声音及其分类

2.4.2用PC机构成的MIDI系统
使用PC机构造MIDI系统：可把MIDI接口和MIDI声音 模块组合在PC添加卡上。多媒体个人计算机MPC规范就要 求PC添加卡上必须有这样的声音模块，称为合成器 (synthesizer)。电脑播放MIDI文件，必须使用合成器。
MIDI合成器的产生方式


（3）四声道环绕 规定了4个发音点：前左、前右，后左、后右，同时建 议增加一个低音音箱，以加强对低频信号的回放处理(4.1 声道音箱系统广泛流行的原因)。 （4）5.1声道 运用于各类传统影院和家庭影院中，一些知名的声音 录制压缩格式，都以5.1声音系统为技术蓝本的。 增加了一个中置单元,负责传送低于80Hz的声音信号，在欣 赏影片时有利于加强人声，把对话集中在整个声场的中部， 增加整体效果。 （5）7.1声道 它在5.1的基础上增加了中左和中右两个发音点。当然 由于成本比较高，趋于流行还有待时日。



波形文件:包括了所有的声音文件。 语音:是波形文件，是一种特殊媒体。 音乐:规范的符号化了的声音，这种符 号就是乐谱。
2.1.3

声音的三要素

模拟声波信号曲线为一系列正弦波的线 性叠加 . 声波信号是由基音和泛音组成。 频率最低的音波称为基频或基音 . 除此之外的音波都称为泛音，其频率是 基频的整数倍。


(1)FM合成器(FM synthesis) 通过已有的电子波形来产生声音的合成器. 产生各种逼真的乐音是相当困难的，有些 乐音几乎不能产生。 (2)波表合成器(wave table synthesis) 乐器的声音样本存储在音频卡波形表中， 播放时从波形表中取出来。 可以产生更逼真的声音。
常用的采样指标及等效音质

数字音频等级
采样频率 量化位 (KHz) 数(bit)
声道数
每分钟的数据量(MB, 等效音 无压缩) 质
11.025
22.05
8
16
单声道
双声道
0.63
5.05
语音
FM广播
44.1
16
双声道
10.09
CD唱盘
常用的采样指标及等效音质

数字音频等级
频率范围 （Hz） 200~3400 50~7000 20~15k 20~20k 采样率（kHz） 量化位数（bit）
2.3.2数字化声音的技术指标
4.编码算法




*作用：采用一定的格式记录数字数据；采用 一定的算法压缩数字数据减少存贮空间和提高 传输效率。 *压缩算法包括有损压缩和无损压缩；有损压 缩指解压后数据不能完全复原，要丢失一部分 信息。 *压缩编码的基本指标之一就是压缩比，音频 数据压缩比=压缩后的音频数据/压缩前的音频 数据。 *它通常小于1，压缩比越大，信息丢失越多、 信号还原后失真越大。

2.2.2

声音质量的度量


*客观质量度量——即音频信号的技术 指标，如：频带宽度、动态范围和信噪 比； *主观质量度量 *在语音评价过程中，主观的质量评价 较客观的质量评价更为恰当。
1.客观评价指标 (1)频带宽度


*声音信号是由许多频率不同的分量信号 组成的复合信号。 *复合信号的频率范围称为频带宽度。 * 频带越宽，包含的音频信号越丰富， *通常将音质定义为4个等级标准：
第2章 声音媒体

2.1 声音及其分类 2.1.1 声音的概念 声音是通过空气传播的一种连续的波， 由空气振动引起耳膜的振动，由人耳所 感知。
2.1.2 声音的分类
声音被分为无规则的噪音和有规则的音频 信号；有规则音频信号是一种连续变化、周期 性的模拟信号,可用一条连续的曲线来表示， 称为声波。
(1)频带宽度
1.客观评价指标
(2)动态范围


*声音的动态范围：音频信号的最大强度 与最小强度之比。 *动态范围越大，说明音频信号的相对变 化范围大，则音响效果越好。
音质效果 动态范围 （dB） AM广 播 40 FM广 播 60 数字电 CD－DA 话 50 100
1.客观评价指标
(3)信噪比
2.4.3 MIDI文件的特点
1.
2.
MIDI数据量比声音文件小的多，采用 MIDI格式记录比采用WAVE格式记录的数 据量小两个数量级以上。 MIDI配音方便，例如当多媒体系统中播 放波形声音文件时(如图片的一段解说词)， 此时若还需配上某种音乐作为解说的效果 时，不可能同时调用两个波形声音文件， 而播放MIDI文件记录下来的音乐就很方 便了。
2.3.2数字化声音的技术指标
2.量化精度



*量化精度是指对模拟音频信号的幅度进 行数字化二进制表示的位数，它决定了 模拟信号数字化以后的动态范围。 *一般的量化精度为8位或16位。 *量化位数越高，信号的动态范围越大， 量化精度越高，但所需要的存贮空间也 越大。
2.3.2数字化声音的技术指标
2.4.1 MIDI术语

（4）多音色（Timbre） 同时演奏几种不同乐器时发出的声音，它着重于 同时演奏的乐器数。 （5）MIDI标准 MIDI电子乐器：能产生特定声音的合成器，其数 据传送符合MIDI通信约定。 MIDI消息 ( message ) 或指令：乐谱的一种记录 格式，相当于乐谱语言。 MIDI接口（interface）：MIDI硬件通信协议。 MIDI通道 ( channel )：共16个通道，每种通道 对应一种逻辑的合成器。 MIDI文件：由控制数据和乐谱信息数据构成。 音序器 ( Sequencer )：用来记录、编辑和播放 MIDI文件的软件。
2.2.1 音频 音频是指人类听觉所感知范围内的频率，也 称声频。 次声波(subsonic)：频率低于20Hz的信号。 超声波(ultrasonic)：频率高于20KHz的信号。 音频(Audio) :频率范围是20Hz～20KHz的声音 信号，是人耳能听到的声音信号，次声波和超声 波之间的音频为可听声波，即属于多媒体音频信 息范畴。
2.4.3 MIDI文件的特点
3.
4.
编辑灵活。在音序器的帮助下，用户可 以随意修改曲子的速度、音调、音色等 属性，也可以改换乐器的种类，从而产 生合适的音乐。 表现能力弱。不能与真正的乐器完全相 似。不能模拟出自然界中其它非乐曲类 声音。音质有待提高。
3.声道数



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声道数指的是一次同时产生的声波组数。 （1）单声道 缺乏位置感 （2）立体声 *声音在录制过程中被分配到两个独立的 声道，但所占空间比单声道多一倍。 *这种技术在音乐欣赏中尤为有用， *依然是许多产品遵循的技术标准。
2.3.2数字化声音的技术指标
3.声道数







音调 ：声音的高低叫做音调(pitch)。音调 与声音的频率有关。 音色 ：与波形相关，取决于声波的频谱， 即由混入基音的泛音所决定的。 音强 ：即声音的响亮程度，与声音信号的 幅度成正比。用声音信号幅度取对数后再 乘20所得值来描述声强，以分贝（dB）为 单位，此时称为音量。
2.2 音频信号
2.4.1 MIDI术语



（1）MIDI文件 MIDI文件是存放MIDI信息的标准文件格式，MIDI 文件中包含音符、定时和多达16个通道的演奏定义。 每个通道的演奏音符信息包括：键、通道、号、音长、 音量和力度（击键时，键达到最低位置的速度）。 （2）音乐合成器（Musical Synthesizer） 首先利用数字信号处理器或其它芯片来产生音乐 或声音，然后通过声音产生器和扬声器发出声音。合 成器发声的质量和声部取决于合成器能够同时播放的 独立波形的个数即泛音的合成。 （3）复音（Polyphony） 复音指合成器同时支持的最多音符数。
2.4

MIDI接口和音乐合成


最初，同一MIDI文件在不同的设备会出现完全不同的 放声效果。 GM（GENERAL MIDI，通用MIDI）标准得到了Windows操 作系统的支持。它规定了前128中常用乐器的音色编排 方式，例如1号是钢琴，66号是萨克斯管等等，它实际 上是对MIDI规范的补充。 ROLAND公司——GS(General Synthesizer，通用合成 器)标准兼容GM的基础上，提供比GM标准数量更多的打 击乐器组合更多的特殊音响。 Yamaha公司——基于GM标准的XG（Extended General MIDI，扩展的通用MIDI）标准。
2.3.2数字化声音的技术指标
1.采样频率



*采样频率是指单位时间内的采样次数。 *奈奎斯特（Harry Nyquist）采样理论：只要采样 频率f(1/T)高于输入信号最高频率的两倍，则经过 采样后的采样信号能够包含原模拟信号的全部信息， 且经过反变换和低通滤波后可不失真地恢复原模拟 信号。 *电话话音的信号频率约为3.4 kHz，采样频率就选 为8 kHz.CD 激光唱盘采样频率为44.1KHz，可记录 的最高音频为22.05KHz。 *采样的三个标准频率分别为：44.1KHz，22.05KHz 和11.025KHz。
2.3.3数字化声音的质量和存储量

* 数据量（Byte）=(采样频率×量化精度×声道 数×声音持续时间)/8 * CD格式1秒： (采样频率×量化位数×声道数×声音 持续时间)/8 ＝（44.1k ×16×2×1）/8=0.176MB/s * 一个小时CD格式的音乐需要635MB的存贮空间，其实 CD最长的重放时间为74分钟。 * 5.1声道每秒钟的数据量为： (采样频率×量化位数×声道数×声音持续时间)/8 ＝ （44.1k ×16×5.1×1）/8 =0.45MB/s， * 一个小时的多声道格式的音乐需要1.62GB的存储空 间，远远大于CD的容量。
2.4

MIDI接口和音乐合成


MIDI文件的大小要比WAV文件小的多，即 一分钟的WAV文件约要占用10MB的硬盘空 间，而一分钟的MIDI却只有区区的3.4KB。 CMF文件是随音频卡一起使用的音乐文件， 于MIDI文件非常相似，只是文件头略有 差别； WINDOWS使用的RIFF文件的一种子格式， 称为RMID，扩展名为RMI。
1
劣(Bad)
极讨厌(令人反感)
2.3
2.3.1

声音信号数字化
声音信号数字化过程

*数字化过程：模拟数字转换（A/D）转换过程 。 *采样（sampling）：时间上进行离散化处理，即每隔相 等的一段时间在声音信号波形曲线上采集一个信号样本。 *量化 (quantization)：对采样后的声音信号幅值进行离 散化处理。如果幅度的划分是等间隔的，就称为线性量化， 否则就称为非线性量化。 *编码：将采样和量化后的数字化声音信息以二进制形式并 按照一定的数据格式进行表示。
8 8
信号类型
电话话音
宽带音频 调频广播 高质量音频
16 37.8 44.1
16 16 16
2.4

MIDI接口和音乐合成


MIDI（Musical Instrument Digital Interface）是电子乐器数字接口的缩写，是 数字音乐/电子合成乐器国际标准 . MIDI是一个协议，它不是把音乐的波形进行数 字化采样和编码，而是将数字式电子乐器的弹 奏过程记录下来，只包含用于产生特定声音的 指令. 电脑把这些指令交由音频卡去合成相应的声音， 根据记录的乐谱指令，通过音乐合成器生成音 乐声波，经放大后由扬声器播出。
2.3.2数字化声音的技术指标
5.数据率及数据文件格式



*数据率为每秒位数，它与信息在计算机中的 实时传输有直接关系，而其总数据量又与计算 机的存储空间有直接关系。 *用数字音频产生的数据一般以WAVE的文件格 式存贮，以“.WAV”作为文件扩展名。是 Windows 下通用的数字音频标准，用Windows 的媒体播放器可以播放。 *MP3的应用虽然很看好，但目前还需专门的播 放软件，如RealPlayer等。

*信噪比是有用信号与噪声之比的简称。 *噪音可分为环境噪音和设备噪音， *通常信噪比分为系统输入信号的信噪比SNR （in）和系统输出信号的信噪比SNR（out）。 *信噪比越大，声音质量越好。信噪比的表达 式如下：
SNR=
有用信号的平均功率
噪声的平均功率
2.主观度量法
分数 5 4 3 2 质量级别 优(Excellent) 良(Good) 中(Fair) 差(Poor) 失真级别 无察觉 (刚)察觉但不讨厌 (察觉)有点讨厌 讨厌但不反感