第三章 数字声音与MIDI简介

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1、第三章数字声音与MIDI简介第一节数字声音声音的本质声音是携带信息的极其重要的媒体（20％）声音是通过空气传播的一种连续的波，叫声波，也具有反射、折射和衍射现象。声音信号是由许多频率不同的分量信号组成的复合信号。复合信号的频率范围称为带宽。带宽为20Hz－20kHz的信号称为音频（audio）信号，可以被人的耳朵感知。声音是时基类媒体。一、基本概念声音：人耳所感觉到的空气分子的震动，由振动的声波组成。声音主要有以下类型：波形声音从声音是振动波的角度而言，包含所有的声音形式。语音人的说话声虽是一种特殊的媒体，也是一种波形声音，更重要的是它包含有丰富的语言内涵，可以经过抽象

2、，提取特定成分，理解其意义。(80Hz－3400Hz)音乐形式更加规范，符号化了的声音，乐谱可转变为符号媒体形式。其它几个基本概念纯音：振幅和周期均为常数的声音。复音：由不同频率和不同振幅的声波组合起来的声音。语音、乐声、自然界中的大部分声音都不是纯音。基音：复音中频率最低的声波。是决定声音音调的基本因素，通常为常数。谐音：复音中其他频率的声波，或称泛音。基音和谐音组合起来，决定了特色声音的音色（音质）。声音质量的度量声音的质量与声音的带宽有关，一般来说频率范围越宽，声音质量也就越高。声音类型带宽电话语音200Hz－3.4kHz调幅广播50Hz－7kHz调频广播20Hz

3、－15kHzCD20Hz－20kHz二、声音的三要素音调：与声音的频率有关，频率快则声音高，频率慢则声音低。次声可听声<20HZ—20kHZ>超声音强：又称响度，取决于声音的振幅，也即振幅的大小和强弱。音色：由混入基音的谐音决定。每个基音都有其固定频率和不同音强的谐音，使得每个声音具有特殊的音色效果。声音的三要素是指音调、音强和音色。三、音频信号数字化声音是连续信号，以连续波的形式传播。而计算机只能处理数字信号，为使计算机能处理音频信号，必须对音频信号数字化。从模拟到数字声源声波传声器模拟电信号数字声音计算机能够处理的典型数字音频：波形音频（waveformaudio）

4、数字方式表示声波，存储对波形采样后得到的数字化信息，文件格式*.wav。MIDI音频（MIDIaudio）电子合成器合成的声音，文件格式*.mid。CD唱盘数字音频（CDaudio）数字采样技术制作的，把数字位1和0通过激光刻写在盘片上（形式为微小的长短不等的凹坑），重放时用激光读出数据，再通过D/A转换成模拟信号。常见的声音文件格式模拟信号数字化的步骤：采样、量化、编码采样：连续信号离散化，即按一定的时间间隔取值。ADC(AnalogueDigitalConverter)采样频率：每秒钟的采样次数采样频率与声音的质量关系最为紧密。采样频率越高，声音质量越接近原始声音，

5、所需的存储量便越多。标准的采样频率有：44.1KHz，22.05kHz，11.025kHz，8KHz等。1.采样标准采样频率采样频率采样次数/s声音质量8KHz8000电话音质11.025KHz11025AM音质22.05KHz22050FM音质44.1KHz44100CD音质48KHz48000DAT音质说明：DAT指数字录音带格式（Digitalaudiotype）2.采样定理奈奎斯特理论（NyquistTheory）认为数字采样频率的大小由声音信号本身的最高频率决定。指出：进行无损的数字化转换，采样频率至少是所采信号所含最高频率的2倍。fs>=2f举例说明：电话音

6、质：电话话音的信号最高频率约为3.4kHz，采样频率就应大于6.8kHz。选择一个标准采样频率：8kHz。CD音质：人耳听觉的上限为20kHz，因此要获得较佳的听觉效果，采样频率要达到40kHz以上。选择一个标准采样频率：44.1kHz。3.量化为了把采样序列存入计算机，必须将样值量化为一个有限个幅度值的集合。通常用二进制数字表示量化后的样值。量化的过程：先将整个幅度划分为有限个小幅度（量化阶距）的集合，把落入某个阶距内的样值归为一类，并赋予相同的量化值。量化噪声：量化误差，随阶距变大而增加。-(Δ/2)<=e(n)<=(Δ/2)量化位数/采样字长：表示采样值的二进制位

7、数（比特数），决定了采样值的精度。例如：量化位数16bit，可以表示65536个不同量化值，精度（阶距）1/65536。量化位数8bit，可以表示256个不同量化值，精度（阶距）1/256。整个过程描述：采样值电压范围量化(dec)编码(bin)0.5~0.730110.3~0.520100.1~0.31001-0.1~0.10000-0.3~-0.1-1111-0.5~-0.3-2110-0.7~-0.5-3101-0.9~-0.7-41004.数据量的计算声道数：指一次采样所记录产生的声音波形个数（立体声：要求声道数至少是2个）数据量