音频基础知识2

号
形按一定的时间间隔取出样值，形成在时间
的
上不连续的脉冲序列，也称为抽样、取样。
数 字
采样周期(Ts)
化 也就是说，在信息信号出现的某一时域（t0～t’)
内，用时间间隔为Ts的t0,t1,t2……等有限个时
刻所对应的信号幅值，近似地代表原信号在
t0～t’内的无数个幅值。一般，把这些用于代表
原信号无数个幅值的有限个幅值称为采样值
越背离原始音频的波形，从而造成失真。
常用的数字音频采样率
采样率
品质
11025Hz AM广播和低端多媒体
22050Hz FM广播和高端多媒体
32000Hz
广播级标准（略高于 FM广播）
44100Hz
CD
48000Hz
DAT
96000Hz
DVD
频率范围 0~5512H z 0~11025Hz
0~1600Hz
拟
音 二者比较：
频 ➢ 数字化更能反映信息的本质：能更多、快、
与
好、省地服务于人类。
数 字 音 频
➢ 从具体的技术角度看，数字化的信息与模拟 化的信息相比，在存储、检索、处理、传输 和利用等各个方面都有着无可比拟的优越性。
模
音频信号为什么要数字化？
Байду номын сангаас
拟
音 ① 能实现高效编码，利于节省存储空间和传
频
输带宽。
与 ② 抗干扰能力强，特别是在中继传输时更为
数
明显。
字 音 频
③ 便于使用现代计算机技术，对信号进行处 理、存储和变换，从而提高了信息传输/ 存储的灵活性。
④ ……
音
怎样数字化
频
信 ➢ PCM：是“数字化”的最基本的技术。模
号
拟信号正是通过PCM而变换成数字信号的。
的 数 字
➢ Pulse Code Modulation（脉冲编码调 制，简称脉码调制）的缩略语，其具体操
➢ 硬件部分：以多媒体计算机为主，配备相关的板 卡/集成/外置盒式的音频接口和各类数字音频设 备（如话筒、数字音频录放设备、数字调音台、 监听音箱和耳机等）；
➢ 软件部分：主要包括数字音频设备驱动程序、操 作系统、数字音频工具程序和数字音频应用程序 等。而用户直接面对的主要是数字音频应用程序， 主要包括数字音频编辑处理程序（如， SoundForge、Adobe Audition）、MIDI应 用程序（如Cakewalk、Cakewalk sonar等）、 各种效果器等等。
常用的音频文件格式
CD：扩展名＊.cda ，标准CD格式也就是 44.1K的采样频率，16位量化位数;CD音轨 可以说是近似无损的，因此它的声音基本上 是忠于原声的.
MP3：扩展名＊.mp3， 是第一个实用的有
损音频压缩编码。 即MP3能够以高音质、低 采样率对数字音频文件进行压缩。压缩比能 达到1：12。
……
U0 t0 t1 t2 t3
……
t18
9.0V 8.0V 7.0V 6.0V 5.0V 4.0V 3.0V 2.0V 1.0V
t18
U’
U0 t0 t1 t2 t3
……
9.0V
8.0V 7.0V 6.0V 5.0V 4.0V 3.0V 2.0V 1.0V
t18
显然，实际取样值和归入的量值是有差别的：如 果划分的层次越多，即量化的比特数越大，则量 化的精度越高，误差就越小。
✓ 适合于人声拾取的话筒 ✓ 适合于乐声拾取的话筒 ✓ 特定用途的话筒：摄像机带话筒、无线话筒
➢话放：
是对话筒的信号在进入音频接口之前做出放大处 理的一种设备，它可以提高信噪比和干声质量。
Avalon AD2022双通道话放
➢耳机：
在声场定位和声音细节的表现能力强，可以作为 帮助录音师在音频处理过程中做出判断的辅助手 段和依据。
常用的音频文件格式
MIDI：扩展名＊.mid，是数字音乐/电子合成乐器的 统一国际标准。它定义了计算机音乐程序（ MIDI音序 器） 、数字合成器及其它电子设备（MIDI乐器）交换 音乐信号的方式，规定了不同厂家的电子乐器与计算 机连接的电缆和硬件与设备间数据传输的协议，可以 模拟多种乐器的声音。它所记录的是MIDI消息，即何 时、使用何种乐器、发何种声音的命令信息。把这些 指令发送给声卡，由声卡按照指令将声音合成出来。
➢ 如果是两股相同的声波反相位进行叠加， 则声波相互抵消，振幅变为零，声波消失。
音频信号的合成基础
➢ 在多数情况下，不同频率和振幅的不规则声 波混合在一起时，会根据原点正负方向上的 振幅进行混合，最终得到相对复杂的混合声 波。混合声波中可以包含音乐、人声、噪声 或其他声音。
模
拟 ✓ 模拟音频：由连续的、不断变化的波形组成，
常用的音频文件格式
DVD Audio：是新一代的数字音频格式， 是音乐格式的DVD光碟，取样频率为 “48kHz/96/192”和 “44.1kHz/88.2/176.4kHz”可供选择， 量化位数可以为16bit、20bit或24bit， 它们之间可自由地进行组合。
二、音频工作站
计算机数字音频工作站由硬件和软件组成。
音频基础知识 2
教师：张红艳 办公室：67#D203（原19号楼） E-mail: hyanzh@126.com
音频信号的合成基础
➢ 当两股或多股声波相遇时，会进行叠加， 这是音频合成的最基本形式。
➢ 如果是两股相同的声波等相位进行叠加， 则声波的振动强度增加，振幅变为单个声 波振幅的两倍。
音频信号的合成基础
号
操作，即对声波波形幅度进行数字化表示。
的
数 方法：将模拟信号的幅度，在动态范围A内,人
字
为地划分为相等间隔的若干层次Ui（i=0，1，
化
2，…n),然后用“四舍五入”的方式将各样值
变换成有限的n个量化等级电平值，这样就可
以用有限位代码完全表示这有限个等级电平值。
U’
U0 t0 t1 t2 t3
U’
0~22050Hz 0~24000Hz 0~48000Hz
采样只解决了音频波形信号在时间坐标(即横 轴)上把一个波形切成若干个等分的问题，但 是，还需要用某种数字化的方法来反映某一 瞬间声波幅度的电压值大小。该值的大小影 响音量的高低。
音
（二）量化
频
信 ➢ 量化：采样值相对于振幅进行离散的数值化的
➢硬音源：
专门储存音色的硬件设备，即没带键盘的合成器。
三、设置Adobe Audition
▪ 1.音频设备设置 ▪ “编辑—音频硬件设置(I)…”：
常用的音频文件格式
WMA：扩展名＊.wma，是微软在互联 网音频、视频领域的力作。它以减少数据 流量但保持音质的方法来达到比MP3压缩 率更高的目的（1:18）；支持音频流技术， 适合在网络上在线播放。
常用的音频文件格式
RealAudio：主要有RA、RM、RMX等格 式。是由Real Networks公司推出的一种 文件格式，其最大的特点是可以实时传输音 频信息，尤其是在网速较慢的情况下，仍然 可以较为流畅地传送数据，主要适用于网络 上的在线播放，可以随网络带宽的不同而改 变声音的质量，在保证大多数人听到流畅声 音的前提下，令带宽较富裕的听众获得较好 的音质。
（样值）。
U’
U0
t0 t1 t2 t3
……
t18
Ts
音
频
信 采样频率：是每秒钟将模拟信号分成的“点”
号
数，即每秒钟采集声音样本的个数。也就是每
的
秒钟的音频被分解成多少份数据样本元素，决
数
定了音频文件的频率范围。
字
化
采样率越高，数字音频的波形越接近与原始音
频的波形；而采样率越低，则数字音频的波形
音
（三）编码
频
信 ➢ 编码（Coding）：将取样、量化所得的量值
号
变换为二进制数码的过程。
的 用N位（bit）二进制代码表示各样值的量化等
数
级电平值，一般将代码的位数N称为量化位数
字
（量化比特数）。
化
常用的数字音频位深度
位深度 8-bit 16-bit 24-bit 32bit
品质 电话 CD DVD 最高
音频设备简述
音频设备是对音频输入/输出设备的总称，包括的 产品类型一般又：音箱、多媒体控制台、数字调 音台、音频采样卡、合成器、话筒、计算机声卡 和耳机等。
➢话筒：
即麦克风(传声器), 是一种将声音信号转变成响 应电信号的换能器，包括振动元件、换能元件、 声学元件。它是主要的拾音设备，其品质对于最 终的录音结构有很大程度的影响。
振幅值 动态范围
256
48dB
65535 0~22050Hz
16777216 144dB
4294967296 192dB
常用的音频文件格式
WAVE：扩展名＊.wav， 是Microsoft Windows本身提供的音频格式，也叫波 形声音文件，是最早的数字音频格式。通 常，使用.WAV格式用来保持一些没有压 缩的音频，但它对存储空间需求大。
➢调音台：
即混音控制台，是音频制作与编辑、信号处理的 中心。它负责计算机与话筒、音箱、音源和合成 器等音频设备之间声音信号的传递，拥有各种辅 助输出、监听输出、左右立体声输出和混合输出 等输出方式；提供电平控制、音色调整、音质均 衡与补偿等功能。
➢合成器：
专门用于对声音信号进行监听和鉴别。 用于音频处理系统中的监听音箱，应该对声音没 有渲染和任何修饰，力求声音的真实准确。
音 信号的数值在一定范围内变化，通过空气或
频 电缆等介质传输，是我们可以听见的。
与 如磁带、胶木唱片等存储的音频。
数
字 音 频
✓ 数字音频：以间隔的、精确的点的形式传播， 点的数值信息是有二进制信息描述的。即用 一堆数字记号来记录声音，而不是用物理手
段来保存信号。数字信号我们实际上是听不
到的。
模
音频信号为什么要数字化？
化
作通过取样、量化和编码三个步骤，用若
干代码表示模拟形式的信息信号（如图像、
声音信号），再用脉冲信号表示这些代码
来进行处理、传输/存储。
音
频 模拟信号的数字化过程：
信
号
的
A/D转换器实现
数
字
化
模拟信号的数字化过程
100101100011101
音
（一）采样
频
信 ➢ 采样：对振幅随时间连续变化的模拟信号波
➢耳机分配器与耳放：
耳机分配器可以得到多个耳机输出口，它能够分 配几路至十几路到耳机。 耳放集耳机放大器和耳机分配器功能于一体，提 供更多的耳机接口，即它是在将声音进行放大处 理的前提下把声音信号分配给多个耳机以共多位 人员进行监听。
➢监听音箱：
专门用于对声音信号进行监听和鉴别。
用于音频处理系统中的监听音箱，应该对声音没 有渲染和任何修饰，力求声音的真实准确。