《声音数字化》doc版

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1、第一章：数字音频基础 1.1.了解声音1.1.1.声音基础，什么是声音？声音源自空气的震动，例如由吉他的琴弦、由声带或者扬声器的振膜所生产的震动。这些振动压缩附近的空气分子，造成空气压力略有增加。受压的空气分子继而推动压缩它们周围的空气分子，被压缩的空气分子再继续推动下一组，如此往复。高压区在空气中向前移动，留下身后的低压区。当这些有高低压变化的波浪抵达我们时，转换为人耳朵里受体的震动，作为声音被我们接受。 在我们生活的世界里充满着各式各样的声音，如闪电的雷鸣声、山溪潺潺的流水声、海水的波涛声、火车轮船的汽笛声、节日喜庆的锣鼓声、商场闹市的嘈杂声、人们相互之间的交谈声。。

2、。。这些声音虽然发声的形式各不相同，但它们有一共同特点，即所有的声音都是物体的振动产生的。因此，有时就把产生声音的振动物体称为声源。  声源可是以固体，也可以是液体。  声音来自于振动，但振动并不一定能产生声音。振动必须通过弹性媒质才能把声音传播出去，正如电厂的发电机发出的电能要能过导线才能输送到千家万户一样。例如扬声器的发声，当外加激发的音频信号使扬声器纸盆前后振动时，邻近纸盆前面的空气层被带动一起振动，该空气层振动后又带动其前面相邻的空气层一起振动。这样一层层空气就由近及远地依次振动，从而使物体的振动以一定的速度传播出去。值得指出，当声音在媒质中向四面八方传播时，媒质

3、本身并不随声音一起传播出去，它只是在一圈圈向外扩散的圆形水波。如果水面上有一片树叶，则可以看到树叶在原来位置上下振动，它不会随水波扩散而向外漂去。这种运动形式就叫波动。振动和波动是互相密切联系的，振动是波动的产生振源，而波支是振动的传播过程。声音在本质上是机械振动的传播过程。因此，声音也叫做声波。声波传播的媒质同样可以是固体、气体、或液体。声波在气体和液体中只能产生纵波，所谓纵波就是媒质质点振动方向和声波传播方向相同的波。声波在固体中不仅能产生纵波，而且还能产生横波，所谓横波就是媒质质点振动方向和声波方向相垂直的波。声波一般是通过空气媒质，经外耳道使鼓膜产生振动，并经中耳

4、放大，传到内耳转换成神经脉冲，刺激听觉神经产生声音的感觉。声在每秒内传播的距离叫做音速。在15℃时空气中的这个值是340米/秒。一个视觉上表示声音的波形，描述的就是这些空气压力的波浪。波形里的0线表示的是静止时的空气压力。当波形到达波峰时，表示高压；当滑至波谷，就表示低压。图：一个表示为视觉波形的声波A.0线   B.低压区   C.高压区 1.1.2.声波的量化 一些描述波形的量：振幅：反映波形中从波峰到波谷的压力变化幅度。大振幅的波形声音大，小振幅的波形声音小。周期：描述了周期性的压力变化中的一个基本单位，从0开始经过波峰到达波谷再返回0。频率：以赫茨（Hz）为单位，

5、描述一秒钟内震动的次数。频率越高，音调越高。相位：以360度来表示来表示一个周期中波形所处的位置。0度表示起点，90度表示高压点，180度表示中间，270度表示低压点，360回到终点。波长：用长度单位来计量，例如厘米（cm）。表示了度数相同的两个相位之间的距离。当频率增加时，波长变短。图：左侧为一个周期；右侧为一个完整的20赫兹波形A.波长    B.相位度数    C.振幅    D.一秒钟 1.1.3.声波的相互作用 当两个以上的声波相遇时，他们相互增减。当他们波峰波谷相位都完全一致时，他们会相互增强，结果形成的波的形振幅比每个波都大。图：相位相同的波互相增强 如果两

6、个波的波峰波谷相位完全相反，他们就互相抵消，结果形成一个0波形。图：相位相反的波相互抵消 然而在大多数情况下，波的相位不尽相同，结果形成比单个波要复杂得多的波形。例如，一个代表音乐、人声、噪音和其他声音的复杂波形，把各个波形组合在了一起。基于独特的物理结构，一件乐器可以产生极度复杂的波形。这就是为什么小提琴和小号即使演奏相同的音符听起来也大不相同。图：两个简单波形组合成一个复杂的波形。声音的种类              纯音：轻敲音叉所发出的一种单一频率的正弦波声音复合音：包含两个以上纯音的声音基本音：周期性的复合音与周期相同的声音或非周期性的复合音中最低频率的声音谐波

7、：又称倍音，在具有周期性的复合音中，除基本音以外，与基本音成整数倍的声音 单音：一个基本音与其整数倍的谐波组成的声音 谐和音：在单音的混合声中，其倍频相等的声音 噪音：无规律（非周期性）的声音 声音的三要素              ①声调：声调的高低主要是由频率的高低决定的，人的耳朵所能感知的范围一般为20Hz～20kHz   频率高的声音被称为高音   频率低的声音被称为低音②响度：声音的大小,衡量声音强弱有一个标准尺度，就是表示声音强弱的单位，通常使用dB单位来表示    声压：由声波使空气的大气压发生变化的幅度，单位是