声音处理手段

1 音频基础
1.1 声音的基本概念
●声音在物理学上称之为声波，是通过一定介质 （如空气、水等）传播的连续的振动的波。
●声波引起某处媒质压强的变化量称为该处的声 压。
●声音的强弱体现在声波的振幅上。
●声音的高低体现在声波的周期和频率上。
1 音频基础
1.1 声音的基本概念
● 声音是指自然声。声音是振动的波，是随时间连续变化的物理量
● 声音的传播方向
●当辐射出来的声波波长比声源的尺寸大时，声波 比较均匀地向各方向传播； ●当辐射出来的声波波长小于声源的尺寸时，声波 集中地向正前方一个尖锐的圆锥体范围内传播。
● 声音的三要素 ● 音调 —— (高低)
● 音强 —— (强弱)
(低)
(高)
(弱)
(强)
(停)
● 音色 —— (特质)
• 1948年 美国哥伦比亚公司开始大批量生产 331/3转/分的新一代的密纹唱片 （Microgroove），成为唱片发展史上具有划时 代意义的大事。而RCA也推出自己的另一套系 统——45转的EP（Extended Play）与之抗衡。
• 1935年 德国柏林的通用电气公司研制成功使用 塑料磁带的磁带录音机。
高级音响
10Hz ～ 40,000Hz
● 人对声音频率的敏感
次声波 <20Hz
人耳可听域 20～20,000Hz
超声波 >20,000Hz
●对中频段（2 kHz～4 kHz）最为敏感，幅度很低的信号都 能被人耳听到；
●对低频区和高频区较不敏感，能被人耳听到的信号幅度比 中频段要高得多。
10 20 50 200
• 1925年 世界上第一架电唱机诞生。
• 1931年 美国无线电公司（RCA）试制成功331/3 转/分的密纹唱片（Long Play，简称LP）。
中华206型留声机
文革时期留声机
• 1945年 英国台卡公司用预加重的方法扩展高频 录音范围，录制了78转/分的粗纹唱片 (StandardPlay，简称SP)。
早期的留声机1
图3.1
• 1857年 法国发明家斯科特（Scott）发明了的声波振记器，
这是最早的原始录音机，是留声机的鼻祖。
• 1877年 爱迪生发明了一种录音装置。可以将声波变换 成金属针的震动，然后将波形刻录在圆筒形腊管的锡箔上。 当针再一次沿着刻录的轨迹行进时，便可以重新发出留下 的声音。这个装置录下爱迪生朗读的《玛丽有只小羊》的 歌词：“玛丽抱着羊羔，羊羔的毛象雪一样白”。总共8 秒钟的声音成为世界录音史上的第一声。
数据量／分钟 0.66 MB 1.32 MB 2.64 MB 1.32 MB 2.64 MB 5.29 MB
音质评价 低
一般 良好
中 良好 优秀
● 重放频率 (模拟量)与采样频率 (数字量)的关系 重放频率 ＝ 采样频率 ÷ 2
1.3 文件的格式
● RA(RealAudio) Real音频文件
.rm
• 1898年 伯利纳在伦敦成立英国留声机公司，并
将工厂设在德国汉诺威。
• 1898年 丹麦工程师普尔森发明了可以实际应用 的磁性录音机（钢丝录音机）。
• 1912年 圆筒式录音被淘汰。
• 1924年 马克斯菲尔德和哈里森设计成功了电气 唱片刻纹头，贝尔实验室成功地进行了电气录音， 录音技术得到很大提高。
• 1878年 爱迪生成立制造留声机的公司，生产商业性的 锡箔唱筒。这是世界第一代声音载体和第一台商品留声机。
留声机2
• 1885年源自文库美国发明家奇切斯特·贝尔和查尔斯·吞特发明了 gramophone（留声机），采用一种涂有蜡层的圆形卡纸板 来录音的装置。
• 1887年旅美德国人伯利纳（Emil·Berliner）获得了一项留 声机的专利，研制成功了圆片形唱片（也称蝶形唱片）和 平面式留声机。
新开始
(10) 选择“文件／另存为”菜单，保存文件
3 [音频压缩工具]
(1) 选择“程序／AVI MPEG WMV RM to MP3 Converter” (2)单击“打开”按钮，在弹出的对话框中选择需要转换的音频文件 或者需要提取音频的视频文件。 (3) 单击“打开”按钮。 (4)在主界面右侧的“音频格式”下拉框中选择目标音频压缩格式，一 共有四种格式，分别是.wma、.ogg、.wav、.mp3。 (5)点击 （设置）按钮，设置相应参数。 (6)点击 （转换）按钮，开始转换格式。 (7) 如不满意，可从步骤(5)重新开始。
●声音处理技术历史回顾
• 人类很早就开始研究声音，并制造乐器，进行建筑设 计或传声装置设计，使发出的声音传得更远。
• 19世纪，爱迪生发明了留声机，用机械的方法把各种 声音记录在唱片上。
• 电声技术 依靠电来记录并播放声音的，其基本原理是 通过电压来产生模拟声波变化的电流信号，并记 录下来，灌录成早期的唱片或磁带。
主要适用于在网络上的在线音乐欣赏
●APE 无损音频压缩格式 现在网络上比较流行的音频文件格式
.ape
● OGG( Ogg Vorbis) 一种免费的开源音频格式
.ogg
比MP3先进，可以在相对较低的数据速率下实现比MP3更好的音质。
● 其他… … AIFF 、VOC
.aiff
● 文件
● WAVE (Waveform Audio)波形音频文件 .wav
● Audition 的主要功能
● 录音——以多种采样频率录音, 时间不受限制 ● 声音剪辑——去掉声音片段，把片段复制到
其他乐段中，连接两段声音等 ● 合成声音——根据需要，把多个声音素材叠
加在一起，生成混合效果等 ● 增加特效——增加混响时间 (润色声音)、回
声效果、改变频率、淡入、淡 出效果、形成倒序声音效果 ● 文件操作——保存wav文件，生成mp3文件， 转换声音文件指标等
● 主界面
● 设置界面
4 声音适配器与声音还原
4.1 声音适配器 (声卡)
主板
主机箱
声音适配器 数字信号
音频信号 音箱
音箱
● 作用: 数字信号与模拟信号之间的双向转换 ● 单板 (输出功率大，抗干扰，音质好) ● 主板集成 (易受干扰，性能指标比单板略差) ● 采样模式 16bit ~ 24bit ● 音频输出模式：2 STEREO
5.1 STEREO ● ￥400～800元
4.2声音还原设备
● 普通音箱／耳机
● 有源音箱(内含放大器) ● 输入灵敏度 ● 输出功率
● 单元音箱 ● 2单元音箱
Speak 输出端 line 输出端
分频器
音频放大器
电源
高音
100Hz 3000Hz
12000Hz
中低音
● 3单元音箱
20Hz 3000Hz
● 声音的三个重要特性
● 振幅——波的高低幅度，表示声音的强弱 ● 周期——两个相邻波之间的时间长度 ● 频率——每秒钟振动的次数，以Hz为单位
振幅
● 基本特点 ●声音如何传播
● 声音依靠介质的振动进行传播。 ● 声音在不同介质中的传播速度和衰减率不一样，
导致声音在不同介质中传播的距离不同。
周期
● 声音的频率
次声波 <20Hz
人耳可听域 20～20,000Hz
超声波 >20,000Hz
男性语音
100Hz ～ 9,000Hz
女性语音
150Hz ～ 10,000Hz
声
频
源
电话语音
200Hz ～ 3,400Hz
带
种
调幅广播(AM)
50Hz ～ 7,000Hz
宽
类
度
调频广播(FM)
20Hz ～ 15,000Hz
• 1963年 荷兰生产音频盒式磁带。唱片的黄金年 代渐渐流逝。
箱包式留声机
箱式手提手摇留声机
1.2 声音的数字化
● 声音采样 —— 把声音按照固定的时间间隔，转换成由有限个数字 表示的离散序列
声音采样
11011100 11001101
● 采样频率 —— 在一定的时间间隔内采集的样本数量 (采样频率越高，音质越好，数据量也越大)
(2) 单击“录音”按钮, 开始录 音
(录音时间为60秒)
● 录音失败怎么办
(1) 鼠标左键双击任务栏右侧 图标
(2) 检查“波形”是否 被选择 — “√”
(3) 选择“选项／属性” (4) 选择“录音”选项 (5) 检查:
录音控制“√” 线路输入“√” 麦克风 “√” (6) 单击“确定”按 钮
音频处理效果
ECHO PITCH MIX STOP
● 启动 ● 双击快捷图标，启动Audition软件
● 音频编辑器
编辑工具 左声道 右声道
● 播放控制器
● 播放控制 停止 播放选区声音
12000Hz
20000Hz
高音 中音 低音
教学进程
● 声道与音箱
● 双声道立体声音箱 ● 2.1 声道环绕立体声音箱
左声道
中置 低音炮
右声道
● 5.1 声道环绕立体声音箱
● 环绕立体声产品
(1) 声卡 (2) 音箱系统
左环绕
低音炮
右环绕
6 低音炮 12 3
4
5
音频放大器
5 声音处理软件
5.1 Audition —— 免费共享软件，配有汉化补丁
5.2 声音的一般处理 5.3 声音的高级处理 5.4 声音合成综合实例 5.5 录制歌曲综合实例 6 MIDI与音乐合成 6.1 MIDI概述 6.2 MIDI标准 6.3 MIDI的工作过程 6.4 MIDI合成器 6.5 MIDI音乐制作系统 7 语音识别技术及应用 7.1 语音识别的基本原理及过程 7.2 文本－语音转换技术 7.3 语音识别软件
声音格式的转换方法
● [录音机操作步骤]
(1) 选择“程序／附件／娱乐／录音机”
(2) 选择“文件／打开”
(3) 选择需转换的音频文件
(4) 单击“打开”按钮
(5) 选择“文件／属性”
(6) 单击“开始转换”按钮
(7) 选择属性(采样频率)
(8) 单击“确定”按
钮 (9)
如不满意，可从步骤(2)重
● MP3/WMA(MPEG音频压缩标准)压缩音频文件 .mp3/wma
必须经过解压缩，数据量小
2 音频素材的获取
● 设备间的信号连接
机箱后背
● 简单录音
(1) 选择“程序／附件／娱乐／ 录音机”菜单，启动录音机
SPEAKER MIC LINE IN
声卡
500mV
1mV 插头: φ3.5mm/stereo
● 从CD当中获得声音 （1）EAC软件 （2）Adobe Audition软件
● 音质、数据量与文件
● 音质——声音的质量。与频率范围成正比，频率范围越宽音质越好
● 数据量与文件 采样频率 Hz 11,025 22,050 44,100 11,025 22,050 44,100
数据长度 bit 8 8 8 16 16 16
CD-DA FM广播 AM广播
电话
3.4k 7k 15k 20k
f(Hz)
● 声音的传播方向
● 声音以振动波的形式从声源向四周传播
人类在辨别声源位置时， 首先依靠声音到达左、右 两耳的微小时间差和强度 差异进行辨别，然后经过 大脑综合分析而判断出声 音来自何方。
● 从声源直接到达人类听觉器官的声音是“直达声” ● 声音从声源发出后，经过多次反射到达人类听觉器官的声音是“反射声”
第3章
声音处理手段
1 音频基础 1.1 声音的基本概念 1.2 声音的数字化 1.3 声音文件的格式
2 音频素材的获取 3 数字音频压缩标准
3.1 音频压缩方法概述 3.2 音频压缩技术标准 3.3 音频压缩工具 4 声音适配器与声音还原 4.1 声音适配器 4.2 声音还原 5 音频素材的编辑 5.1 经典软件概述
多媒体系统、音乐光盘制作，记录物理波形，数据量大
● MIDI (Musical Instrument Digital Interface)乐器接口文件 .mid
用于合成、游戏，记录音符时值、频率、音色特征，数据量小
● CDA (CD Audio)激光音频文件 .cda
准确记录声波，数据量大，经过采样生成WAV和MP3音频文件
• 1888年 伯利纳制作的世界第一张蝶形唱片和留声机在美 国费城展出。
• 1891年 伯利纳研制成功以虫胶为原料的唱片，发明了制 作唱片的方法。
• 1895年 爱迪生成立国家留声机公司(National Phonograph Company)，生产、销售用发条驱动的留声机。
手摇式留声机
狗牌手提箱式
● 声音的连续性
钢琴 吉他 小号 小提琴
● 声音在时间轴上是连续信号，具有连续性和过程性 ● 构成声音的数据前后之间具有强烈的相关性 ● 声音具有实时性，对处理声音的硬件和软件提出很高的要求
● 音质 ● 指声音的质量。
● 影响音质的因素
●对于数字音频信号，音质的好坏与数据采样频率和数据位数 有关。 ●音质与声音还原设备有关。 ●音质与信号噪声比有关。