Audiotekniikkaa
Etusivu Tietosivut Huumori Harrastukset Valokuvia Linkit
 

Audiotekniikkaa

Johdanto - Historiaa - Mikrofonit - Kaiuttimet - Tallennus - Äänenkäsittely - Koodaus - Laatu - Kirjallisuutta - Linkit

Johdanto

Audiotekniikka käsittää kaiken äänentoistoon, siirtoon ja tallennukseen liittyvän. Tänä päivänä sitä hyödynnetään lähes kaikessa viestinnässä, kuten radiossa, televisiossa, musiikissa, teatterissa, elokuvassa ja matkapuhelimissa. Vaikka nykyään ääni tallennetaan ja siirretään lähes aina digitaalisesti, on se lopulta aina viime kädessä, viimeistään kaiuttimessa, muutettava analogiseen muotoon.

Sivu on vielä työn alla...  :)


Historiaa

Ensimmäinen äänensiirtoon liittyvä keksintö on tiettävästi Samuel Morsen vuonna 1837 kehittämä langallinen lennätin sekä sitä hyödyntävä Morsen koodi. Lennättimen avulla siirrettiin lyhyistä ja pitkistä äänisignaaleista koostuvia merkkejä. Alexander Graham Bell kehitti vuonna 1874 kuulolaitteen, joka perustui äänten vastaanottamiseen noella päällystetyn lasilevyn avulla. Kehitystyö johti lopulta puhelimen keksimiseen vuonna 1876. Yksi keskeisimmistä audiotekniikkaan liittyvistä suureista, desibeli, on nimetty Bellin mukaan.

Varsinainen audiotekniikka sai alkunsa vuonna 1877, kun amerikkalainen Thomas Edison kehitti ensimmäisen ääntä tallentavan koneen, fonografin. Laitteessa ääni tallennettiin vahapäällysteiselle pyörivälle sylinterille. Äänenlaatu ja lieriöiden kestävyys olivat kuitenkin niin heikkoja, että Edison luopui sen kehittelystä (vuonna 1883 sitten välähti hehkulampun muodossa). Kymmenen vuotta myöhemmin Emilie Berliner korvasi fonografin sylinterin ohuilla vahalla päällystetyillä sinkkilevyillä, joihin kaiverrettiin urat. Kehitystyön tuloksena syntyi gramofoni. Vuotta myöhemmin Berliner kehitti myös menetelmän äänilevyjen monistamiseen.

Audiotekniikan kulmakiviä
Audiotekniikan kulmakiviä.

Ensimmäiset yleisradiolähetykset aloitti BBC vuonna 1923. Ensimmäiset koeluontoiset TV-lähetykset yhtiö aloitti 1932 ja säännöllinen toiminta käynnistyi vuonna 1936. Suomessa Yleisradio aloitti omat lähetykset vuonna 1926. Säännölliset televisiolähetykset aloitettiin 1958, mutta kaapeliverkossa tapahtuvaa lähetystä oli kokeiltu jo vuonna 1950. Vuonna 1989 aloitettiin digitaaliset yleisradiolähetykset, jotka myös Yle otti käyttöön vuonna 1997, mutta ne lopetettiin vuonna 2005 vähäisen suosion vuoksi.

Ensimmäisen stereoäänilevyn kehitti EMI vuonna 1933 fyysikko Alan Blumleinin johdolla. Nykymuotoisen pitkäsoiton mahdollistavan mikrouran kehitti amerikkalainen Peter Goldenmark vuonna 1947. Mikrouran ansiosta levylle oli mahdollista tallentaa 25-30 minuuttia. Kehitystyö johti ensimmäisten stereolevyjen tuomiseen markkinoille vuonna 1958. 

Vuonna 1961 Philips sai valmiiksi ensimmäisen C-kasetin (Compact Cassette) ja ensimmäinen kasettinauhuri esiteltiin Berliinissä vuonna 1963. Pienen kokonsa ansiosta C-kasetti valtasi markkinoita vinyylilevyiltä ja nämä tallennusmuodot pitivätkin markkinoita hallussaan aina 1980-luvun puoliväliin saakka. C-kasetin ongelmana vinyyliin nähden oli kohina, johon ratkaisun kehitti Raymond Dolby vuonna 1967. Ensimmäinen Dolby A oli pääasiassa ammattikäyttöön ja kuluttajamarkkinoille suunnattu Dolby B esiteltiin muutamaa vuotta myöhemmin. 

Vuonna 1979 Philips ja Sony pääsivät vihdoin sopuun CD-levyllä käytettävästä tekniikasta ja ensimmäiset levyt tulivat markkinoille 1982. Saksan Hannoverissa valmistettiin 17.8.1992 ensimmäinen kuluttajatason CD-levy sarjatuotantona. Kunnian sai länsinaapurimme menestysyhtye ABBA albumillaan Visitors. Ensimmäiset kotikäyttöön soveltuvat tallentavat CD-R levyt tulivat markkinoille 1990-luvun alussa, mutta ne yleistyivät vasta vuosikymmenen lopulla hintojen romahdettua murto-osaan. Vajaassa parissakymmenessä vuodessa tyhjien CD-R-aihioiden hinnat ovat pudonneet yli parista eurosta alle pariinkymmeneen senttiin kappaleelta, ja samalla sekä toimintavarmuus että luotettavuus ovat kohentuneet merkittävästi.

Ensimmäinen digitaalinen äänijärjestelmä Dolby Digital esiteltiin vuonna 1992, josta kehiteltiin edelleen kotiteatteritarkoitukseen Dolby AC3 vuonna 1995. Järjestelmä otettiin käyttöön myöhemmin myös DVD-tekniikassa.

Vuonna 1993 mp3-tiedostot alkoivat liikkua internetissä. Vuonna 1999 kasattiin amerikkalaisessa yliopistoyhteisössä tiedostojen jakamiseen kehittyi Napster, joka mullisti äänitiedostojen leviämisen tietoverkoissa. Ääniteteollisuus yritti kaataa Napsterin oikeustoimien avulla, mutta hävisi jutun. Myöhemmin palvelu kuitenkin suljettiin ja nykyään se toimii maksullisena ja laillisena musiikinvälityskanavana. Vertaisverkkojen periaatteet oli kuitenkin kehitetty ja Napsterin tilalle syntyi lukuisia muita verkkoja, joilla on tällä hetkellä satoja miljoonia käyttäjiä ympäri maailman.

Uusimmat kehityssuunnat ovat pääasiassa langattoman viestinnän ja tiedonsiirron alueilla. Luultavasti jo lähitulevaisuudessa suurin osa musiikista ladataan langattomasti mediakeskuksena mukana kulkevaan kämmenmikroon. Myös tallennusmedioiden kapasiteetti tulee kasvamaan vaikka jo nykyään voi yhdelle DVD-levylle tallentaa tuhansia hyvälaatuisia musiikkitiedostoja.


Mikrofonit  top

Mikrofonin tehtävänä on muuntaa siihen saapuva ääni sähköiseksi signaaliksi vahvistusta tai tallennusta varten. 

Dynaaminen mikrofoni

Dynaamisen mikrofonin (dynamic microphone) toimintaperiaate on sama kuin kaiuttimilla, mutta tietysti päinvastainen. Akustinen värähtely saa magneetin ympärillä olevan kelan värähtelemään synnyttäen tähän jännitteen.


Dynaamisen mikrofonin toimintaperiaate.

Dynaaminen mikrofoni on kestävä, kohtuuhintainen ja se tarjoaa kuitenkin varsin hyvän äänenlaadun. Tämän vuoksi se on erittäin yleinen mm. konserttikäytössä. Sen herkkyys on kuitenkin heikompi kuin kondensaattorimikrofonin, joten se ei sovellu esimerkiksi laboratorio- tai mittauskäyttöön.

Nauhamikrofoni (ribbon microphone) toimii kuten dynaaminen mikrofoni, mutta kelan tilalla on metallinen nauha, joka toimii samalla värähtelevänä kalvona.

Kondensaattorimikrofoni

Kondensaattorimikrofoni (condenser microphone) on toiminnaltaan hieman monimutkaisempi kuin dynaaminen mikrofoni.


Kondensaattorimikrofonin toimintaperiaate.

Kondensaattorimikrofonin suurin etu on ehdottomasti äänenlaatu sekä kyky toistaa hyvän herkkyytensä vuoksi myös hiljaisia ääniä. Haittapuolina jonkin verran kalliimpi hinta ja heikompi kestävyys, jonka vuoksi se soveltuu huonosti esimerkiksi konsertti- tai ulkokäyttöön. 

Elektreettimikrofoni (elektrec condencer microphone) on kondensaattorimikrofonin erityistyyppi, joka toimii samalla periaatteella, mutta siinä ei käytetä erillistä polarisaatiojännitettä vaan mikrofonin kalvo on varattu pysyvästi (varaus ei varsinaisesti ole pysyvä, mutta kestää jopa kymmeniä vuosia). Mikrofonin esivahvistimen tarvitsema jännite saadaan sisäänrakennetulla paristolla. Elektreettimikrofonit ovat kooltaan pieniä ja varsin halpoja valmistaa. Ne tarjoavat silti kohtuullisen hyvän äänenlaadun ja niitä käytetään mm. kuulokojeissa sekä puhelimissa.

Mikrofonien suuntakuviot

Mikrofoneille voidaan toteuttaa erilaisia suuntakuvioita käyttötarkoituksesta riippuen. Yksinkertaisin suuntakuvio on tietysti pallo, joka poimii ääniä tasaisesti joka suunnasta.


Mikrofonien suuntakuvioita. Mikrofonin suunta ylöspäin.


Kaiuttimet  top

Kaiuttimen tehtävänä on muuntaa vahvistimelta tuleva sähköinen signaali akustiseksi värähtelyksi ja siten kuultavaksi ääneksi.


Kaiuttimia Genelecin kuuntelutilassa.

 


Äänen tallentaminen  top

Ääntä on kyetty tallentamaan kohtuullisella laadulla noin sadan vuoden ajan, mutta vasta digitaalisen tekniikan yleistyminen 1980-luvulla mahdollisti laadukkaan ja ennen kaikkea kestävän tavan tallentaa ääntä.

 


Äänenkäsittely  top

Digitaali- ja tietotekniikan huima kehitys on mahdollistanut yhä tehokkaampien ja helppokäyttöisempien äänenkäsittely-ympäristöjen kehittämisen. Ennen kaikkea kehitys on ollut huimaa hinta-laatu-suhteessa.


Audiokoodaus  top

Vielä joitain vuosia sitten käytettävissä oleva siirto- ja tallennuskapasiteetti oli paljon pienempi kuin sen tarve. Tämä johti lopulta erittäin tehokkaiden audiokoodausmenetelmien kehittämiseen. Tekniikasta on hyötyä nykyäänkin, vaikka nykyinen tiedonsiirto- ja tallennuskapasiteetti periaatteessa riittääkin hyvälaatuiseen reaaliaikaiseen työskentelyyn. Esimerkiksi kannettavissa laitteissa, kuten mp3-soittimissa, audiokoodaus näyttelee edelleen erittäin keskeistä roolia, koska musiikki halutaan tunkea yhä pienempään ja pienempään tilaan. Matkaviestintä on myös tekniikan ala, jossa olisi täysin kestämätön ajatus olla hyödyntämättä tehokkaita äänen pakkaustekniikoita.


Laatu ja mittaukset  top

Audiotekniikassa äänenlaatua voidaan mitata useilla eri tunnusluvuilla sekä subjektiivisilla kuuntelukokeilla.

 

Listattu mm. täällä.


Kirjallisuutta  top

  • Blomberg, Esa ja Lepoluoto, Ari. Audiokirja. 1992 - 2005.
  • Everest, Alton F. The Master Handbook Of Acoustics. McGraw-Hill, 2001
  • Kientzle, Tim. A Programmers Guide To Sound. Addison-Wesley 1997.
  • Suntola, Silja. Luova studiotyö. Idemco Oy 2000 - 2005.

Linkkejä  top

Sivun on tarkoitus olla mahdollisimman tiivis, mutta samalla kuitenkin kattava esitys audiotekniikasta (siis valmistuttuaan). Mikäli löysit sivulta kommentoitavaa tai haluat vain muuten antaa palautetta, se onnistuu tästä.

top


Sivua on päivitetty 21.11.2016.