聲音理論知識(shí)

聲音理論知識(shí)第1頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聲波第2頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月音頻（二）人們是否能夠聽(tīng)到音頻信號(hào)，主要取決于個(gè)人的年齡和耳朵的特性。人的聽(tīng)覺(jué)器官能感知的聲音頻率大約在20～20000Hz之間，感知的聲音幅度大約在0～120dB之間。聲音信號(hào)的兩個(gè)基本參數(shù)是頻率和幅度。信號(hào)的頻率是指信號(hào)每秒鐘變化的次數(shù)，用Hz表示。頻率范圍為20Hz～20kHz的信號(hào)稱為音頻(Audio)信號(hào)；人的發(fā)音器官發(fā)出的聲音頻率大約是80～3400Hz，人說(shuō)話的信號(hào)頻率通常為300～3000Hz，人們把在這種頻率范圍的信號(hào)稱為話音(speech)信號(hào)；高于20kHz的信號(hào)稱為超音頻信號(hào)或稱超聲波。第3頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月音頻（三）聲波具有波的特性，如反射(reflection)、折射(refraction)和衍射(diffraction)等。對(duì)聲音信號(hào)的分析表明，聲音信號(hào)由許多頻率不同的信號(hào)組成，這類(lèi)信號(hào)稱為復(fù)合信號(hào)，而單一頻率的信號(hào)稱為分量信號(hào)。聲音信號(hào)的一個(gè)重要參數(shù)就是帶寬，它用來(lái)描述組成復(fù)合信號(hào)的頻率范圍。如高保真聲音信號(hào)(high-fidelityaudio)的頻率范圍為10Hz～20000Hz，它的帶寬約為20kHz，而視頻信號(hào)的帶寬是6MHz。第4頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月音頻（四）音頻屬于聽(tīng)覺(jué)類(lèi)媒體，包括波形聲音、語(yǔ)音和音樂(lè)。人們能夠感知的音頻信號(hào)稱為波形聲音，它可包含所有的聲音形式；人類(lèi)發(fā)出的聲音不僅可以看成是一種波形聲音，而且還具有其內(nèi)在的語(yǔ)言、語(yǔ)言學(xué)的內(nèi)涵，這就是語(yǔ)音，語(yǔ)音可以使用特殊的方法進(jìn)行提取，它也被視為是一種媒體；音樂(lè)是符號(hào)化的聲音，這種符號(hào)就是樂(lè)譜，樂(lè)譜是轉(zhuǎn)化為符號(hào)的聲音，MIDI就是其一種形式。第5頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字音頻（一）聲音進(jìn)入計(jì)算機(jī)的第一步就是數(shù)字化，數(shù)字化實(shí)際上是對(duì)聲音信號(hào)的采樣和量化。連續(xù)信號(hào)的離散化通過(guò)采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)，就是每隔相等的一小段時(shí)間間隔對(duì)信號(hào)測(cè)量一次，這種采樣稱為均勻采樣(uniformsampling)；對(duì)連續(xù)幅度聲音信號(hào)的離散化通過(guò)量化(quantization)來(lái)實(shí)現(xiàn)，就是把信號(hào)的強(qiáng)度劃分成一小段一小段的，如果幅度的劃分是等間隔的，就稱為線性量化，否則就稱為非線性量化。下圖表示了聲音信號(hào)數(shù)字化的概念。第6頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聲音的量化第7頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字音頻（二）1、聲音的數(shù)字化過(guò)程開(kāi)始音頻信號(hào)頻率采樣頻率采樣量化保存為聲音文件結(jié)束第8頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字音頻（三）2、聲音的采樣頻率與量化分辨率我們把在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的信號(hào)稱為模擬信號(hào)。而在某些特定的時(shí)刻對(duì)這種模擬信號(hào)進(jìn)行的測(cè)量叫做采樣(sampling)，采樣重復(fù)的頻率稱為采樣頻率，由這些特定時(shí)刻采樣得到的信號(hào)稱為離散時(shí)間信號(hào)。如果把信號(hào)幅度取值的數(shù)目加以限定，這種由有限個(gè)數(shù)值組成的信號(hào)就稱為離散幅度信號(hào)。顯而易見(jiàn)，反映某一瞬間信號(hào)幅度的二進(jìn)制編碼位數(shù)越多，其可分辨的模擬信號(hào)的幅度就越精細(xì)，也就是分辨率越高。第9頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字音頻（四）采樣速率分辨率立體聲或單聲道1分鐘所需字節(jié)44.1kHz16位立體聲10.5MB44.1kHz16位單聲道5.25MB44.1kHz8位立體聲5.25MB44.1kHz8位單聲道2.6MB22.05kHz16位立體聲5.25MB22.05kHz16位單聲道2.5MB22.05kHz8位立體聲2.6MB22.05kHz8位單聲道1.3MB常用聲音信號(hào)數(shù)字化時(shí)使用的采樣速率與分辨率指標(biāo)如下：第10頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字音頻（五）3、聲音文件將數(shù)字化的聲音信號(hào)保存成計(jì)算機(jī)文件的形式，這種文件就是聲音文件。聲音文件的大小與下列因素相關(guān)：分辨率r(BIT)采樣速率R(KHz)聲道數(shù)聲音文件的大小按下式計(jì)算S=R*D(r/8)*1(單聲道)S=R*D(r/8)*2（立體聲）第11頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字音頻（六）聲音文件的存儲(chǔ)格式存儲(chǔ)聲音數(shù)據(jù)的文件也需要特定的存儲(chǔ)格式。目前比較流行的聲音文件格式有（文件的擴(kuò)展名）：.wav(waveform)；.au(audio)；.aiff(AudioInterchangeableFileFormat)；.snd(sound)。.wav格式主要用在PC上，.au主要用在Unix工作站上，.aiff和snd主要用在蘋(píng)果機(jī)和美國(guó)視算科技有限公司(SiliconGraphics，Inc.，SGI)的工作站上。第12頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字音頻（七）（1）WAV文件又稱波形文件，是Microsoft公司的音頻文件格式，由采樣數(shù)據(jù)組成，沒(méi)有經(jīng)過(guò)壓縮處理。（2）VOC文件是Creative公司的波形文件格式，由文件頭塊和音頻數(shù)據(jù)塊組成。（3）MIDI文件是英文MusicalInstrumentDigitalInterface的縮寫(xiě)，是一種應(yīng)用于音樂(lè)的技術(shù)規(guī)范。（4）其它（PCM、AIF等）第13頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月樂(lè)器數(shù)字接口（MIDI）MusicalInstrumentDigitalInterface的縮寫(xiě)MIDI提供了描述合成音樂(lè)的樂(lè)譜的協(xié)議，規(guī)定了各種電子樂(lè)器和計(jì)算機(jī)之間連接的物理接口和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)程。MIDI文件是記錄MIDI信息的標(biāo)準(zhǔn)格式文件，包含音符、定時(shí)和16個(gè)通道的樂(lè)器定義以及鍵號(hào)、通道號(hào)、持續(xù)時(shí)間、音量和擊鍵力度等每個(gè)音符的有關(guān)信息。MIDI文件使用音序器（一種為MIDI作曲而設(shè)計(jì)的軟件或硬件設(shè)備）來(lái)進(jìn)行記錄、播放和編輯。MIDI文件保存的是演奏音樂(lè)的指令而不是波形數(shù)據(jù)，因此比波形文件要求的存儲(chǔ)空間要小的多。MIDI作品——以MIDI文件的形式保存的音樂(lè)作品第14頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字化聲音和MIDI的比較數(shù)字化的聲音是聲音的實(shí)際表示，代表了聲音的瞬時(shí)幅度，與設(shè)備無(wú)關(guān)，每次播放都發(fā)出相同的聲音；MIDI數(shù)據(jù)是與設(shè)備相關(guān)的，產(chǎn)生的聲音與用來(lái)播放它的特定MIDI設(shè)備有關(guān)。第15頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月MIDI數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)文件緊湊，文件大小與回放質(zhì)量無(wú)關(guān)；聲音的回放質(zhì)量取決于MIDI回放設(shè)備；MIDI數(shù)據(jù)是完全可編輯的；創(chuàng)建MIDI作品需要較多的音樂(lè)理論知識(shí)；音序器的使用要簡(jiǎn)易的多。第16頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月MIDI數(shù)據(jù)缺點(diǎn)MIDI數(shù)據(jù)不是聲音的真實(shí)描述，只有產(chǎn)生它的設(shè)備與回放它的設(shè)備一致時(shí)，回放的結(jié)果才是精確的；MIDI主要用來(lái)處理音樂(lè)，語(yǔ)音和直接獲取的聲音是很難使用的。第