5.数字媒体概论第五章(声音)
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数字媒体概论
Introduction to Digital Media from Art and Technolgy Aspects
目录
绪论
数字媒体表达基础 媒体表现形式—文字 媒体表现形式—图像
媒体表现形式—声音
媒体表现形式—视频 媒体表现形式—动画 数字媒体的实施与 应用基础 数字媒体的实践与创业
数字媒体概论
本书从艺工交叉的视角，立足于数字 媒体作为一个整体的学科，融合介绍 数字媒体技术与数字媒体艺术的相关 基础知识。 全书共9章，首先讲述了数字媒体表 达的基本语言，随后从应用的角度重 点介绍数字媒体的文字、图像、声音 、视频、动画五大媒体表现形式，最 后从整体的数字产品开发的实践和创 业角度，解读典型艺工交叉的游戏、 影像、装置、虚拟现实等方向综合作 品的创作理念、艺术特点、艺工融合 的方式以及组员之间的分工合作等。
振幅和波长
5.1.1 自然声音
振幅是声音的能量，也就是声音的音量，通常用分贝（Decibels，dB）来表示。 通常，分贝数越高 , 音量越高。一般人的听觉范围大约是3~140dB。 频率是在一个时间区间内波形重复的次数，它的单位为赫兹（Hertz，Hz）也就是每秒中波形重 复的次数。频率被视为声音的音高（Pitch），也就是高频率会产生较高音高的声音，反之低频 率产生较低音高的声音。 一般人的频率为20~20,000Hz。 音长是声音的时间长度。
第五章
5
数字媒体的五大媒体表现形式——声音
数字技术彻底改变了声音的生成、使用和分布。 声音可以表达不同的心情和步调，配合其他的媒体元素可以为电玩游戏或者其他交互式数 字媒体产品提供惊人的沉浸式体验。
在人的五感中，听觉作为重要感官承担着丰富的情感感知功用。 现代媒体手段中，将视觉和听觉结合而成为多媒体，可见视觉和听觉这两个感觉通道对人 们的生活影响巨大。 声音作为一个媒体要素，能极大地影响人们意识世界中的情境。
5.1.2 数字化声音
使用过低的采样分辨率进行声音数字化会产生量子化失真。 过度的量子化会产生嘶嘶叫或模糊不清的背景噪音。 解决此噪音的唯一方法就是提高采样分辨率，比如使用16bit以取代8bit。
5.1.2 数字化声音
剪短是另外一种波形振幅的失真。为了避免剪短失真， 在录音前可先预测录音设备并调整到可以接受的最高声 音振幅。进行混音（Mixing）时，也可能发生剪短失 真，此时可以降低每个混音音轨的音量来解决这个问题 。除此之外，也可以选用较高的采样分辨率，如24bit 以增加波形振幅值的范围。
本节首先介绍什么是自然的声音以及它们的组成元素。 接下来介绍什么是数字化声音，包括采样型和合成型两种声音。 最后讨论这两种声音的使用和比较。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5.1.1 自然声音
声音是由物体振动产生的声波，通过空气、固体或液体的介质传播并能被人或动物听觉器官所感 知的波动现象。最初发出振动的物体叫声源，声音以波的形式振动传播。最简单的声波又叫纯音 （Pure Tone）。一个纯音可由音叉（Tuning Fork）产生，它可以用一个简单的周期性（ Periodic）波形来表示。这种周期性波叫作正弦波（Sine Wave）。一个正弦波捕捉到声音的二 个主要特性：振幅（Amplitude）和波长（Wavelength），如图所示。
5.1.2 数字化声音
2. 采样分辨率
模数转换器测量声音振幅时，使用固定的比特数，这个比特数又称为采样分辨率。数字声音的分 辨率范围一般为8~32bit。其中最常用的是16bit的激光唱片音频标准以及24bit的数字化通用磁 盘音频标准。 8bit可以代表256个不同的振幅。数字化通用磁盘则使用24bit可表示高达1600多万个不同的值 。 使用太低的采样分辨率会造成两种失真：量子化（Quantization）失真和剪短（Clipping）失真 。
声音设计这个词最早源自沃尔特·默奇（Walter Murch）在《现代启示录》中的声音创 作，这个名词的提出为了强调经过设计的声音为这部影片做出的突出贡献。 沃尔特默奇对声音的创造性使用改变了人们对电影声音的传统看法，使声音和其他电影要 素一样，成为影片设计的元素之一，深刻影响着电影的创作。
5.1 数字技术范畴的声音
5.1.2 数字化声音
数字声音由一系列离散的信息元素组成。 有两种类型的数字声音：采样型（Sampled）和合成型（Synthesized）。
5.1.2 数字化声音
1. 采样型声音
在进行声音数字采样时，使用模数转换器（Analog to Digital Converter，ADC）来捕捉并记录声音波型许多 不同振幅的信息。模拟型声音由连续改变化的电压模式组 成。模数转换器会以每秒上千上万次的速度对此声音的电 压值进行采样并记录其数字值。
5.1.1 自然声音
大部分声音波形比简单纯音波形复杂得多。不同的乐器弹奏相同的单音（note）会产生不同 的波形，由于此特性，我们可以分辨出不同的乐器。交响乐的声音更是由非常复杂的不同波 形混合而成。 传统的声音记录可将声音通过麦克风隔板振动的轨迹刻画在腊制的滚筒上，再生声音时，可 使用唱针沿着滚筒上的轨迹产生振动，振动产生的电子信号通过扩音器放大由扬声器发出声 音。经过多年的改进，仿真式声音系统越来越进步，在声音的捕捉和再生上已达到高保真（ High Fidelity）的水平。
采样的例子
5.1.2 数字化声音
数字采样使用一组离散数字样本代表声音的原始波形。 由于采样时只能在连续变化的模拟声音上采取有限数量的样本值，所以一些声音的信息 在采样时会丢失。 采样型声音的品质取决于两个因素：采样过程中的采样分辨率（Sample Resolution） 和采样率（Sample Rate）。
剪短的失真波形
5.1.2 数字化声音
3. 采样率
采样率是在固定时间区间内的采样数目。 1Hz表示每秒集一个样本。
5.1.2 数字化声音
混叠是在采样后还原声音信号时产生彼此交迭的失真现象。混叠发生时，原始的声音信号无法从 采样信号还原，因此无法准确重建原始声音信号。图为混叠的现象，其中高频率和低频率的正弦 波在采样后有相同的样本值。为了避免此情况发生，采样前可先进行滤波的处理。此外，我们也 可用过度采样（Oversampling）方式解决此问题。
Introduction to Digital Media from Art and Technolgy Aspects
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绪论
数字媒体表达基础 媒体表现形式—文字 媒体表现形式—图像
媒体表现形式—声音
媒体表现形式—视频 媒体表现形式—动画 数字媒体的实施与 应用基础 数字媒体的实践与创业
数字媒体概论
本书从艺工交叉的视角，立足于数字 媒体作为一个整体的学科，融合介绍 数字媒体技术与数字媒体艺术的相关 基础知识。 全书共9章，首先讲述了数字媒体表 达的基本语言，随后从应用的角度重 点介绍数字媒体的文字、图像、声音 、视频、动画五大媒体表现形式，最 后从整体的数字产品开发的实践和创 业角度，解读典型艺工交叉的游戏、 影像、装置、虚拟现实等方向综合作 品的创作理念、艺术特点、艺工融合 的方式以及组员之间的分工合作等。
振幅和波长
5.1.1 自然声音
振幅是声音的能量，也就是声音的音量，通常用分贝（Decibels，dB）来表示。 通常，分贝数越高 , 音量越高。一般人的听觉范围大约是3~140dB。 频率是在一个时间区间内波形重复的次数，它的单位为赫兹（Hertz，Hz）也就是每秒中波形重 复的次数。频率被视为声音的音高（Pitch），也就是高频率会产生较高音高的声音，反之低频 率产生较低音高的声音。 一般人的频率为20~20,000Hz。 音长是声音的时间长度。
第五章
5
数字媒体的五大媒体表现形式——声音
数字技术彻底改变了声音的生成、使用和分布。 声音可以表达不同的心情和步调，配合其他的媒体元素可以为电玩游戏或者其他交互式数 字媒体产品提供惊人的沉浸式体验。
在人的五感中，听觉作为重要感官承担着丰富的情感感知功用。 现代媒体手段中，将视觉和听觉结合而成为多媒体，可见视觉和听觉这两个感觉通道对人 们的生活影响巨大。 声音作为一个媒体要素，能极大地影响人们意识世界中的情境。
5.1.2 数字化声音
使用过低的采样分辨率进行声音数字化会产生量子化失真。 过度的量子化会产生嘶嘶叫或模糊不清的背景噪音。 解决此噪音的唯一方法就是提高采样分辨率，比如使用16bit以取代8bit。
5.1.2 数字化声音
剪短是另外一种波形振幅的失真。为了避免剪短失真， 在录音前可先预测录音设备并调整到可以接受的最高声 音振幅。进行混音（Mixing）时，也可能发生剪短失 真，此时可以降低每个混音音轨的音量来解决这个问题 。除此之外，也可以选用较高的采样分辨率，如24bit 以增加波形振幅值的范围。
本节首先介绍什么是自然的声音以及它们的组成元素。 接下来介绍什么是数字化声音，包括采样型和合成型两种声音。 最后讨论这两种声音的使用和比较。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5.1.1 自然声音
声音是由物体振动产生的声波，通过空气、固体或液体的介质传播并能被人或动物听觉器官所感 知的波动现象。最初发出振动的物体叫声源，声音以波的形式振动传播。最简单的声波又叫纯音 （Pure Tone）。一个纯音可由音叉（Tuning Fork）产生，它可以用一个简单的周期性（ Periodic）波形来表示。这种周期性波叫作正弦波（Sine Wave）。一个正弦波捕捉到声音的二 个主要特性：振幅（Amplitude）和波长（Wavelength），如图所示。
5.1.2 数字化声音
2. 采样分辨率
模数转换器测量声音振幅时，使用固定的比特数，这个比特数又称为采样分辨率。数字声音的分 辨率范围一般为8~32bit。其中最常用的是16bit的激光唱片音频标准以及24bit的数字化通用磁 盘音频标准。 8bit可以代表256个不同的振幅。数字化通用磁盘则使用24bit可表示高达1600多万个不同的值 。 使用太低的采样分辨率会造成两种失真：量子化（Quantization）失真和剪短（Clipping）失真 。
声音设计这个词最早源自沃尔特·默奇（Walter Murch）在《现代启示录》中的声音创 作，这个名词的提出为了强调经过设计的声音为这部影片做出的突出贡献。 沃尔特默奇对声音的创造性使用改变了人们对电影声音的传统看法，使声音和其他电影要 素一样，成为影片设计的元素之一，深刻影响着电影的创作。
5.1 数字技术范畴的声音
5.1.2 数字化声音
数字声音由一系列离散的信息元素组成。 有两种类型的数字声音：采样型（Sampled）和合成型（Synthesized）。
5.1.2 数字化声音
1. 采样型声音
在进行声音数字采样时，使用模数转换器（Analog to Digital Converter，ADC）来捕捉并记录声音波型许多 不同振幅的信息。模拟型声音由连续改变化的电压模式组 成。模数转换器会以每秒上千上万次的速度对此声音的电 压值进行采样并记录其数字值。
5.1.1 自然声音
大部分声音波形比简单纯音波形复杂得多。不同的乐器弹奏相同的单音（note）会产生不同 的波形，由于此特性，我们可以分辨出不同的乐器。交响乐的声音更是由非常复杂的不同波 形混合而成。 传统的声音记录可将声音通过麦克风隔板振动的轨迹刻画在腊制的滚筒上，再生声音时，可 使用唱针沿着滚筒上的轨迹产生振动，振动产生的电子信号通过扩音器放大由扬声器发出声 音。经过多年的改进，仿真式声音系统越来越进步，在声音的捕捉和再生上已达到高保真（ High Fidelity）的水平。
采样的例子
5.1.2 数字化声音
数字采样使用一组离散数字样本代表声音的原始波形。 由于采样时只能在连续变化的模拟声音上采取有限数量的样本值，所以一些声音的信息 在采样时会丢失。 采样型声音的品质取决于两个因素：采样过程中的采样分辨率（Sample Resolution） 和采样率（Sample Rate）。
剪短的失真波形
5.1.2 数字化声音
3. 采样率
采样率是在固定时间区间内的采样数目。 1Hz表示每秒集一个样本。
5.1.2 数字化声音
混叠是在采样后还原声音信号时产生彼此交迭的失真现象。混叠发生时，原始的声音信号无法从 采样信号还原，因此无法准确重建原始声音信号。图为混叠的现象，其中高频率和低频率的正弦 波在采样后有相同的样本值。为了避免此情况发生，采样前可先进行滤波的处理。此外，我们也 可用过度采样（Oversampling）方式解决此问题。