Sinneswahrnehmungen des Menschen

Transkript

1 Sinneswahrnehmungen des Menschen Tastsinn Gleichgewicht Geruch Sehen Gehör Sprache Aktion Multimedia - Kanäle des Menschen

2 Techniken für Medien im Wandel Multimediale Kommunikation Text : Bücher, Zeitschriften => Videotext, Textverarbeitung Bild : Malerei, Druck, Fotographie => digitale Bildverarbeitung Sprache : Telefon, Diktiergeräte => ISDN, GSM, UMTS Ton : Schalplatte,Tonband => CD, MD, MP3-Stick Bewegung : Film, Video, Zeichentrick => DVD, Computeranimation

3 Kontinuierliche Medien Bewegung Audio- und Bewegtbild- Kodierung (MPEG1) (Moving Audiorate:von kbit/s wählbar 1,77 MBit/s Picture Experts konstante Datenrate: Bit/s Group) Anmerkung: k in Verbindung mit Bit: k in Verbindung mit Byte: ( 2 10 ) k in Verbindung mit Hz: (10 3 ) M in Verbindung mit Bit: M in Verbindung mit Byte: ( 2 20 ) M in Verbindung mit Hz : (10 6 ) M 3 : Multi-Media-Mogelfaktor

4 Kontinuierliche Medien Anmerkung: k in Verbindung mit Bit: k in Verbindung mit Byte: ( 2 10 ) k in Verbindung mit Hz: (10 3 ) M in Verbindung mit Bit: M in Verbindung mit Byte: ( 2 20 ) M in Verbindung mit Hz : (10 6 ) M 3 : Multi-Media-Mogelfaktor

5 1.3 Historie 1980: Medientechnik und Computertechnik separat Aufnahme Übertragung Wiedergabe Rechner 1 Netz Rechner 2

6 Historie (5) 2000: Vollständige digitale Verarbeitung Rechner 1 Rechner 2 Netz => technische Voraussetzungen für multimediale Kommunikation lokal vorhanden

7 2. Medientyp Audio 2.1. Physikalische Grundlagen Hörbereich Sensitivität 2.2. Digitalisierung/ Sampling Zeit-/ Frequenzbereich Sample-Rate, Nyquist Aliasing

8 Physikalische Grundlagen Schall Frequenz Amplitude Menschliche Wahrnehmung Hörbereich Lautstärke (Fletcher-Munson) Besonderheiten

9 Schall Mechanische Schwingung Druckschwankung => Schalldruck Wellenausbreitung, Reflexion, Laufzeit Arten Reiner Ton => Sinus- Schwingung Klang/Musik => mehrere gleichmäßige ~ Geräusch => ungleichmäßige ~ Sprache

10 Schall Mechanische Schwingung Frequenz => Druckschwankung => Tonhöhe Amplitude => Druck => Lautstärke p t

11 Menschliche Wahrnehmung Frequenz Infraschall Hörbereich => 0 Hz bis 20 Hz => 20 Hz bis 20 khz Ultraschall Hyperschall => 20 khz bis 1 GHz ab 1 GHz

12 Anatomie Menschliche Wahrnehmung Quelle: glasklar Mensch 3D /Vorlesung Hendrich Uni Hamburg

13 Anatomie Menschliche Wahrnehmung Haarzellen Quelle: glasklar Mensch 3D /Vorlesung Hendrich Uni Hamburg

14 Menschliche Wahrnehmung Amplitude => Lautstärke-Empfinden Frequenzabhängig, 1 khz als Norm logarithmische Abhängigkeit quadratischer Effektivwert => Angabe in Dezibel (db) p 0 = Hörschwelle 1dB = 20 * log (p/p 0 ) mit p = * p 0 6dB = 20 * log 2 12dB = 20 * log 4 48dB = 20 * log dB = 20 * log 16 96dB = 20 * log (6dB * 16Bit)

15 Menschliche Wahrnehmung Amplitude (Lautstärke) Klangbeispiel Papiergeraschel Gesprochene Sprache Dichter Verkehr Rock Band Schmerzgrenze Klangdruckgröße 20 db 60 db 80 db 120 db 130 db

16 Menschliche Wahrnehmung Fetcher Munson Diagramm Linien gleichlauter Hörempfindung

17 Menschliche Wahrnehmung Besonderheiten Ausblenden von Frequenzen (Maskieren)

18 Menschliche Wahrnehmung räumliche Wahrnehmung Schlecht ortbar für > Kopfdurchmesser => Höhen besser (300Hz)

19 2.2 Digitalisierung/ Sampling Physikalische Grundlagen Hörbereich Sensitivität Digitalisierung/ Sampling Digitale Signale Zeit-/ Frequenzbereich Sample-Rate, Nyquist Aliasing

20 Schall Analoges Signal Zeit => zu beliebigen Zeitpunkten Amplitude => definierter Wert ablesbar

21 Schall Diskretisierung Zeit => nur diskrete Zeitpunkte Amplitude => beliebiger Wert

22 Schall Digitalisierung Zeit => nur diskrete Zeitpunkte Amplitude => nur diskrete Amplitudenwerte

23 Audio Sampling Qualität Sample Rate Bits per Sample Mono/ Stereo Daten Rate (unkomprimiert) Frequenz Band Einheit khz kbyte/s (kbyte/s) Hz Telefon 8 8 Mono 8 ( 7,81...) AM Radio 11,025 8 Mono 11,0 ( 10,77..) 50-5,000 FM Radio 22, Stereo 88,2 ( 86,13...) 20-15,000 CD 44,1 16 Stereo 176,4 ( 172,2...) DAT Stereo 192,0 ( 187,5 ) DVD Audio Stereo 1152,0 (1125 ) Anmerkung: M in Verbindung mit Hz : (10 6 ) M in Verbindung mit Byte: ( 2 20 ) M in Verbindung mit Bit: k (teilw. K) in Verbindung mit Hz: (10 3 ) k in Verbindung mit Byte: ( 2 10 ) k in Verbindung mit Bit: M 3 : Multi-Media-Mogelfaktor

24 Sample-Rate, Nyquist Sampling von Audiosignalen Wie oft pro Sekunde? Hörbereich: 20Hz bis 20kHz Sample-Rate, Nyquist- Kriterium: f s = 2 f max, z.b. CD: f s = 44kHz (f max : max. erkennbare f, f s Samplefrequenz)

25 Aliasing CD- Samplefrequenz f s = 44 khz Audiosignal kann auch Frequenzen oberhalb der Hörschwelle enthalten. (z. B. Geigenoberton) Oberton mit f=55khz mit f s = 44 khz => Abbildung auf f=11khz

26 Aliasing Aliasing: Ursache: hochfrequente Töne werden auf Sample- Daten niederer Frequenzen abgebildet Nyquist- Kriterium f s > f max *2 verletzt Folgen: a) hörbare Frequenzen fehlen, falls f s < f max *2 b) nicht hörbare Frequenzen hörbar f t > f s =f max *2 Samplefrequenz f s, max hörbare Frequenz f max Tonfrequenz f t

27 Aliasing kontinuierliche Zeit t => diskrete Zeit: nt (T=1/ f s ) x(t) = cos(2π f 1 t) => y(n) = cos(2 π f 1 nt) n = 1,2,3... Unterschiede um ganzzahlige Vielfache von f s verschwinden f 2 = f 1 + N* f s N {0,1,2,3...}

28 Aliasing

29 Zusammenfassung Medientyp Audio 2.1. Physikalische Grundlagen Hörbereich: 20Hz bis 20kHz, 0 bis 130dB Sensitivität: frequenzabhängig, Maskierung 2.2. Digitalisierung/ Sampling Zeit-/ Frequenzbereich: Diskretisierung Sample-Rate, Nyquist: f max = 2 f s, CD:44kHz Aliasing: kont. Zeit => diskrete Zeit: Tiefpassfilter