第04章-多媒體音頻信息處理技術(shù)

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1、第4章多媒體音頻信息處理技術(shù)4.1認(rèn)識聲音4.2聲音的數(shù)字化方法4.3聲音的MIDI技術(shù)4.4計算機聲卡與聲音文件格式4.5聲音的加工處理軟件4.1認(rèn)識聲音4.1.1聲音處理技術(shù)的歷史回顧4.1.2聲音信號的形式與特征4.1.3聲音質(zhì)量的評價4.1.1聲音處理技術(shù)的歷史回顧1.自古以來人類很早就開始研究聲音，并利用當(dāng)時已掌握的聲音的某些規(guī)律來制造樂器、進行建筑設(shè)計或傳聲裝置設(shè)計等，使聲音更悅耳動聽或傳得更遠(yuǎn)。請舉出古代利用聲音的例子天壇的回音壁、三音石，古代樂器，等鐵路工人用鐵錘敲擊鐵軌、醫(yī)生的聽診器、行軍打仗的號角鼓聲這個時期，聲音處理技術(shù)

2、的特征：憑耳朵辨別聲音，不能記錄和存儲聲音4.1.1聲音處理技術(shù)的歷史回顧2.機械方法記錄和播放19世紀(jì)愛迪生發(fā)明留聲機啟發(fā)現(xiàn)象電話傳話器里的膜板隨著說話聲會引起震動的現(xiàn)象是一種播放聲音的機械裝置，預(yù)先按聲音波形特征刻制在唱片表面(弧形凹槽)，播放時引起探針的不同幅度的振動并傳遞發(fā)聲。4.1.1聲音處理技術(shù)的歷史回顧3.電聲技術(shù)依靠電信號來記錄并播放聲音通過電壓產(chǎn)生模擬聲波變化的電流信號，灌錄成早期的唱片或磁帶，這種電流信號稱為模擬信號。磁帶上的磁極變化或唱片音槽內(nèi)的紋路起伏變化都是聲音信號的變化對應(yīng)成正比的。4.1.1聲音處理技術(shù)的歷史回顧

3、4.數(shù)字化聲音處理技術(shù)依靠數(shù)字信號來記錄并播放聲音核心技術(shù)是對聲音的采樣。4.1.2聲音信號的形式與特征1.什么是聲音？(聲音的形式)聲音是一種振動波，是機械振動或氣流擾動引起周圍的彈性介質(zhì)發(fā)生波動的現(xiàn)象。許多聲音的波形混合在一起可能構(gòu)成交響樂、交談聲，也可能完全是噪聲。在物理上，聲音可用一條連線的曲線來表示，它是在時間和幅度上都連續(xù)變化的量，所以稱為模擬量。4.1.2聲音信號的形式與特征2.聲音的物理特征(1)頻率：即聲波振動的快慢，單位Hz。根據(jù)頻率，聲音可分為A.次聲波：低于20HzB.正常聲音：20Hz—20KHz（語音：300Hz—

4、3KHz）C.超聲波：高于20KHz頻率的倒數(shù)為周期具有周期性的聲音通常會更悅耳動聽。4.1.2聲音信號的形式與特征也可用聲音的波長來描述聲音波長：沿聲音傳播方向，振動一個周期所傳播的距離；或在波形上相位相同的兩個相鄰點間的距離，單位m.聲音的頻率也反映了聲音的速度聲速：單位時間內(nèi)聲音傳播的距離，單位m/s.聲速、周期、波長的關(guān)系為4.1.2聲音信號的形式與特征(2)幅度：是指信號的基線到當(dāng)前波峰的距離，即聲波振動的強弱，決定了信號音量的強弱程度。A.在物理上，通常用聲壓和聲壓級來衡量聲音的強弱程度。聲壓：指在聲場中某處由聲波引起的壓強的變化

5、值，單位為“帕斯卡(Pa)”。正常人剛剛能聽到的最微弱聲音的聲壓為2X10-5Pa，這個聲壓值稱為人耳的“聽閾”。使人耳產(chǎn)生劇烈疼痛感覺的聲音的聲壓約為20Pa，這個聲壓值稱為人耳的“痛閾”。4.1.2聲音信號的形式與特征經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：人耳對聲音強弱的感覺大體上與聲壓的對數(shù)成正比，稱為聲壓級，單位為分貝(dB)分貝數(shù)的計算公式為其中P0為基準(zhǔn)聲壓值，取P0=2X10-5Pa4.1.2聲音信號的形式與特征B.在物理上，也可用聲功率和聲強來衡量聲音的強弱程度。聲功率：是指單位時間內(nèi)，聲波通過垂直于傳播方向某指定面積的聲能量，單位為W。聲強：是指單位

6、時間內(nèi)，聲波通過垂直于傳播方向的單位面積的聲能量，單位為W/S2。聲壓與聲強的關(guān)系為4.1.2聲音信號的形式與特征也可用聲功率或聲強計算聲音分貝數(shù)，分別稱為聲功率級LW和聲強級LI，其公式為聲強級與聲壓級的關(guān)系為其中W0=10-12w，I0=10-12w/s2b與媒介的聲特性阻抗有關(guān)，因此與空氣的溫度t和壓強p有關(guān),可查表。4.1.2聲音信號的形式與特征(3)聲音的相加和相減即兩個以上獨立聲源作用于某一點疊加形成的聲音。聲音的能量(聲功率W,聲強I)是可以代數(shù)相加的，但聲壓(聲壓P,聲壓級L)不能直接相加。一些主要結(jié)論：兩個聲音相加，總聲壓級

7、不會比其中一個大3dB以上兩個聲音的聲壓級相差10dB以上時，疊加增量可以忽略不計。4.1.2聲音信號的形式與特征2.聲音的聽覺特征（主觀感受）(1)音調(diào)：即聲音頻率的主觀反映，也稱音高。一般地，音調(diào)的高低與頻率的高低是一致的。當(dāng)頻率不變時，強度的變化對音調(diào)稍有影響（強度增大時，低頻率音調(diào)顯得更低，高頻率音調(diào)顯得更高）。(2)音色：日常生活中通常是復(fù)合音，包括基音和諧音成分。人耳對復(fù)合音中各種諧音成分總和起來的主觀印象，稱為音色。4.1.2聲音信號的形式與特征諧音的頻率和振幅決定音色任何復(fù)雜的周期性振動都可分解為許多諧波，稱為傅里葉定律；把復(fù)

8、雜的振動分解成各種頻率成分的過程稱為傅里葉分析，也稱頻譜分析；分析結(jié)果稱為譜圖。4.1.2聲音信號的形式與特征例如：基音為100Hz的鋼琴聲約有15個振幅不同的諧音