第04章-多媒体音频信息处理技术

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1、第4章多媒体音频信息处理技术4.1认识声音4.2声音的数字化方法4.3声音的MIDI技术4.4计算机声卡与声音文件格式4.5声音的加工处理软件4.1认识声音4.1.1声音处理技术的历史回顾4.1.2声音信号的形式与特征4.1.3声音质量的评价4.1.1声音处理技术的历史回顾1.自古以来人类很早就开始研究声音，并利用当时已掌握的声音的某些规律来制造乐器、进行建筑设计或传声装置设计等，使声音更悦耳动听或传得更远。请举出古代利用声音的例子天坛的回音壁、三音石，古代乐器，等铁路工人用铁锤敲击铁轨、医生的听诊器、行军打仗的号角鼓声这个时期，声音处理技术

2、的特征：凭耳朵辨别声音，不能记录和存储声音4.1.1声音处理技术的历史回顾2.机械方法记录和播放19世纪爱迪生发明留声机启发现象电话传话器里的膜板随着说话声会引起震动的现象是一种播放声音的机械装置，预先按声音波形特征刻制在唱片表面(弧形凹槽)，播放时引起探针的不同幅度的振动并传递发声。4.1.1声音处理技术的历史回顾3.电声技术依靠电信号来记录并播放声音通过电压产生模拟声波变化的电流信号，灌录成早期的唱片或磁带，这种电流信号称为模拟信号。磁带上的磁极变化或唱片音槽内的纹路起伏变化都是声音信号的变化对应成正比的。4.1.1声音处理技术的历史回顾

3、4.数字化声音处理技术依靠数字信号来记录并播放声音核心技术是对声音的采样。4.1.2声音信号的形式与特征1.什么是声音？(声音的形式)声音是一种振动波，是机械振动或气流扰动引起周围的弹性介质发生波动的现象。许多声音的波形混合在一起可能构成交响乐、交谈声，也可能完全是噪声。在物理上，声音可用一条连线的曲线来表示，它是在时间和幅度上都连续变化的量，所以称为模拟量。4.1.2声音信号的形式与特征2.声音的物理特征(1)频率：即声波振动的快慢，单位Hz。根据频率，声音可分为A.次声波：低于20HzB.正常声音：20Hz—20KHz（语音：300Hz—

4、3KHz）C.超声波：高于20KHz频率的倒数为周期具有周期性的声音通常会更悦耳动听。4.1.2声音信号的形式与特征也可用声音的波长来描述声音波长：沿声音传播方向，振动一个周期所传播的距离；或在波形上相位相同的两个相邻点间的距离，单位m.声音的频率也反映了声音的速度声速：单位时间内声音传播的距离，单位m/s.声速、周期、波长的关系为4.1.2声音信号的形式与特征(2)幅度：是指信号的基线到当前波峰的距离，即声波振动的强弱，决定了信号音量的强弱程度。A.在物理上，通常用声压和声压级来衡量声音的强弱程度。声压：指在声场中某处由声波引起的压强的变化

5、值，单位为“帕斯卡(Pa)”。正常人刚刚能听到的最微弱声音的声压为2X10-5Pa，这个声压值称为人耳的“听阈”。使人耳产生剧烈疼痛感觉的声音的声压约为20Pa，这个声压值称为人耳的“痛阈”。4.1.2声音信号的形式与特征经研究发现：人耳对声音强弱的感觉大体上与声压的对数成正比，称为声压级，单位为分贝(dB)分贝数的计算公式为其中P0为基准声压值，取P0=2X10-5Pa4.1.2声音信号的形式与特征B.在物理上，也可用声功率和声强来衡量声音的强弱程度。声功率：是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积的声能量，单位为W。声强：是指单位

6、时间内，声波通过垂直于传播方向的单位面积的声能量，单位为W/S2。声压与声强的关系为4.1.2声音信号的形式与特征也可用声功率或声强计算声音分贝数，分别称为声功率级LW和声强级LI，其公式为声强级与声压级的关系为其中W0=10-12w，I0=10-12w/s2b与媒介的声特性阻抗有关，因此与空气的温度t和压强p有关,可查表。4.1.2声音信号的形式与特征(3)声音的相加和相减即两个以上独立声源作用于某一点叠加形成的声音。声音的能量(声功率W,声强I)是可以代数相加的，但声压(声压P,声压级L)不能直接相加。一些主要结论：两个声音相加，总声压级

7、不会比其中一个大3dB以上两个声音的声压级相差10dB以上时，叠加增量可以忽略不计。4.1.2声音信号的形式与特征2.声音的听觉特征（主观感受）(1)音调：即声音频率的主观反映，也称音高。一般地，音调的高低与频率的高低是一致的。当频率不变时，强度的变化对音调稍有影响（强度增大时，低频率音调显得更低，高频率音调显得更高）。(2)音色：日常生活中通常是复合音，包括基音和谐音成分。人耳对复合音中各种谐音成分总和起来的主观印象，称为音色。4.1.2声音信号的形式与特征谐音的频率和振幅决定音色任何复杂的周期性振动都可分解为许多谐波，称为傅里叶定律；把复

8、杂的振动分解成各种频率成分的过程称为傅里叶分析，也称频谱分析；分析结果称为谱图。4.1.2声音信号的形式与特征例如：基音为100Hz的钢琴声约有15个振幅不同的谐音