audio basics by ozzie l

Sound  Pressure  Waves    Sound  wave  defines  as  “are  vibra1ons    traveling  through  the  air  and  pertain  to   receive   by   the   ear.”     When   an   object   is  struck,   plucked,   blown,   it   compresses   and  expands  the  air  around  it,  producing  the  sound.      It    has   some  characteris1cs     called  Frequency,  Amplitude  and  Pitch.        

Frequency  –  expressed  in  Hz,  is  the  number    of  cycles  that  a  vibra1on  completes  in    one  second.    Amplitude–  expressed  in  dB,  refers  to  a    loudness  and  soDness  of  a  sound.    Pitch–  refers  to  the  highness  or  lowness  of  a    Sound.    

PHYSICS OF SOUND

Sound Pressure Waves

Waveform Characteristics

Amplitude

Frequency

Pitch

Octaves

Wavelength

Reflec1on  of  Sound  Diffrac1on  of  Sound  

Loudness  Levels:  The  dB  Sound  Pressure  Level  

It  also  have  2  types  called  Longitudinal    

and  Transverse  waves.  They  have  the    

regions  known  as  Compressions  and    

Rarefac5ons.  The  compressions  are    

regions  of  high  air  pressure  while  

 the  rarefac1ons  are  regions  of  low    

air  pressure.    

Longitudinal  

Transverse  

Reflec>on  of  Sound    

Sound   reflects   off   a   surface   at   an   angle  

equal  to  its  ini1al  angle  of  incidence  

This   basic   property   is   the   cornerstone   of  

the  complex  study  of  acous1cs.  

Behaviour  of  sound  waves    

Diffrac>on  of  Sound    

Sound   has   the   ability   to   bend    

around  an  object  in  a  manner  that  

r e c o n s t r u c t s   t h e   o r i g i n a l  

waveform   in   both   frequency   and  

amplitude    

(rela1ve   to   the   obstruc1ng  

obstacle).    

Frequency  and  Pitch    Every   Vibra1on   has   a   frequency,   and  generally  humans  with  golden  ears  can  hear  from  20Hz  –  20,000Hz.    Frequencies   below   the   low   end   are   called  infrasonic  and  at  the  high  end  are  ultrasonic.  They  are  felt  or  sensed  more  than  heard.      Pitch   refers   to   the   rela1ve   tonal   lowness   or  highness  of  sound.      The  more   1mes   per   second   a   sound   source  vibrates,  the  higher  the  pitch.    

Octaves    

An   octave   is   the   interval   between   any  two  frequencies  that  have  a  ra1o  of  2:1.      Octaves   are   grouped   into   bass,  midrange  and  treble.    Star1ng  20Hz,  the  first  octave  is  20Hz  to  40Hz,   second   is   40   Hz   to   80Hz,   third   is  160Hz,  and  so  on.  

Wavelength    

The  actual  distance  in  the  air  between  the  beginning  and  the  end  of  a  cycle.    

Low  Bass  first  and  second  octaves  (20  Hz-­‐  80Hz)    -­‐  Power,  Boom  and  Fullness.    Upper  Bass  third  and  fourth  octaves  (80Hz-­‐320Hz)  -­‐      Midrange  5th,  6th,  and  7th  octaves  (320Hz-­‐2,560Hz)  -­‐  Gives  sound  intensity    Upper  Midrange  8th  octave  (2,560Hz-­‐5,120Hz)    -­‐ Our  ears  are  most  sensi1ve.      Treble  9th  and  10th  octaves  (5,120Hz-­‐  20,000Hz)  -­‐  Gives  sound  quality  of  brilliance  and  sparkle.  

Low  Bass   Upper  Bass   Midrange   Up  Mid   Treble  

1  Cycle  

Loudness  Level    

The  system  used  to  measure  sound  pressure  level  (SPL)    is  decibel  (dB).    

Sound  Pressure  Level    -­‐ Is  the  pressure  of  sound  vibra1on      measured  at  a  point.  -­‐   Usually   measured   with   a   sound  pressure  meter.  

The  Decibel  (dB)    

The   decibel   (dB)   is   used   to   measure  sound   level,   but   it   is   also  widely  used  i n   e l e c t r o n i c s ,   s i g n a l s   a n d  communica1on.    

The  Ear  and  The  Psychoacous0cs  of  Sound  

The  Ear  

The  Outer  Ear    

Pinna  -­‐ Aids   localiza4on   especially   at   higher  frequencies.      Ear  Canal  -­‐  Not  straight,  cross  sec4on  is  oval  

The  Middle  Ear    

-­‐ Mechanical  Amplifier  between  Air  and  inner  air  fluid.    Ear  Drum  (Tympanic  Membrane)  -­‐ Covered   by   Mucus   Membrane   and   the   first   loca4on   for  transduc4on  of  sound.    Ossicles  (Middle  Ear  Bones)  -­‐ 3  smallest  bones          -­‐  Hammer            -­‐  Anvil          -­‐  S4rrup  -­‐They   serve   to   transmit   sounds   from   the   air   to   the   fluid-­‐filled   labyrinth   (cochlea).   The   absence   of   the   auditory  ossicles   would   cons4tute   a   moderate-­‐to-­‐severe  hearing  loss.  The  term  "ossicle"  literally  means  "4ny  bone“.    Eustachian  Tube  -­‐    In   adult   humans   the   Eustachian   tube   is   approximately  35  mm  (1.4  in)  long.  It  is  named  aSer  the  sixteenth-­‐century  anatomist  Bartolomeo  Eustachi.  -­‐ -­‐  is  a  tube  that  links  the  nasopharynx    

The  Inner  Ear    -­‐  is  mainly  responsible  for  sound              detec4on  and  balance.    Ves0bular  system  -­‐  Balance  and  monitors  all  3              dimensions.      Cochlea  -­‐ dedicated  to  hearing;  conver4ng          sound  pressure  paVerns  from          the  outer  ear  into          electrochemical  impulses  which        are  passed  on  to  the  brain  via        the  auditory  nerve.  -­‐cone  shaped  spiral  

The  Cochlea    -­‐the  cochlea  is  best  understood  when  “unraveled”  -­‐Footplate  of  the  s4rrup    aVaches  to  the  window  -­‐round  window  acts  as  a  Pressure  Relief  Mechanism  

Wave  Mo4on  in  the  Cochlea    

-­‐ Analogous  to  ocean  waves  approaching  a  beach  -­‐ Low  frequency    waves  crest  close  to  the  “shore”  (apex)  

-­‐ High  frequency  crest  far  from  “shore”(near  base)    

Auditory  Nerve    -­‐ a  collec4on  of  25,000  fibers  from  each  hair  cell  to          brain  stem  -­‐ Certain  fibers  carry  certain  pitch  info  -­‐ It  is  less  than  the  diameter  of  a  spaghe_  noodle  

Perceived  Sound  vs  Measured  Sound                                        Amplitude  and   loudness  are  related   in  one  main  way.  Amplitude  is  the  magnifica4on  of  vibra4ons  that  cause  sound.  The  greater  the   magnifica4on   of   vibra4on   that   caught   the   sound,   the   higher   the  volume  and  loudness.  

What  is  a  Bad  Sound???    

-­‐Noise  is  any  unwanted  sound  -­‐Very  subjec4ve  

-­‐What  is  the  preferred  sound  of  a:          -­‐  Door  Closure?          -­‐  Electric  Guitar?          -­‐  Piano/  keyboard  

Hearing  Loss    -­‐is  a  par4al  or  total  inability          to  hear.  -­‐   It   is   caused  by  many   factors,   including:  gene4cs,  aging,   exposure   to   noise,   illness,   chemicals   and  physical  trauma.  

Conclusion  -­‐Our  ears  are  the  most  expensive  (priceless)  piece  of          sound  analysis  equipment.    

Acous&cs    -­‐is  the  science  of  sound  and  factors  affec&ng          our  hearing.  This  field  is  divided  into  various        subfields.    

 -­‐  Physical                                        -­‐Bioacous&cs    -­‐  Architecture      -­‐  Musical    -­‐  Psychological    -­‐  Physiological  

Physical  Acous&cs    -­‐studies   airborne,   audible   sound,  infrasound   (below  audible   frequencies),  and  ultrasound   (above  audible   freq.).   It  examines  propaga&on  and  absorp&on  of  all   sound   frequencies   in   air,   and   other  gases,  liquids  ,  semisolids,  and  solids.    

Musical  Acous&cs    -­‐ Considers   the  workings  of   physical   and  electronic  musical   instruments.   Rela&ve  to   their   construc&on,   materials   and  shape  such  as:  

-­‐ Violins  -­‐ Guitars  -­‐ Pianos  -­‐ Trumpets  -­‐ Drums  -­‐ Etc.  

Psychological  Acous&cs    -­‐ Studies  the  brain’s  signal  processing        func&on.  Which  is  necessary  for  sound  to  be        Heard  or  interpreted.    

Physiological  Acous&cs    -­‐  Ear  study  in  an  important  detector  and              modifier  of  audible  sounds  and  its            opera&on.    

Bioacous&cs    

-­‐  Studies  all  aspects  of  acous&c  behavior  in  animals.  

Architectural  Acous&cs    -­‐ Aims  to  maximize  the  clarity  of  music  or          intelligibility  of  speech        in  enclosed  spaces,  like  in  concert  or          lecture  halls.  -­‐ It  deals  with  the  structures  of  the  room          boundaries,  in  terms  of        sound  isola&on,  sound  absorp&on,          reflec&ons  and  diffusion.    

Wallace  Clement  Sabine    

An  American  physicist  who  founded  the  field    of  architectural  acous&cs.  

Reverbera&on  Time  (RT60)    Is  generally  defined  as  the  &me  required  for  the  sound   pressure   level   in   an   enclosed   space   to  decreased  60-­‐dB.  

W.  C.  Sabine’s  RT  Equa&on    RT60  =0.049  V/Sa                            V=Volume  of  room  in  [3                              S=surface  of  the  area  in    [2  

                         a=average  absorp&on  coefficient  

Example:  V=445500  cu.[.                        (30’  x  90’  x  165’)                                      S=45000sq.[.                                a=  0.35    RT  =  0.049  x  445500          =1.39sec.                      45000  x  0.35  

A  sound  wave  can  be  controlled  in    one  of  three  different  ways    

The  Control  Room  

Some  common  misconcep&ons  about  acous&c  materials  

 -­‐ That  the  proper&es  of  acous&c  materials  are  the  same    

   except  for  their  appearance.      

-­‐ That  acous&c  materials  just  absorb  sound.  

-­‐   That  by  using  absop&ve  acous&c  material  as  a  wall  will        prevent  sound  to  pass  thru.  

Basic  Proper&es  of  acous&c  materials    -­‐some  materials  absorb  soundwaves  while  other  materials  reflect  soundwaves.    -­‐not  all  absorp&ve  material  absorb  all  sound  frequencies  equally.    -­‐not  all  reflec&ve  materials  reflect  all  sound  frequencies  equally.  

Sound  Absorp&on  Coefficient    

-­‐defined  as  the  percentage  of  absorp&on  of  sound  energy  impinging        (to  collide  or  strike  )    upon  a  measured  area  of  a  material.    

 -­‐W.C.  Sabine  defined  a  one  square  foot  of  an  open  window  as  having    

   an  absorp&on  coefficient  of  1.      

-­‐usually  stated  for  six  standard  sound  frequencies  of  125Hz,  250Hz,      500Hz,  1kHz,  2kHz  and  4kHz.    

Sound  Transmission  Class    -­‐is   the   simplified   ra&ng    of  a    barrier  material    of   its   capacity   to  prevent  noise  from  penetra&ng  to  the  other  side  of  the  material.    

Sound  Transmission  Loss    -­‐the  basic  acous&cal  property  of  a  sound-­‐isola&ng  wall  or  floor  /        ceiling  system.      -­‐it  is  the  ability  of  the  wall  or  floor/  ceiling  system  to  resist  being        set  into  vibra&on  by  the  impinging  sound  waves.    

The  Decibel  (dB)  The  decibel  (dB)  is  used  to  measure  sound  level,  but  it  is  also  widely  used  in  electronics,  signals  and  communica&on.  Decibel  is  a  logarithmic  ra&o  of  two  quan&&es.    The  equa&ons  for  decibels  are:      -­‐ For  voltage,  current,  SPL,  Distance:                                                          For  Power:                    20  log  (  P1    /  P2  )                                                                                                                                              20  log  (  X1  /  X2  )      

Audio  Frequency  Spectrum  

 The   Audio   Frequency   Spectrum   is  the  Bandwidth  of  the  audible  sound  frequencies   star&ng   from   the  lowest   frequency   of   20Hz   to   the  highest  audible  sound  frequency  of  20,000Hz    Among   musical   instruments,   the  organ  can  produce  the  widest  range  from  20Hz  to  about  10kHz.  

Audio  Frequency  Spectrum  

Amplifier:  How  does  it  work?    

-­‐the  output  is  a  replica  of  the  input  waveform  or  sample  signal.    

-­‐the  signal  does  not  travel  from  the  input  to  the  output.    

-­‐it  is  recreated  from  the  power  supply.  

Loudspeaker    

 Loudspeaker  ,  in  short,  converts  electrical   signals   into  audible   signals.   The  s e l e cBon   and   i n s t a l l aBon   o f   a  loudspeaker,   and   its   design,   should   be  guided   by   the   need   of   coupling   an  electrical   signal   source   to   an   acousBc  place.    

How  a  loudspeaker  works?    -­‐signal  current  flows  through  voice  coil,  sets  up      magneBc  field  around  the  coil.    -­‐the  magne/c  flux    of  the  magnet  assembly        interacts  with  the  magneBc  flux  of  the        voice  coil  with  force  causes  the  coil  to  move        in  response  to  the  signal  current.    • magne/c  flux-­‐  is  a  measure  of  the  amount  of  magneBc  field  passing  through        a  given  surface  (such  as  a  conducBng  coil).  

Loudspeaker  enclosures    

We  need  to  enclose  the  loudspeakers    to  prevent  the  rear  wave  from  cancelling    

the  front  wave  parBcularly  and  the    Low  frequency  region.    

The  Horn       consists   of   a   compression   driver   which  produces   sound  waves  with  a   small  metal  diaphragm   vibrated   by   an   electromagnet,  aIached   to   a   horn,   a   flaring   duct   to  conduct  the  sound  waves  to  the  open  air.    

How  a  horn  loudspeaker  works.    (A)compression  driver  (B)  horn  

Usefulness  of  Horns    -­‐More  efficient  than  direct  radiators.    -­‐BeIer  control  of  direcBonal  paIern        of  the  output  sound,  parBcularly  in        the  mids  and  highs.    

3  Parts    Tweeter  –  high  frequency    Squaker  –  middle  frequency    Woofer  –  low  frequency  

Loudspeaker  DistorBons    

-­‐Harmonic  distor/ons  due  to  mulBple    resonance  of        cones,  and  enclosures.  

 -­‐when  the  low  frequency  distort  in  any  manner,    

   it  distorts  the  high  frequency  by  flaIering  off  the  peaks.  

Overdriving  and  inter-­‐  modulaBons    

-­‐overdriving  the  voice  coil  can  cause  it  to  leave  the  magneBc  gap.    

-­‐inter-­‐modulaBon  appears  as  fullness  of  the  higher  frequencies        and  causes  listener  faBgue.    

The  Microphone  Demys0fied  

 -­‐   A  transducer  that    transforms  acous0cal   energy       into  electrical          energy.      -­‐ ”Energy”   that   i s   be ing  converted   by   the   microphone    is   the   sound   pressure   level  (SPL),  which   is   received      by  a  diaphragm   of   the   mic   and     is  t h e n   t r a n s f o rmed   i n t o  cor respond ing   sma l l   AC  voltages.    

Shure  55sh  

Most  common  types  of  microphones  

Dynamic  -­‐ It  has    a  magnet  that  which  can  move          within  the  coil  of  wire.  

-­‐ Uses  electromagne0c  induc0on.  

-­‐   does  not  need  phantom  power.    

-­‐ When  sound  hits  the  microphone          capsule,  it  causes  magnet  to  move            within  the  coil  and  induces  an  electric          current  and  flows  along  the  audio        cables  to  a  mixer  or  amplifier.      -­‐can  handle  high  SPL.    

Dynamic  Microphone  

Ribbon  Microphone    -­‐ a  unique  type  of  dynamic          microphone  that  is  based      around  a  thin,  corrugated        strip  of  metal  (oOen      aluminum)  or  film      suspended  between  two      magne0c  poles.    -­‐   this  level  is  very  low  compared  to  typical  dynamic  mics,  and  a  step-­‐up  transformer  boosts  both  the  output  voltage  and  impedance.  

-­‐ Ribbon  mics  are  very  sensi0ve,  but  they  are  oOen  quite  fragile.    

Carbon  Microphone    -­‐   It  consists  of  two  metal  plates        separated  by  granules  of  carbon.    

Condenser  Microphone    -­‐require  power  from  a  baQery  or  external  source.      -­‐The  resul0ng  audio  signal  is  stronger  signal  than          that  from  a  dynamic.    -­‐Condensers  also  tend  to  be  more  sensi0ve  and      responsive  than  dynamics.    -­‐They  are  not  ideal  for  high-­‐volume  work,        as  their  sensi0vity  makes  them  prone  to  distort.  

Condenser  Microphone  

Phantom  Power  (48+)    

 Is  a  method  for  transmiVng  DC  electric  Power  through    Microphone  cablesto  operate  microphones  that  contain  

Electric  circuitry.  

Microphone  pickup  paQerns  

Microphone  pickup  paQerns  

Mic  Posi0oning  for  Vocals  

Drum  mics  Posi0oning  

Mic  posi0oning  for  Acous0c  Guitar  

Mic  Posi0oning  For  Piano  

Mic  Posi0oning  for  News  Anchoring  

Other  Mic  Posi0oning  

Violin   Trombone  

Saxophone   Flute  

Mic  Posi0oning  for  Orchestra    

Stereo  Mic  Posi0oning  

  Stereo   miking   is   the   preferred  way   to   record   classical-­‐music   ensembles  and   soloists,   such   as   a   symphony  performed   in   a   concert   hall   or   a   string  quartet   piece   played   in   a   recital   hall.  Stereo  mic   techniques   capture   the   sound  of   a  musical   group  as   a  whole,   using  only  two  or  three  microphones.  

Stereo  Mic  Posi0oning  

End  Of  Discussion  

The  Audio  Mixing  Console  

What  is  an  Audio  Mixer?    -­‐A  resis3ve  network  designed  to  provide  a  means  of  combining  several  separate          audio  signal  sources  into  one  composite  signal.    -­‐the  network  is  designed  so  that  changing  the  level  of  any  one  of  the  individual  signal    sources  has  no  effect  on  the  level  or  frequency    characteris3cs  of  the  other  signal    sources  in  the  network.  

Basic  Func3ons    -­‐ Amplify   Signals   from   Microphones,  instruments   and   program   sources   of  level  required  to  drive  power  amplifiers  to  full  power    output.  

-­‐ Combine  different  signal  sources.  

-­‐ Adjust   each   input   (Gain,   Level,      Equaliza3on  ).  

-­‐ Route   each   input   to   one   or   more  designated    outputs.    

MIC  /  LINE    

MIC  /  LINE    

HEAD  AMP  GAIN  

HEAD  AMP  GAIN  

EQ  

EQ  

FADER  

FADER  

AUX  OUT  1  

AUX  OUT  2  

MAIN      OUT  LEFT  

MAIN      OUT    RIGHT  

AUX  PRE    

AUX  PRE    

AUX  PRE    

AUX  PRE    

Mixer  Signal  Flow  

Audio  cable  /  Snake  cable  

RCA  and  PL  Jack  Cable  

Special  Cables  

Unbalanced  vs  Balanced  

-­‐lower  noise  due    to  “common        mode  rejec3on”  (unwanted      signal)    -­‐higher    immunity    to  EMI    -­‐longer  cable  length    -­‐twis3ng  of  conductor  causes        electromagne3c  field  to  be        con3nually  reversed  with  each      full  twist,  prevents  crosstalk      with  other  cables.  

-­‐limited  to  a  maximum  of      approximately  5-­‐6  meters        cable  length.    -­‐no  cancella3on  of  electro-­‐      magne3c  interference.    -­‐relies  only    on  the  shield        strength  to    reduce  noise.    -­‐crosstalk  between    two        adjacent  lines.  

Equalizer    -­‐used   in   recording   studios,   broadcast   studios,  and   live   sound   reinforcement   to   correct   the  r e s p o n s e   o f  m i c r o p h o n e s ,   i n s t r u m e n t   p i c k -­‐ups,  loudspeakers,  and  hall  acous3cs.    -­‐The   most   common   equalizers   in   music  produc3on   are   parametric,   semi-­‐parametric,  graphic  

Sound  Processors    -­‐Passive  devices  alter  sound  directly.  These   are   the   form   of:   bass   traps,  diffusers,  large  halls,  etc.    -­‐Ac,ve  devices  alter  sound  electronically.  They  may  be  electroacous=c  devices  like    Compressors   and   digital   delays   either  analog  or  digital.    

Why  do  we  need?    -­‐to   remove   the   “ring”   or   feedback   of  sound   systems,   cleanup   the   muddy   mix,  compress   signals,   reproduce   sound  accurately,  etc.  -­‐to  enhance  or  highlight  a  musical  part.  -­‐  To  make  a  sound  output  more  brilliant.    

Filters      audio  filter  is  designed  to  amplify,  pass  or   aIenuate   (nega=ve   amplifica=on)  some  frequency  ranges.        

Electronic  Reverb  or  Delay  Devices    refers   to   the   way   sound   waves   reflect   off   various  surfaces   before   reaching   the   listener's   ear.   From   the  first  reflec=on  to  subsequent  dense  reverbera=ons    in  any  given  “volumetric  parameter”.  

Prac=cal  Applica=ons  of  Reverb  Devices    

-­‐Used  as  an  effect  to  add  texture  to  a  dry  signal  .    

-­‐Used  as  an  effect  to  determine  the  origin  of  the  sound.    

-­‐Used  as  visualiza=on  or  ar=s=c  expression  of  a  certain  sound.  

Compressors  and  Limiters  

 These   are   voltage   gain  amplifiers   that   decrease  signal  upon  a  given  level.  They  are  best  used  as   in  –line   devices   to   reduce  the   dynamic   range   of   a  signal.  

Basic  Controls    Threshold.   When   this   level   is  exceeded,   the   processor   starts  compressing   (i.e.,   aIenua=ng,  reducing  volume).    Ra,o   -­‐     determines   how   much  the   signal   is   “squezed”  once   the  threshold  is  reached.    a  ra=o  of  4:1  means  that  if  input  level   is   4   dB  over   the   threshold,  the   output   signal   level   will   be  1  dB  over  the  threshold.        

Basic  Controls    A3ack-­‐   controls   how   fast   the  compressor  reacts  to  the  signal.    Release-­‐   how   quickly   it   returns   the  signal  to  normal.    Gain-­‐  this  control  is  oZen  referred  to  as  "makeup  gain",  as   it  makes  up  for  t h e   c omp r e s s i o n   -­‐   i n du c ed  aIenua=on.