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文檔簡介

1、第第2 2章章 音頻信息處理音頻信息處理2.1 2.1 音頻處理基礎(chǔ)音頻處理基礎(chǔ)本節(jié)要點本節(jié)要點n聲音的基本特征聲音的基本特征n音頻的數(shù)字化音頻的數(shù)字化n數(shù)字音頻文件格式數(shù)字音頻文件格式n數(shù)字音頻處理技術(shù)數(shù)字音頻處理技術(shù)問題問題n 模擬聲音與數(shù)字聲音的區(qū)別是什么?模擬聲音與數(shù)字聲音的區(qū)別是什么?n 聲音的質(zhì)量由什么來決定?聲音的質(zhì)量由什么來決定?n 聲音的音調(diào)與音色分別由什么來決定?聲音的音調(diào)與音色分別由什么來決定?n 常見的聲音格式有哪些?各自有什么特點?常見的聲音格式有哪些?各自有什么特點?n 單聲道與立體聲的區(qū)別是什么?如何互相轉(zhuǎn)換?單聲道與立體聲的區(qū)別是什么?如何互相轉(zhuǎn)換? 1. 1.

2、 聲波聲波 (1 1)聲波:)聲波:由各種機械振動或氣流擾動引起周圍的彈性媒質(zhì)發(fā)生波動。 (2 2)聲源:)聲源:產(chǎn)生聲波的物體,如人的聲帶和樂器等。 (3 3)聲音:)聲音:人的聽覺系統(tǒng)所能感知到的聲波。 音頻的頻率范圍:20 Hz 20 Hz 20000 Hz20000 Hz 語音的頻率范圍:300 Hz 300 Hz 3000 Hz3000 Hz 次聲波的頻率范圍: 20 Hz 20 kHz 20 kHz(4 4)聲強:)聲強:對于一定頻率的聲音,要能引起聽覺,其聲強也有一定的范圍。 下限:是恰能引起人聽覺的最小聲強,叫做該頻率的可聞閾可聞閾; 上限:是指人耳能聽聞的最大聲強,高于上限的

3、聲強,人耳感覺疼痛,所以叫做該頻率的疼痛閾疼痛閾。常見聲音的分貝量級分貝數(shù)低于20204040606070709090聽覺效果能分辨輕聲正常交談聲吵鬧很吵聽力受損2聲音的基本特征聲音的基本特征(1 1)聲波信號的物理特征)聲波信號的物理特征 周期(周期(T T):):聲波的兩個波峰或波谷之間的相對時間。 頻率(頻率(f f):):周期的倒數(shù)(f=1/T),即每秒波峰或波谷出現(xiàn)的次數(shù)。 幅度:幅度:從聲波信號的基線到波峰的距離,幅度越大聲波的強度也越大。通常也用聲壓、聲強或聲功率來表示聲音的強弱。 人們感知到的聲音特征稱為心理學(xué)特征n 音調(diào):音調(diào):由發(fā)聲物體的振動頻率決定,振動越快(即頻率越大)

4、,音調(diào)越高,振動越慢,音調(diào)越低。n 音色:音色:這是一個主觀評價聲音的量,聲音的音色取決于聲音的頻譜結(jié)構(gòu),一般高次諧波越豐富,音色越明亮并具有穿透力。n 響度:響度:人耳對聲音強弱的感覺程度,主要取決于振幅和聲壓。通常振幅越大聲音越響,其次人耳距離聲源越遠(yuǎn),聲音越小。(2 2)聲音信號的心理學(xué)特征)聲音信號的心理學(xué)特征(3 3)聲音質(zhì)量的評價)聲音質(zhì)量的評價 聲音質(zhì)量與帶寬有關(guān),頻率范圍越寬,聲音質(zhì)量越高。1 1)聲音質(zhì)量分級:)聲音質(zhì)量分級:按照聲音信號的頻率范圍將聲音質(zhì)量分為5級。質(zhì)量質(zhì)量頻率范圍頻率范圍采樣頻率采樣頻率(kHzkHz)采樣精度采樣精度(bitsbits)聲道數(shù)聲道數(shù)數(shù)據(jù)率

5、(非壓縮)數(shù)據(jù)率(非壓縮)(kB/skB/s)電話電話2002003400 Hz3400 Hz8 88 8單道聲單道聲8 8AMAM1001005500Hz5500Hz11.02511.0258 8單道聲單道聲11.011.0FMFM202011000Hz11000Hz22.05022.0501616立體聲立體聲88.288.2CD-DACD-DA5 520000Hz20000Hz44.144.11616立體聲立體聲176.4176.4DVDDVD0 096000Hz96000Hz19219224246 6聲道聲道120012002 2)信噪比()信噪比(SNRSNR):即有用信號與噪音信號的

6、強度之比,單位是分貝。3) 3) 聲音質(zhì)量的主觀度量:聲音質(zhì)量的主觀度量:主觀度量就是大多數(shù)人對聲音質(zhì)量的感覺。00)sin()(nnntnAtf3音頻信號的表示音頻信號的表示(1 1)音頻信號:)音頻信號:通過麥克風(fēng)等設(shè)備轉(zhuǎn)換成的電信號。n規(guī)則音頻信號規(guī)則音頻信號:帶有語音、音樂和音效的有規(guī)律的音頻信號,承載了一定的信息。 語音:語音:語言的載體,有豐富的語言內(nèi)涵,是人類交流的信息載體。 音樂:音樂:是一種規(guī)范的符號化的聲音。 音效:音效:自然界中各種聲音效果,如掌聲、雷鳴聲,爆破聲等。n不規(guī)則音頻信號不規(guī)則音頻信號:不包含任何信息的聲音,比如噪聲。(2 2)音頻信號的表示)音頻信號的表示

7、1 1)音頻信號的數(shù)學(xué)表示音頻信號的數(shù)學(xué)表示0: 聲音的基音,決定了音調(diào)的高低聲音的基音,決定了音調(diào)的高低n0: 聲音的泛音,決定了聲音的音色聲音的泛音,決定了聲音的音色An : 聲波的振幅,表示聲音的強弱聲波的振幅,表示聲音的強弱2 2)音頻信號的波形表示)音頻信號的波形表示3 3)音頻信號的頻譜表示)音頻信號的頻譜表示 聲音信號的頻率分布曲線。復(fù)雜的聲音是由振幅和頻率不同的正弦聲波疊加而成的,這些正弦波的幅值按頻率排列的圖形就叫做頻譜。 男聲的基頻較低,低頻分量更加豐富,因此聽起來會更加低沉、渾厚。1. 1. 音頻信號數(shù)字化音頻信號數(shù)字化 聲音信號在時間上是連續(xù)的,在幅度上也是連續(xù)的,屬于

8、模擬信號。聲音信號在時間上是連續(xù)的,在幅度上也是連續(xù)的,屬于模擬信號。 (1 1)采樣)采樣 聲音信號在時間上的離散化,即每隔一段時間抽取一個信號樣本。聲音信號在時間上的離散化,即每隔一段時間抽取一個信號樣本。n采樣頻率:采樣頻率:每秒采樣的次數(shù)。每秒采樣的次數(shù)。n奈奎斯特理論(奈奎斯特理論(Nyquist theoryNyquist theory):采樣頻率不低于聲音信號最高頻率:采樣頻率不低于聲音信號最高頻率的兩倍,這樣就能把數(shù)字聲音還原成原來的聲音,稱為無損數(shù)字化。的兩倍,這樣就能把數(shù)字聲音還原成原來的聲音,稱為無損數(shù)字化。 f s = 2 f maxf s = 2 f max 電話話音

9、信號的最高頻率約為電話話音信號的最高頻率約為3.4kHz3.4kHz,所以采樣頻率取為,所以采樣頻率取為8kHz8kHz。2.1.2 2.1.2 音頻信號的數(shù)字化音頻信號的數(shù)字化 聲音信號在幅度上的離散化聲音信號在幅度上的離散化 也就是采樣過程中對每一個采樣點的幅度值用數(shù)字量來表示。如果幅度的劃分是等間隔的,稱為線性量化,否則為非線性量化。n采樣精度:采樣精度:即量化的位數(shù),位數(shù)越多量化等級數(shù)也越多,所能表示的聲波幅度的動態(tài)范圍也越大,當(dāng)然需要的存儲空間也越大。 (2 2) 量化量化(3 3) 編碼編碼 就是用一組二進(jìn)制碼組來表示每一個有固定電平的量化值,或者說將量化值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼組。 典型

10、的音頻編碼方法:脈沖編碼調(diào)制法(PCM)。(4 4)數(shù)字音頻的數(shù)據(jù)量)數(shù)字音頻的數(shù)據(jù)量 數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)量 = = 采樣頻率采樣頻率* * 采樣精度采樣精度* * 采樣時間采樣時間* * 聲道數(shù)聲道數(shù) / 8 / 8 (字節(jié)數(shù))(字節(jié)數(shù)) 單聲道:單聲道:一次只產(chǎn)生一組聲波數(shù)據(jù) 立體聲:立體聲:一次產(chǎn)生兩組聲波數(shù)據(jù)例例2.12.1 計算一分鐘未壓縮的高保真立體聲數(shù)字聲音數(shù)據(jù)的大小。 60 * ( 44100 * 16 * 2 ) / 8 = 10.09 MB 一首未經(jīng)壓縮的4分鐘的歌曲文件的大小約為40MB,那么一個容量為4GB的MP3播放器可存放100首這樣的歌曲。 2. 數(shù)字音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字音頻

11、壓縮標(biāo)準(zhǔn)(1 1)電話質(zhì)量的語音壓縮標(biāo)準(zhǔn))電話質(zhì)量的語音壓縮標(biāo)準(zhǔn)(2 2)調(diào)幅廣播語音壓縮標(biāo)準(zhǔn))調(diào)幅廣播語音壓縮標(biāo)準(zhǔn) G.722G.722(3)寬帶音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn))寬帶音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)編碼方法編碼方法采樣頻率采樣頻率采樣精度采樣精度數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率G.711G.711PCMPCM8kHz8kHz8 8位位64kb/s64kb/sG.721G.721ADPCMADPCM8kHz8kHz8 8位位32kb/s32kb/sG.723G.723ADPCMADPCM8kHz8kHz8 8位位24kb/s24kb/sG.728G.728LD-CELPLD-CELP8kHz8kHz8 8位位16kb/

12、s16kb/s MPEGMPEG音頻:音頻:第一個高保真立體聲音頻壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn) MPEG音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)提供三個獨立的壓縮層次: 1 1)Layer 1Layer 1:編碼器簡單,輸出數(shù)據(jù)率為384 kb/s,主要用于小型數(shù)字盒式磁帶。 2 2)Layer 2Layer 2:編碼器較復(fù)雜,輸出數(shù)據(jù)率為256 kb/s192kb/s,主要應(yīng)用于數(shù)字廣播聲音、數(shù)字音樂、CD-I和VCD等。3 3)Layer 3Layer 3:編碼器復(fù)雜,輸出數(shù)據(jù)率為64kb/s,主要用于ISDN(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng),一種數(shù)字電話網(wǎng)的國際標(biāo)準(zhǔn))上的聲音傳輸。1WAVWAV文件文件:波形文件,微軟開發(fā),需要的存儲量大,多用

13、于存儲簡短的聲音片段和旁白。2MIDIMIDI文件文件:記錄的是生成音樂的指令,MIDI文件短小。由于MIDI記錄的并不是真正的聲音,所以不同的聲卡,不同軟波表,不同硬件音源的音色是不相同的,相同的MIDI文件在不同的設(shè)備上播放也會有不同的效果。MIDI文件適合作為背景音樂來播放。3MP3MP3文件文件:是MPEG音頻第3層的簡稱,有損壓縮,壓縮比達(dá)12:1。MP3利用人耳的掩蔽特性,削減音頻中人耳聽不到的成分,同時盡可能地維持原來的聲音質(zhì)量。4RARA文件文件:屬于Real Media的音頻部分,采用流式傳輸方式,可以在非常低的帶寬下提供足夠好的音質(zhì)讓用戶能在線聆聽。5WMA WMA 文件文

14、件:Windows Media的音頻部分。無損壓縮,支持多聲道編碼。6AC3AC3文件文件:又叫杜比數(shù)碼環(huán)繞立體聲,壓縮比10:1,提供的環(huán)繞聲系統(tǒng)由5個全頻域聲道和1個超低音聲道組成,稱為5.15.1聲道聲道,一般作為DVD的伴音。 3. 數(shù)字音頻文件的格式數(shù)字音頻文件的格式2 2)語音識別系統(tǒng)分類)語音識別系統(tǒng)分類n對說話人說話方式的要求n孤立字(詞)語音識別系統(tǒng)n連接字語音識別系統(tǒng)n連續(xù)語音識別系統(tǒng)。n對說話人的依賴程度n特定人語音識別系統(tǒng)n非特定人語音識別系統(tǒng)n詞匯量大小n小詞匯量語音識別系統(tǒng)n中等詞匯量語音識別系統(tǒng)n大詞匯量語音識別系統(tǒng)n無限詞匯量語音識別系統(tǒng)。(1)語音識別技術(shù))語

15、音識別技術(shù)1 1)語音識別的發(fā)展)語音識別的發(fā)展n 50年代:Bell實驗室實現(xiàn)了第一個可識別十個英文數(shù)字的語音識別系統(tǒng)Audry系統(tǒng)。n 60年代:提出動態(tài)規(guī)劃(DP)和線性預(yù)測分析技術(shù)(LP)。n 70年代:提出了動態(tài)時間歸正技術(shù),實現(xiàn)了特定人孤立語音識別系統(tǒng)。n 90年代:開始進(jìn)入實用階段。2.1.3 智能語音處理技術(shù)智能語音處理技術(shù) 利用計算機合成語音的技術(shù),使計算機具有類似人的說話能力計算機具有類似人的說話能力。n 語音合成的三個層次語音合成的三個層次n 從文字到語音n 從概念到語音n 從意向到語音n 語音合成技術(shù)的特點語音合成技術(shù)的特點清晰度、自然度、表現(xiàn)力、復(fù)雜度n 語音合成的應(yīng)

16、用語音合成的應(yīng)用文語轉(zhuǎn)換、語音查詢(2) 語音合成技術(shù)語音合成技術(shù)本小節(jié)介紹的本小節(jié)介紹的要點要點nAudition軟件的功能nAudition界面的組成n聲音文件的導(dǎo)入n錄音n單軌狀態(tài)下的編輯2.2 2.2 音頻處理軟件音頻處理軟件 Adobe AuditionAdobe Audition n 多軌狀態(tài)下的編輯n 包絡(luò)編輯n 效果控制n 消除人聲n 多軌合成,混縮輸出一一 AuditionAudition軟件的界面組成軟件的界面組成 n了解界面的各個組成部分及其作用了解界面的各個組成部分及其作用1.1.單軌編輯模式單軌編輯模式2.2.多軌編輯模式多軌編輯模式 問題問題n 無法錄音與播放(編輯

17、無法錄音與播放(編輯/首選項首選項/常規(guī)常規(guī)/確定)確定)n Win7或或win8環(huán)境下,提示采樣頻率不一致,無法校環(huán)境下,提示采樣頻率不一致,無法校正怎么辦?正怎么辦? (麥克風(fēng)的高級屬性設(shè)置)(麥克風(fēng)的高級屬性設(shè)置)n 聲音處理軟件中最大音量為什么是聲音處理軟件中最大音量為什么是0dB? 人耳對聲音大小的感知程度與表示聲音的電平大小成人耳對聲音大小的感知程度與表示聲音的電平大小成 對數(shù)關(guān)系(而非線性關(guān)系)對數(shù)關(guān)系(而非線性關(guān)系) dB=20log(vx/v0)n Audition中如何更改音調(diào)?如何調(diào)節(jié)音色?中如何更改音調(diào)?如何調(diào)節(jié)音色?n 如何提取背景音樂?如何提取背景音樂?問題問題 錄

18、制旁白需注意哪些方面?錄制旁白需注意哪些方面? 錄制時說錯的地方如何處理?哪個補救方法最好?錄制時說錯的地方如何處理?哪個補救方法最好? 錄制的聲音有噪音,用什么方法去解決,哪個效果最好?錄制的聲音有噪音,用什么方法去解決,哪個效果最好? 旁白的后期加工步驟一般有哪些?旁白的后期加工步驟一般有哪些? 旁白與背景音樂合成時需注意什么?旁白與背景音樂合成時需注意什么? 多段聲音切換時需注意什么?多段聲音切換時需注意什么? 合成的采樣頻率與波形的采樣頻率不一致時會如何處理,需合成的采樣頻率與波形的采樣頻率不一致時會如何處理,需要注意什么?要注意什么?二二 音頻信號的獲取音頻信號的獲取 1. 1.直接

19、導(dǎo)入文件直接導(dǎo)入文件 2.2.提取視頻文件中的音頻部分提取視頻文件中的音頻部分 VCD上的dat文件直接將擴(kuò)展名改為mpg(2.0版可以直接打開) 將mpg格式的視頻利用格式工廠轉(zhuǎn)換成mov格式(CS 5.5) 如何提取CD中的伴奏 “沉默是金” 左聲道:伴奏 右聲道:原唱 “梁?!?左聲道:原唱 右聲道:伴奏 3.3.單軌狀態(tài)下錄音單軌狀態(tài)下錄音(1)錄音前聲卡的設(shè)置 音頻硬件設(shè)置 注意控制錄音電平Windows 7 下麥克風(fēng)的設(shè)置麥克風(fēng)音量設(shè)置麥克風(fēng)音量設(shè)置 Win7下不能錄音時,更改該選項,重下不能錄音時,更改該選項,重啟啟Audition,新建音頻文件與該設(shè)置,新建音頻文件與該設(shè)置一致

20、即可錄音,以后錄音則無需一致一致即可錄音,以后錄音則無需一致(2)“文件|新建音頻文件(3)單擊“錄音”請觀察自己錄制的人聲其左右聲道的波形是否一樣請觀察自己錄制的人聲其左右聲道的波形是否一樣? ?(1 1)保存會話文件)保存會話文件 會話文件保存了導(dǎo)入的文件以及添加的效果,在多軌下的編排等信息。 (2 2)導(dǎo)入伴奏)導(dǎo)入伴奏 注意控制伴奏的音量(3 3)按下)按下“R R”,軌道進(jìn)入錄音狀態(tài),軌道進(jìn)入錄音狀態(tài)(4 4)單擊)單擊“ ”開始錄音開始錄音4. 多軌狀態(tài)下錄音多軌狀態(tài)下錄音補充:穿插錄音補充:穿插錄音穿插錄音:穿插錄音:用于對已經(jīng)錄制好的聲音片段進(jìn)行重新錄制。1、首先選定不滿意的聲

21、音片段;2、按下軌道左邊的“R”處于按下狀態(tài);3、定位好時間線,點按“錄音”按鈕,選定的片段自動變成靜音,只有選取的片段會進(jìn)行錄音,其他部分的波形不會改變。選擇要重新錄音的片段,定位時間線,點按錄音按鈕三三 音頻的編輯音頻的編輯1. 單軌狀態(tài)下單軌狀態(tài)下(1 1)波形的選?。┎ㄐ蔚倪x取 注意:單獨選擇左聲道或右聲道(將其中一個聲道鎖定)(2 2)波形的剪切、復(fù)制與粘貼)波形的剪切、復(fù)制與粘貼 注意:混合粘貼(3 3)波形的裁剪、刪除)波形的裁剪、刪除 注意:刪除靜音區(qū)(診斷面板| 刪除靜默)(4 4)波形的反轉(zhuǎn)與倒轉(zhuǎn)的區(qū)別)波形的反轉(zhuǎn)與倒轉(zhuǎn)的區(qū)別 反轉(zhuǎn):波形相位的反轉(zhuǎn) 前后反向(倒轉(zhuǎn)):達(dá)到逆

22、向播放的效果2.2.多軌狀態(tài)下多軌狀態(tài)下(1 1)音量旋鈕)音量旋鈕:可提升或降低當(dāng)前軌道的音量大小 一般降低背景音樂所在軌道的音量,提升旁白所在軌道的音量(2)聲相旋鈕聲相旋鈕:可控制聲音在左耳與右耳之間的均衡輸出(3)輸入輸入:默認(rèn)為立體聲,如果選擇“無”,則該軌道不能進(jìn)行錄音(4)輸出輸出:默認(rèn)為主控,如果選擇“無”,則該軌道不會發(fā)出聲音,相當(dāng)于靜音(1)工具的選擇)工具的選擇 移動工具移動工具:左鍵:左鍵用于用于移動選中的波形片段,右鍵移動選中的波形片段,右鍵拖移可以拖移可以移動或復(fù)制當(dāng)前波形片段。移動或復(fù)制當(dāng)前波形片段。 剃刀工具剃刀工具:在單擊處剪開波形。:在單擊處剪開波形。 滑動

23、工具滑動工具:用于滑動選擇想要的波形片段:用于滑動選擇想要的波形片段。 例如有一個聲音錄制了例如有一個聲音錄制了30秒,現(xiàn)在截取了第秒,現(xiàn)在截取了第10秒到第秒到第20秒的聲音片段,那么利用滑動秒的聲音片段,那么利用滑動工具在該波形片段上拖曳鼠標(biāo)即可實現(xiàn)往前或往后滑動選擇想要的那工具在該波形片段上拖曳鼠標(biāo)即可實現(xiàn)往前或往后滑動選擇想要的那10秒的聲音。秒的聲音。 時間選擇工具時間選擇工具:左鍵:左鍵選取選取波形波形片段片段,右鍵移動波形。,右鍵移動波形。 框選、套索和筆刷工具框選、套索和筆刷工具:在:在單軌狀態(tài)單軌狀態(tài)下單擊工具欄左邊的下單擊工具欄左邊的 (頻譜頻率顯示)按鈕后(頻譜頻率顯示)

24、按鈕后將激活這些工具按鈕,用于選取所要操作的頻譜區(qū)域。將激活這些工具按鈕,用于選取所要操作的頻譜區(qū)域。 污點修復(fù)工具污點修復(fù)工具:用于修復(fù)頻譜信號:用于修復(fù)頻譜信號(一般是不到(一般是不到4秒的劣音,如咔噠聲,破音等)秒的劣音,如咔噠聲,破音等)。(2)時間鎖定)時間鎖定 鎖定音頻的絕對時間,只能在上下軌道上移動,不能左右移動(3)波紋刪除)波紋刪除n “編輯|刪除(Del)”:那么可以清除選中的波形片段,不影響該軌道上其他波形的位置;n “編輯|波紋刪除”:將選定的波形片段刪除,同時該軌道上后續(xù)波形后自動前移;n “波紋刪除|gap”,把波形之間的空隙刪除;四四 包絡(luò)編輯包絡(luò)編輯 包絡(luò)編輯包

25、絡(luò)編輯: : 其實就是控制聲音屬性變化的一種手段其實就是控制聲音屬性變化的一種手段(1 1)音量包絡(luò))音量包絡(luò) 控制音量變化的走勢曲線,如控制聲音的淡入淡出(2 2)聲相包絡(luò))聲相包絡(luò) 控制聲相變化的走勢曲線,控制聲音在左耳和右耳的均衡五五 EQ 均衡均衡nEQ均衡器用于調(diào)節(jié)聲音的均衡器用于調(diào)節(jié)聲音的音色音色,不改變聲音的,不改變聲音的音調(diào)音調(diào)。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)頻率范圍頻率范圍效效 果果超低音超低音20Hz 40Hz適當(dāng)時使聲音強而有力,控制雷聲、低音鼓等,過度提升會使聲音渾濁不清晰。低音低音40Hz 150Hz低音部分是表現(xiàn)音樂風(fēng)格的主要成分,適當(dāng)時使聲音豐滿而柔和,不足時使聲音單薄,150Hz處過度提升會使聲音發(fā)悶,鼻音增強。中低音中低音150Hz 500Hz是人聲的主要組成部分,不足時使聲音軟而無力,適當(dāng)提升會使聲音渾厚有力,提高聲音的力度和響度,過度提升則使會聲音變得生硬。中音中音500Hz 2KHz包含了大多數(shù)樂器的泛音,適當(dāng)時使聲音明亮透徹,不足時使聲音變得朦朧,過度提升得到類似電話的聲音。中高音中高音2KHz 5KHz這部分是弦樂的特征音,不足時使聲音的穿透力降低。高音高

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