Akustika v iPhonu

Odpovědět
ales.dvorak
Příspěvky: 48
Registrován: 11 úno 2004 14:19

Akustika v iPhonu

Příspěvek od ales.dvorak » 28 črc 2009 09:57

Užitečné nástroje nejen pro zvídavé zvukaře.

ObrázekV poslední době zaznamenáváme výrazný nástup tak zvaných chytrých telefonů (Smartphone). Jejich existence vyvolává bohatou diskusi o výbavě i o vlastnostech a schopnostech jednotlivých typů. Uživatelé se dělí na zájmové tábory preferující konkrétní značky, operační systémy, uživatelská prostředí atd. Ať je situace uvnitř i vně těchto zájmových skupin jakákoli, je jisté, že chytré telefony opravdu umějí víc než jen telefonovat. Množství různých dalších aplikací, které je možno doinstalovat, rozšiřuje možnosti použití těchto přístrojů v nejrůznějších oblastech lidského konání.

Fenoménem svého druhu v rodině chytrých telefonů je bezpochyby téměř kultovní iPhone firmy Apple. I pro něj existuje na trhu nepřeberný počet aplikací - od zcela zbytečných volně šířených zábavních nebo recesistických prográmků až po naprosto seriózní a docela drahé programové nástroje pro profesionální použití v mnoha oborech, od letecké navigace například po medicínu.

Přednosti či nectnosti samotného iPhonu ponecháme diplomaticky stranou. V tomto stručném seznámení se budeme věnovat oblasti, která se světem audiovizuální tvorby velice úzce souvisí, a to otázkám akustiky. Firma Studio Six Digital z Colorada, zabývající se mimo jiné i vývojem software, připravila pro iPhone několik zajímavých měřicích nástrojů pro rychlou orientaci v akustických parametrech, které mohou být v audiovizuální tvorbě důležité, někdy dokonce kritické. Při jejich použití se iPhone stává výkonným nástrojem pro zvukaře, filmové architekty a další profese, které v procesu tvorby ovlivňují zvukovou stránku díla.

Společné rysy
Protože se vesměs jedná o analyzátory zvukových parametrů, je zřejmé, že zvuk musí do analyzéru nějakým způsobem vstoupit. Jako primární čidlo je použit vestavěný mikrofon iPhonu, sloužící jinak k telefonování. Nutno říci, že jde o mikrofon velmi dobrý. Pro měřicí účely jsou jednotlivé aplikace vybaveny filtry, které kompenzují přenosové vlastnosti tohoto mikrofonu tak, aby jeho frekvenční odezva byla pokud možno neutrální. Také s mikrofonní citlivostí je třeba se vyrovnat, aby měření měla jasně definovanou referenci. Proto jsou všechny aplikace vybaveny i kalibrační funkcí, která již po nainstalování bere v úvahu vlastnosti vestavěného mikrofonu. K přesné kalibraci je třeba použít referenční (např. laboratorní) zvukoměr a na základě známého akustického tlaku dorovnat údaj měřicí aplikace. Je třeba upozornit na to, že je-li nainstalováno aplikací více, je nutné kalibrovat každou zvlášť, vstupní vlastnosti jednotlivých nástrojů nejsou totožné.

U všech popisovaných aplikací je možné použít buď vestavěný nebo externí (kvalitnější) mikrofon. Nutnost kalibrace samozřejmě zůstává. Dalším společným rysem je možnost uložit výsledky měření buď jako obrázek grafu ve společném úložišti obrázků (Photo Roll), nebo v případě číselných údajů v paměťových pozicích vlastní aplikace. Co se týká uživatelského rozhraní, je ve všech případech ve shodě s celkovou koncepcí iPhonu. Ovládání zobrazení i přepínačů se provádí přímo na dotykovém displeji jedním (přepínání) či dvěma (zoomování a vkládání pomocných kurzorů) prsty. Na některé analytické nástroje z produkce této firmy se nyní v přehledu podíváme. Protože měřicí aplikace jsou určeny pro pokročilejší uživatele schopné výsledky měření také interpretovat, budeme v tomto pohledu předpokládat poučeného čtenáře, orientačně obeznámeného s pojmy prostorové akustiky a měřicích metod. Některé principy proto nebudeme blíže osvětlovat.

SPL - profesionální zvukoměr
Aplikace SPL je měřič akustického tlaku (Sound Pressure Level) vybavený všemi nastavovacími prvky obvyklými v profesionální praxi. Akustický tlak, často jednoduše interpretovaný jako hlasitost, je indikován na decibelové digitální škále. Lze jej měřit s pomalou, rychlou i špičkovou odezvou a dokonce lze indikovat i průměrnou hodnotu akustického tlaku za zvolený časový úsek - hlukovou expozici (LEQ), což je údaj důležitý zejména v měření pro účely hlukové hygieny. Podle zvolené metodiky je možné měřit s korekcí typu A (řečové spektrum), C (hudební spektrum), bez korekce nebo s pásmovými filtry pro velmi přesná měření v úzkých frekvenčních pásmech. Tento poslední způsob se využije například pro měření přesně definovaných hluků. Naměřené hodnoty lze ukládat a zpětně vyvolávat.
ObrázekObrázek
Aplikaci SPL využije hudební i filmový zvukař třeba k rychlému zjištění, zda je zvolený nahrávací prostor vůbec vhodný k natáčení z hlediska hlukového pozadí. Může si také ověřit, jak se případně projevila případná protihluková opatření.
RTA - kmitočtový analyzátor
ObrázekObrázekAnalyzátor spektra v reálném čase slouží k rychlé orientaci v kmitočtové odezvě měřeného prostoru. Pracuje volitelně v oktávovém nebo podrobnějším třetinooktávovém rozlišení s možností zobrazení maximálních a minimálních hodnot pro každé pásmo. Tyto hodnoty lze odečítat i číselně pomocí kurzoru přiloženého ke zvolenému pásmu. Velikost zobrazení na displeji je možné měnit v prostředí iPhone známou technikou tažení dvou prstů, takže odečet naměřených hodnot je velmi podrobný. Aplikace RTA používá nejen vestavěný mikrofon, ale i reproduktor nebo sluchátkový výstup. Je totiž zcela autonomní, to znamená, že dokáže produkovat i měřicí signál - růžový šum. Zatímco signál růžového šumu z reproduktoru je poměrně slabý a prakticky nedokáže vybudit měřený prostor, nehledě k přeslechu sluchátko - mikrofon, ke sluchátkovému výstupu lze připojit třeba aktivní reproduktor a nastavit náležitý akustický tlak. Pak je možné zjistit základní kmitočtovou charakteristiku prostoru a podle změřených výsledků upravit ekvalizaci záznamu nebo ozvučení. Výsledek měření ve formě grafu lze opět uložit mezi fotografie (a tedy i později poslat e-mailem), nebo je možné využít paměťové pozice vlastní aplikace.

RTA kmitočtový analyzátor je velmi užitečným nástrojem podávajícím informaci o základních spektrálních charakteristikách prostoru. Pomůže v rozhodnutí např. o způsobu snímání v konkrétním prostoru nebo o jeho možných akustických úpravách, které je často třeba pro účely nahrávání provádět v místě improvizovaně.
FFT - detailní frekvenčně amplitudový graf
ObrázekObrázekMnohem jemnějším nástrojem pro kmitočtovou analýzu je aplikace FFT, která, jak název napovídá, využívá algoritmus tzv. rychlé Fourierovy transformace (Fast Fourier Transform). Princip tohoto algoritmu zde nebudeme rozebírat, důležité je, že výsledkem je velice precizní graf závislosti amplitudy na frekvenci. Aplikace FFT disponuje neuvěřitelným rozlišením až na jednu čtyřiadvacetinu oktávy. Také možnosti zoomování jsou rozsáhlejší, takže pohled na graf je v případě potřeby velice detailní. Parametry výpočetního algoritmu se dají měnit v širokých mezích, lze tedy určit přesnost analýzy.
Pohyblivý kurzor pak označí přesné hodnoty frekvence a příslušné amplitudy vyjádřené jako SPL. Tato aplikace je vybavena signálovým generátorem s nastavitelným tvarem signálu a kmitočtem. Zatímco tvar signálu se nastavuje jednoduše tlačítky, kmitočet (například referenčních 1000 Hz) není možné posuvným prvkem přesně určit, vždy vyjde hodnota o několik Hz vyšší nebo nižší. Pro vybuzení měřeného prostoru lze použít i profesionální zvukovou aparaturu se symetrickým vstupem, poněvadž stereofonní zvukový výstup z iPhonu se dá v této aplikaci přepnout na symetrický monofonní. Samozřejmostí je možnost zmrazení grafu pro detailní odečet a jeho uložení.
RT 60 - měření doby dozvuku
Poslední aplikací, u níž se v tomto článku zastavíme, je měřič doby dozvuku RT 60. Doba dozvuku je důležitým parametrem pro vyhodnocení vhodnosti zvoleného prostoru k nahrávání, má vliv na srozumitelnost a navozuje v posluchači určitý prostorový vjem, který by měl být v souladu s obsahem zvukového snímku. Zjednodušeně řečeno se doba dozvuku určuje jako čas, který uplyne od okamžiku vypnutí zvukového zdroje do doby, než intenzita zvuku poklesne o 60 dB. Aplikace RT 60 počítá tento parametr automaticky z periodicky se opakujícího generování růžového šumu, přičemž provádí analýzu doby dozvuku v oktávových pásmech. Z opakovaných kalkulací je posléze vypočítán celkový průměr. Opět platí že měřicí signál generovaný interním reproduktorem není dostatečně silný a počítá se s použitím výkonnějšího externího reproduktoru.
ObrázekObrázek
Použití RT 60 podá poslední důležitou informaci o vlastnostech akustického prostoru. Pracovníci se zvukem se mohou po této rychlé proceduře lépe rozhodnout, jaký technologický postup v konkrétním prostoru použijí a zda je vůbec k zamýšlenému účelu vhodný.

Měřicí mikrofon
Jak z předchozího textu vyplývá, přestože mají akustické aplikace profesionální vlastnosti a splňují parametry měřicích metodik, neobejdou se pro dosažení objektivních výsledků bez externích zařízení, která zaručí patřičnou linearitu měření. Nejde jen o výkonnější reproduktor, ještě důležitější je speciální měřicí mikrofon, protože ten vestavěný může posloužit opravdu jen k rychlé orientaci. Firma Studio Six Digital si je toho vědoma a již delší dobu avizuje takový mikrofon ve své nabídce. Přestože byl však ohlášen na počátek roku 2009, dosud nespatřil světlo světa. Teprve s tímto mikrofonem optimalizovaným pro spolupráci s iPhonem, s definovanou citlivostí i kmitočtovou charakteristikou, budou měření průkazná i pro výzkumné účely. Pro rychlou orientaci na místě však vestavěný mikrofon postačí.

Nákup a instalace
Aplikace pro iPhone je možné získat výhradně prostřednictvím internetového obchodu iTunes Store. Protože je iPhone těsně navázán na aplikaci iTunes ve všem svém dalším programovém vybavení a bez iTunes jej není možné ani aktivovat, probíhá instalace zakoupených akustických programů také v rámci synchronizace s mateřským počítačem. Druhou možností je využít další typické vlastnosti iPhonu - stálého připojení k Internetu - a zakoupit aplikace přímo z prostředí iPhonu. Instalace je bezproblémová, platí se platební kartou a uživatel je posléze průběžně informován o updatech jednotlivých programů. V tom je obchodní politika firmy Apple v případě iPhonu jednotná.

Závěr
Jak již bylo řečeno, popsané akustické měřicí aplikace jsou nástrojem velmi užitečným. Rychlá orientace na místě natáčení může v některých případech zachránit projekt nebo naopak přesvědčit případné pochybovače o správnosti volby objektivní metodou. Velkou výhodou je integrace měřicích aplikací do prostředí iPhonu, protože tak má jeho uživatel svůj osobní akustický analyzátor stále při sobě, stačí ho jen vytáhnout z kapsy a použít. Také možnost odeslat z místa e-mailem potřebné grafy např. ke konzultaci je velmi přínosná. Zatímco poměr cena - výkon je jednou z nejvýraznějších předností (ceny se pohybují v řádu jednotek eur oproti tisícovým částkám za specializované hardwarové analyzátory), absence měřicího mikrofonu je zásadním, i když doufejme pouze přechodným, nedostatkem. Firma Studio Six Digital nabízí ještě další měřicí aplikace, se kterými se seznámíme zase někdy příště.

Aleš Dvořák
PROFIL AUTORA: PhDr. Aleš Dvořák
V oboru zvukové tvorby se pohybuje již více než 30 let. Mimo nutné technické vzdělání se věnoval i mezioborovému studiu umělecko teoretických disciplin na Karlově univerzitě. Pracoval v několika nahrávacích studiích i v divadelním provozu, později založil vlastní pracoviště pro střih a mastering vážné hudby, kde dodnes realizuje hudební projekty pro mnoho tuzemských i zahraničních hudebních vydavatelství. Je vyhledávaným specialistou na natáčení v reálných akustických prostorech, často se věnuje varhanní hudbě a historickým nástrojům. Realizuje i náročné symfonické projekty a rád spolupracuje jako zvukový designer na filmových dokumentech s hudební tematikou. Jeho nahrávky získávají ocenění v předních světových recenzích časopisech (Diapason, Early Music Review, Fanfare, Das Orchester...). Na svém kontě má četnou spolupráci s Českým rozhlasem i významnými hudebními vydavatelstvími a současně působí jako pedagog zvukové tvorby a zvukový režisér na Hudební fakultě AMU v Praze. Jeho odborná činnost je zacílena na umělecko estetické otázky zvukových nahrávek a na recenzní aktivity v oblasti audiotechniky.

Odpovědět