.5 All Sound Recorder
S aplikací All Sound Recorder lze nahrát jakýkoli zvuk v různých frekvencích, hloubce i kvalitě. Aplikace podporuje celou řadu výstupních formátů a také bezeztrátových kodeků pro co nejkvalitnější zaznamenání audia z mikrofonu. Nahrávat lze i hovory v rámci Skype a dalších komunikátorů.

2.2.6 Adobe Audition
Placený program dříve známý po jménem Cool Edit Pro je profesionální nástroj k editaci audia, jeho záznamu, střihu, očištění od šumu a vkládání velkého množství efektů.

2.3.1 Kompaktní disk
Kompaktní disk je optický disk určený pro ukládání digitálních dat. Data jsou uložena ve stopě na jedné dlouhé spirále podobně jako na gramofonové desce. Pro čtení kompaktních disků se používá laser s vlnovou délkou 785 nm. Audio CD je nejstarším formátem CD. Pro záznam zvuku na audio CD se používá vzorkovací frekvence 44,1 kHz a 16bitový stereofonní záznam bez komprese. V této podobě zabere minuta zvukového záznamu 44 100 x 16 x 2 x 60 : 8 = 10 584 000 bajtů. Tato data jsou zabezpečena protichybovým kódováním FEC (Forward Error Correction), díky kterému je přehrávač schopen opravit určité množství chyb, způsobených např. poškozením CD. Kompaktní disk vyvinuly roku 1979 firmy Sony a Philips jako způsob věrného uchování a reprodukce hudby. Původně se na ně měl vejít zvukový záznam v délce 60 minut (délka dlouhohrající gramofonové desky), ale firmy Sony trvala na 74 minutách, aby se na jedno CD vešla celá Beethovenova Devátá symfonie. Dnes jsou CD nejčastěji 80minutová. Historicky první album vyrobené ve formě kompaktního disku bylo The Visitors od skupiny ABBA 17.8.1982. Na přelomu 80. a 90. let vytlačila CD díky klesající ceně přehrávačů i disků předtím rozšířené zmiňované dlouhohrající gramofonové desky s analogovým záznamem zvuku (LP).

2.3.2 DVD
Formát digitálního optického datového nosiče, který může obsahovat filmy ve vysoké obrazové a zvukové kvalitě nebo jiná data. Při vývoji DVD byl kladen důraz na zpětnou kompatibilitu s CD, takže se mu DVD disk velmi podobá. Má vyšší kapacitu záznamu:
 * DVD-5: jedna strana, jedna vrstva, kapacita 4,7 GB
 * DVD-9: jedna strana, dvě vrstvy, 8,5 GB

Existují tři typy zapisovatelných a přepisovatelných DVD disků: DVD-R/RW, DVD+R/RW (plus), DVD-RAM.

2.3.3 DVD - HD
Třetí generace optických disků.Disky mají v průměru 12 cm. Na tyto disky lze zaznamenat 15 až 60 GB dat. Toho je dosaženo vyšší hustotou záznamu a jeho užší stopou. Zajímavostí je tzv. čínský HD DVD, na kterém nelze přehrávat záznamy (filmy) z jiných zemí. Čína tak chrání své obyvatele před filmy z USA.

2.3.4 Blue - Ray
Patří k třetí generaci optických disků, určených pro ukládání digitálních dat. Název disku pochází z anglického Blue ray, tj. modrý paprsek, označení související s barvou světla používaného ke čtení. Disky umožňují záznam dat s celkovou kapacitou až 25 GB u jednovrstvého disku, 50 GB u dvouvrstvého disku.

2.3.5 - USB
Používá od roku 2000. Různé grafické provedení ve tvaru „klíčenky“. Kapacita 1 - 256 GB.

2.3. 6 - Paměťová karta
Malé, kompaktní zařízení s relativně vysokou kapacitou, odolné vůči magnetickým a elektrickým polím. Bylo navržené jako náhrada pevného disku pro zařízení, ve kterých se disky nemohly použít (např. kvůli rozměrům nebo vibracím) kapacita 1-200 GB (SanDisk). Základem jsou čtyři typy karet:
 * SD (Secure Digital)
 * SDHC (Secure Digital High Capacity)
 * microSD
 * microSDHC
 * MMC (Multimedia Card)
 * CF (Compact flash)
 * Sony MS (Memory Stick)


 * Prezentace ke stažení:**



=Zdroje= [|Fyzika] [|Zvuk na PC - výukový text] [|Programy pro záznam zvuku] VLACHÝ, Václav. MUZIKUS. // Praxe zvukové techniky //. Třetí aktualizované a doplněné vydání. Jihlava: Muzikus, 2008. ISBN -978-80-86253-46-5.