声音及其分类.pptx
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1、n2.1 声音及其分类n2.1.1 声音的概念n 声音是通过空气传播的一种连续的波,由空气振动引起耳膜的振动,由人耳所感知。第2章 声音媒体 声音被分为无规则的噪音和有规则的音频声音被分为无规则的噪音和有规则的音频信号;信号;有规则音频信号有规则音频信号是一种连续变化、周期是一种连续变化、周期性的模拟信号性的模拟信号,可用一条连续的曲线来表示,可用一条连续的曲线来表示,称为称为声波声波。n波形文件波形文件:包括了所有的声音文件。包括了所有的声音文件。n语音语音:是波形文件,是一种特殊媒体。是波形文件,是一种特殊媒体。n音音乐乐:规规范范的的符符号号化化了了的的声声音音,这这种种符符号就是乐谱。
2、号就是乐谱。2.1.2 声音的分类声音的分类2.1.3 2.1.3 声音的三要素声音的三要素n模拟声波信号曲线为一系列正弦波的线模拟声波信号曲线为一系列正弦波的线性叠加性叠加 .n声波信号是由基音和泛音组成。声波信号是由基音和泛音组成。n频率最低的音波称为基频或基音频率最低的音波称为基频或基音 .n除此之外的音波都称为泛音,其频率是除此之外的音波都称为泛音,其频率是基频的整数倍。基频的整数倍。n音调音调:声音的高低叫做音调声音的高低叫做音调(pitch)(pitch)。音调。音调与声音的频率有关。与声音的频率有关。n音色音色 :与波形相关,取决于声波的频谱,:与波形相关,取决于声波的频谱,即由
3、混入基音的泛音所决定的。即由混入基音的泛音所决定的。n音强音强 :即声音的响亮程度,与声音信号的:即声音的响亮程度,与声音信号的幅度成正比。用声音信号幅度取对数后再幅度成正比。用声音信号幅度取对数后再乘乘2020所得值来描述声强,以分贝(所得值来描述声强,以分贝(dBdB)为)为单位,此时称为音量。单位,此时称为音量。2.2 音频信号2.2.1 2.2.1 音频音频 音音频频是是指指人人类类听听觉觉所所感感知知范范围围内内的的频频率率,也也称称声频。声频。n次声波次声波(subsonic)(subsonic):频率低于:频率低于20Hz20Hz的信号。的信号。n超声波超声波(ultrasoni
4、c)(ultrasonic):频率高于:频率高于20KHz20KHz的信号。的信号。n 音音频频(Audio)(Audio):频频率率范范围围是是20Hz20Hz20KHz20KHz的的声声音音信信号号,是是人人耳耳能能听听到到的的声声音音信信号号,次次声声波波和和超超声声波波之之间间的的音音频频为为可可听听声声波波,即即属属于于多多媒媒体体音音频频信信息息范畴。范畴。2.2.2 2.2.2 声音质量的度量声音质量的度量n*客观质量度量客观质量度量即音频信号的技术即音频信号的技术 指标,如:频带宽度、动态范围和信噪指标,如:频带宽度、动态范围和信噪比;比;n*主观质量度量主观质量度量n*在语音
5、评价过程中,主观的质量评价在语音评价过程中,主观的质量评价 较客观的质量评价更为恰当。较客观的质量评价更为恰当。1.1.客观评价指标客观评价指标(1)(1)频带宽度频带宽度n*声音信号是由许多频率不同的分量信号声音信号是由许多频率不同的分量信号组成的复合信号。组成的复合信号。n*复合信号的频率范围称为频带宽度。复合信号的频率范围称为频带宽度。n*频带越宽,包含的音频信号越丰富,频带越宽,包含的音频信号越丰富,*通常将音质定义为通常将音质定义为4 4个等级标准:个等级标准:(1)(1)频带宽度频带宽度1.1.客观评价指标客观评价指标(2)(2)动态范围动态范围n*声音的动态范围:音频信号的最大强
6、度声音的动态范围:音频信号的最大强度与最小强度之比。与最小强度之比。n*动态范围越大,说明音频信号的相对变动态范围越大,说明音频信号的相对变化范围大,则音响效果越好。化范围大,则音响效果越好。音质效果音质效果AMAM广广播播FMFM广广播播数字电数字电话话CDCDDADA动态范围动态范围(dBdB)4040606050501001001.1.客观评价指标客观评价指标(3)(3)信噪比信噪比n*信噪比是有用信号与噪声之比的简称。信噪比是有用信号与噪声之比的简称。n*噪音可分为环境噪音和设备噪音,噪音可分为环境噪音和设备噪音,n*通常信噪比分为系统输入信号的信噪比通常信噪比分为系统输入信号的信噪比
7、SNRSNR(inin)和系统输出信号的信噪比)和系统输出信号的信噪比SNRSNR(outout)。)。n*信噪比越大,声音质量越好。信噪比的表达信噪比越大,声音质量越好。信噪比的表达式如下:式如下:有用信号的平均功率有用信号的平均功率噪声的平均功率噪声的平均功率SNR=SNR=2.2.主观度量法主观度量法 分数分数质量级别质量级别失真级别失真级别5 5优优(Excellent)(Excellent)无察觉无察觉4 4良良(Good)(Good)(刚刚)察觉但不讨厌察觉但不讨厌3 3中中(Fair)(Fair)(察觉察觉)有点讨厌有点讨厌2 2差差(Poor)(Poor)讨厌但不反感讨厌但不反
8、感1 1劣劣(Bad)(Bad)极讨厌极讨厌(令人反感令人反感)2.3 2.3 声音信号数字化声音信号数字化 2.3.1 2.3.1 声音信号数字化过程声音信号数字化过程n*数字化过程:模拟数字转换(数字化过程:模拟数字转换(A/DA/D)转换过程)转换过程。n*采样(采样(samplingsampling):时间上进行离散化处理,即每隔相等):时间上进行离散化处理,即每隔相等的一段时间在声音信号波形曲线上采集一个信号样本。的一段时间在声音信号波形曲线上采集一个信号样本。n*量化量化 (quantization)(quantization):对采样后的声音信号幅值进行离:对采样后的声音信号幅值
9、进行离散化处理。如果幅度的划分是等间隔的,就称为线性量化,散化处理。如果幅度的划分是等间隔的,就称为线性量化,否则就称为非线性量化。否则就称为非线性量化。n*编码:将采样和量化后的数字化声音信息以二进制形式并编码:将采样和量化后的数字化声音信息以二进制形式并按照一定的数据格式进行表示。按照一定的数据格式进行表示。2.3.22.3.2数字化声音的技术指标数字化声音的技术指标1.1.采样频率采样频率 n*采样频率是指单位时间内的采样次数。采样频率是指单位时间内的采样次数。n*奈奎斯特(奈奎斯特(Harry NyquistHarry Nyquist)采样理论:只要采样)采样理论:只要采样频率频率f(
10、1/T)f(1/T)高于输入信号最高频率的两倍,则经过高于输入信号最高频率的两倍,则经过采样后的采样信号能够包含原模拟信号的全部信息,采样后的采样信号能够包含原模拟信号的全部信息,且经过反变换和低通滤波后可不失真地恢复原模拟且经过反变换和低通滤波后可不失真地恢复原模拟信号。信号。n*电话话音的信号频率约为电话话音的信号频率约为3.4 kHz3.4 kHz,采样频率就选,采样频率就选为为8 kHz.CD 8 kHz.CD 激光唱盘采样频率为激光唱盘采样频率为44.1KHz44.1KHz,可记录,可记录的最高音频为的最高音频为22.05KHz22.05KHz。n*采样的三个标准频率分别为:采样的三
11、个标准频率分别为:44.1KHz44.1KHz,22.05KHz22.05KHz和和11.025KHz11.025KHz。2.3.22.3.2数字化声音的技术指标数字化声音的技术指标2.2.量化精度量化精度n*量化精度是指对模拟音频信号的幅度进量化精度是指对模拟音频信号的幅度进行数字化二进制表示的位数,它决定了行数字化二进制表示的位数,它决定了模拟信号数字化以后的动态范围。模拟信号数字化以后的动态范围。n*一般的量化精度为一般的量化精度为8 8位或位或1616位。位。n*量化位数越高,信号的动态范围越大,量化位数越高,信号的动态范围越大,量化精度越高,但所需要的存贮空间也量化精度越高,但所需要
12、的存贮空间也越大。越大。2.3.22.3.2数字化声音的技术指标数字化声音的技术指标3.3.声道数声道数n 声道数指的是一次同时产生的声波组数。声道数指的是一次同时产生的声波组数。n(1 1)单声道)单声道n 缺乏位置感缺乏位置感 n(2 2)立体声)立体声n *声音在录制过程中被分配到两个独立的声音在录制过程中被分配到两个独立的声道,但所占空间比单声道多一倍。声道,但所占空间比单声道多一倍。n *这种技术在音乐欣赏中尤为有用,这种技术在音乐欣赏中尤为有用,n *依然是许多产品遵循的技术标准。依然是许多产品遵循的技术标准。2.3.22.3.2数字化声音的技术指标数字化声音的技术指标3.3.声道
13、数声道数n(3 3)四声道环绕)四声道环绕 n 规定了规定了4 4个发音点:前左、前右,后左、后右,同时建个发音点:前左、前右,后左、后右,同时建议增加一个低音音箱,以加强对低频信号的回放处理议增加一个低音音箱,以加强对低频信号的回放处理(4.1(4.1声道音箱系统广泛流行的原因声道音箱系统广泛流行的原因)。n(4 4)5.15.1声道声道n 运用于各类传统影院和家庭影院中,一些知名的声音运用于各类传统影院和家庭影院中,一些知名的声音录制压缩格式,都以录制压缩格式,都以5.15.1声音系统为技术蓝本的。声音系统为技术蓝本的。n增加了一个中置单元增加了一个中置单元,负责传送低于负责传送低于80H
14、z80Hz的声音信号,在欣的声音信号,在欣赏影片时有利于加强人声,把对话集中在整个声场的中部,赏影片时有利于加强人声,把对话集中在整个声场的中部,增加整体效果。增加整体效果。n(5 5)7.17.1声道声道n 它在它在5.15.1的基础上增加了中左和中右两个发音点。当然的基础上增加了中左和中右两个发音点。当然由于成本比较高,趋于流行还有待时日。由于成本比较高,趋于流行还有待时日。2.3.22.3.2数字化声音的技术指标数字化声音的技术指标4.4.编码算法编码算法n*作用:采用一定的格式记录数字数据;采用作用:采用一定的格式记录数字数据;采用一定的算法压缩数字数据减少存贮空间和提高一定的算法压缩
15、数字数据减少存贮空间和提高传输效率。传输效率。n*压缩算法包括有损压缩和无损压缩;有损压压缩算法包括有损压缩和无损压缩;有损压缩指解压后数据不能完全复原,要丢失一部分缩指解压后数据不能完全复原,要丢失一部分信息。信息。n*压缩编码的基本指标之一就是压缩比,音频压缩编码的基本指标之一就是压缩比,音频数据压缩比数据压缩比=压缩后的音频数据压缩后的音频数据/压缩前的音频压缩前的音频数据。数据。n*它通常小于它通常小于1 1,压缩比越大,信息丢失越多、,压缩比越大,信息丢失越多、信号还原后失真越大。信号还原后失真越大。2.3.22.3.2数字化声音的技术指标数字化声音的技术指标5.5.数据率及数据文件
16、格式数据率及数据文件格式n*数据率为每秒位数,它与信息在计算机中的数据率为每秒位数,它与信息在计算机中的实时传输有直接关系,而其总数据量又与计算实时传输有直接关系,而其总数据量又与计算机的存储空间有直接关系。机的存储空间有直接关系。n*用数字音频产生的数据一般以用数字音频产生的数据一般以WAVEWAVE的文件格的文件格式存贮,以式存贮,以“.WAV”.WAV”作为文件扩展名。是作为文件扩展名。是Windows Windows 下通用的数字音频标准,用下通用的数字音频标准,用WindowsWindows的媒体播放器可以播放。的媒体播放器可以播放。n*MP3MP3的应用虽然很看好,但目前还需专门的
17、播的应用虽然很看好,但目前还需专门的播放软件,如放软件,如RealPlayerRealPlayer等。等。2.3.32.3.3数字化声音的质量和存储量数字化声音的质量和存储量n*数据量(数据量(ByteByte)=(=(采样频率采样频率量化精度量化精度声道声道 n 数数声音持续时间声音持续时间)/8)/8 n*CD*CD格式格式1 1秒:秒:(采样频率采样频率量化位数量化位数声道数声道数声音声音持续时间持续时间)/8)/8(44.1k 162144.1k 1621)/8=0.176MB/s/8=0.176MB/s n*一个小时一个小时CDCD格式的音乐需要格式的音乐需要635MB635MB的存
18、贮空间,其实的存贮空间,其实CDCD最长的重放时间为最长的重放时间为7474分钟。分钟。n*5.15.1声道每秒钟的数据量为:声道每秒钟的数据量为:n(采样频率采样频率量化位数量化位数声道数声道数声音持续时间声音持续时间)/8)/8(44.1k 165.1144.1k 165.11)/8=0.45MB/s/8=0.45MB/s,n*一个小时的多声道格式的音乐需要一个小时的多声道格式的音乐需要1.62GB1.62GB的存储空的存储空间,远远大于间,远远大于CDCD的容量。的容量。常用的采样指标及等效音质常用的采样指标及等效音质 n数字音频等级数字音频等级 采样频率采样频率(KHz)(KHz)量化
19、位数量化位数(bit)(bit)声道数声道数每分钟的数据量每分钟的数据量(MB,(MB,无压缩无压缩)等效音等效音质质11.02511.0258 8单声道单声道0.630.63语音语音22.0522.051616双声道双声道5.055.05FMFM广播广播44.144.11616双声道双声道10.0910.09CDCD唱盘唱盘常用的采样指标及等效音质常用的采样指标及等效音质 n数字音频等级数字音频等级 信号类型信号类型频率范围频率范围(HzHz)采样率采样率(kHzkHz)量化位数量化位数(bitbit)电话话音电话话音200340020034008 88 8宽带音频宽带音频507000507
20、00016161616调频广播调频广播2015k2015k37.837.81616高质量音频高质量音频2020k2020k44.144.116162.4 MIDI2.4 MIDI接口和音乐合成接口和音乐合成 nMIDIMIDI(Musical Instrument Digital Musical Instrument Digital InterfaceInterface)是电子乐器数字接口的缩写,是)是电子乐器数字接口的缩写,是数字音乐数字音乐/电子合成乐器国际标准电子合成乐器国际标准 .nMIDIMIDI是一个协议,它不是把音乐的波形进行数是一个协议,它不是把音乐的波形进行数字化采样和编码,
21、而是将数字式电子乐器的弹字化采样和编码,而是将数字式电子乐器的弹奏过程记录下来,只包含用于产生特定声音的奏过程记录下来,只包含用于产生特定声音的指令指令.n电脑把这些指令交由音频卡去合成相应的声音,电脑把这些指令交由音频卡去合成相应的声音,根据记录的乐谱指令,通过音乐合成器生成音根据记录的乐谱指令,通过音乐合成器生成音乐声波,经放大后由扬声器播出。乐声波,经放大后由扬声器播出。2.4 MIDI2.4 MIDI接口和音乐合成接口和音乐合成n最初,同一最初,同一MIDIMIDI文件在不同的设备会出现完全不同的文件在不同的设备会出现完全不同的放声效果。放声效果。nGMGM(GENERAL MIDIG
22、ENERAL MIDI,通用,通用MIDIMIDI)标准得到了)标准得到了WindowsWindows操操作系统的支持。它规定了前作系统的支持。它规定了前128128中常用乐器的音色编排中常用乐器的音色编排方式,例如方式,例如1 1号是钢琴,号是钢琴,6666号是萨克斯管等等,它实际号是萨克斯管等等,它实际上是对上是对MIDIMIDI规范的补充。规范的补充。n ROLANDROLAND公司公司GS(General SynthesizerGS(General Synthesizer,通用合成,通用合成器器)标准兼容标准兼容GMGM的基础上,提供比的基础上,提供比GMGM标准数量更多的打标准数量更
23、多的打击乐器组合更多的特殊音响。击乐器组合更多的特殊音响。nYamahaYamaha公司公司基于基于GMGM标准的标准的XGXG(Extended General Extended General MIDIMIDI,扩展的通用,扩展的通用MIDIMIDI)标准。)标准。2.4 MIDI2.4 MIDI接口和音乐合成接口和音乐合成nMIDIMIDI文件的大小要比文件的大小要比WAVWAV文件小的多,即文件小的多,即一分钟的一分钟的WAVWAV文件约要占用文件约要占用10MB10MB的硬盘空的硬盘空间,而一分钟的间,而一分钟的MIDIMIDI却只有区区的却只有区区的3.4KB3.4KB。nCMFC
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