TKE317
Multimedia
Lecture 4: Audio
Dr. Aris Triwiyatno, ST, MT Dept. of Electrical Engineering
What is Sound
Sound is generally known as vibrational transmission of mechanical energy that
propagates through matter as a wave (through fluids as a compression wave, and through
solids as both compression and shear waves) solids as both compression and shear waves) that is audibly perceived by a living organism through it's sense of hearing. For humans,
hearing is limited to frequencies between about 20Hz and 20kHz, with the upper limit generally decreasing with age. Other species have a
Definisi
Definisi
•• Suara adalahSuara adalah
–
– fenomena fisik yang dihasilkan oleh getaran fenomena fisik yang dihasilkan oleh getaran benda
benda –
– getaran suatu benda yang berupa sinyal getaran suatu benda yang berupa sinyal –
– getaran suatu benda yang berupa sinyal getaran suatu benda yang berupa sinyal analog dengan amplitud
analog dengan amplitudee yangyang berubah berubah secara kontinu terhadap waktu
Frekuensi
Frekuensi
•• Berdasarkan frekuensi, suara dibagi Berdasarkan frekuensi, suara dibagi menjadi:
menjadi:
–
– Infrasound 0Hz Infrasound 0Hz –– 20 Hz20 Hz –
– Pendengaran manusia 20Hz Pendengaran manusia 20Hz –– 20 20 kkHzHz
4 4
–
– Pendengaran manusia 20Hz Pendengaran manusia 20Hz –– 20 20 kkHzHz –
– Ultrasound 20Ultrasound 20kkHz Hz –– 1 GHz1 GHz –
Frekuensi
Frekuensi
• Suara manusia: 50Hz – 10kHz. • Suara musik : 20Hz – 20kHz.
• Sistem multimedia menggunakan suara yang berada dalam kisaran pendengaran yang berada dalam kisaran pendengaran manusia.
Frekuensi
Frekuensi
•• AudioAudio: : Suara pada Suara pada kisarankisaran pendengaran pendengaran manusia
manusia. .
•• AAccoustic signalsccoustic signals: : gelombang gelombang audioaudio.. •• NoiseNoise: : Suara diSuara di luar luar kisarankisaran
6 6
•• NoiseNoise: : Suara diSuara di luar luar kisarankisaran pendengaran manusia
pendengaran manusia / derau/ derau (getaran (getaran yang tidak teratur dan tidak berurutan yang tidak teratur dan tidak berurutan dalam berbagai frekuensi, tidak dapat dalam berbagai frekuensi, tidak dapat didengar manusia).
Amplitud
Amplitude
e
•• Keras lemahnya bunyi atau tinggi Keras lemahnya bunyi atau tinggi rendahnya gelombang.
rendahnya gelombang.
•• Satuan amplitudSatuan amplitudee adalah deadalah dessibel (dibel (dBB)) •• Bunyi mulai dapat merusak telinga jika Bunyi mulai dapat merusak telinga jika •• Bunyi mulai dapat merusak telinga jika Bunyi mulai dapat merusak telinga jika
tingkat volumenya lebih besar dari 85 dB tingkat volumenya lebih besar dari 85 dB dan pada ukuran 130 dB akan mampu
dan pada ukuran 130 dB akan mampu me
Kecepatan (
Kecepatan (Velocity
Velocity))
• Kecepatan perambatan gelombang bunyi sampai ke telinga pendengar.
• Satuan yang digunakan: m/s
• Pada udara kering dg suhu 20 °C (68 °F)
8 8
• Pada udara kering dg suhu 20 °C (68 °F) kecepatan rambat suara lk 343 m/s
Representasi Suara
Representasi Suara
• Gelombang suara analog tidak dapat langsung direpresentasikan pada
komputer.
• Komputer mengukur amplitude pada • Komputer mengukur amplitude pada
satuan waktu tertentu untuk menghasilkan sejumlah angka. Tiap satuan pengukuran ini dinamakan “SAMPLE” / cuplik.
Konversi
Konversi Analog
Analog –
– Digital
Digital
• Adalah proses mengubah amplitude
gelombang bunyi menjadi level tertentu dalam interval yg tetap (disebut juga
sampling/pencuplikan), sehingga
10 10
sampling/pencuplikan), sehingga
menghasilkan representasi digital dari suara.
Laju Pencuplikan
Laju Pencuplikan
((Sampling rate
Sampling rate))
• Laju pencuplikan: jumlah sample
gelombang yang diambil dalam satu detik. • Contoh : jika kualitas CD Audio dikatakan
memiliki frekuensi sebesar 44100 Hz, memiliki frekuensi sebesar 44100 Hz, berarti jumlah cuplik (sample) sebanyak 44100 setiap detik.
Sampling
Sampling
1. Membuang frekuensi tinggi dari source signal 2. Mengambil sample
pada interval waktu tertentu (sampling) 3. Menyimpan amplitude 12 12 3. Menyimpan amplitude sample dan mengubahnya ke
dalam bentuk diskret (kuantisasi)
4. Merepresentasikan dalam nilai biner.
Nyquist
Nyquist
• Nyquist Sampling Rate : untuk memperoleh representasi akurat dari suatu sinyal analog secara lossless, amplitudenya harus diambil sample-nya minimal pada kecepatan (rate)
sama atau lebih besar dari 2 kali lipat komponen sama atau lebih besar dari 2 kali lipat komponen frekuensi maksimum yang akan didengar.
• Mis:
Untuk sinyal analog dengan bandwith 15Hz –
Sound
Sound recorded
recorded
14 14
Sound
Kualitas
Kualitas Digital Recording
Digital Recording
Tergantung pada : • Sample Rate • Sample Size • Channels 16 16 • Channels • Codecs
Kualitas
Kualitas Digital Recording
Digital Recording
(1) SAMPLE RATE
Rate at which samples are captured
Number of times/sec that waveform is measured
Kualitas
Kualitas Digital Recording
Digital Recording
(1) SAMPLE RATE
Rate at which samples are captured
Number of times/sec that waveform is measured
1000 samples per second = 1 KHZ (1000HZ)
18 18
Kualitas
Kualitas Digital Recording
Digital Recording
(1) SAMPLE RATE
Rate at which samples are captured
Number of times/sec that waveform is measured
Kualitas
Kualitas Digital Recording
Digital Recording
(2) SAMPLE SIZE
Mono signal
•one stream of data reproduced equally on both speaker channels
•Lose stereo separation
(3) CHANNELS
Mono vs. Stereo
Kualitas
Kualitas Digital Recording
Digital Recording
•Lose stereo separation
Stereo signal
Codecs use lossy compression
Removes redundant and less-significant data
(4) CODECS
Software programs that greatly reduce the audio file size
Kualitas
Kualitas Digital Recording
Digital Recording
Removes redundant and less-significant data
Each time compression applied, quality of level of the file diminishes
Higher sampling rate and the larger the
1 kHZ = 1000 cycles per second
SUMMARY
Combine Sample Rate, Sample Size, Channel
Kualitas
Kualitas Digital Recording
Digital Recording
and the larger the sample size, the
more accurately sound can be
The size of a file is a constant calculation based on:
sample rate bit Depth
number of channels (mono or stereo), compression
Comparison of file sizes for an uncompressed 16 bit, 44.1 kHz WAV music file:
Kualitas
Kualitas Digital Recording
Digital Recording
Size in Bytes
Size in Bytes 1 minute1 minute 2 minutes2 minutes 3 minutes3 minutes
Mono Mono Stereo Stereo 5,168 (5.2 MB) 5,168 (5.2 MB) 10,336 (10.3 10,336 (10.3 MB) MB) 10,336 (10.3 10,336 (10.3 MB) MB) 20,672 (20.6 20,672 (20.6 MB) MB) 15,504 (15.5 15,504 (15.5 MB) MB) 31,007 (31 MB) 31,007 (31 MB)
Comparison of file sizes for an uncompressed 16 bit, 44.1 kHz WAV music file:
Sound on the Web
Sound on the Web
Using audio on the Web? Audio files are quite large
File Size and File format is important
File Size File Size
• Select small sized files
• The smaller the file, the faster the webpage will download, and the faster it will start up playing the sound file
File Formats
Sound File Formats
Sound File Formats
So which format is best?
Format Audio
Format Audio –
– AAC
AAC
• AAC (Advanced Audio Coding) [ .m4a ]
– AAC bersifat lossy compression (data hasil kompresi tidak bisa dikembalikan lagi ke data sebelum
dikompres secara sempurna, karena setelah dikompres terdapat data-data yang hilang). dikompres terdapat data-data yang hilang).
– AAC merupakan audio codec yang menyempurnakan MP3 dalam hal medium dan high bit rates.
Format Audio
Format Audio -- AAC
AAC
• Cara kerja:
1. Bagian-bagian sinyal yang tidak relevan dibuang. 2. Menghilangkan bagian-bagian sinyal yang
redundan.
3. Dilakukan proses MDCT (Modified Discrete Cosine
28 28
3. Dilakukan proses MDCT (Modified Discrete Cosine Transform) berdasarkan tingkat kekompleksitasan sinyal.
4. Adanya penambahan Internal Error Correction. 5. Kemudian, sinyal disimpan atau dipancarkan.
Format Audio
Format Audio -- AAC
AAC
• Kelebihan AAC dari MP3:
1. Sample ratenya antara 8 Hz – 96 kHz, sedangkan MP3 16 Hz – 48 kHz.
2. Memiliki 48 channel.
3. Suara lebih bagus untuk kualitas bit yang rendah 3. Suara lebih bagus untuk kualitas bit yang rendah
(dibawah 16 Hz).
– Software pendukung AAC : IPod dan Itunes, Winamp.
– Handphone : Nokia N91, Sony Ericsson W800, dan Motorola ROKR E1.
Format Audio
Format Audio -- WAV
WAV
• WAVEFORM AUDIO [ .WAV ]
• WAV adalah format audio standar Microsoft dan IBM untuk PC.
– WAV biasanya menggunakan coding PCM (Pulse Code Modulation)
– WAV adalah data tidak terkompres sehingga seluruh sampel
30 30
– WAV adalah data tidak terkompres sehingga seluruh sampel audio disimpan semuanya di harddisk.
– Software yang dapat menciptakan WAV dari Analog Sound misalnya adalah Windows Sound Recorder.
– WAV jarang sekali digunakan di internet karena ukurannya yang relatif besar.
Format Audio
Format Audio -- AIF
AIF
• Audio Interchange File Format [.AIF]
– Merupakan format standar Macintosh. – Software pendukung: Apple QuickTime
Format Audio
Format Audio -- CDA
CDA
• Audio CD [.cda]
– Format untuk mendengarkan CD Audio
– CD Audio stereo berkualitas sama dengan
PCM/WAV yang memiliki sampling rate 44100
32 32
PCM/WAV yang memiliki sampling rate 44100 Hz, 2 Channel (stereo) pada 16 bit.
– Durasi = 75 menit
Format Audio
Format Audio –
– mp3
mp3
• Mpeg Audio Layer 3 [.mp3]
– lossy compression.
– ukurannya yang cukup kecil dipakai di Internet. – Distandarisasi pada tahun 1991.
– Kompresi menghilangkan bagian-bagian bunyi yang kurang berguna.
berguna.
– Kompresi mp3 dengan kualitas 128 bits 44000 Hz file berukuran 3-4 MB, panjang pendek lagu berpengaruh. – Pemutar file mp3 : Winamp.
– Encoder : LAME (Lame ain’t MP3 Encoder), Freeware 1998. – Macam-macam bit rate: 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128,
