Detail předmětu
Elektroakustika 2
FEKT-MPC-EL2Ak. rok: 2023/2024
Předmět je zaměřen na prohloubení teoretických znalostí v oblasti zvukových vlnění, akustických vysílačů a přijímačů a fyziologické a psychologické akustiky. Dále se zabývá soustavami akustických vysílačů a přijímačů, akustickými soustavami, modely reproduktorů a mikrofonů a jejich parametry, principy a technologiemi ztrátového kódování zvuku, kódováním prostorové informace a reprezentací 2D a 3D zvukových polí. Teoretické znalosti získané na přednáškách jsou aplikovány v počítačových cvičeních v prostředí Matlab. Předmět je zakončen vypracováním samostatného projektu.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Jsou požadovány znalosti fyzikálních zákonů a zákonů a veličin v elektrických obvodech, vlastností prvků elektrických obvodů, chování obvodů se setrvačnými prvky, spektra periodických a neperiodických signálů, náhodných veličin a základních pojmů z oblasti statistiky, akustiky a elektroakustiky. Student, který si zapíše předmět, musí mít základní znalosti práce s programem Matlab.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Hodnocení se řídí Studijním a zkušebním řádem VUT a Směrnicí děkana FEKT doplňující studijní a zkušební řád VUT. Maximum 30 bodů je uděleno za úkoly v počítačových cvičeních. Za zpracování a obhájení individuálního projektu je uděleno maximum 10 bodů a je nutné získat alespoň 5 bodů. Minimální rozsah vypracování úkolů z jednotlivých cvičení stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. Závěrečná písemná zkouška je hodnocena maximem 40 bodů a pro její úspěšné složení je nutné získat alespoň 25 bodů. Ústní část závěrečné zkoušky je hodnocena 20 body a pro její úspěšné složení je nutné získat alespoň 5 bodů.
Pro udělení zápočtu je nutné absolvovat všechna počítačová cvičení v garantem stanoveném minimálním rozsahu a zpracovat a obhájit individuální projekt v programu Matlab. Další formy kontrolované výuky stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.
Učební cíle
Cílem předmětu je prohloubení znalostí z oblasti elektroakustiky, fyziologie a psychologie slyšení, snímání a prostorové reprezentace zvuku a jejich využití při modelování elektroakustických zařízení, ozvučování, zpracování, přenosu a kompresi zvukového signálu.
Absolvent předmětu je schopen:- popsat charakteristiky ideálních zdrojů zvuku a akustických přijímačů a jejich soustav,
- popsat lineární modely reproduktorů a mikrofonů a jejich teoretické charakteristiky,
- vysvětlit principy kmitočtové analýzy zvuku lidským sluchem a principy prostorového a směrového slyšení,
- vysvětlit principy ztrátové komprese zvukových signálů včetně komprese prostorových formátů zvuku,
- vysvětlit princip syntézy zvukového pole v uzavřeném a otevřeném zvukovém systému pomocí HRTF, Wavefield syntézy, ambisonie a VBAP,
- popsat využití ztrátové komprese, kódování prostorové informace a syntézy zvukového pole v kompresních algoritmech standardů MPEG
Základní literatura
Gardner, William G.: 3-D Audio Using Loudspeakers. 1998. ISBN 0-7923-8156-4
HILL, Geoff. Loudspeaker Modelling and Design: A Practical Introduction. 1. Routledge, 2018. ISBN 9780815361329.
Spanias, Andreas: Audio Signal Processing and Coding. 2007. ISBN 978-0-471-79147-8
Williams, Earl G.: Fourier Acoustics : Sound Radiation and Nearfield Acoustical Holography . 1999. ISBN 0-12-753960-3
Elearning
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
- Zvuková vlnění: základní veličiny a rovnice zvukového pole, řešení vlnové rovnice pro rovinné, kulové a válcové vlnění, šíření zvukových vln v uzavřeném prostoru.
- Akustické vysílače: akustický vysílač 0., 1. a vyšších řádů, pístově kmitající kruhová membrána, soustava akustických vysílačů, směrový vysílač.
- Reproduktory: elektromechanická analogie, vyzařovací impedance, lineární modely reproduktoru, TS model, impedance reproduktoru, akustický tlak generovaný reproduktorem.
- Akustické soustavy: soustavy se soustředěnými parametry, elektroakustická analogie, ozvučnice reproduktoru, zvukovody, sluchátka.
- Akustické přijímače: vlastnosti akustických přijímačů, gradientní přijímače, směrové přijímače, koincidenční soustavy přijímačů, soustavy blízkých akustických přijímačů, beamforming.
- Mikrofony: lineární model mikrofonu, proximity efekt, směrové a vlnové mikrofony.
- Fyziologická akustika: sluchový orgán, kmitočtová analýza ve vnitřním uchu, maskování, kritická pásma, sluchové filtry, hlasitost a výška zvuku.
- Principy ztrátového kódování zvuku: subpásmový, transformační a hybridní kodér, banky filtrů, psychoakustický model, alokace bitů.
- Prostorová reprodukce zvuku: směrové a prostorové slyšení, stereofonní a vícekanálová reprodukce, objektově založená reprodukce, kódování prostorové informace.
- 3D audio pro sluchátka: přenosová funkce vztažená k hlavě a její měření, fyzikální a strukturální model.
- 3D audio pro reproduktory: vektorově bázové amplitudové panorámování, ambisonie, směrové kódování zvuku, wavefield syntéza.
- Standardy ztrátového kódování zvuku: standard MPEG-1 Audio, MPEG-2 Audio, MPEG-4 Audio, MPEG-D a MPEG-H 3D Audio.
Cvičení na počítači
Vyučující / Lektor
Osnova
- Využití Matlabu v předmětu Elektroakustika 2
- Akustické vysílače
- Reproduktory
- Akustické soustavy
- Akustické přijímače
- Test z počítačových cvičení
- Mikrofonní pole
- Maskování a sluchové filtry
- Subpásmový kodek
- Kódování prostorového zvuku
- 3D Panorámování zvuku
- Test z počítačových cvičení
- Konzultace k samostatnému projektu
Elearning