Γ. Παπανικολάου – Γ. Καλλίρης – Μ. Ματσιώλα

Ηλεκτρονικά ΜΜΕ – Ραδιόφωνο

Θεσσαλονίκη - 2003

1. ΉΧΟΣ, ΑΚΟΗ ΚΑΙ ΟΜΙΛΙΑ .............................................................................................2 ΉΧΟΣ – ΗΧΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ .....................................................................................................2 Ηχητική Ενέργεια - Ισχύς, Ηχητικές Στάθµες ......................................................................4 Συνολική Στάθµη Πολλών Πηγών .......................................................................................6 Κυµατικά Φαινόµενα ...........................................................................................................6 ∆ιάδοση σε Ελεύθερο Ηχητικό Πεδίο ..................................................................................9

ΑΚΟΗ .....................................................................................................................................10 Αντίληψη των ήχων............................................................................................................11 Ακουστότητα ......................................................................................................................12 Απόκρυψη ..........................................................................................................................12 Στερεοφωνία ......................................................................................................................13

ΟΜΙΛΙΑ ..................................................................................................................................14 Ανθρώπινη επικοινωνία µέσω οµιλίας...............................................................................14

2. ΜΙΚΡΟΦΩΝΑ -ΜΕΓΑΦΩΝΑ ..........................................................................................16 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ...............................................................................................................................16 ΤΑ ΜΙΚΡΟΦΩΝΑ ......................................................................................................................16 Τύποι µικροφώνων σύµφωνα µε την αρχή λειτουργίας ......................................................16 Χαρακτηριστικά των µικροφώνων .....................................................................................17

ΜΕΓΑΦΩΝΑ ............................................................................................................................19 Μετατροπή του ηλεκτρισµού σε µηχανική κίνηση ..............................................................19 Μετατροπή της µηχανικής κίνησης σε ήχο .........................................................................20 Τα χαρακτηριστικά ενός µεγαφώνου ..................................................................................21 Συστήµατα χαµηλών-υψηλών συχνοτήτων (woofers-tweeters)..........................................21 ∆ιαχωριστές συχνότητων (crossovers) ..............................................................................23 Eνίσχυση του ήχου (amplifiers) .........................................................................................23

3. ΚΟΝΣΟΛΑ - ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΓΓΡΑΦΗΣ/ΑΝΑΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ...................................................................................................................24 ΚΟΝΣΟΛΑ...............................................................................................................................24 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΓΓΡΑΦΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΑΡΑΓΩΓΗΣ .........................................................................25 Μέσο µαγνητικής εγγραφής ................................................................................................25 Το µαγνητόφωνο ................................................................................................................26

ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΗΧΟΥ ................................................................26 Equalizers - Ισοσταθµιστές ................................................................................................26

4. ΨΗΦΙΑΚΟΣ ΗΧΟΣ ...........................................................................................................28 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ......................................................................................................28 ΘΕΜΕΛΙΩ∆ΕΙΣ ΑΡΧΕΣ ΨΗΦΙΑΚΟΥ ΉΧΟΥ................................................................................29 ΨΗΦΙΑΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΓΓΡΑΦΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΧΟΥ .................................................29

DAT ...................................................................................................................................29 Compact Disc ....................................................................................................................30 Mini Disk ...........................................................................................................................30

5. ΡΑ∆ΙΟΦΩΝΙΚΗ ΕΚΠΟΜΠΗ ..........................................................................................32

1

1. Ήχος, Ακοή και Οµιλία Βασική προϋπόθεση για την κατανόηση της τεχνολογίας του Ραδιοφώνου αποτελεί η

γνώση των αρχών παραγωγής και διάδοσης του ήχου και των λειτουργιών της ακοής. Ιδιαίτερα στην περίπτωση των δηµοσιογραφικών εφαρµογών του Ραδιοφώνου απαραίτητη είναι και η γνώση του µηχανισµού παραγωγής ανθρώπινης φωνής και κυρίως της οµιλίας. Όπως είναι γνωστό το Ραδιόφωνο είναι το ηλεκτρονικό µέσο µαζικής επικοινωνίας στο οποίο η πληροφορία µεταφέρεται αποκλειστικά µέσω του ήχου στο όργανο της ακοής του ακροατή. Ο ήχος της φωνής του οµιλητή-εκφωνητή πρέπει να µετατραπεί κατάλληλα έτσι ώστε στην πιο απλή περίπτωση να µεταδοθεί και να φτάσει και πάλι ως ήχος στα αυτιά των ακροατών. Έτσι λοιπόν παρατηρούµε ότι τόσο στο αρχικό όσο και στο τελικό στάδιο έχουµε να κάνουµε µε παραγωγή και διάδοση ήχου και αυτό που µας ενδιαφέρει σε κάθε περίπτωση είναι να ξέρουµε µε ποιο τρόπο παράγεται ο ήχος, πώς διαδίδεται, ποια φαινόµενα συµβαίνουν κατά τη διάδοσή του και επίσης ποια φυσικά µεγέθη και ποιες µονάδες µέτρησης εµπλέκονται. Αυτό που µας ενδιαφέρει κατά τη Ραδιοφωνική µετάδοση είναι η ποιότητα του αποτελέσµατος. Λέµε ότι θέλουµε να έχουµε το καλύτερο δυνατό ακουστικό αποτέλεσµα στον ακροατή, αλλά χρειαζόµαστε ποσοτικά δηλαδή µετρήσιµα κριτήρια για να εξασφαλίσουµε και να πιστοποιήσουµε αυτή την απαίτηση.

Ήχος – Ηχητικά Κύµατα Ο ήχος παράγεται και διαδίδεται µόνο αν υπάρχει ένα υλικό µέσο, στερεό, υγρό ή αέριο που ονοµάζεται «µέσο διάδοσης» και που συνήθως είναι ο αέρας της ατµόσφαιρας που περιβάλει τη Γη. Αν µε οποιοδήποτε τρόπο διαταράξουµε αυτό το µέσο για παράδειγµα αν µετακινήσουµε απότοµα ένα αντικείµενο ή µια επιφάνεια που περιβάλλεται από το µέσο τότε δηµιουργείται µια τοπική πύκνωση των µορίων του µέσου η οποία αρχίζει να ταξιδεύει δηλαδή να διαδίδεται µέσα σε αυτό µε µια συγκεκριµένη σταθερή ταχύτητα που χαρακτηρίζει το µέσο και συµβολίζεται µε το γράµµα “c” και µετριέται σε [m/s] (µέτρα ανά δευτερόλεπτο). Για τον αέρα η ταχύτητα του ήχου είναι περίπου 345 m/s (εξαρτάται από τη θερµοκρασία και παρουσιάζει µικρές µεταβολές από τις θερµοκρασιακές αλλαγές) ενώ στα υγρά είναι περίπου τριπλάσια και στα στερεά εικοσαπλάσια. ∆ηλαδή µετά από κάποιο χρονικό διάστηµα θα παρατηρήσουµε ότι η τοπική πύκνωση θα έχει βρεθεί σε µια απόσταση από το σηµείο που δηµιουργήθηκε (σχήµα 1.1) και πολύ πιθανόν αν δεν περιορίσουµε µε κάποιο τρόπο την πορεία της θα παρατηρήσουµε διάδοση όχι προς µία µόνο κατεύθυνση αλλά προς όλες τις κατευθύνσεις. Στην περίπτωση που η απότοµη κίνηση της επιφάνειας γίνει προς την αντίθετη κατεύθυνση τότε θα έχουµε τη δηµιουργία και διάδοση µιας τοπικής αραίωσης των µορίων του µέσου και αν έχουµε µια σειρά από διαδοχικές επαναλαµβανόµενες µετακινήσεις προς δύο αντίθετες κατευθύνσεις θα έχουµε συνεχή δηµιουργία και διάδοση πυκνωµάτων και αραιωµάτων µε το ρυθµό των µετακινήσεων όπως στο σχήµα 1.2.

µετά από χρονικό διάστηµα “τ”

t=τ

χ ταχύτητα

c=χ/τ

τοπική πύκνωση

Σχήµα 1.1. Mια τοπική διαταραχή του µέσου διάδοσηςδηµιουργεί µια τοπική πύκνωση η οποία αρχίζει ναταξιδεύει µε ταχύτητα “c”

αρχική χρονική στιγµή

t=0

2

Ο ρυθµός µετακινήσεων περιγράφεται από τη συχνότητα (f) δηλαδή τον αριθµό των κύκλων ανά δευτερόλεπτο µε µονάδα µέτρησης το Hertz [Hz] και την περίοδο (Τ) που είναι ο χρόνος που διαρκεί ένας κύκλος σε δευτερόλεπτα [s]. Η περίοδος είναι αντίστροφη της συχνότητας δηλαδή Τ=1/f. Το µήκος κύµατος (λ) είναι η απόσταση που διανύει το κύµα µε ταχύτητα (c) σε χρόνο µιας περιόδου δηλαδή c=λ/Τ [m/s].

f

Σχήµα 1.2. Οι διαδοχικές επαναλαµβανόµενες µετακινήσεις της επιφάνειας προς τις δύο αντίθετες κατευθύνσεις µεσυχνότητα “f” επαναλήψεις ανά δευτερόλεπτο προκαλούν συνεχή δηµιουργία και διάδοση πυκνωµάτων και αραιωµάτων

λ

Όπως είναι προφανές οι µετακινήσεις αυτές ή «δονήσεις» όπως συνήθως ονοµάζονται,

καθορίζουν τη µορφή που θα έχουν οι διαδοχικές πυκνώσεις και αραιώσεις που παράγονται και διαδίδονται και που ονοµάζονται «ηχητικά κύµατα» (σχήµα 1.3). Επίσης αν έχουµε έντονες µετακινήσεις θα έχουµε πυκνότερα πυκνώµατα και αραιότερα αραιώµατα. Αν έχουµε γρήγορες µετακινήσεις θα έχουµε πυκνώµατα και αραιώµατα που απέχουν λιγότερο το ένα από το άλλο.

Σχήµα 1.3. ∆ιαφορετικές µορφές ηχητικών κυµάτων προκύπτουν ανάλογα µε τη µορφή των δονήσεων που τα προκαλούν

Το πόσο πυκνά είναι τα πυκνώµατα και πόσο αραιά είναι τα αραιώµατα περιγράφεται από ένα φυσικό µέγεθος που ονοµάζεται «πίεση» και επειδή µιλάµε για πίεση ηχητικών κυµάτων την ονοµάζουµε ηχητική ή ακουστική πίεση (sound pressure). Η ηχητική πίεση είναι ένα µέγεθος που συνεχώς µεταβάλλεται µέσα στο ηχητικό κύµα αφού τα πυκνώµατα και τα αραιώµατα µεταβάλλονται συνεχώς τοπικά και χρονικά. Αυτό που µας ενδιαφέρει κατά τη διάδοση ενός ηχητικού κύµατος συνήθως είναι µια µέγιστη τιµή πίεσης πάνω από την ατµοσφαιρική πίεση που παρατηρείται κατά την µέγιστη συµπίεση και µια ελάχιστη τιµή κάτω από την ατµοσφαιρική κατά την µέγιστη αραίωση. Μια µέση τιµή πίεσης η «µέση ενεργός τιµή» χρησιµοποιείται για τον ορισµό της «στάθµης ηχητικής πίεσης» (sound pressure level) που έχει ως µονάδα µέτρησης το ντεσιµπέλ (dB) και αποτελεί την πιο συνηθισµένη µονάδα µέτρησης. Αυτά τα µεγέθη είναι σηµαντικά γιατί µας δίνουν ένα µέτρο του πόσο «δυνατοί» είναι οι ήχοι και έτσι µπορούµε να τους συγκρίνουµε και να τους κατηγοριοποιούµε.

Οι γρήγορες ή αργές µετακινήσεις ή δονήσεις περιγράφονται από ένα άλλο χαρακτηριστικό µέγεθος τη «συχνότητα» που συµβολίζεται µε το γράµµα (f) και µετριέται σε Hertz [Hz] δηλαδή κύκλους ή επαναλήψεις ανά δευτερόλεπτο. Αν δηλαδή έχουµε ένα µεγάλο αριθµό επαναλήψεων στη µονάδα του χρόνου θα έχουµε µια υψηλή συχνότητα ενώ αν ο αριθµός επαναλήψεων είναι µικρός θα έχουµε µια χαµηλή συχνότητα. Η συχνότητα ή οι συχνότητες που χαρακτηρίζουν ένα ηχητικό κύµα µας ενδιαφέρουν γιατί υπάρχουν όρια τόσο στην οµιλία όσο και στην ακοή πάνω και κάτω από τα οποία δεν υπάρχει χρήσιµη πληροφορία οπότε έτσι καθορίζονται και τα όρια των ραδιοφωνικών και γενικότερα των ηχητικών συστηµάτων που χρησιµοποιούµε. Η περίοδος είναι ένα µέγεθος αντίστροφο της

3

συχνότητας και συµβολίζεται µε το γράµµα Τ=1/f και µετριέται σε δευτερόλεπτα [s]. Η περίοδος είναι ουσιαστικά ο χρόνος που µεσολαβεί για την ολοκλήρωση ενός κύκλου δηλαδή µιας πλήρους επανάληψης της κίνησης της δονούµενης επιφάνειας.

Το µέγεθος που συνδέει τη συχνότητα και την περίοδο µε τη διάδοση των ηχητικών κυµάτων ονοµάζεται «µήκος κύµατος», συµβολίζεται µε το γράµµα λ και είναι η απόσταση µεταξύ δύο διαδοχικών πυκνωµάτων ή δύο διαδοχικών αραιωµάτων. Είναι η απόσταση που διανύει το κύµα µέσα σε χρόνο µιας περιόδου και συνδέεται µε την ταχύτητα του ηχητικού κύµατος µε τη σχέση c=λ/Τ. Μας ενδιαφέρει το µήκος κύµατος γιατί είναι άµεσα συνδεδεµένο µε τα διάφορα φαινόµενα διάδοσης όπως η ανάκλαση η διάθλαση και η περίθλαση.

Σχετικά µε τον τρόπο διάδοσης των ηχητικών κυµάτων µπορούµε να θεωρήσουµε την γνωστή έννοια, από την κυµατική, του µετώπου του κύµατος και να διακρίνουµε τις ακόλουθες κατηγορίες: σηµειακή

πηγή γραµµική πηγή

επιφανειακή πηγή

σφαιρικά κύµατα

κυλινδρικά κύµατα

επίπεδα κύµατα

Σχήµα 1.4. ∆ιαφορετικά µοντέλα πηγών και αντίστοιχες µορφές ηχητικών κυµάτων

Σφαιρικά ηχητικά κύµατα, όπου η διαταραχή του µέσου εξαπλώνεται στο χώρο γύρω από την ηχητική πηγή όπως η επιφάνεια µιας ολοένα διογκούµενης σφαίρας.

Κυλινδρικά ηχητικά κύµατα, όπου η διαταραχή του µέσου εξαπλώνεται µε την µορφή κυλινδρικής επιφάνειας, ανάλογα µε το µέγεθος και το είδος της πηγής.

Επίπεδα ηχητικά κύµατα, όπου η διαταραχή του µέσου εξαπλώνεται µε την µορφή επίπεδης επιφάνειας.

Η παραπάνω διάκριση των ηχητικών κυµάτων έχει ιδιαίτερη σηµασία, διότι καθορίζει

σε µεγάλο βαθµό την συµπεριφορά τους στο χώρο.

Ηχητική Ενέργεια - Ισχύς, Ηχητικές Στάθµες Kατά τη διάδοση των ηχητικών κυµάτων σε ένα µέσο, η ενέργεια, που δαπανάται για

να παραχθεί το ηχητικό κύµα, αλληλοµετατρέπεται συνεχώς στις δύο µορφές µηχανικής ενέργειας: την δυναµική και την κινητική. Η δυναµική ενέργεια µεγιστοποιείται τις χρονικές στιγµές που η πίεση είναι µέγιστη (πύκνωµα) ή ελάχιστη (αραίωµα) ενώ η κινητική ενέργεια µεγιστοποιείται όταν η ταχύτητα των µορίων είναι µέγιστη δηλαδή στα ενδιάµεσα µεταξύ πυκνωµάτων και αραιωµάτων. Ο ρυθµός µε τον οποίο µεταφέρεται µε τον παραπάνω µηχανισµό η ηχητική ενέργεια, δηλαδή η ποσότητα ενέργειας ανά µονάδα χρόνου, είναι η ηχητική ισχύς W.

Η ένταση Ι του ηχητικού κύµατος ορίζεται ως η µέση ηχητική ισχύς που διέρχεται από µια µοναδιαία επιφάνεια. Στην περίπτωση που η ηχητική ισχύς έχει την ίδια τιµή σε όλη την έκταση µιας επιφάνειας, τότε η ηχητική ένταση δίνεται από τη σχέση:

[ ] mW , 2S

WI =

Στην περίπτωση επιπέδων και σφαιρικών ηχητικών κυµάτων αποδεικνύεται ότι:

[ ] mW ,

2

2

cpI⋅

=ρ

όπου p στην παραπάνω εξίσωση είναι η µέση ενεργός τιµή της ηχητικής πίεσης και όχι η στιγµιαία που στη βιβλιογραφία συµβολίζεται και µε prms.

Οι τιµές των ηχητικών εντάσεων που συναντώνται στη φύση και γίνονται αντιληπτές από τον άνθρωπο (φάσµα ακουστικών συχνοτήτων) καλύπτουν την περιοχή από 10-12 έως 10

4

W/m2. Για να κατανοήσουµε το εύρος αυτής της κλίµακας αρκεί να σκεφτούµε ότι η µέγιστη ένταση που µπορεί να αντιληφθεί το ανθρώπινο αυτί είναι 1013 φορές µεγαλύτερη από την ελάχιστη. Με βάση τα παραπάνω, η χρήση µιας γραµµικής κλίµακας για την περιγραφή της ηχητικής έντασης και πίεσης παρουσιάζει µεγάλες δυσκολίες στην καθηµερινή πράξη, καθώς απαιτούνται ιδιαίτερα µεγάλα εκθετικά στην απεικόνιση των τιµών των µεγεθών. Ένας άλλος λόγος για τον οποίο δεν ενδείκνυται η χρήση γραµµικής κλίµακας, προκύπτει από τις ιδιαιτερότητες και τα χαρακτηριστικά της ακοής. Σύµφωνα µε την αρχή Weber-Fechner, ο τρόπος µε τον οποίο γίνονται αντιληπτές οι ακουστικές εντάσεις στην ανθρώπινη ακοή είναι λογαριθµικός και όχι γραµµικός, δηλαδή ανάλογος προς το λογάριθµο του λόγου των εντάσεων (ως προς µια ένταση αναφοράς). Αυτό σηµαίνει ότι αύξηση της έντασης από 2 µW/m2 σε 4 µW/m2 θα προκαλέσει το ίδιο αίσθηµα όπως στην περίπτωση αύξησης από 5 µW/m2 σε 10 µW/m2. Βλέπουµε, λοιπόν, ότι η διαφορά στην αίσθηση δεν εξαρτάται από τη διαφορά των δύο εντάσεων (2 µW/m2 στην 1η περίπτωση και 5 W/m2 στη 2η), αλλά από το λόγο τους (=2 και στις δύο περιπτώσεις).

Για τους λόγους που περιγράφονται πιο πάνω, οδηγηθήκαµε στη χρήση λογαριθµικής κλίµακας για την απεικόνιση των ακουστικών µεγεθών. Έτσι, για την περιγραφή της ακουστικής έντασης και πίεσης χρησιµοποιείται µια σχετική µονάδα που ονοµάζεται decibel (dB), και εκφράζει, µεταξύ άλλων, τη "στάθµη έντασης" (Sound Intensity Level, SIL) και "στάθµη πίεσης" (Sound Pressure Level, SPL) του ήχου, που είναι:

[ ]

[ ]dB log20

dB log10

010

010

ppSPL

IISIL

⋅=

⋅=

Από τα παραπάνω βλέπουµε ότι τόσο η στάθµη έντασης όσο και η στάθµη πίεσης προκύπτουν από το δεκαδικό λογάριθµο του αντίστοιχου µεγέθους (µέση ενεργός τιµή της έντασης και της πίεσης) προς µία τιµή αναφοράς (p0, I0). Οι τιµές αναφοράς στις παραπάνω σχέσεις, είναι: I0: ένταση αναφοράς (10-12 W/m2), p0: ακουστική πίεση αναφοράς (2 x 10-5 Ν/m2)

Στον πίνακα 1.1 παρατηρούµε µια κλίµακα από διάφορες τιµές στάθµης ηχητικής πίεσης σε σχέση µε γνωστές πηγές που παράγουν ήχους µε κάποιες από αυτές τις στάθµες, όρια της ανθρώπινης ακοής, και επιτρεπόµενες στάθµες θορύβου σε διάφορους εργασιακούς και οικιακούς χώρους.

dB SPL Περιγραφή

160 150 ∆υνατό χτύπηµα σε τύµπανο snare σε πολύ κοντινή απόσταση

140 Ροκ τραγουδιστής που φωνάζει στο µικρόφωνο 130 Κατώφλι του πόνου στο όργανο της ακοής 120 Άνω όριο της ανθρώπινης ακοής 110 Στάθµη ακρόασης σε studio ηχογραφήσεων µουσικής ροκ 100 Θορυβώδης βιοµηχανική µονάδα 90 Τυπικό οικιακό ηχοσύστηµα 80 Ακουστική κιθάρα παιγµένη µε τα δάχτυλα στο µισό µέτρο 70 Επιθυµητή στάθµη οµιλίας για βέλτιστη κατανοητότητα 60 Συνοµιλία δύο ατόµων 50 Μέσος θόρυβος γραφείου 40 Μέσος οικιακός θόρυβος 30 20 Μέγιστη επιτρεπόµενη στάθµη θορύβου σε στούντιο ηχογραφήσεων

10 0 Κατώφλι της ανθρώπινης ακοής σε νεαρά άτοµα

Πίνακας 1.1. Χαρακτηριστικοί ήχοι και οι στάθµες ηχητικής πίεσης στις οποίες αντιστοιχούν

5

Συνολική Στάθµη Πολλών Πηγών Σε πολλές περιπτώσεις, τα ηχητικά κύµατα που αναπτύσσονται σε ένα χώρο

προέρχονται από περισσότερες από µία πηγές. Το ερώτηµα, λοιπόν, που προκύπτει είναι "Πώς επιδρούν οι επιµέρους ηχητικές στάθµες των διαφόρων πηγών στην συνολική στάθµη που επικρατεί;". Στην περίπτωση που έχουµε n πηγές µε στάθµες έντασης Li, τότε η συνολική στάθµη έντασης δεν προκύπτει σαν άθροισµα των επιµέρους σταθµών έντασης. Η συνολική στάθµη ισούται µε το δεκαδικό λογάριθµο της έντασης όλων των πηγών, όπου η συνολική ένταση (όχι στάθµη έντασης) ισούται µε το αλγεβρικό άθροισµα των επιµέρους εντάσεων. Με βάση τα παραπάνω έχουµε:

n

ii

IIIItotI

ItotLtot

IIL

+++=

⋅=

⋅=

...

log10

log10

21

010

010 όπου:

Li: η στάθµη έντασης της καθεµιάς ηχητικής πηγής Ii: η ένταση της καθεµιάς πηγής Itot: η συνολική ένταση όλων των πηγών Ltot: η συνολική στάθµη έντασης όλων των πηγών.

Με χρήση των παραπάνω σχέσεων έχουµε:

100 10

iL

i II ⋅= και τελικά:

10...10 10log10 10101010

21

+++⋅=

nLLL

Ltot

Κυµατικά Φαινόµενα Τα συνηθέστερα φαινόµενα που παρουσιάζονται κατά την παραγωγή και διάδοση

ηχητικών κυµάτων, σχετίζονται µε την ανοµοιοµορφία του µέσου διάδοσης, δηλαδή την ύπαρξη περισσοτέρου από ένα µέσο στο χώρο όπου διαδίδονται τα κύµατα. Τα σηµαντικότερα φαινόµενα είναι τα ακόλουθα:

Ανάκλαση Το φαινόµενο αυτό παρατηρείται όταν το ηχητικό κύµα προσπίπτει πάνω σε εµπόδια

(ικανοποιητικών διαστάσεων), και έχει ως αποτέλεσµα την ακτινοβολία της ηχητικής ενέργειας προς τα πίσω. Στην ιδανική περίπτωση του φαινοµένου (πλήρης ανάκλαση) όλη η ενέργεια του ηχητικού κύµατος ακτινοβολείται προς τα πίσω (σχήµα 1.5). Η διεύθυνση του ανακλώµενου κύµατος προκύπτει µε βάση τον κανόνα που λέει ότι η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση µε τη γωνία ανάκλασης:

21 θθ =ανάκλασηςπρόσπτωσης θ θ ⇔=

Σχήµα1.5. Ανάκλαση ηχητικού κύµατος

Όπως ειπώθηκε και πιο πάνω, το φαινόµενο της ανάκλασης σχετίζεται άµεσα µε τις διαστάσεις του εµποδίου που ανακλά το ηχητικό κύµα. Συγκεκριµένα, ο "βαθµός" ανάκλασης εξαρτάται από τη σχέση των διαστάσεων του εµποδίου και του µήκους του ηχητικού κύµατος. Έτσι, αν οι δύο αυτές διαστάσεις είναι της ίδιας τάξης µεγέθους τότε υπάρχει ανάκλαση, διαφορετικά το ηχητικό κύµα περιθλάται

6

(το φαινόµενο περιγράφεται στη συνέχεια). Ένας πρακτικός κανόνας λέει ότι για να έχουµε πλήρη ανάκλαση του κύµατος θα πρέπει το µήκος του να είναι δέκα φορές µικρότερο από τη µικρότερη διάσταση του εµποδίου. Στην πράξη τα ηχητικά κύµατα που συναντώνται στη φύση (ανθρώπινη φωνή, µουσική, ήχοι του περιβάλλοντος) περιέχουν περισσότερες από µία συχνότητες οι οποίες ονοµάζονται «φασµατικές συνιστώσες», µε αποτέλεσµα κάποιες από αυτές να ικανοποιούν τις συνθήκες ανάκλασης και κάποιες άλλες όχι. Για το λόγο αυτό, όταν ένα ηχητικό κύµα προσπέσει πάνω σε κάποιο εµπόδιο συνήθως εµφανίζονται ταυτόχρονα και το φαινόµενο της ανάκλασης και αυτό της περίθλασης. ∆ηλαδή ένα µέρος της ηχητικής ενέργειας παρακάµπτει το εµπόδιο και ένα άλλο ανακλάται προς τα πίσω. Στο σχήµα 1.6 απεικονίζεται οπτικά το φαινόµενο της ανάκλασης.

Σχήµα 1.6. Οπτική απεικόνιση του φαινοµένου τηςανάκλασης σφαιρικού ηχητικού κύµατος

Θ1 Θ2

Ένα άλλο φαινόµενο που σχετίζεται άµεσα µε την ανάκλαση του ήχου, είναι η δηµιουργία στάσιµων κυµάτων. Το φαινόµενο αυτό παρουσιάζεται όταν αναπτυχθεί ηχητικό κύµα µεταξύ δύο παράλληλων επιφανειών ικανοποιητικών διαστάσεων των οποίων η απόσταση είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του λ/2, όπου λ είναι το µήκος κύµατος του ήχου (σχήµα 1.7).

Απορρόφηση Κατά την πρόσκρουση του ηχητικού κύµατος

πάνω σε ένα εµπόδιο, εκτός από την ανάκλαση λαµβάνει χώρα και άλλο ένα φαινόµενο η απορρόφηση. Στην περίπτωση αυτή, ένα µέρος της αρχικής ηχητικής ενέργειας µετατρέπεται σε θερµότητα. Μεγάλη ικανότητα για απορρόφηση της ακουστικής ενέργειας

παρουσιάζουν τα πορώδη υλικά, και ιδιαίτερα στις υψηλές συχνότητες. Αυτό συµβαίνει καθώς τα ηχητικά κύµατα διαδίδονται µέσα από τους πόρους των υλικών διανύοντας µεγάλες αποστάσεις µε αποτέλεσµα να παρατηρείται σηµαντική µείωση της αρχικής στάθµης. Στις χαµηλές συχνότητες το φαινόµενο παρουσιάζεται λιγότερο έντονο λόγω του µεγάλους µήκους κύµατος των ηχητικών κυµάτων. Η ικανότητα που έχει κάθε υλικό να απορροφά την ηχητική ενέργεια εκφράζεται µε το συντελεστή απορρόφησης του υλικού, που ισούται µε το λόγο της απορροφούµενης ενέργειας προς την προσπίπτουσα:

Σχήµα 1.7. Ανάπτυξη στάσιµων κυµάτων σε ορθογώνιους παραλληλεπίπεδους χώρους

πρ

απ

ΕΕ

a =

Με βάση τα παραπάνω ο συντελεστής απορρόφησης α κάθε υλικού παίρνει διαφορετικές τιµές στις διάφορες περιοχές συχνοτήτων, ενώ οι τιµές του κυµαίνονται µεταξύ 0 και 1 (0 ≤ α ≤ 1). Η απορρόφηση που προκαλείται όταν ένα ηχητικό κύµα προσπίπτει πάνω σε µια επιφάνεια, εξαρτάται από το συντελεστή απορρόφησης του υλικού και το εµβαδόν της επιφάνειας που "βλέπει" το ηχητικό κύµα. Η απορρόφηση συµβολίζεται µε το γράµµα Α και δίνεται από τη σχέση:

)](m Sab[ 2 S αA ⋅= όπου:

Α: η απορρόφηση της επιφάνειας σε Sabine (Sab ≡ m2), α: ο συντελεστής απορρόφησης του υλικού της επιφάνειας

7

S: το εµβαδόν της επιφάνειας σε τετραγωνικά µέτρα (m2). Στην περίπτωση που ένα ηχητικό κύµα συναντά πολλά εµπόδια στη διαδροµή του, η

συνολική απορρόφηση ισούται µε το άθροισµα των απορροφήσεων όλων των επιφανειών - εµποδίων:

nnn Sα Sα SαAA AA ⋅++⋅+⋅=+++= ... ... 221121 όπου A1,…An, α1, ...αn και S1,…Sn είναι οι απορροφήσεις, οι συντελεστές απορρόφησης, και τα εµβαδά των επιφανειών των αντίστοιχων εµποδίων.

∆ιάθλαση Το φαινόµενο αυτό παρατηρείται κατά τη διάδοση του ηχητικού κύµατος από ένα

µέσο σε ένα άλλο, και έχει ως αποτέλεσµα την αλλαγή της διεύθυνσης διάδοσης του κύµατος. Στο σχήµα 1.7 για παράδειγµα ο χώρος στον οποίο διαδίδεται το ηχητικό κύµα αποτελείται από δύο διαφορετικά µέσα µε αποτέλεσµα να παρατηρείται αλλαγή της διεύθυνσης πάνω στη διαχωριστική επιφάνεια. Η µεταβολή στη διεύθυνση σχετίζεται µε τις ιδιότητες των δύο µέσων και συγκεκριµένα µε την ταχύτητα διάδοσης του ήχου σε κάθε µέσο. Η σχέση που δίνει ποσοτικά την αλλαγή στη διεύθυνση του ηχητικού κύµατος στην περίπτωση αυτή, είναι

)θsin()θsin(

2

1

2

1

cc

=

Σχήµα 1.7. ∆ιάθλαση ηχητικού κύµατος

Η παραπάνω περίπτωση διάδοσης του ηχητικού κύµατος µέσα από δύο διαφορετικά µέσα δεν έχει ιδιαίτερο πρακτικό ενδιαφέρον αλλά προσφέρεται για την κατανόηση του φαινοµένου της διάθλασης. Το φαινόµενο της διάθλασης εµφανίζεται συχνά στην πράξη λόγω µεταβολών στην πυκνότητα ενός µέσου (σχήµα 1.8). Όπως ήδη έχει αναφερθεί, η πυκνότητα του µέσου σχετίζεται άµεσα µε την ταχύτητα διάδοσης του ήχου, ενώ οι µεταβολές στην πυκνότητα παρουσιάζονται συχνά και για διάφορους λόγους (π.χ. µεταβολές θερµοκρασίας).

ψυχρός αέρας – χαµηλή ταχύτητα

θερµός αέρας – υψηλή ταχύτητα

ψυχρός αέρας – χαµηλή ταχύτητα

θερµός αέρας – υψηλή ταχύτητα

απόγευµα

νωρίς το πρωί

Σχήµα 1.8. ∆ιάθλαση του ηχητικού κύµατος στην ατµόσφαιρα λόγω µεταβολών της θερµοκρασίας

8

Περίθλαση

Σχήµα1.9. Το φαινόµενο της περίθλασης

το εµπόδιο είναι µεγάλο σε σύγκριση µε το µήκος κύµατος

το εµπόδιο είναι µικρό σε σύγκριση µε το µήκος κύµατος

ηχητικό κύµα

Όπως ήδη έχει αναφερθεί, το φαινόµενο της περίθλασης συναντάται όταν το ηχητικό κύµα προσπέσει σε ένα εµπόδιο πεπερασµένων διαστά-σεων (µικρές διαστάσεις σε σχέση µε το µήκος κύµατος), και έχει ως αποτέλεσµα τη διάδοση του ηχητικού κύµατος και πίσω από το εµπόδιο. Στην περίπτωση αυτή λέµε ότι το κύµα περιθλάται ή ότι το εµπόδιο παρακάµπτεται (σχήµα 1.9).

∆ιάχυση

Σχήµα 1.10. ∆ιάχυση και διαχυτής

Κατά το φαινόµενο αυτό, το ηχητικό κύµα ανακλάται προς πολλαπλές κατευθύνσεις από εµπόδιο που συναντά στο δρόµο του µε αποτέλεσµα αφενός τη δηµιουργία σκιάς πίσω από το εµπόδιο και αφετέρου τη διάχυση του κύµατος προς την πλευρά της προέλευσής του (σχήµα 1.10).

∆ιάδοση σε Ελεύθερο Ηχητικό Πεδίο

Νόµος του Αντιστρόφου Τετραγώνου - Inverse Square Law Ένας χώρος, ελεύθερος από εµπόδια, στον οποίο µπορεί να διαδοθεί η ακουστική

ενέργεια, ονοµάζεται ελεύθερο ηχητικό πεδίο. Ο παραπάνω ορισµός είναι ιδιαίτερα αυστηρός, µια και στη φύση, δεν είναι εύκολο να συναντήσει κανείς ένα απόλυτα ελεύθερο ηχητικό πεδίο, λόγω της ύπαρξης φυσικών εµποδίων. Έτσι, είναι δυνατό να προσεγγίσουµε το ελεύθερο ηχητικό πεδίο, µε ένα σχετικά ελεύθερο ή αλλιώς ηµι-ελεύθερο ηχητικό πεδίο, όπως αυτό που µπορεί να συναντήσει κανείς σε µια µεγάλη και επίπεδη έκταση χωρίς εµπόδια (π.χ. χωράφια). Στο ελεύθερο ηχητικό πεδίο το ηχητικό κύµα δεν εµφανίζει φαινόµενα όπως ανακλάσεις, περιθλάσεις, απορροφήσεις, κ.λ.π. Αντίθετα, σε κλειστούς χώρους δεν υφίσταται

9

ελεύθερο πεδίο, καθώς οι επιφάνειες και τα διάφορα άλλα εµπόδια του χώρου εµποδίζουν την ελεύθερη διάδοση της ακουστικής ενέργειας.

Κατά τη διάδοση του ηχητικού κύµατος µέσα σε έναν χώρο ελεύθερο από εµπόδια, παρατηρείται σταδιακή µείωση της ηχητικής στάθµης καθώς αποµακρυνόµαστε από την ηχητική πηγή (σχήµα 1.11). Αποδεικνύεται εύκολα, ότι η ηχητική στάθµη σε απόσταση r από µια σηµειακή πηγή δίνεται από τη σχέση:

2101log10)(r

LrL ref ⋅=−

όπου: L(r): η ηχητική στάθµη (έντασης ή πίεσης) σε ακτίνα r από την πηγή Lref : η στάθµη αναφοράς (ηχητική στάθµη στο 1 µέτρο).

Στην περίπτωση που γνωρίζουµε την ηχητική στάθµη σε µια απόσταση r1 και θέλουµε να βρούµε τη στάθµη σε µια απόσταση r2 από την πηγή, τότε η προηγούµενη σχέση γίνεται:

Σχήµα 1.11. Καθώς αποµακρυνόµαστεαπό τη σηµειακή πηγή, η ίδια ηχητικήισχύς µοιράζεται σε όλο και µεγαλύτερηεπιφάνεια µε αποτέλεσµα να µειώνονταιοι στάθµες έντασης και πίεσης

2

2

11012 log10)()(

⋅=−

rrrLrL

Η παραπάνω σχέση περιγράφει ότι η µείωση της στάθµης µεταξύ δύο θέσεων είναι ανάλογο µε το λογάριθµο του αντιστρόφου τετραγώνου των αποστάσεων από την ηχητική πηγή των δύο θέσεων. Για το λόγο αυτό είναι γνωστός ως "νόµος αντιστρόφου τετραγώνου". Εάν θέσουµε στη προηγούµενη σχέση τις ακόλουθες τιµές, προκύπτει:

rr

rLrL

rr

⋅=−=⇒

=

2dB 6)()2(

2

1

Σύµφωνα, λοιπόν, µε το νόµο του αντιστρόφου τετραγώνου, σε κάθε ελεύθερη από εµπόδια διάδοση του ηχητικού κύµατος θα παρατηρείται µια µείωση στη στάθµη κατά 6 dB για κάθε διπλασιασµό της απόστασης.

Ακοή Η λειτουργία του αυτιού διακρίνεται σε δύο υπολειτουργίες: τη συµπεριφορά της

µηχανικής δοµής και τη νευρολογική επεξεργασία της πληροφορίας που έχει αποκτηθεί. Η µηχανική δοµή της ακοής είναι αρκετά ξεκάθαρη και καλά κατανοητή, σε αντίθεση µε τη λειτουργία του εγκέφαλου αναφορικά µε την ερµηνεία των ήχων που αποτελεί ένα θέµα διαφωνιών µεταξύ των ερευνητών. Το αυτί χωρίζεται σε τρία τµήµατα: το εξωτερικό, το µέσο και το εσωτερικό αυτί. Το εξωτερικό αυτί αποτελείται από το λοβό και το ακουστικό κανάλι, τµήµατα τα οποία χρησιµεύουν στην προστασία των περισσότερο ευαίσθητων εσωτερικών τµηµάτων. Το εξωτερικό όριο του µέσου αυτιού είναι το τύµπανο, µια λεπτή µεµβράνη η οποία δονείται σύµφωνα µε τους εισερχόµενους ήχους. Η κίνηση του τύµπανου µεταφέρεται κατά µήκος του εσωτερικού αυτιού µέσω τριών οσταρίων, της σφύρας, του άκµονα και του αναβολέα. Αυτά τα οστάρια υποστηρίζονται από µύες οι οποίοι φυσιολογικά επιτρέπουν την ελεύθερη κίνηση, µπορούν, όµως, να συσταλθούν απαγορεύοντας την κίνηση των οσταρίων όταν ο ήχος γίνεται πολύ δυνατός. Οι ανοχές αυτών των οσταρίων είναι τέτοιες ώστε και µικρές κινήσεις του τύµπανου να µεταφέρονται επαρκώς. Το όριο του εσωτερικού αυτιού είναι το ωοειδές παράθυρο, άλλη µια λεπτή µεµβράνη η οποία είναι σχεδόν στο σύνολό της

10

καλυµµένη από το τέλος του αναβολέα. Το εσωτερικό αυτί δεν είναι ένας κλειστός χώρος όπως το µέσο, αλλά αποτελείται από αρκετούς σωλήνες που περιστρέφονται µε διάφορους τρόπους. Οι περισσότεροι από αυτούς τους σωλήνες, αυτοί που ονοµάζονται ηµικυκλικοί, είναι τµήµα του κέντρου διατήρησης ισορροπίας του σώµατος (περιέχουν λεπτά σωµατίδια σκόνης ο προσανατολισµός των οποίων µας δείχνει τη διεύθυνση προς τα επάνω). Ο σωλήνας

ο οποίος εµπλέκεται στη διαδικασία της ακοής είναι σφιχτά περιστρεµµένος σα κέλυφος σαλιγκαριού και ονοµάζεται κοχλίας. Στο σχήµα 1.12 διακρίνονται τα τµήµατα που αποτελούν το αυτί. Στο σχήµα 1.13 απεικονίζεται ένα διάγραµµα του εσωτερικού αυτιού. Ο κοχλίας είναι γεµάτος µε υγρό και χωρίζεται κατά µήκος από τη βασική µεµβράνη, η οποία υποστηρίζεται στις πλευρές του κοχλία αλλά δεν είναι τεντωµένη. Ο ήχος ο οποίος εισέρχεται στον κοχλία µέσω του ωοειδούς παραθύρου

τεντώνει τη µεµβράνη και δηµιουργεί παλλόµενα κύµατα κατά µήκος της. Η διαβάθµιση της µεµβράνης είναι τέτοια ώστε αυτά τα παλλόµενα κύµατα να µην έχουν το ίδιο πλάτος καθ’ όλη την απόσταση, αλλά το πλάτος τους να µεγαλώνει µέχρι ένα σηµείο και µετά απότοµα να φθίνει. Το σηµείο του µέγιστου πλάτους εξαρτάται από τη συχνότητα του ηχητικού κύµατος. Η µεµβράνη καλύπτεται από λεπτά τριχίδια, ο αδένας καθενός από τα οποία συνδέεται µε µια δέσµη νεύρων. Κίνηση στη µεµβράνη σηµαίνει λύγισµα των τριχιδίων τα οποία στη συνέχεια διεγείρουν την αντίστοιχη νευρική ίνα. Αυτές οι ίνες µεταφέρουν την ηχητική πληροφορία στον εγκέφαλο. Το πλάτος του ήχου καθορίζει πόσα νεύρα ενεργοποιούνται. Το κύριο φαινόµενο είναι ότι ένας δυνατής έντασης ήχος διεγείρει νεύρα κατά µήκος µιας µεγάλης περιοχής της µεµβράνης ενώ ένας χαµηλής έντασης διεγείρει λίγα νεύρα σε κάθε περιοχή.

Σχήµα 1.12. Τα τµήµατα του αυτιού

1. ακουστικό κανάλι, 2. τύµπανο, 3. σφύρα, 4. άκµονας, 5. αναβολέας, 6. κυκλικόπαράθυρο, 7. ωοειδές παράθυρο, 8. ηµικυκλικοί σωλήνες, 9. κοχλίας, 10. ευσταχιανήσάλπιγγα

Σχήµα 1.13. ∆ιάγραµµα του εσωτερικού αυτιού

ωοειδές παράθυρο αναβολέας

υγρό

άκµονας

σφύρα

τύµπανο

κυκλικό παράθυρο

βασική µεµβράνη

Αντίληψη των ήχων Η µηχανική διαδικασία που έχει περιγραφεί ως τώρα είναι µόνο η αρχή της αντίληψής µας για τους ήχους. Οι µηχανισµοί της µετάφρασης των ήχων είναι ελάχιστα κατανοητοί. Στην πραγµατικότητα δεν είναι γνωστό αν όλοι οι άνθρωποι µεταφράζουν τους ήχους µε τον ίδιο τρόπο. Μέχρι πρόσφατα δεν υπήρχε τρόπος αντίληψης της «δικτύωσης» του εγκεφάλου, µε κανέναν τρόπο δεν µπορούσαν να διοχετευτούν ερεθίσµατα και να φανεί ποια µέρη του νευρικού συστήµατος αποκρίνονται, τουλάχιστον όχι µε κάθε λεπτοµέρεια. Η µόνη διαθέσιµη ερευνητική µέθοδος ήταν να ζητείται από διάφορους ανθρώπους να ακούσουν κάποιους ήχους που στη συνέχεια καλούνται να τους περιγράψουν. Βέβαια, κάποια από τα τελευταία ερευνητικά εργαλεία υπόσχονται τη βελτίωση της κατάστασης.

11

Η τρέχουσα καλύτερη ερµηνεία της νευρολογικής λειτουργίας της ακοής είναι η εξής: Ο ήχος µιας συγκεκριµένης κυµατοµορφής και συχνότητας δηµιουργεί ένα χαρακτηριστικό σχέδιο ενεργών θέσεων στη βασική µεµβράνη (µπορούµε να υποθέσουµε ότι ο εγκέφαλος επεξεργάζεται αυτά τα σχέδια µε την ίδια λογική που επεξεργάζεται και τα οπτικά σχέδια). Αν κάποιο από αυτά επαναλαµβάνεται αρκετά συχνά ο άνθρωπος µαθαίνει να αναγνωρίζει ότι αυτό ανήκει σ’ ένα συγκεκριµένο ήχο, περίπου όπως µαθαίνει ότι ένα οπτικό σχήµα ανήκει σε κάποιο συγκεκριµένο πρόσωπο (η εκµάθηση επιτυγχάνεται καλύτερα τα πρώτα χρόνια της ζωής). Η απόλυτη θέση του σχεδίου είναι πολύ σηµαντική γιατί είναι το ίδιο το σχέδιο αυτό που µαθαίνεται. Ο κάθε άνθρωπος διαθέτει µια ικανότητα να µεταφράζει και τη θέση µέχρι κάποιο βαθµό. Η ικανότητα αυτή, όµως, µεταβάλλεται από άνθρωπο σε άνθρωπο (δεν είναι ξεκάθαρο αν η αντίληψη αυτή υπάρχει εκ γενετής ή είναι επίκτητη).

Ακουστότητα Το αυτί µπορεί να αποκριθεί σ’ ένα µεγάλο εύρος πλατών ηχητικών σηµάτων. Ο λόγος

ανάµεσα στο κατώφλι του πόνου και στο κατώφλι της αίσθησης είναι της τάξης των 130dB. Η αίσθηση της ακουστότητας (loudness) επηρεάζεται από τη συχνότητα του ήχου. Η µονάδα µέτρησης της ακουστότητας είναι το phon. Τα phon είναι αριθµητικά ισοδύναµα µε τα dB SPL στο 1kHz, ενώ για τις υπόλοιπες συχνότητες η τιµή τους υπολογίζεται από τις καµπύλες Fletcher-Munson.

συχνότητα

Σχήµα 1.14. Ισοφωνικές Καµπύλες Fletcher- Munson

στάθµη ηχητικής πίεσης SPL σε dB

κατώφλι της ακοής

ιδιοσυχνότητα 2,5-3,5kHz

ακουστότητα όριο του πόνου

Απόκρυψη Απόκρυψη (masking) καλείται το φαινόµενο κατά το οποίο δυνατά σήµατα εµποδίζουν την ακρόαση άλλων λιγότερο δυνατών σηµάτων. Το εντονότερο φαινόµενο απόκρυψης συµβαίνει όταν η συχνότητα του ήχου και η συχνότητα του θορύβου απόκρυψης είναι πολύ κοντά η µία στην άλλη. Για παράδειγµα ένας τόνος 4kHz θα αποκρύψει έναν πιο µαλακό τόνο 3,5kHz αλλά θα έχει ελάχιστη επίδραση στην ακρόαση ενός ήσυχου τόνου 1kHz. Η απόκρυψη, επίσης, µπορεί να προκληθεί από αρµονικές του τόνου απόκρυψης, έτσι,

12

δηλαδή, ένας τόνος 1kHz µε µια ισχυρή αρµονική στα 2kHz µπορεί να αποκρύψει έναν τόνο 1900kHz. Το φαινόµενο της απόκρυψης είναι ένας από τους κύριους λόγους που η στερεοφωνική τοποθέτηση και η ισοστάθµιση είναι τόσο σηµαντικές σε µια ηχογράφηση. Ο ήχος από ένα µουσικό όργανο που ακούγεται πολύ καλά µόνο του µπορεί να κρυφτεί ή να αλλάξει λόγω της ύπαρξης ενός άλλου δυνατότερου µουσικού οργάνου µε παρόµοια χροιά. Αυτό σηµαίνει ότι θα απαιτηθεί ισοστάθµιση ώστε να ακούγονται αρκετά διαφορετικά τα δύο όργανα για να αποφευχθεί η απόκρυψη.

Σχήµα 1.15. Το φαινόµενο της απόκρυψης προκαλούµενο από (α) έναν τόνο 800Hz, (β) έναν τόνο 3500Hz και (γ) επίπεδο λευκού θορύβου οµοιόµορφου φάσµατος

α β γ

Στερεοφωνία

Στόχος της στερεοφωνικής αναπαραγωγής είναι να δηµιουργήσει µια αναπαράσταση του χώρου και αυτό απαιτεί τη µετάδοση τουλάχιστον δύο σηµάτων πληροφορίας. Κατά τη διάρκεια µιας ζωντανής ακρόασης ένας ακροατής έχει δύο αφίξεις σήµατος, µία σε κάθε αυτί (σχήµα 1.16). Η καθυστέρηση και οι φασµατικές διαφορές ανάµεσα στις δύο αυτές αφίξεις δίνουν τις απαραίτητες πληροφορίες στον εγκέφαλο µε βάση τις οποίες αντιλαµβάνεται τη θέση της ηχητικής πηγής. Αυτό που γίνεται στην προσπάθειά µας να αναπαράγουµε τη θέση µιας ηχητικής πηγής από δύο ηχεία, είναι µια αντιστάθµιση των χρονικών καθυστερήσεων µε διαφορές έντασης. Στην ουσία οδηγείται το αριστερό σήµα (L-signal) στο αριστερό ηχείο και το δεξί σήµα (R-signal) στο δεξί ηχείο. Η θέση µιας ηχητικής πηγής στη “στερεοφωνική εικόνα” µπορεί να αλλάξει, αλλάζοντας απλά την ισορροπία εντάσεων ανάµεσα στα δύο κανάλια (σχήµα 1.17). Για την απόκτησ της εντύπωσης του κέντρου τα δύο σήµατα, αριστερό και δεξί, πρέπει να είναι πανοµοιότυπα. Αν µειώνεται η τάση στο αριστερό κανάλι, αυξάνεται ανάλογα η τάση στο δεξί και δίνεται η εντύπωση ότι ο ήχος “κινείται” προς τη δεξιά πλευρά. Κατά τη µετάδοση στερεοφωνικών παραγωγών

Σχήµα 1.16. Τα δύο αυτιά λαµβάνουν έναερέθισµα από µια πηγή µε µικρή σχετικήκαθυστέρηση µε αποτέλεσµα να εντοπίζουν τηθέση της

Σχήµα 1.17. Σχέσεις τάσεων των δύο καναλιών κατά τη στερεοφωνική αναπαραγωγή

η

13

πρέπει να εξασφαλίζεται ότι τόσο οι ακροατές που έχουν τη δυνατότητα να ακούν στερεοφωνικά όσο και αυτοί που ακούν µονοφωνικά πρέπει να λαµβάνουν ένα ικανοποιητικό σήµα. Για παράδειγµα, ένας ακροατής που λαµβάνει µονοφωνικά σήµατα στην περίπτωση που λάβει µόνο το αριστερό σήµα θα έχει έλλειψη όλων των πληροφοριών που βρίσκονται στο δεξί σήµα. Γι’ αυτό και σ’ αυτή την περίπτωση απαιτείται λήψη ενός σήµατος M=L+R, που περιέχει τις πληροφορίες και των δύο καναλιών. Απαραίτητη προϋπόθεση για τη δηµιουργία “στερεοφωνικής εικόνας” είναι η χρησιµοποίηση στερεοφωνικών τεχνικών κατά την ηχοληψία. Επίσης σηµαντικό ρόλο κατά την αναπαραγωγή παίζει η τοποθέτηση του ακροατή στην ιδανική θέση ακρόασης, που βρίσκεται πάνω στο επίπεδο συµµετρίας των δύο ηχείων.

Οµιλία Ανθρώπινη επικοινωνία µέσω οµιλίας

Σχήµα 1.18. Αναπαράσταση ανθρώπινου συστήµατος οµιλίας

Από την προϊστορική εποχή οι άνθρωποι είχαν την ανάγκη να ανταλλάσσουν πληροφορίες. Για να καλύψουν αυτή την ανάγκη, ήταν απαραίτητο να εξελιχθεί µια µέθοδος αποστολής σηµάτων, η οποία, όµως, να διαθέτει επαρκή ικανότητα µετάδοσης ώστε να µεταφέρει γρήγορα τις ανθρώπινες σκέψεις και αντιλήψεις. Τα ακουστικά σήµατα αποδείχθηκαν τα καλύτερα για τη µεταφορά των πληροφοριών. Οι άνθρωποι παράγουν ήχους χρησιµοποιώντας ψυχολογικές διατάξεις που έχουν σχεδιαστεί για λειτουργίες συνδεδεµένες περισσότερο µε τη διατήρηση της ζωής, όπως η λειτουργία της αναπνοής και της ανάλωσης

φαγητού. Βέβαια, το αναπνευστικό σύστηµα σε συνδυασµό µε τις φωνητικές χορδές και τη ρινική οδό µπορεί να παράγει µια πλούσια ποικιλοµορφία ήχων, η οποία να διαθέτει διακριτά ενεργειακά πρότυπα στο φάσµα των ακουστών συχνοτήτων. Αυτά τα πρότυπα απαρτίζουν τα σήµατα της οµιλίας. Οι συµφωνηµένες συµβάσεις, βάσει των οποίων, αυτοί οι ήχοι θέτονται ακολουθιακά και τα νοήµατα που συνοδεύουν αυτές ις ηχητικές ακολουθίες απαρτίζουν την οµιλούµενη γλώσσα. Στο σχήµα 1.18 φαίνεται µια σχηµατική αναπαράσταση του ανθρώπινου συστήµατος γής ήχων.

Μπορεί να παρατηρηθεί η έκταση της ανατοµίας που εµπλέκεται στην παραγωγή του ήχου. Υπάρχει µια ποικιλία τρόπων µε τους οποίους παράγεται ο ήχος. Σύµφωνα µε µία από τις µεθόδους µε τη βοήθεια της πίεσης του αέρα που παρέχεται από τους πνεύµονες θέτονται σε κίνηση τα ελαστικά φωνητικά τµήµατα. Ο λάρυγγας µετατρέπει τη σταθερή ροή του αέρα που παράγεται από το υπογλώσσιο σύστηµα σε µια σειρά από φυσήµατα, που καταλήγουν σε ένα µερικώς περιοδικό ηχητικό κύµα. Μη περιοδικοί ήχοι παράγονται κατά την έλευση του αέρα στον άνω αεραγωγό, µέσω της ανοιχτής γλωττίδας, όπου παράγονται τοπικές αναταράξεις στις στενώσεις των διόδων.

τ

παραγω

14

Σχήµα 1.19. Η αλυσίδα της ανθρώπινης οµιλίας

15

2. Μικρόφωνα -Μεγάφωνα Εισαγωγή Οι ηλεκτροακουστικές διατάξεις χρησιµοποιούνται για τη µετατροπή των ηχητικών κυµάτων σε ηλεκτρικά σήµατα αλλά και την επεξεργασία των τελευταίων πριν από την αντίστροφη διαδικασία (µετατροπή των ηλεκτρικών σηµάτων σε ακουστικά). Η µετατροπή της ηχητικής ενέργειας σε ηλεκτρική (και αντίστροφα) έγινε δυνατή µε την ανάπτυξη των ηλεκτρακουστικών µετατροπέων και συνέβαλε καθοριστικά στην εξέλιξη των συστηµάτων ήχου. Οι ηλεκτρακουστικοί µετατροπείς χωρίζονται σε δύο κατηγορίες:

• Αυτούς που µετατρέπουν τα ηχητικά κύµατα σε ηλεκτρικά σήµατα, δηλαδή τα µικρόφωνα, και

• Αυτούς που αντίστροφα µετατρέπουν τα ηλεκτρικά σήµατα σε ηχητικά κύµατα, δηλαδή τα µεγάφωνα.

Όπως είναι προφανές οι µετατροπείς είναι η αρχή και το τέλος κάθε διαδικασίας εγγραφής, επεξεργασίας και αναπαραγωγής του ήχου είτε αυτή γίνεται αναλογικά είτε ψηφιακά και σε κάθε περίπτωση η γνώση των βασικών αρχών που διέπουν τη λειτουργία τους είναι απαραίτητη.

Τα µικρόφωνα Το µικρόφωνο είναι µια συσκευή που µετατρέπει τα ηχητικά κύµατα σε ηλεκτρικά

σήµατα. Στα περισσότερα µικρόφωνα τα ηχητικά κύµατα προσπίπτουν σε µια µεµβράνη που ονοµάζεται διάφραγµα και ο ήχος αρχικά µετατρέπεται σε κίνηση. Αυτή η κίνηση θα πρέπει να µεταφραστεί σε ηλεκτρισµό. Για να γίνει αυτό χρειάζεται να χρησιµοποιηθούν κάποια ηλεκτρικά ή ηλεκτροµαγνητικά φαινόµενα που καθορίζουν και την «αρχή λειτουργίας» του κάθε τύπου µικροφώνου.

Τύποι µικροφώνων σύµφωνα µε την αρχή λειτουργίας

∆υναµικά µικρόφωνα Τα δυναµικά µικρόφωνα

αποτελούνται από ένα πηνίο προσαρµοσµένο στο πίσω µέρος ενός διαφράγµατος το οποίο κινείται ανάλογα µε τις µεταβολές της πίεσης του ηχητικού κύµατος που προσπίπτει στο µπροστινό µέρος του διαφράγµατος. Το πηνίο, βρίσκεται

µέσα σε ένα µαγνητικό πεδίο που δηµιουργεί ένας µαγνήτης, και ακολουθεί την κίνηση το διαφράγ τος µε αποτέλεσµα στα άκρα του να εµφανίζεται µια ηλεκτρική τάση λόγω του φαινοµένου της ηλεκτροµαγνητικής επαγωγής. Η τάση στα άκρα του πηνίου είναι ανάλογη της πίεσης στο διάφραγµα. Υπάρχουν δύο τύποι δυναµικών µικροφώνων, τα µικρόφωνα κινουµένου πηνίου (moving-coil) και τα

Σχήµα 2.1. ∆υναµικό µικρόφωνο κινούµενου πηνίου και τα βασικά µέρη του

Σχήµα 2.3. Μικρόφωνο ταινίας

υ µα

16

µικρόφωνα ταινίας (ribbon). Το µικρόφωνο κινουµένου πηνίου (γνωστό και απλά ως δυναµικό) λειτουργεί χωρίς τροφοδοσία και παρέχει ένα αξιόπιστο σήµα σε διάφορες περιβαλλοντικές καταστάσεις. Ένα καλά σχεδιασµένο µικρόφωνο αυτού του τύπου, είναι αρκετά τραχύ και µπορεί να δέχεται πολύ δυνατούς ήχους. Αυτή η ικανότητά του το κάνει κατάλληλο για drums. Επιπλέον, έχει αργή απόκριση σε γρήγορα µεταβαλλόµενους ήχους και έτσι µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να απαλύνει τις λεπτοµέρειες. Σε ένα µικρόφωνο ταινίας, ένα λεπτό µεταλλικό έλασµα (ταινία) βρίσκεται σε ένα µαγνητικό πεδίο. Ο ήχος κάνει την ταινία να πάλλεται µέσα στο πεδίο και έτσι παράγεται ένα ηλεκτρικό σήµα.

Πυκνωτικά µικρόφωνα Η αρχή λειτουργίας των πυκνωτικών µικροφώνων στηρίζεται στο ηλεκτροστατικό πεδίο.

Τα πυκνωτικά µικρόφωνα έχουν ένα κινούµενο µεταλλικό διάφραγµα που δέχεται τις µεταβολές της πίεσης. Το διάφραγµα αυτό είναι ουσιαστικά ο ένας από τους δύο οπλισµούς ενός φορτισµένου πυκνωτή ενώ ο άλλος οπλισµός είναι σταθερός. Οι µετακινήσεις του ενός οπλισµού προκαλούν µεταβολές στη χωρητικότητα του πυκνωτή, και αφού το φορτίο διατηρείται σταθερό, προκαλούνται µεταβολές της τάσης στα άκρα του ανάλογες της πίεσης του ηχητικού κύµατος. Εξαιτίας της µικρής µάζας του διαφράγµατος και της υψηλής απόσβεσης του πλάτους ταλάντωσης, ένα πυκνωτικό µικρόφωνο ανταποκρίνεται ταχύτερα σε γρήγορες µεταβολές των ηχητικών κυµάτων απo ότι ένα δυναµικό µικρόφωνο. Τέτοιου είδους µικρόφωνα παρέχουν έναν απαλό ήχο µε µία πλατιά απόκριση συχνότητας. Αυτός ο καθαρός ήχος κάνει το πυκνωτικό µικρόφωνο κατάλληλο για κύµβαλα, ακουστικά όργανα και φωνητικά στούντιο. Το σταθερό φορτίο στο πυκνωτικό µικρόφωνο εξασφαλίζεται είτε µε τροφοδοσία του µικροφώνου από µια εξωτερική πηγή συνεχούς τάσης ή µπαταρία, είτε µε χρήση προφορτισµένων στοιχείων. Ενδεικτικά αναφέρουµε την τροφοδοσία phantom, δηλαδή µια DC τάση µε τιµή συνήθως 48 Volt. Η τάση αυτή εξυπηρετεί συνήθως δύο σκοπούς: α. πολώνει το µικρόφωνο, β. τροφοδοτεί τον προενισχυτή του µικροφώνου (τα πυκνωτικά µικρόφωνα συνήθως συνοδεύονται από ενσωµατωµένους προενισχυτές λόγω της πολύ υψηλής αντίστασης εξόδου που εµφανίζουν). Η παροχή της τάσης γίνεται από την κονσόλα µίξης (ή άλλη διάταξη) και παρέχεται στο ίδιο καλώδιο µε το οποίο διαδίδεται το σήµα του µικροφώνου. Από εδώ πήρε και την ονοµασία phantom.

Σχήµα 2.3. Βασικά µέρη και µηχανισµός λειτουργίας πυκνωτικού µικροφώνου

Χαρακτηριστικά των µικροφώνων Τα χαρακτηριστικά των µικροφώνων είναι φυσικά µεγέθη µε τον προσδιορισµό των

οποίων δίνεται µια περιγραφή του τρόπου συµπεριφοράς τους. Οι µετρήσεις των µεγεθών αυτών, που συνοδεύουν κάθε συγκεκριµένο τύπο µικροφώνου, γίνονται εργαστηριακά µέσα σε ανηχοϊκούς θαλάµους. α. Ευαισθησία (sensitivity)

17

Η ευαισθησία είναι µία µέτρηση της αποδοτικότητας ενός µικροφώνου. Ένα πολύ ευαίσθητο µικρόφωνο παράγει υψηλή τάση εξόδου για µία πηγή ήχου συγκεκριµένης έντασης. Η ευαισθησία δεν επηρεάζει την ποιότητα του ήχου, αλλά αντίθετα επηρεάζει την ακουστότητα του θορύβου από την κονσόλα. Για να επιτευχθεί το ίδιο επίπεδο ηχογράφησης, ένα µικρόφωνο χαµηλής ευαισθησίας χρειάζεται περισσότερο κέρδος από ένα ευαίσθητο. Όµως περισσότερο κέρδος, σηµαίνει και περισσότερος θόρυβος, που προέρχεται από τις ηλεκτρονικές ενισχυτικές διατάξεις. Η ευαισθησία ενός µικροφώνου εκφράζεται µε το λόγο της τάσης εξόδου του µικροφώνου προς την ηχητική πίεση (σε συγκεκριµένη απόσταση από το διάφραγµα). Οι µονάδες της είναι mV/Pa, mV/µbar (1Pa=10µbar) ή dBV (στάθµη εισόδου που αντιστοιχεί σε 1Volt) και η τιµή της δεν αναφέρεται µόνο σε κάποια συγκεκριµένη συχνότητα, αλλά σε µια µεγάλη περιοχή του ακουστικού φάσµατος. Η υπερβολικά µεγάλη ή µικρή ευαισθησία του µικροφώνου µπορεί να προκαλέσει προβλήµατα κατά τη σύνδεσή του σε επεξεργαστές σήµατος όπως µίκτες, µαγνητόφωνα, προενισχυτές κ.α Παρακάτω είναι µία λίστα από µικρόφωνα µε την ευαισθησία τους.

Πυκνωτικό µικρόφωνο : -65 dB (υψηλή ευαισθησία) Κινουµένου πηνίο : -75 dB (µέτρια ευαισθησία) Ταινίας : -85 dB (χαµηλή ευαισθησία)

β. απόκριση συχνότητας (frequency response) Η απόκριση συχνότητας ενός µικροφώνου προσδιορίζεται, είτε µέσω κάποιας

γραφικής παράστασης που περιγράφει τη συµπεριφορά του σε όλη την περιοχή του ακουστικού φάσµατος, είτε µε παράθεση των ορίων (σε Hz) µιας περιοχής συχνοτήτων στην οποία η συµπεριφορά του είναι οµοιόµορφη και η µεταβολή της ευαισθησίας του ελάχιστη. Για την πιστή αναπαραγωγή της µουσικής και της ανθρώπινης φωνής ιδανική προϋπόθεση αποτελεί η χρησιµοποίηση µικροφώνου µε ευθεία απόκριση συχνότητας από 20Hz µέχρι 20kHz και όχι απόκλιση µεγαλύτερη από ±1 dB. Πολλές φορές, προβλήµατα που προκύπτουν από κάποιο όχι και τόσο ιδανικό περιβάλλον ηχοληψίας αντισταθµίζονται από τη µείωση ή αύξηση της ευαισθησίας του µικροφώνου σε συγκεκριµένες περιοχές του ακουστικού φάσµατος. Μερικά όργανα παράγουν ήχους µέσα σ’ ένα συγκεκριµένο εύρος συχνοτήτων. Για παράδειγµα ένα τροµπόνι παράγει ήχους από 80Hz έως 8kHz. Έτσι ένα µικρόφωνο µε απόκριση συχνότητας που καλύπτει αυτή την περιοχή θα συλλάβει όλους τους ήχους από το τροµπόνι. Αυτό το µικρόφωνο για τη συγκεκριµένη λειτουργία του είναι εξαίρετο. γ. Απόκριση στις απότοµες µεταβολές (transient response)

Η απόκριση στις απότοµες µεταβολές χαρακτηρίζεται από την ευαισθησία του µικροφώνου στο να παρακολουθεί τις απότοµες µεταβολές της πίεσης του αέρα. Αυτή, µεταξύ άλλων, εξαρτάται από τη µάζα του διαφράγµατος και από το συντελεστή απόσβεσης του µετατροπέα. Η διαφορετική απόκριση στις απότοµες µεταβολές είναι η κύρια αιτία της διαφοράς στην ποιότητα του ήχου µεταξύ των τριών κύριων τύπων µικροφώνου (πυκνωτικών, δυναµικών και ταινίας). δ. Χαρακτηριστικές κατευθυντικότητας (directional characteristics)

Οι χαρακτηριστικές κατευθυντικότητας περιγράφουν τη µεταβολή της ευαισθησίας του µικροφώνου για οποιαδήποτε γωνία πρόσπτωσης των ηχητικών κυµάτων. Αυτό ουσιαστικά είναι µια περιγραφή του τρόπου µε τον οποίο το µικρόφωνο “ακούει” µέσα στο χώρο. Οι πληροφορίες σχετικά µε την κατευθυντικότητα ενός µικροφώνου δίνονται µε τη µορφή πολικού διαγράµµατος. Η κάθε καµπύλη του διαγράµµατος αυτού έχει συνήθως διαφορετική µορφή από τις υπόλοιπες και αντιστοιχεί σε συγκεκριµένη συχνότητα. Ανάλογα µε τα κατευθυντικά τους χαρακτηριστικά τα µικρόφωνα διακρίνονται στις παρακάτω κατηγορίες.

Πανκατευθυντικά (omni-directional) Χαρακτηρίζονται από οµοιόµορφη ευαισθησία προς όλες τις κατευθύνσεις, χωρίς

προτίµηση σε ήχους που προσπίπτουν από κάποια συγκεκριµένη διεύθυνση. Χρησιµοποιούνται κυρίως σε περιπτώσεις όπου το ηχητικό περιβάλλον αποτελεί σηµαντικό

18

στοιχείο της ηχογράφησης ή όταν τα προβλήµατα λόγω αντήχησης ή ακουστικής ανάδρασης είναι αµελητέα.

Κατευθυντικά (uni-directional)

Σχήµα 2.4. Πολικά διαγράµµατα µικροφώνων (α)πανκατευθυντικό, (β) καρδιοειδές, (γ) supercardioid, (δ)hypercardioid, (ε) δύο κατευθύνσεων ή σχήµατος «οκτώ»

i) Χαρακτηρίζονται από ευαισθησία σε ήχους που προέρχονται µόνο από µπροστά. Ανάλογα µε τη µορφή της καµπύλης του πολικού τους διαγράµµατος διακρίνονται σε καρδιοειδή ή υπερκαρδιοειδή. Είναι ο πιο συνηθισµένος τύπος µικροφώνων τόσο µέσα στο στούντιο ηχογραφήσεων, όσο και σε ζωντανές παραστάσεις, επειδή η πολική τους απόκριση περιορίζει το θόρυβο του περιβάλλοντος.

∆ύο κατευθύνσεων ή σχήµατος «οκτώ» (Bi-directional ή figure of eight)

Χαρακτηρίζονται από ευαισθησία προς τους ήχους που προέρχονται από εµπρός ή πίσω τους, ενώ παράλληλα έχουν µικρή ευαισθησία σ’ αυτούς που προέρχονται από πλαϊνές διευθύνσεις. Η ονοµασία τους «σχήµατος οκτώ» προέρχεται από το σχήµα της καµπύλης απόκρισης του πολικού τους διαγράµµατος. Χρησιµοποιούνται σε ειδικές περιπτώσεις ηχοληψίας, όπου είναι απαραίτητη η εξάλειψη ηχητικών σηµάτων που οι διευθύνσεις πρόσπτωσής τους σχηµατίζουν γωνία 90º µε τη διεύθυνση του κύριου άξονα του µικροφώνου.

Μεγάφωνα Τα µεγάφωνα είναι µετατροπείς ενέργειας και µετασχηµατίζουν ηλεκτρικά σήµατα σε

µηχανικές ταλαντώσεις και στη συνέχεια σε ήχους. Αποτελούνται από 3 βασικά µέρη: •Ένα όργανο που µετατρέπει τις ηλεκτρικές δονήσεις σε µηχανικές (οδηγός ή κινητήρας ) •Μια µεµβράνη που πάλλεται και µεταφέρει αυτούς τους κραδασµούς στον αέρα •Ηχητικές διατάξεις που συγκεντρώνουν τους κραδασµούς και τους κατευθύνουν (χοάνη –ηχείο)

Μετατροπή του ηλεκτρισµού σε µηχανική κίνηση Οδηγός (driver) ή Κινητήρας καλείται η διάταξη εκείνη µε την οποία τα ακουστικά

σήµατα µετρέπονται σε µηχανικές κινήσεις. Οι οδηγοί αναλόγως µε τον τρόπο λειτουργίας τους διακρίνονται σε ηλεκτροµαγνητικούς, ηλεκτροδυναµικούς και ηλεκτροστατικούς. •Ένας τυπικός ηλεκτροδυναµικός οδηγός φαίνεται στο σχήµα που ακολουθεί όπου φαίνονται τα µέρη από τα οποία αποτελείται και είναι τα εξής :

19

(1) Το διάφραγµα, θεωρητικά απείρων διαστάσεων, (2) Εύκαµπτα άκρα ανάρτησης και απόσβεσης ταλαντώσεων, (3) Εύκ πτο κέντρο ανάρτησης και απόσβεσης ταλαντώσεων, (4) Πηνίο φωνής, (5) Ηλεκτρικοί ακροδέκτες, (6) Οπές για τη δίοδο του αέρα, (7) ∆ιάφραγµα (κώνος), (8) Μαγνητικό κύκλωµα, (9) Εξωτερικό σύστηµα στήριξης (µε οπές)

αµ

Στους ηλεκτροστατικούς οδηγούς ένα λεπτό επιµεταλλωµένο

π εµ

µ κι ς έ

π

σ

•φύλλο αναρτάται µεταξύ δύο ακουστικώς διαφανών σταθερών ηλεκτροδίων και ολώνεται µ υψηλή εναλλασσό ενη τάση. Ένας αυξητικός µετασχηµατιστής τροφοδοτεί το ακουστικό σήµα στα σταθερά ηλεκτρόδια και σε διάταξη push-pull. Έτσι η κινητή µεµβράνη (επι εταλλωµένο φύλλο) έλκεται αι απωθείται εκ περιτροπής και ο κινήσει της µεταδίδονται στον α ρα δηµιουργώντας ηχητικά κύµατα .Τα ηλεκτροστατικά µεγάφωνα είναι ολύ κατάλληλα για την παραγωγή υψηλών συχνοτήτων (οξείς ήχοι-πρίµα) γιατί η κινούµενη µάζα τους σε σύγκριση µε το πηνίο και τον κώνο των ηλεκτροδυναµικών µεγαφώνων ,είναι πάρα πολύ µικρή. Αντίθετα έχουν γενικά λιγότερη επιτυχία στην αναπαραγωγή χαµηλών συχνοτήτων µεγάλης έντασης, καθώς το όριο διαδροµής της µεµβράνης τους είναι µικρό. Για το λόγο αυτόν κατασκευάζονται συνήθως σε µορφή πλαισίων πολύ µεγάλης επιφάνειας, που επιτρέπουν ε µεγάλες σχετικά µάζες αέρα να τίθενται σε κίνηση από µικρές κινήσεις της µεµβράνης. Λόγω των ενεργειακών τους απαιτήσεων και της χωρητικής τους φύσης ,τα ηλεκτροστατικά µεγάφωνα χρειάζονται πολλές φορές ειδικά ενισχυτικά κυκλώµατα .

Σχήµα 2.5. Ηλεκτροδυναµικός οδηγός µεγαφώνου

Μετατροπή της µηχανικής κίνησης σε ήχο Το στοιχείο το οποίο µετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε µηχανική στο µηχανισµό ενός µεγαφώνου είναι µικρό στις περισσότερες περιπτώσεις και δεν µετακινεί, καθώς ταλαντώνεται, µεγάλο όγκο αέρος. Γι’ αυτό, δεν είναι καλά συνδεδεµένο µε τον αέρα και παράγει µικρό µόνο ποσό ήχου. Αν η ηλεκτρική ενέργεια πρόκειται να µετατραπεί αποδοτικά σε ηχητική πρέπει οπωσδήποτε ο όγκος του κινούµενου αέρα να αυξηθεί. Η αύξηση αυτή επιτυγχάνεται κατά δύο τρόπους: •Μεγάφωνα άµεσου εκποµπής ή τύπου κώνου (direct radiator): Στο κινούµενο στοιχείο µιας ελαφριάς και µεγάλης επιφάνειας χαρτιού ή υφάσµατος είναι ακλόνητα προσαρτηµένος ένας κώνος. Με αυτό τον τρόπο ακόµα και η παραµικρή κίνηση του κώνου µετακινεί µεγάλο όγκο αέρα. Αυτές οι κατασκευές είναι γνωστές ως µεγάφωνα αµέσου εκποµπής και αποτελούν τον πλέον κοινό τύπο µεγαφώνου. Τα περισσότερα ραδιόφωνα µικρού µεγέθους, οικιακοί τηλεοπτικοί δέκτες, και κασσετόφωνα περιέχουν τέτοια µεγάφωνα. Κατασκευάζονται σε ποικιλία µεγεθών και σχηµάτων, είναι συνήθως αρκετά µικρά, εύκολα συσκευάζονται µε ηλεκτρονική διάταξη και βιοµηχανικά παρουσιάζουν οικονοµία κατασκευής, καθώς και ικανοποιητική απόκριση σε ευρεία περιοχή συχνοτήτων. Ως µειονεκτήµατα µπορούµε να αναφέρουµε τη µικρή τους απόδοση, ότι έχουν αρκετή κατευθυντικότητα και συγχρόνως πολλές φορές κακή ανταπόκριση στις υψηλές συχνότητες (οξείς ήχοι). •Μεγάφωνα χοάνης ή κέρατος (horn loud-speakers):.Μια άλλη µέθοδος εκποµπής του ήχου περιλαµβάνει την προσάρτηση µιας µικρής επιφάνειας εµβόλου στο κινούµενο στοιχείο και στη συνέχεια την σύνδεση αυτού µε µεγάλο όγκο αέρος µέσω του κέρατος µε διευρυµένα χείλη. Ο δεύτερος αυτός τύπος είναι γνωστός ως µεγάφωνο χοάνης ή κέρατος. Παρόλο που τα µεγάφωνα κέρατος είναι συνήθως µεγάλα και στενά σε σχέση µε τα µεγάφωνα αµέσου εκποµπής, χρησιµοποιούνται πιο συχνά στα συστήµατα δηµοσίων αναγγελιών και γενικότερα

20

η χρήση τους είναι συχνότερη εκεί που απαιτούνται µεγάλες εντάσεις ήχου και όπου ο χώρος είναι µεγάλος όπως σε αίθουσες συνδιαλέξεων, θεάτρων, συναυλιών, κινηµατογράφων ή χώρους προσγείωσης αεροπλάνων.

Τα χαρακτηριστικά ενός µεγαφώνου •Η ευαισθησία, δηλαδή η στάθµη ηχητική πίεσης (SPL) που ασκείται από ένα µεγάφωνο σε ένα δεδοµένο σηµείο του χώρου (συνήθως σε απόσταση ενός µέτρου,πάνω στον κύριο άξονα συµµετρίας του και µέσα σε ανηχοϊκό (πολύ απορροφητικό) θάλαµο, για δεδοµένο ακουστικό σήµα δοκιµών (test signal) και µε τροφοδοσία ηλεκτρικής ισχύος 1 watt. Αυτό το χαρακτηριστικό µας βοηθά να επιλέγουµε και να συγκρίνουµε µεγάφωνα µεταξύ τους ως προς το πόσο δυνατά µπορούν να αναπαράγουν τον ήχο καθώς και να υπολογίζουµε τι στάθµη θα µας δόσει ένα συγκεκριµένο µεγάφωνο στην απόσταση και την ηλεκτρική ισχύει που θα χρειαστεί να λειτουργήσει στην πράξη. •Η καµπύλη αποκρίσεως ή απόκριση συχνότητας, που είναι το διάγραµµα αποκρίσεως στάθµης SPL σε συνάρτηση µε την συχνότητα. •Το διάγραµµα κατευθυντικότητας (πολικό διάγραµµα) δίνει, για µια δεδοµένη συχνότητα, την καµπύλη αποκρίσεως σε διάφορες γωνίες, όταν µετράµε τη στάθµη SPL στην ίδια απόσταση αλλά σε διαφορετική γωνία κάθε φορά.

Συστήµατα χαµηλών-υψηλών συχνοτήτων (woofers-tweeters) Ένα µεγάφωνο για να θεωρείται «καλό» πρέπει να έχει ταυτόχρονα τις εξής ιδιότητες:

Να είναι ισχυρό(δηλαδή να παρέχει ήχους µεγάλης έντασης), να είναι ευαίσθητο στις µεταβολές του ύψους των ήχων και πιστό στην απόδοση των ηχητικών κυµάτων. Στην πραγµατικότητα κανένα µεγάφωνο δεν έχει ταυτόχρονα αυτές τις ιδιότητες παρά µόνο σε πολύ στενά όρια και µόνο για ένα µέρος των συχνοτήτων που αναπαράγει. Γι’ αυτό το λόγο, όταν θέλουµε να πετύχουµε µια καλή ηχητική απόδοση, χρησιµοποιούµε περισσότερα από ένα µεγάφωνα, διαφορετικά για την µετάδοση των ήχων υψηλής συχνότητας (tweeters,supertweeters) και διαφορετικά για την µετάδοση ήχων µέσης (midrange) και χαµηλής συχνότητας (woofers, subwoofers). •Στα συστήµατα χαµηλών συχνοτήτων ανήκουν τα συστήµατα κλειστού και ανοιχτού τύπου . ٠Ένα µεγάφωνο ανοικτού τύπου φαίνεται στο σχήµα .

Σχήµα 2.6. Μεγάφωνο ανοικτού τύπου

21

Στα κλειστού τύπου µεγάφωνα, το πίσω τµήµα είναι κλειστό για να περιορίζει την επιρροή του ήχου από το πίσω τµήµα και για να αποτρέψει την τυχόν χαµηλή αποδοτικότητα της εκποµπής στις χαµηλές συχνότητες. Ωστόσο, επειδή το πίσω τµήµα είναι κλειστό, ο εσωκλειόµενος χώρος προκαλεί ακαµψία του αέρα, και η ελάχιστη συχνότητα αναπαραγωγής του συστήµατος ανεβαίνει.. Στο κλειστού τύπου µεγάφωνο, για να περιοριστεί η επιρροή της ανάκλασης των ηχητικών κυµάτων εσωτερικά πρέπει να τοποθετηθεί ένα υλικό ικανό να απορροφά τον ήχο.

Σχήµα 2.7. Μεγάφωνο κλειστού τύπου µε οπή ή ηµιανοικτού τύπου

Στο παραπάνω σχήµα απεικονίζεται σχηµατικά ένας πολύ συνιθισµένος τύπος

µεγαφώνου – ηχείου κλειστού τύπου µε οπή ή ηµιανοικτού τύπου. Αυτός ο τύπος που ονοµάζεται και ported type ή bass reflex σχεδιάζεται µε κατάλληλο εσωτερικό όγκο και διαστάσεις της οπής έτσι ώστε στη χαµηλή περιοχή συχνοτήτων όπου ο οδηγός (direct radiator) παρουσιάζει µείωση απόδοσης, να δηµιουργείται ένας «συντονισµός» ο οποίος προκαλεί άνοδο της στάθµης του ήχου. • Οι συσκευές υψηλής συχνότητας είναι συνήθως µία χοάνη ή ένας θόλος (horn and dome tweeters). Το καθένα έχει την δικιά του ανάλυση και τα δικά του χαρακτηριστικά ηχητικής ποιότητας. Οι χοάνες είναι γνωστές για την υψηλή ευαισθησία τους και για την µεγάλη ικανότητα ελέγχου.

Σχήµα 2.8. Εκποµπή ηχητικών κυµάτων για µια χοάνη και έναν θόλο tweeter.

22

∆ιαχωριστές συχνότητων (crossovers) Όπως αναφέραµε είναι πρακτικά δύσκολο έως αδύνατο για έναν µεγάφωνο να

αναπαράγει όλο το εύρος των ακουστικών συχνοτήτων. Εποµένως, είναι λογικό να υιοθετηθεί ένα σύστηµα διαίρεσης της περιοχής ακρόασης και χρησιµοποιώντας µεµονωµένα υποσυστήµατα µεγαφώνων για τις υψηλές, τις µεσαίες και τις χαµηλές συχνότητες. Σε άλλες περιπτώσεις ο διαχωρισµός γίνεται µόνο σε δύο περιοχές (υψηλές και χαµηλές συχνότητες) ενώ υπάρχουν και συστήµατα τεσσάρων περιοχών ή δρόµων (2-way, 3-way, 4-way κλπ). Στα όρια των περιοχών έχουµε τις συχνοτήτες διαχωρισµού (crossover frequencies). Ο διαχωρισµός επιτυγχάνεται µε χρήση κατάλληλων συσκευών που περιέχουν συνδιασµούς φίλτρων διεύλευσης συχνοτήτων και που τοποθετούνται είτε µετά τον ενισχυτή (passive crossovers) ή πρίν τους ενισχυτές (active crossovers).

Eνίσχυση του ήχου (amplifiers) Οι ενισχυτές χρησιµοποιούνται σε πολλά σηµεία και για ποικίλους σκοπούς σε όλη

την έκταση της διαδικασίας αναπαραγωγής του ήχου. Η ισχύς εξόδου µετατροπέων όπως τα µικρόφωνα είναι πολύ µικρή και πρέπει να ενισχύεται µε κυκλώµατα χαµηλού θορύβου υψηλής απόδοσης. Επιπλέον ,τα απαιτούµενα για τη λειτουργία ενός µεγαφωνικού συστήµατος σήµατα πρέπει, µερικές φορές, να έχουν πολύ µεγάλη ισχύ που επιβάλλει περαιτέρω ενίσχυση.

Για τη σωστή επιλογή ενός ενισχυτή ισχύος θα πρέπει να ληφθεί υπόψη η ονοµαστική ισχύς του µεγαφώνου που θα συνδεθεί, οι ηχητικές στάθµες που απαιτούνται στη συγκεκριµένη εφαρµογή, ο τύπος των ηχητικών σηµάτων που θα αναπαραχθούν και η δυνατότητες προστασίας των µεγαφώνων από τις ζηµιές.

23

Σχήµα 3.1 Κονσόλα ήχου

Σχήµα 3.2. Κανάλια εισόδου κονσόλας ήχου

3. Κονσόλα - συστήµατα εγγραφής/αναπαραγωγής και επεξεργασίας

Κονσόλα Η λειτουργία της κονσόλας είναι να παρέχει έλεγχο της στάθµης, του τόνου, της µίξης και της τοποθέτησης στο χώρο των σηµάτων που εισάγονται στις εισόδους της από µικρόφωνα, µουσικά όργανα ή συσκευές αναπαραγωγής. Καθώς, βέβαια, λειτουργία της είναι και η δροµολόγηση των εισερχόµενων σηµάτων γρήγορα και αξιόπιστα προς τις κατάλληλες συσκευές (εγγραφής ή παρακολούθησης) έτσι ώστε να ακουστούν και να ηχογραφηθούν. Η κονσόλα επιτρέπει το χειρισµό της ηλεκτρικής πληροφορίας των σηµάτων η οποία διαφορετικά θα ήταν δύσκολο να ελεγχθεί.

Οι µεγάλες αλλαγές που έχουν συντελεστεί τα τελευταία χρόνια στον τοµέα της τεχνικής των ηχογραφήσεων έχουν αυξήσει καθοριστικά το βαθµό παρέµβασης του ηχολήπτη στη διαµόρφωση του τελικού αποτελέσµατος µιας ηχογράφησης. Η χρησιµοποίηση των πολυκάναλων µαγνητοφώνων σε συνδυασµό µε κάποιους σύγχρονους

τύπους κονσόλας, έχει διαµορφώσει µια συγκεκριµένη πρακτική ηχογράφησης, που περιλαµβάνει τα εξής στάδια: ηχογράφηση (recording), πρόσθετη ηχογράφηση πάνω στην αρχική (overdubbing) και µίξη (mixdown ή remix). Οι περισσότερες κονσόλες ήχου που υπάρχουν σε επαγγελµατικά στούντιο ή ραδιοφωνικούς σταθµούς είναι σχεδιασµένες µε παρόµοιες ικανότητες και διαθέτουν τους ίδιους περίπου τρόπους ελέγχου. Κυρίως διαφέρουν στην εµφάνιση, στην τοποθέτηση των τµηµάτων τους (ελέγχου, ισοστάθµισης, βοηθητικές έξοδοι) και στο βαθµό αυτοµατισµού που µπορεί να έχουν. Κατά την ανάλυση µιας κονσόλας το πρώτο τµήµα είναι το τµήµα των καναλιών

εισόδου (channel input section). Οι υποδοχές για τα σήµατα εισόδου βρίσκονται στο πίσω µέρος της κονσόλας και µπορεί να είναι τόσο είσοδοι µικροφώνου (mic inputs) όσο και είσοδοι γραµµής (line inputs) όπου συνδέονται µουσικά όργανα. Για την κάθε είσοδο (mic ή line) στο µπροστινό µέρος της κονσόλας ανήκει ένα κανάλι, ή αλλιώς µια “φέτα” της κονσόλας, όπου γίνονται όλες οι ρυθµίσεις που αφορούν στο σήµα της συγκεκριµένης εισόδου. Η πρώτη ρύθµιση που γίνεται στο σήµα εισόδου είναι η προενίσχυση (pre amplification ή gain). Το σήµα που φτάνει στην κονσόλα είναι ένα εξαιρετικά χαµηλής στάθµης ηλεκτρικό σήµα που έχει προκύψει από τη µετατροπή του ηχητικού σήµατος κατά την πρόσπτωση του στο µικρόφωνο. Αυτό το ηλεκτρικό σήµα, λοιπόν, πρέπει αρχικά να προενισχυθεί και στη συνέχεια να υποστεί οποιαδήποτε άλλη επέµβαση. Να σηµειωθεί ότι διαφορετική αντιµετώπιση έχουν τα σήµατα που προέρχονται από έτοιµες πηγές (συσκευές αναπαραγωγής) και διαφορετική τα σήµατα που προέρχονται από ζωντανές πηγές (µικρόφωνα). Αυτό είναι εύκολα κατανοητό γιατί τα σήµατα από τις έτοιµες πηγές έχουν υποστεί ρυθµίσεις σε κάποια προγενέστερη στιγµή όταν γινόταν η εγγραφή τους. Μετά το τµήµα προενίσχυσης συχνά ακολουθεί ένα high-pass

φίλτρο το οποίο κόβει τις πολύ χαµηλές συχνότητες που µπορεί να προέρχονται από το

24

θόρυβο του δρόµου ή ίσως και από ένα κλιµατιστικό µηχάνηµα. Αυτές οι συχνότητες υπάρχουν µόνο σε κάποια µουσικά όργανα όπως το κοντραµπάσο ή το πιάνο και φυσικά δεν είναι απαραίτητες κατά την ηχογράφηση. Συνήθως το επόµενο τµήµα στο κανάλι µιας κονσόλα είναι το τµήµα της ισοστάθµισης (equalization section). Χρησιµοποιείται όταν απαιτείται επέµβαση στις συχνότητες του σήµατος προς ηχογράφηση. Το φάσµα των συχνοτήτων διαιρείται σε χαµηλές, µεσαίες και υψηλές συχνότητες και ο ηχολήπτης έχει τη δυνατότητα να ρυθµίσει την περιοχή αυτή η οποία δε δίνει το επιθυµητό ακουστικό αποτέλεσµα. Το τµήµα της ισοστάθµισης εναλλάσσεται σε θέση µε το τµήµα των βοηθητικών εξόδων. Στη συνέχεια υπάρχει το τµήµα των βοηθητικών εξόδων (auxiliary outputs). Με τη χρήση αυτού του τµήµατος γίνεται δυνατή η δροµολόγηση των σηµάτων από οποιοδήποτε κανάλι επιθυµούµε προς οποιοδήποτε κανάλι. Χαρακτηριστικό παράδειγµα αποτελεί η τηλεφωνική επικοινωνία, όπου ο ακροατής συνοµιλεί µε τον εκφωνητή, καθώς µέσω βοηθητικής εξόδου στέλνεται το σήµα του στην ενδοεπικοινωνία, αλλά φυσικά το ίδιο σήµα από την έξοδου του καναλιού στο οποίο ανήκει στέλνεται και στον ποµπό. Ανάλογα µε την κονσόλα τα τµήµατα αυτά µπορεί να είναι περισσότερο ή λιγότερο ανεπτυγµένα, καθώς, επίσης, να ακολουθούν κάποια ακόµη τµήµατα. Σίγουρα σε κάθε κονσόλα υπάρχει το τµήµα του πανοράµατος (pan pot) µε τη βοήθεια του οποίου γίνεται η τοποθέτηση στο χώρο των οµιλητών ή των µουσικών οργάνων που ηχογραφούµε. Κάνοντας χρήση αυτού του τµήµατος το κάθε κανάλι µπορεί να τεθεί σε οποιαδήποτε θέση (αριστερά, κεντρικά ή δεξιά) ανάλογα µε την πραγµατική θέση που έχει και η πηγή που συνδέεται µ’ αυτό στον χώρο. Το τελευταίο τµήµα είναι η έξοδος (output) του καναλιού. Από αυτό ρυθµίζεται η στάθµη του σήµατος που φύγει από το κανάλι προς την τελική έξοδο της κονσόλας. Σε κάθε κονσόλα πέρα από τα επιµέρους κανάλια υπάρχουν κάποια τµήµατα που λειτουργούν για το σύνολό της. Ένα από αυτά είναι η τελική έξοδος που προαναφέρθηκε και η οποία ρυθµίζει την τελική στάθµη του συνολικού σήµατος (όλων των καναλιών). Είναι εύκολα κατανοητό ότι αν η τελική έξοδος είναι κλειστή δε στέλνεται το σήµα. Ένα άλλο τµήµα είναι αυτό του ελέγχου της στάθµης των σηµάτων. Οι ενδείκτες στάθµης σήµατος (volume unit meters η VU meters) µπορεί να είναι είτε βελόνες, σε παλιότερες εκδόσεις, είτε φωτεινοί (LED).

Συστήµατα εγγραφής και αναπαραγωγής Μέσο µαγνητικής εγγραφής

Σχήµα 3.3. Τοµή µαγνητικής ταινίας

Η αποθήκευση της ηχητικής πληροφορίας γίνεται µέσω των µαγνητικών ταινιών και πιο πρόσφατα, φυσικά, µε τη χρήση των υψηλού εύρους σκληρών δίσκων των ηλεκτρονικών υπολογιστών αλλά ακόµα και των δισκετών. Τα περισσότερα µαγνητικά µέσα αποτελούνται από αρκετά στρώµατα υλικών και χρησιµοποιούν σα βασικό υλικό το PVC (πολυβινυλοχλωρίδιο), το οποίο έχει εξαιρετική φυσική αντοχή και αντέχει µεγάλο ποσοστό

κακοποίησης µέχρι να υποστεί σοβαρή ζηµιά. Επάνω στη βάση του PVC υπάρχει ένα στρώµα από µαγνητικό οξείδιο το οποίο κρατά και το λειτουργικό ρόλο στη διαδικασία της εγγραφής. Τα µόρια αυτού του οξειδίου σχηµατίζουν περιοχές οι οποίες είναι οι µικρότεροι γνωστοί µόνιµοι µαγνήτες. Σε µια µη µαγνητισµένη ταινία αυτές οι περιοχές είναι άτακτα προσανατολισµένες σε όλη την επιφάνεια της ταινίας. Το αποτέλεσµα αυτού του άτακτου προσανατολισµού είναι η µεταξύ τους ακύρωση των πόλων των µαγνητών που τελικά κατά την ανάγνωση από την κεφαλή

αναπαραγωγής δίνει µηδενικό αποτέλεσµα. Κατά την εγγραφή, όµως, το µαγνητικό πεδίο της

25

κεφαλής εγγραφής προκαλεί τον προσανατολισµό αυτό των περιοχών σε διάφορες διευθύνσεις που δίνουν ένα µη µηδενικό αποτέλεσµα. Αυτή η έξοδος τελικά ενισχύεται και αναπαραγόµενη δίνει το εγγεγραµµένο σήµα.

Το µαγνητόφωνο Η θεωρία της εγγραφής µαγνητικών σηµάτων πάνω σε µαγνητοταινία βασίζεται στην

αντιστοιχία συγκεκριµένων µηκών του µαγνητικού υλικού σε ανάλογες χρονικές περιόδους. Κατά την αναπαραγωγή των ηχογραφηµένων σηµάτων, µε ταχύτητα ίδια µε την ταχύτητα εγγραφής, οι σχέσεις (όσον αφορά το ρυθµό, τη διάρκεια και τα ενδιάµεσα κενά) µεταξύ των

διαφόρων ήχων παραµένουν αναλλοίωτες. Η βασική λειτουργία που επιτελούν όλα τα επαγγελµατικά µαγνητόφωνα είναι το πέρασµα της ταινίας, µε σταθερή ταχύτητα και τάση, µπροστά από τις κεφαλές του συστήµατος αυτού.Τα περισσότερα σύγχρονα επαγγελµατικά µαγνητόφωνα είναι εφοδιασµένα µε τρεις κεφαλές: την κεφαλή διαγραφής (erase head), την κεφαλή εγγραφής (record head) και την

κεφαλή αναπαραγωγής (playback head). Σε προηγούµενα µοντέλα ήταν συνηθισµένη η χρησιµοποίηση µιας κεφαλής για τις λειτουργίες της εγγραφής/αναπαραγωγής.Η κεφαλή διαγραφής έρχεται πρώτη σε επαφή µε την ταινία, καθώς αυτή κινείται και σβήνει οποιοδήποτε προηχογραφηµένο σήµα. Η λειτουργία αυτή δίνει τη δυνατότητα εγγραφής της ίδιας ταινίας περισσότερες από µία φορές. Η ενεργοποίηση της κεφαλής διαγραφής γίνεται µόνο κατά τη διαδικασία εγγραφής. Η κεφαλή εγγραφής µετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια του σήµατος εισόδου του µαγνητοφώνου σε ενέργεια µαγνητικού πεδίου, ενώ η κεφαλή αναπαραγωγής επιτελεί την ακριβώς αντίστροφη διαδικασία

Σχήµα 3.4. Κεφαλές µαγνητοφώνου

Σύγχρονα συστήµατα επεξεργασίας του ήχου Equalizers - Ισοσταθµιστές Στα οικιακά ηχητικά σύνολα συνήθως υπάρχει ένας διακόπτης ή ένα ποτενσιόµετρο που είναι σηµειωµένο ως tone ή bass / tremble control. Αυτή είναι η πρώτη προσέγγιση στον χώρο των ισοσταθµιστών. Στην ουσία ένα equalizer είναι ένας ενισχυτής, όπου ενώ ένας ενισχυτής ανεβάζει ή κατεβάζει το επίπεδο όλου του σήµατος, το eq. επηρεάζει µέρος ή µέρη του σήµατος. ∆ηλαδή ‘κοµµατιάζει’ το σήµα σε µεµονωµένες συχνότητες ή group συχνοτήτων, που ονοµάζονται µπάντες συχνοτήτων, και ο χειριστής είναι σε θέση να µεταβάλλει το επίπεδο της έντασης µιας ή περισσότερων από αυτές τις µπάντες. Στη συνέχεια παρατίθεται µια λίστα από εύρη συχνοτήτων και ποια µουσικά όργανα και χαρακτηριστικά της µουσικής επηρεάζονται: - lower bass (10 - 80 Hz) βάθος, ανεβάζοντας αυτή την περιοχή ανεβάζουµε και επίπεδο θορύβου - upper bass (80 - 200 Hz) ισχύς, ιδιαίτερα κρουστών και µπάσου - lower midrange (200 - 500 Hz ) ‘ ζεστασιά ’ στα φωνητικά και στα έγχορδα, επίσης συνοδευτικά όργανα όπως κιθάρα και πλήκτρα - mid midrange (0,5 - 2,5 kHz) οξύτητα των lead vocals και των lead οργάνων και κάποιων κρουστών (snares)

26

- upper midrange (2,5 - 5 kHz) καθαρότητα, σ’ αυτήν και στις επόµενες περιοχές συναντούµε τις αρµονικές - lower treble (5 - 10 kHz) οξύτητα των κυµβάλων, σ’ αυτές τις συχνότητες ξεκινά ο θόρυβος των ταινιών - upper treble (10 -20 kHz) περιοχή συχνοτήτων που πολλοί άνθρωποι δεν µπορούν να ακούσουν ειδικά προς τις υψηλότερες συχνότητες, εντούτοις υπάρχουν πολλές αρµονικές σ’ αυτή την περιοχή Parametric Equalizer - Παραµετρικός Ισοσταθµιστής Στους παραµετρικούς ισοσταθµιστές υπάρχει η δυνατότητα επιλογής συγκεκριµένης συχνότητας που είναι επιθυµητό να ενισχυθεί ή να αποσβεσθεί. Αποτελούνται από δύο ποτενσιόµετρα για την κάθε περιοχή συχνοτήτων για την οποία ενδιαφερόµαστε, ένα που επιλέγει τη συχνότητα και ένα που κάνει την απόσβεση ή την ενίσχυση. Graphic Equalizer - Γραφικός Ισοσταθµιστής Στους γραφικούς ισοσταθµιστές επιλέγεται ένα σταθερό εύρος συχνοτήτων δηλαδή δεν υπάρχει η δυνατότητα ελέγχου εύρους ζώνης συχνοτήτων. Οι γραφικοί ισοσταθµιστές είναι αυτοί που υπάρχουν στα οικιακά ηχητικά συστήµατα, όπου δηλαδή αν κανείς επιθυµεί να επηρεάσει τη συχνότητα των 700Hz και διαθέτει µόνο 500Hz και 1000Hz επιλέγει το κοντινότερο και ελπίζει για το καλύτερο δυνατό αποτέλεσµα. Compressors - Συµπιεστές σήµατος Οι συµπιεστές επιδρούν στη δυναµική περιοχή του σήµατος και το συµπιέζουν. Υπάρχει ένας λόγος σήµατος που εισέρχεται στο µηχάνηµα σε σχέση µ’ αυτό που εξέρχεται, αυτός ο λόγος δηλώνει τη συµπίεση π.χ. λόγος 2:1 σηµαίνει ότι αύξηση κατά 2dB της έντασης του σήµατος που στέλνεται, βγαίνοντας από τον compressor θα είναι 1dB. ∆ηλαδή µπορεί να συµπιεστεί το εύρος ενός σήµατος µε εκπληκτική δυναµική περιοχή. Στους compressors υπάρχει ένα threshold control δηλαδή ένας έλεγχος κατωφλίου που σηµαίνει από ποια dB θα ξεκινήσει η συµπίεση. Ένα σήµα του οποίου το επίπεδο είναι πιο χαµηλό από αυτό του κατωφλίου θα περάσει αναλλοίωτο. Expanders Ένας expander λειτουργεί µε την ίδια λογική που λειτουργεί και ο compressor µόνο κατά την αντίθετη διαδικασία, δηλαδή σύµφωνα µε τους λόγους 1:2 και 1:3 για κάθε dB αλλαγής που εισέρχεται στο µηχάνηµα 2 ή 3 dB εξέρχονται από αυτό. Limiter – Περιοριστές σήµατος Ένας limiter θα µπορούσαµε να πούµε ότι µοιάζει µε τον compressor στο γεγονός ότι ελέγχει πλάτος σήµατος. Αυτό που κάνει ένας limiter είναι να θέτει ένα τελικό όριο το οποίο το σήµα δεν µπορεί να υπερβεί. Όσο δυνατό και να είναι ένα σήµα µπορεί να φτάσει µόνο µέχρι το συγκεκριµένο όριο και καθόλου παραπάνω. Σε αντίθεση µε τον compressor δεν έχει καµία απολύτως επίδραση στα χαµηλά σήµατα. Noise - Reduction Systems - Συστήµατα µείωσης θορύβου Τα συστήµατα µείωσης θορύβου Dolby οφείλουν το όνοµα τους στον Dr. Ray Dolby ο οποίος ανέπτυξε τρία συστήµατα και τα ονόµασε A, B και C. Το σύστηµα Dolby A χρησιµοποιείται σε επαγγελµατικά studio και ‘κοµµατιάζει’ το σήµα σε τέσσερις µπάντες (µέχρι 80 Hz, 80-3000 Hz, 3-9 kHz και πάνω από 9kHz) και εφαρµόζει διαφορετική compression/expansion στην κάθε µπάντα όπως απαιτείται. Αυτό συµβαίνει όπως είναι εύκολα αντιληπτό γιατί διαφορετικά είδη θορύβου µπορούµε να συναντήσουµε στην κάθε µπάντα. Το σύστηµα Dolby B έχει σχεδιαστεί για µη- επαγγελµατική χρήση. Εφαρµόζει µείωση θορύβου µόνο σε µια µπάντα συχνοτήτων, από 10 kHz και πάνω και η µείωση αυτή είναι 10 dB σ’ όλη την µπάντα. Το σύστηµα Dolby C επίσης λειτουργεί όπως το σύστηµα Dolby B όµως µε 20 dB µείωση.

27

4. Ψηφιακός ήχος Από τη στιγµή που γίνεται κατανοητή η φύση του ήχου, µπορούν να βρεθούν τρόποι

για την κωδικοποίηση της πληροφορίας που περιέχεται σε ένα ηχητικό γεγονός και κατά συνέπεια να επεξεργαστεί και να αποθηκευτεί. Η ακουστική και η αναλογική τεχνολογία ήχου ασχολούνται κυρίως µε συνεχής µαθηµατικές συναρτήσεις σε αντίθεση µε τον ψηφιακό ήχο που είναι µελέτη διακριτών τιµών. Ειδικότερα, το πλάτος µιας κυµατοµορφής αναπαριστάται µε µια ακολουθία αριθµών. Αυτή είναι µια πολύ σηµαντική αρχή καθότι οι αριθµοί επιτρέπουν τη διαχείριση του ήχου πολύ αποδοτικά. Με τη χρήση των ψηφιακών τεχνικών έχει µεγαλώσει υπερβολικά η δυνατότητα επεξεργασίας της πληροφορίας. Η σχεδιαστική φύση του εξοπλισµού (hardware) εγγραφής, επεξεργασίας σήµατος και αναπαραγωγής ηχητικών σηµάτων ακολούθησε την εξέλιξη της ψηφιακής τεχνολογίας. Η εισαγωγή του προγραµµατισµού µέσω λογισµικού στο πιο πρακτικό περιβάλλον του ήχου υπήρξε απλά επαναστατική. Έτσι, ο ψηφιακός ήχος είναι µια κατά κύριο λόγο αριθµητική τεχνολογία. Για να γίνει απολύτως κατανοητή θα πρέπει πρώτα να γίνει κατανοητό το σύστηµα των αριθµών.

Αριθµητικά συστήµατα Οι αριθµοί προσφέρουν ένα µαγικό τρόπο για την κωδικοποίηση, επεξεργασία και

αποκωδικοποίηση πληροφορίας. Στον ψηφιακό ήχο αποκλειστικά και µόνο αριθµοί αναπαριστούν την ηχητική πληροφορία. Η λειτουργία των αριθµών ως σύµβολα εξυπηρετεί φοβερά, γιατί τα αριθµητικά σύµβολα είναι εξαιρετικά ευέλικτα και η έννοια τους µεταβάλλεται ανάλογα µε τον τρόπο της χρήσης τους. Για τους περισσότερους ανθρώπους οι πιο οικείοι αριθµοί είναι αυτοί του δεκαδικού συστήµατος, όπου το 0 αναπαριστά το τίποτα και συµπληρώνει τους υπόλοιπους 9 αριθµούς. Η επιλογή ενός αριθµητικού συστήµατος είναι καθαρά θέµα προτίµησης, είναι η απάντηση στην ερώτηση ποιος αριθµός διαφορετικών συµβόλων είναι ο βολικότερος. Η βάση του δεκαδικού συστήµατος είναι το 10, επιπλέον, όµως, το σύστηµα χρησιµοποιεί και παράσταση θέσεων, δηλαδή, η θέση των αριθµών δηλώνει την ποσότητα των µονάδων, των εκατοντάδων, των χιλιάδων κλπ. Αυτό το σύστηµα είναι βολικό για τους ανθρώπους λόγω της ύπαρξης των δέκα δαχτύλων, όµως, για κάποιες άλλες εφαρµογές υπάρχουν άλλα βολικότερα συστήµατα. Το δυαδικό σύστηµα (σύστηµα µε βάση το 2) είναι περισσότερο αποδοτικό για ηλεκτρονικούς υπολογιστές και εξοπλισµό ψηφιακού ήχου. Αυτό συµβαίνει γιατί απαιτούνται µόνο δύο αριθµοί για να ικανοποιήσουν το βασικό ενδιαφέρον του µηχανήµατος για ύπαρξη ή απουσία ηλεκτρικής τάση. Αυτές οι δύο καταστάσεις εύκολα αναπαριστούνται µε 0 και 1. Τα δυαδικά ψηφία αυτά καλούνται bits (binary digits). Από την οπτική γωνία των µηχανηµάτων το δυαδικό σύστηµα είναι εκπληκτικά αποδοτικό και πραγµατικά γρήγορο. Η ταχύτητα µε την οποία ανάβει και σβήνει ένα µηχάνηµα (καταστάσεις on – off) είναι αυτή µε την οποία µπορεί να γίνει η επεξεργασία της πληροφορίας. Εκτός από την ταχύτητα ένα πλεονέκτηµα ακόµα είναι αυτό της αποθήκευσης. Στη θέση των ατέλειωτων διαφορετικών αναλογικών τιµών αποθηκεύονται µόνο δύο τιµές. Ένας ψηφιακός επεξεργαστής κωδικοποιεί την πληροφορία µε τη µορφή αριθµών που χρησιµοποιούν το σύστηµα µε βάση το 2 και επεξεργάζεται οποιαδήποτε πληροφορία. Στη συγκεκριµένη περίπτωση οποιοδήποτε ηχητικό σήµα έχει µετατραπεί σε δυαδική µορφή, ανεξάρτητο του πόσο ασυσχέτιστο µπορεί να φαίνεται µε τους αριθµούς. Βέβαια, αν και το δυαδικό σύστηµα αποτελεί τη βάση των συστηµάτων ψηφιακού ήχου, η εφαρµογή τους απαιτεί επεξεργασία υψηλότερου επιπέδου. Ειδικότερα, το επόµενο βήµα είναι η κωδικοποίηση της δυαδικής πληροφορίας, για παράδειγµα, µεµονωµένα δυαδικά ψηφία ή αριθµοί µπορούν να ταξινοµηθούν σε λέξεις µε συγκεκριµένες έννοιες. Μ’ αυτό τον τρόπο τόσο αριθµητική πληροφορία όσο και πληροφορία συµβόλων µπορούν να επεξεργαστούν από ψηφιακά συστήµατα.

28

Θεµελιώδεις Αρχές Ψηφιακού Ήχου Η χρήση ψηφιακών τεχνικών για εγγραφή, αναπαραγωγή, αποθήκευση, επεξεργασία

και µετάδοση των ψηφιακών σηµάτων ήχου συνεπάγεται µια εντελώς διαφορετική λογική από αυτή των µεθόδων του αναλογικού ήχου. Στην ουσία δεν έχουν παρά ελάχιστες οµοιότητες. Λόγω του ότι ο ήχος είναι από φύσει αναλογικός, τα ψηφιακά συστήµατα εφαρµόζουν δειγµατοληψία και κβαντοποίηση για να µετατρέψουν την πληροφορία του ήχου. Οποιοδήποτε σύστηµα δειγµατοληψίας δεσµεύεται από το θεώρηµα της δειγµατοληψίας το οποίο καθορίζει τη σχέση µεταξύ του µηνύµατος και των συχνοτήτων δειγµατοληψίας. Έχει ήδη αναφερθεί ότι στην ψηφιακή ηχογράφηση χρησιµοποιούνται αριθµοί, άρα η πρώτη ερώτηση που πρέπει να τεθεί είναι από πού δηµιουργούνται αυτοί οι αριθµοί, δηλαδή, πώς ηχογραφούµε δεδοµένα από µια µεταβαλλόµενη κυµατοµορφή. Η ψηφιοποίηση χρησιµοποιεί δειγµατοληψία στο χρόνο και κβαντοποίηση στο πλάτος για την κωδικοποίηση των ατέλειωτων µεταβαλλόµενων αναλογικών κυµατοµορφών σε διακριτές τιµές πλάτους στο χρόνο. Αυτόµατα παρουσιάζεται ένα ζήτηµα, αν ένα ψηφιακό σύστηµα κάνει δειγµατοληψία τι συµβαίνει ανάµεσα στα δείγµατα; ∆ε χάνεται η πληροφορία που υπάρχει ανάµεσα στις δειγµατοληπτηµένες τιµές; Προς έκπληξη, η απάντηση είναι όχι. Κάνοντας χρήση των σωστών συνθηκών, δεν υπάρχει απώλεια πληροφορίας λόγω δειγµατοληψίας από την είσοδο στην έξοδο ενός ψηφιακού συστήµατος.

Σχήµα 4.1. Μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακό και ψηφιακού σε αναλογικό

Το θεώρηµα του Nyquist δηλώνει ότι ένα συνεχές περιορισµένης ζώνης σήµα µπορεί να αντικατασταθεί από µια διακριτή ακολουθία δειγµάτων χωρίς απώλεια πληροφοριών. Επίσης, καθορίζει ότι η συχνότητα δειγµατοληψίας πρέπει να είναι τουλάχιστον η διπλάσια της µέγιστης συχνότητας.

Ψηφιακές συσκευές εγγραφής και αναπαραγωγής ήχου DAT

Σχήµα 4.2. Ψηφιακός Εγγραφέας DAT

Ο πρώτος ψηφιακός εγγραφέας ήχου σε ταινία που κυκλοφόρησε µαζικά στην αγορά ήταν το DAT (Digital Audio Tape). Χρησιµοποιώντας τεχνολογικές λύσεις από την τεχνολογία των ταινιών video, όπως την περιστροφική κεφαλή, το DAT παρέχει µεγάλο εύρος ζώνης εγγραφής το οποίο είναι απαραίτητο για την αποθήκευση ψηφιακού ήχου µε βάση τη

παλµοκωδική διαµόρφωση PCM (Pulse Coded Modulation). Σύµφωνα µε το πρότυπο DAT, που παρουσιάστηκε επίσηµα το 1987, για την εγγραφή και αναπαραγωγή του ηχητικού σήµατος χρησιµοποιείται ελικοειδής ταινία αποθήκευσης. Επίσης, υποστηρίζονται τρεις συχνότητες δειγµατοληψίας, των 32, 44.1 και 48 kHz. Ενώ, µέσω των ψηφιακών εισόδων και εξόδων που διαθέτουν οι συσκευές DAT µας παρέχεται η δυνατότητα για παραγωγή αντιγράφων υψηλής ποιότητας

συνδέοντας δυο συσκευές µεταξύ τους. Τέλος, όπως σε όλα τα πρότυπα ψηφιακού ήχου, η λειτουργία του χαρακτηρίζεται από την ευρεία δυναµική περιοχή, την µικρή παραµόρφωση,

29

τον υψηλό λόγο σήµατος προς θόρυβο(S/N) και το χαµηλό wow και flutter. Ωστόσο η λειτουργία του DAT είναι ιδιαίτερα πολύπλοκη σε σχέση µε τα υπόλοιπα µέσα εγγραφής και πολλά από τα χαρακτηριστικά του είναι καινοφανή στην τεχνολογία εγγραφής ήχου.

Compact Disc Συνολικά δέκα χρόνια µεσολάβησαν µεταξύ της σύλληψης της ιδέας και της πρώτης

επίσηµης παρουσίασης, το 1983, του CD (Compact Disc), ενός από τα πιο επιτυχηµένα ηλεκτρονικά προϊόντα που κυκλοφόρησαν ποτέ στην αγορά. Το CD ενσωµατώνει πολλά επαναστατικά σχεδιαστικά χαρακτηριστικά όπως ψηφιακή αποθήκευση σήµατος, οπτική σάρωση, διόρθωση λαθών και νέες διαδικασίες κατασκευής που όλα µαζί συνιστούν ένα νέο πρότυπο πιστότητας για τον καταναλωτή. Το CD περιέχει ψηφιακά κωδικοποιηµένη πληροφορία που διαβάζεται από µια ακτίνα λέιζερ. Επειδή η ακτίνα εστιάζεται σε ένα ανακλαστικό στρώµα που είναι ενσωµατωµένο µέσα στο δίσκο, η σκόνη και τα δακτυλικά αποτυπώµατα, κάτω από κανονικές συνθήκες, δεν επηρεάζουν την αναπαραγωγή. Η επίδραση των περισσοτέρων λαθών, που µπορεί να παρουσιαστούν, ελαχιστοποιείται µε τη βοήθεια κυκλωµάτων διόρθωσης λαθών. Επίσης το γεγονός ότι δεν υπάρχει φυσική επαφή µε την επιφάνεια του δίσκου έχει ως συνέπεια να µην υπάρχει φθορά του δίσκου ανεξαρτήτως της συχνότητας χρήσης του. Συνολικά η ψηφιακή αποθήκευση, η διόρθωση λαθών και η µακροζωία του δίσκου έχουν ως αποτέλεσµα ένα ιδιαίτερα αξιόπιστο ψηφιακό µέσο αποθήκευσης. Ένα CD ήχου αποθηκεύει το στερεοφωνικό σήµα ήχου υπό µορφή δυο ψηφιακών λέξεων πληροφορίας των 16 bits η κάθε µια, µε συχνότητα δειγµατοληψίας 44.1 kHz. Μαζί µε την πληροφορία του ήχου αποθηκεύονται και επιπλέον πληροφορίες, που απαιτούνται, σχετικά µε την διόρθωση λαθών, τον συγχρονισµό και την διαµόρφωση και οι οποίες τριπλασιάζουν τον όγκο πληροφορίας που αποθηκεύεται σε έναν δίσκο. Είναι εντυπωσιακός ο όγκος της πληροφορία που αποθηκεύεται σε ένα δισκάκι διαµέτρου 12 εκατοστών το οποίο µάλιστα είναι και εξαιρετικά φθηνό στην κατασκευή. Ένα τυπικό CD περιέχει 74 λεπτά και 33 δευτερόλεπτα ήχου αλλά, µε κάποιες µικρές µετατροπές στα πρότυπα του CD (γραµµική ταχύτητα, βήµα έλικας) µπορούµε να πετύχουµε διάρκειες µεγαλύτερες των 80 λεπτών.

Σχήµα 4.3. ∆ίσκος CD

Mini Disk Το MD σχεδιάστηκε αρχικά ως ένα φορητό, χαµηλού κόστους

µέσο αναπαραγωγής αλλά και εγγραφής ήχου, µε απώτερο στόχο να διαδεχτεί την αναλογική κασέτα. Κυκλοφόρησε για πρώτη φορά το 1992 και ήταν το πρώτο πρότυπο πού απευθυνόταν στο ευρύ καταναλωτικό κοινό και επέτρεπε την εγγραφή και διαγραφή ηχητικού σήµατος σε οπτικό δίσκο. Ενσωµατώνει πολλά στοιχεία από την τεχνολογία του CD όπως και από την υπάρχουσα τεχνολογία οπτικών µέσων που χρησιµοποιείται στις εφαρµογές Η/Υ αλλά ταυτόχρονα χρησιµοποιεί και µια σειρά άλλων καινοτοµιών µε αποτέλεσµα τη

δηµιουργία ενός ξεχωριστού προτύπου. Αυτό το πρότ πο επιτρέπει την τυχαία προσπέλαση της πληροφορίας. Το µικρό µέγεθος καθώς και η προσωρινή αποθήκευση του σήµατος κατά την αναπαραγωγή το καθιστά κατάλληλο για φορητό µέσο ενώ το σύστηµα συµπίεσης της πληροφορίας που χρησιµοποιεί εξασφαλίζει υψηλή ποιότητα ήχου. Οι δίσκοι που χρησιµοποιούνται είναι διαµέτρου 64mm µόνιµα κλεισµένοι σε ένα παραλληλόγραµµο άκαµπτο πλαστικό περίβληµα. Στο εµπόριο διατίθενται προεγγραµµένοι όσο και

εγγράψιµοι δίσκοι. Οι τελευταίοι χρησιµοποιούν µαγνητο-οπτική τεχνολογία. Για την

Σχήµα 4.4. ∆ίσκος αποθήκευσης MD

Σχήµα 4.5. Mini Disk recorder

υ

30

αναπαραγωγή χρησιµοποιείται µια διάταξη µετατροπής οπτικού σήµατος σε ηλεκτρικό ενώ για την εγγραφή µια µαγνητική κεφαλή. Η µαγνητική κεφαλή έρχεται σε επαφή µε την επιφάνεια του δίσκου κατά την διάρκεια της εγγραφής αλλά η φθορά τόσο του δίσκου όσο και της κεφαλής δεν είναι σηµαντική. Σε κάθε περίπτωση ένας δίσκος MD περιέχει 74 λεπτά στερεοφωνικού ήχου µαζί µε επιπλέον πληροφορίες παρόµοιες µε αυτές που περιέχονται σε ένα CD. Ο αλγόριθµος συµπίεσης τη πληροφορίας που χρησιµοποιείται και ο οποίος βασίζεται σε αρχές της ψυχοακουστικής επιτρέπει την συµπίεση στο 1/5 του αρχικού όγκου µε ελάχιστη υποβάθµιση της ποιότητας του ήχου. Η συχνότητα δειγµατοληψίας που χρησιµοποιείται είναι αυτή των 44.1 kHz.

Σχήµα 4.6. Φορητό MDς

31

5. Ραδιοφωνική Εκποµπή

Η ραδιοφωνική εκποµπή αποτελεί το τελικό στάδιο κατά το οποίο τα ηλεκτρικά σήµατα µετατρέπονται σε ηλεκτροµαγνητικά κύµατα για να µπορέσουν να ταξιδέψουν µέχρι τους δέκτες των ακροατών. Αυτό γίνεται εφικτό µέσω του ραδιοφωνικού ποµπού και της κεραίας εκποµπής. Ο ποµπός µεταφέρει το ακουστικό φάσµα του ραδιοφωνικού σήµατος που ονοµάζεται και φάσµα «βασικής ζώνης» (baseband) σε µια περιοχή συχνοτήτων αρκετά υψηλότερη από τις γνωστές ακουστικές συχνότητες και γύρω από µια κεντρική συχνότητα που ονοµάζεται «φέρουσα» (carrier). Αυτή η συχνότητα είναι που χαρακτηρίζει το ραδιοφωνικό σταθµό αφού κάθε σταθµός στον τόπο που εκπέµπει έχει τη δική του συχνότητα εκποµπής που είναι η κεντρική ενός καναλιού εκποµπής. Το κανάλι εκποµπής έχει ένα συγκεκριµένο προκαθορισµένο εύρος συχνοτήτων, ίδιο για κάθε σταθµό, έξω από το οποίο ο σταθµός δεν πρέπει να εκπέµπει. Στο δέκτη του κάθε ακροατή υπάρχει η δυνατότητα επιλογής του σταθµού που επιθυµεί ο ακροατής επιλέγοντας την κεντρική συχνότητα του καναλιού.

ού Χ

εύρος ζώνης καναλιού

φέρουσες συχνότητες καικανάλια διπλανών σταθµών

φέρουσασυχνότητα

του σταθµού Χ

µεταφορά του φάσµατος του σταθµού Χ σε ψηλότερη περιοχή

φάσµα βασικής ζώνης σταθµ

πλάτος

συχνότητα

Σχήµα 5.1. Ο ποµπός µεταφέρει το ακουστικό φάσµα του ραδιοφωνικού σήµατος που ονοµάζεται και φάσµα «βασικής ζώνης» (baseband) σε µια περιοχή συχνοτήτων αρκετά υψηλότερη από τις γνωστές ακουστικές συχνότητες και γύρω από µια κεντρική συχνότητα που ονοµάζεται «φέρουσα» (carrier)

Υπάρχουν διάφοροι µέθοδοι µεταφοράς του φάσµατος σε ψηλότερη περιοχή συχνοτήτων. Ο πρώτος τρόπος που χρησιµοποιήθηκε ήταν η διαµόρφωση του πλάτους της φέρουσας συχνότητας σύµφωνα µε τις µεταβολές του πλάτους του ακουστικού σήµατος στη βασική ζώνη. Ονοµάζεται διαµόρφωση πλάτους (amplitude modulation, AM) και οι φέρουσες συχνότητες που χρησιµοποιούνται στη ραδιοφωνία είναι από 520KHz έως 1620KHz. Ένας άλλος τρόπος πολύ διαδοµένος σήµερα είναι η διαµόρφωση συχνότητας (frequency modulation, FM) στην οποία οι µεταβολές του πλάτους του ακουστικού σήµατος µετατρέπονται σε µικροµεταβολές συχνότητας γύρω από τη φέρουσα συχνότητα. Οι φέρουσες συχνότητες που χρησιµοποιούνται στη ραδιοφωνία των FM είναι από 87.5MHz έως 108MHz.

32

σήµα φωνής

ηµίτονο(φέρον)

σήµα φωνής

διαµόρφωσηπλάτουςAM-σήµαφωνής

διαµόρφωσησυχνότηταςFM

Σχήµα 5.2. Σήµα φωνής, φέρουσα συχνότητα ή φέρον ηµιτονοειδές σήµα, AM διαµόρφωση του πλάτους της φέρουσας συχνότητας σύµφωνα µε τις µεταβολές του πλάτους του σήµατος, FM διαµόρφωση συχνότητας στην οποία οι µεταβολές του πλάτους του σήµατος φωνής µετατρέπονται σε µικροµεταβολές συχνότητας γύρω από τη φέρουσα συχνότητα

Αφού γίνει διαµόρφωση και το σήµα ενισχυθεί κατάλληλα οδηγείται στην κεραία

εκποµπής η οποία πρέπει να βρίσκεται σε ψηλό σηµείο της περιοχής κάλυψης. Η κεραία µετατρέπει τα διαµορφωµένα ηλεκτρικά σήµατα σε ηλεκτροµαγνητικά κύµατα που διαδίδονται µε την ταχύτητα φωτός. Όταν φτάσουν στην κεραία του δέκτη όλα τα κύµατα από όλους τους σταθµούς της περιοχής γίνεται η αντίστροφη διαδικασία που ονοµάζεται αποδιαµόρφωση κατά την οποία το σήµα µόνο του σταθµού που εκπέµπει στη φέρουσα συχνότητα που έχουµε επιλέξει µεταφέρεται πίσω στη βασική ζώνη για να οδηγηθεί στον ενισχυτή και τα µεγάφωνα του δέκτη.

33