1 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Audiobearbeitung.

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1 1 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Audiobearbeitung

2 2 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Verarbeitungsprozesse in der Audioverarbeitung Aufnahme Übertragung Speicherung A/D-Wandlung Daten- kompression D/A-Wandlung Dekompression Verstärkung Wiedergabe Bearbeitung Verstärkung Übertragung Synthese

3 3 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Audioquellen Physikalische Tonaufnahme analog: Aufnahme mit Mikrofon und Aufnahmegerät Schallplatte, Musicassette, analoger Rundfunk- (Fernseh-) Empfang Tonsynthese: MIDI-Synthesizer, Musikinstrument mit MIDI-Schnittstelle Rechnerische Tongeneration in Soundprogramm Text-to-Speech-Synthese Importieren als Daten: Download aus Netz (Datei) Download aus Netz (Stream) Kopie von Audio CD Kopie aus Soundtrack von Video

4 4 Mikrofone Technik dynamisches Mikrofon Kondensatormikrofon Elektretm ikrofon Form, Position Handmikrofon Tischmikrofon Ansteckmikrofon Mikrofonga lgen Richtcharakteristik omnidirektional Niere Richtmikrofon Zubehör Windschutz Popschutz Vibrationsschutz Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik

5 5 Aufnahmegeräte analog Magnetband (so gut wie ausgestorben; größtes Problem hoher Rauschuntergrund) digital PC-Soundkarte (Festplatte) MP3-Player-Recorder, digitales Diktiergerät (Flash- Speicher) Minidisk-Recorder (Optisches R/W-Medium) DAT-Recoder (Magnetband) hochwertige Digitalrecoder auf Flash-Speicher Video-Camcorder (Festplatte, Flash, Optisches R/W-Medium) Digitalkamera (Flash-Speicher)

6 6 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Aufnahmeorte Außenaufnahme Reportage Konzertbühne Innenaufnahme Vortragspodium Sprecherkabine Musikstudio +authentisch, echt, lebendig +aktuell, schnell –künstlich –Tonquellen mit wechselndem Ort unvorhersagbare Lautstärkeänderungen –Störgeräusche

7 7 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Nebenwirkungen auf Klang Sound-Design beginnt schon bei Aufnahme: Positionierung der Mikrofone Richtige Mischung von Diffusschall und Direktschall Richtige Wahl der Richtcharakteristik der Mikrofone Richtige Auswahl des Mikrofonabstandes Vermeidung von Störgeräuschen Wind (Windschutz: Schaumstoffkörper um Mikrofon) Reibegeräusche beim Halten des Mikrofons (besser: Stativ verwenden) Popgeräusche (Popschutz bei Sprachaufnahmen) Trittschall (wichtig: gute Mikrofonhalterung auf Stativ evtl. Absenkung der Empfindlichkeit bei tiefen Frequenzen)

8 8 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Operationen am Mischpult während der Aufnahme Aussteuern (Eingangsverstärkung einstellen) automatisch manuell Klang regeln Quellen mischen, Überblenden Aufnahmegerät überwachen Live-Wiedergabe einstellen und überwachen Was bei Aufnahme falsch läuft ist schwer oder gar nicht nachträglich zu korrigieren

9 9 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Tonstudio Minimalausrüstung

10 10 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Prinzip einer „Sound-Karte“ im PC Computer kann nichts mit Analogsignalen anfangen ohne AD- und DA- Wandler Erzeugung von Tönen aus Daten ist zu komplex für CPU Mikrofon ein Line ein Line/Kopfhörer aus S/P-DIF (ein/aus elektrisch oder optisch) Computer-Bus D/A A/D Synthesizer Mischer Digitales Interface

11 11 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Einstellung der Soundkarte durch Betriebssystem Windows: Systemsteuerung  Hardware und Sound  Audiogeräte verwalten

12 12 Weitere Einstellungen des Sound-Systems Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik spezifisch für Hersteller der “Soundkarte”

13 13 Weitere Einstellungen des Sound-Systems Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik

14 14 Weitere Einstellungen des Sound-Systems Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik

15 15 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik spezieller Aspekt: Einfluss der Kopfhörerimpedanz auf Wiedergabe Ideal: Ausgangswiderstand des Kopfhörerausgangs klein; Eingangswiderstand des Kopfhörers = Ausgangswiderstend (Anpassung; maximale Effizienz) gut: Eingangswiderstand des Kopfhörers > Ausgangswiderstend schlecht: Eingangswiderstand des Kopfhöhers (oder eines Lautsprechers!) kleiner als Ausgangswiderstand des Kopfhörerausgangs (maximale Lautstärke ist klein; Energie bleibt im Innenwiderstand des Ausgangs) Hochleistungskopfhörer haben eher niedrige Eingangsimpedanz. Es kann sein, dass man bei einigen (tragbaren) Geräten einen Zusatzverstärker vor dem Kopfhörer benötigt.

16 16 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Klangerzeugung in einem Synthesizer 1.Algorithmisch Analoge Synthesizer Voltage Controlled Oszillator, Rauschgenerator + Voltage Controlled Filter Hüllkurvengenerator monophon / polyphon Digitale Synthesizer "FM-Synthese" Sound-Sampling (natürliche Klänge aufgenommen und auf verschiedene Tonhöhen versetzt) Physical Modeling Synthese Hybrid-Synthesizer mit DSP 2.Überlagerung von Samples von physikalischen Tonquellen evtl. Frequenzumsetzung und Amplitudenvariation zur Herstellung des gesamten Tonumfangs

17 17 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Klangsynthese durch rechnerische Erzeugung von Wellenformen als von Folgen von Abtastwerten (WaveMaker.exe) Wahl der Grundfrequenz f, Auflösung (8/16 bit), Abtastrate Klangfarbe: Mischung von harmonischen n·f (und subharmonischen f/m) Frequenzen Zeitverlauf der Grundfrequenz (Frequenzmodulation, FM) Zeitverlauf der Lautstärke (Einhüllende, Envelope) Laustärke, Stereolokation, Filter, Verzerrung Beimischung von Rauschen: Zufällige Variation der Abtastwerte Beifügung von Echos (Halleffekt) Wavemaker

18 18 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Audiodateien unkomprimiert, PCM (Pulse Code Modulation) Containerformat WAV, (Dateiendung.wav) interne Formate: RIFF, AIFF, BWF (Broadcast Wave Format)BWF verschiedene Abtastraten verschiedene Quantisierungstiefen Mono/Stereo  verschiedene Datenraten bezogen auf Wiedergabe komprimiert WAV mit verschiedenen Codecs MP3, WMA, RA, M4P,... verschiedene Codecs  verschiedene Datenraten  verschiedene Abtastraten, Quantisierungstiefen

19 19 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Beispiele für Dateigrößen von verschieden codierten Audiodateien (alle mit Dateiendung.wav)

20 20 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Container-Datei-Formate enthalten Daten in einer Anzahl von möglichen Formaten z.B. WAV, AVI, WMA Audio-Codierungs-Formate (Codecs) erzeugen die konkreten Daten- Formate anhand einer Anzahl von Einstellungs-Parametern (Attribute) werden vom Betriebssystem (Windows) verwaltet MP3-Encoder LAME (frei für nichtkommerzielle Anwendung) Datei-Formate vs. Codierungsverfahren

21 21 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Stadien der Audiogestaltung Audioquellen: Speichermedium, Download Transportstrom (podcast, livestream) Synthese Audiobearbeitung visuelle Unterstützung Audio-Wiedergabe

22 22 Beispiel: Tonbearbeitung mit Audacity Aufnahme aus dem Datenstrom von internem Audiogerät des Rechners: Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik 1. Aufnahmequelle einstellen 3. Aufnahmebutton klicken öffnet Aufnahmespur 2. Mono oder Stereo

23 23 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Tonbearbeitungsoperationen Normalisieren, Dynamik Komprimieren Schneiden und Mischen Ein- und Ausblenden (Faden) Klangregelung (Equalizer) Tonhöhenänderung (Pitching) mit Geschwindigkeitänderung ohne Geschwindigkeitsänderung Zeitdaueränderung (Time compress/ Time expand) Chorus, Hall und Echo Rauschunterdrückung (Noise Gate) Resampling zur Umsetzung zwischen verschiedenen Abtastraten

24 24 Einige Möglichkeiten mit dem Freeware-Programm Audacity Aufnehmen aus Gerät “Stereomix” im Rechner erlaubt Aufzeichnung von Audiostream ohne eine Datei herunterzuladen, z.B. aus einem Rundfunkprogramm via “Live-Stream” Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik

25 25 Einige Möglichkeiten mit dem Programm AVS-Audio-Editor Effekte Klangverfremdungen für Stiimmen, Geschwindigkeitsänderungen Extrahieren von Ton aus Videodateien und Abspeichern in beliebigen Audioformaten Erzeugen und Bearbeiten von Tondateien mit bis zu 32 bit Auflöstung und 96kHz Samplerate. Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik

26 26 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik MIDI urspünglich: Schnittstelle für digitale Steuerung elektronischer Musikinstrumente Serielle Datenübertragung dann auch: Code zur Musiksynthese (=Komposition) im Computer sehr kompakte Speicherung direkte Korrelation zu Notenschrift möglich Abspielgeschwindigkeit absolut variabel D:\_DOCS\Tondateien\SONGS Master Slave Slave 2 Klangerzeuger Eingabegerät

27 27 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik MIDI Begriffe Sequenzer: Hardware oder Programm zum Aufzeichnen von MIDI-Daten MIDI-Protokoll 1Byte für Kanalnummern 1Byte für Note (Tonhöhe) Definition der Instrumentenklänge über "MIDI-Patches„ VST-Plugins (Virtual Studio Technology) virtuelle Instrumente (free instruments z.B. ) Soundeffekte: Interaktion mit Audiosignalen http://www.tweakbench.com/

28 28 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik MIDI-Bearbeitung mit Anvil-Studio (kostenlos) http://anvil-studio.softonic.de/

29 29 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Komponieren mit MIDI-Programm

30 30 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik

31 31 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik MIDI Patches

32 32 Möglichkeiten zur Veränderung der Geschwindigkeit von Audio Wo notwendig?  Synchronisation von Video mit externem Ton  Verfremdung von Musik MIDI-Daten können in beliebiger Geschwindigkeit abgespielt werden MP3 (und ähnliche Kompressionsverfahren) ermöglicht abspielen in veränderter Geschwindigkeit ohne Veränderung der Tonhöhe Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik

33 33 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Programme, die im Praktikum zur Verfügung stehen Wavemake: Generierung von synthetischen Tönen und Geräuschen (.exe ohne Installation) Anvil Studio: Generierung und Bearbeitung von MIDI-Songs (Freeware) Audacity: Tonerzeugungs- und Bearbeitungsprogramm (sehr einfache Aufnahme) (Freeware) Goldwave: sehr mächtiges Tonbearbeitunsprogramm: viele Effekte (Shareware Demoversion) Adobe Soundbooth (Teil von Adobe Creative Suite) VLC Audio-Editor (Demoversion, schreibt Fremdton in Dateien beim Speichern in Datei) Windows Media Player (hat interessante Steuerungseffekte) (kostenlos in Windows) VLC Media Player: Kann sehr viele Dateiformate öffnen und Abspielen (Audio und Video) (Freeware)

34 34 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Aufgabenstellungen für eigene praktische Versuche Erzeugung von Sounds mit dem Programm wavemake.exe Geräusch eines vorbeifahrenden Feuerwehrfahrzeugs Mopeds Durchsägen eines Holzscheites mit Kreissäge Öffnen einer knarzenden Tür Erstellung Bearbeitung von MIDI-Dateien Abspielen einer MIDI-Datei mit Windows Media Player mit Variation der Geschwindigkeit Einstellung der richtigen Instrumentierung mit Anvil-Studio Erzeugung einer Datei die "Alle meine Entchen" (z.B.) abspielt. (je nach musikalischem Anspruch) Bearbeitung von Sound-Dateien mit Audacity / AVS Sound Editor Erzeugen eines Sinustones, der innerhalb von 20 Sekunden in der Tonhöhe den ganzen Hörbereich überstreicht (20-20000Hz) Abtastrate 96kHz, 32 Bit auflösung und als WAV-Datei unkomprimiert speichern Abspeichern eines Soundes mit verschieden starker Kompression und Beurteilung der resultierenden Klangqualität Fälschung eines Tondokuments: Die in der Datei „Die_Kanzlerin_direkt_17_13.pdf“ vorgeschlagenen Verfälschungen durch Schnitt und Einfügen in der entsprechenden Tondatei vollziehen.

35 35 Prof. Dr. Hans Grassl, Medientechnik Benützung des Programms wavemake.exe Das Programm "wavemake.exe" muss nicht installiert werden sondern ist direkt eine ausführbare Programmdatei. Auch als Nutzer mit den üblichen Berechtigungen kann man es auf dem Rechner, an dem man gerade arbeitet, starten.Programmdatei Wenn man vorkofigurierte Geräusche abspielen will, dann muss man außer dem Programm die entsprechenden.wma-Dateien herunterladen und mit dem Button "Load..." vom Ziel des Downloads aus ins programm einlesen. Man kann selbstkonfigurierte Geräusche auch mit der Funktion "Save..." abspeichern. Die Funktion "Export..." funktioniert bei dieser Demoversion jedoch nicht. Bei den ".wma" - Dateien handelt es sich nicht um das Windows-Media-Audio- Format sondern ein proprietäres Format, das zufällig die gleiche dateiendung ".wma" hat. R:\Grassl_LW109\Praktikum Medientechik\4_Audio\Wavemaker\Wavemake\WAVEMAKE.EXE