第2章 数字音频技术基础
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对于复音，人耳只能分辨7种不同的响 度层次和7种不同的音调，共49种响度和音 调的组合。
这个数字颇为接近我们在语言中可觉 察到的音素数。
在高保真音响系统中，如果能将声音 的畸变控制在人耳无法觉察的范围内便可 以获得高保真的主观听觉效果。
4．掩蔽效应
人耳的另一个听觉特性是掩蔽效应。 所谓掩蔽效应，即一个声音的存在会 影响人耳对其他声音的听觉能力，在听觉 效果上似乎一个声音掩蔽了另一个声音。
技能目标：正确拆装CD机芯，了解CD唱 机的基本结构，掌握CD电路的工作原理。
典型设备：CD机
图2-1 CD唱机外形结构
1．CD机机芯的基本组成
（1）机芯的基本组成
图2-2 CD机的机芯基本组成方框图
（2）机芯各部分的主要作用
① 托盘进出机构 ② 光盘装卸机构 ③ 光盘旋转机构 ④ 夹持机构 ⑤ 光头进给机构 ⑥ 聚焦与循迹机构
（4）等响度曲线中的下方虚线以下区域为 不可闻区，它表示虽然人耳处存在一定的 声压，却感觉不到。对于频率为200Hz的 声音，只有它的声压级高于22dB人耳才能 听到。
3．听觉灵敏度
听觉灵敏度是指人耳对声压、频率及 方位的微小变化的判断能力。
当声压发生变化时，人们听到的响度 会有变化。
例如声压级在50dB以上时，人耳能分辨 出的最小声压级差约为1dB；而声压级小于 40dB时，要变化1～3dB才能觉察出来。
当频率发生变化时，人们听到的音调 会有变化。
例如频率为1 000Hz、声压级为40dB 的声音，变化3Hz就能觉察出来，当频率 超过1 000Hz、声压超过40dB时，人耳能 觉察到的相对频率变化范围（Δf/f）约为 0.003。听觉灵敏度还与年龄有关。
研究结果表明：对于纯音，人耳能分 辨出280个声压层次和1 400个频率层次。
如语音、音乐、风声、雨声、鸟叫声、机器 声、汽笛声等，但是在数字音视频作品中声 音表现的主要方式只有对白、音乐、背景声 音、音效等几种。
声音的技术表现和声音的艺术表现是所 有音视频作品中声音都具有的共同属性。
2.1.1 声音物理特性
声音是由材料振动产生的一种物理现 象，通过空气等介质的传播，引起人的耳 膜振动，并为人耳所感知。
由于外耳具有一定长度的耳道，会对 某段频率产生共鸣。
有些频率的声音人耳感觉很灵敏，很 小的声强就能感觉到，而频率很低的声音 必须强度很高人耳才能感觉得到，这个频 率段大约在3～5kHz。
因此人耳听到声音的响度与声音的频 率有关。
描述响度、声音声压级以及声源频率 之间的关系曲线称为等响度曲线。
等响度曲线如图2-6所示，它是将听起 来与1kHz纯音（基音）响度相同的各频率 的声音的声压求得后用曲线连接起来的结 果，又叫做响度的灵敏度曲线。
2．听觉的频率特性
声音信号的频率范围为20Hz～20kHz。 单一频率的信号称为分量信号，由许多 不同频率的信号组成的是复合信号。 它们的电平及频谱分布虽有差异，但有 着相同的规律。
人类听觉对声音频率的感觉不仅表现 为音调的高低，而且在声音强度相同条件 下对声音主观感觉的强弱也是不同的，即 人类听觉的频率响应不是平坦的。
2.1 声学原理
声和音实际上应该是属于两个概念。 声由各种压力变化构成，而音是指有 音调的声。
声音是怎样产生和传播的呢？当一个物
体振动时，会引起周围空气质点的振动，由 于空气的可压缩性，在质点的相互作用下， 周围空气会产生交替的压缩和膨胀过程，并 向外传播，这就是声音的产生和声音的传播。
自然界中声音有各种各样的表现方式，
从物理学的角度来看，声音实际上是 通过空气等介质传播的一种连续的波，称 为声波。
1．频率、声速和波长
2．音调、响度和音色
（1）声调（Pitch，音调） （2）响度（Loundness）
① 声压 ② 声强（SPL，Sound Pressure Level）
（3）音色（Timbre）
图2-5 声强与声压的关系
第2章 数字音频技术基础
2.1
声学原理
2.2
声音数字化
2.3
数字音频的主要性能参数
2.4
数字音频文件的常见格式
学习目标
知识目标：了解声学的基本原理，了解 数字音频的主要性能参数，掌握声音数字 化的实现方法，掌握与数字音频相关的基 本概念，熟悉数字音频文件的常见格式， 为学好数字音频设备打好基础。
图2-6 等响度特性曲线
等响度曲线与人的年龄以及人耳结构 有关，从对该曲线分析得出如下结论。
（1）响度与人耳处的声压级有关。声压级 提高，相应的响度随之增大。
（2）在4～5kHz附近的声音听起来比较响， 这是ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为外耳道对其产生共鸣。
（3）图中的等响度线越向上越趋向平直， 下部曲线变化较大。说明当声压级很高时， 不同频率下的声音差不多一样响，基本上 与声音的频率无关。当声压级降低，等响 度曲线低频区的变化率要大于高频区变化 率，也就是在此区域内，声压级略有变化， 其低频声音响度级会有明显地变化。
2．CD机电路的基本组成
（1）电路的基本组成
图2-3 CD机电路组成方框图
（2）电路各部分的主要作用
① RF信号处理电路 ② 伺服电路 a．聚焦伺服电路 b．循迹伺服电路 c．进给伺服电路 d．主轴伺服电路
③ 系统控制电路 ④ 数字信号处理电路（DSP） ⑤ 音频电路 ⑥ 电源电路
图2-4 三光束型激光头的光路结构图
在测试环境中，听众坐在具有同样构
造的两个扬声器前面，尽管两扬声器的声 音幅度相同，但听者定位右边扬声器的声 音更强，这是因为左边扬声器传输有接近 15ms的时延。
当时延超过50ms时，听众感知到来自 左边和右边扬声器两个不同声音事件。
为弥补这一延时产生的影响，需增加 该延时声道的幅度。
设计立体声设备和指导放声布局及聆 听方法时应充分考虑这一点。
2.1.2 人的听觉特性
人主要通过耳朵接受声音。 人耳构造对声音的感受具有双耳效应、 频率响应以及声掩蔽，从而形成人的听觉特 性。 人的听觉特性具有方向性、带通滤波器 的频率特性以及非线性的掩蔽效应。
1．听觉的方向性
人对声音方向的定位能力是由听觉的 定位特性决定的。
人耳对声音的方位非常敏感，能在大 约1度的范围内辨知声音的方向，同时还可 以判断声源离人耳的距离。
这个数字颇为接近我们在语言中可觉 察到的音素数。
在高保真音响系统中，如果能将声音 的畸变控制在人耳无法觉察的范围内便可 以获得高保真的主观听觉效果。
4．掩蔽效应
人耳的另一个听觉特性是掩蔽效应。 所谓掩蔽效应，即一个声音的存在会 影响人耳对其他声音的听觉能力，在听觉 效果上似乎一个声音掩蔽了另一个声音。
技能目标：正确拆装CD机芯，了解CD唱 机的基本结构，掌握CD电路的工作原理。
典型设备：CD机
图2-1 CD唱机外形结构
1．CD机机芯的基本组成
（1）机芯的基本组成
图2-2 CD机的机芯基本组成方框图
（2）机芯各部分的主要作用
① 托盘进出机构 ② 光盘装卸机构 ③ 光盘旋转机构 ④ 夹持机构 ⑤ 光头进给机构 ⑥ 聚焦与循迹机构
（4）等响度曲线中的下方虚线以下区域为 不可闻区，它表示虽然人耳处存在一定的 声压，却感觉不到。对于频率为200Hz的 声音，只有它的声压级高于22dB人耳才能 听到。
3．听觉灵敏度
听觉灵敏度是指人耳对声压、频率及 方位的微小变化的判断能力。
当声压发生变化时，人们听到的响度 会有变化。
例如声压级在50dB以上时，人耳能分辨 出的最小声压级差约为1dB；而声压级小于 40dB时，要变化1～3dB才能觉察出来。
当频率发生变化时，人们听到的音调 会有变化。
例如频率为1 000Hz、声压级为40dB 的声音，变化3Hz就能觉察出来，当频率 超过1 000Hz、声压超过40dB时，人耳能 觉察到的相对频率变化范围（Δf/f）约为 0.003。听觉灵敏度还与年龄有关。
研究结果表明：对于纯音，人耳能分 辨出280个声压层次和1 400个频率层次。
如语音、音乐、风声、雨声、鸟叫声、机器 声、汽笛声等，但是在数字音视频作品中声 音表现的主要方式只有对白、音乐、背景声 音、音效等几种。
声音的技术表现和声音的艺术表现是所 有音视频作品中声音都具有的共同属性。
2.1.1 声音物理特性
声音是由材料振动产生的一种物理现 象，通过空气等介质的传播，引起人的耳 膜振动，并为人耳所感知。
由于外耳具有一定长度的耳道，会对 某段频率产生共鸣。
有些频率的声音人耳感觉很灵敏，很 小的声强就能感觉到，而频率很低的声音 必须强度很高人耳才能感觉得到，这个频 率段大约在3～5kHz。
因此人耳听到声音的响度与声音的频 率有关。
描述响度、声音声压级以及声源频率 之间的关系曲线称为等响度曲线。
等响度曲线如图2-6所示，它是将听起 来与1kHz纯音（基音）响度相同的各频率 的声音的声压求得后用曲线连接起来的结 果，又叫做响度的灵敏度曲线。
2．听觉的频率特性
声音信号的频率范围为20Hz～20kHz。 单一频率的信号称为分量信号，由许多 不同频率的信号组成的是复合信号。 它们的电平及频谱分布虽有差异，但有 着相同的规律。
人类听觉对声音频率的感觉不仅表现 为音调的高低，而且在声音强度相同条件 下对声音主观感觉的强弱也是不同的，即 人类听觉的频率响应不是平坦的。
2.1 声学原理
声和音实际上应该是属于两个概念。 声由各种压力变化构成，而音是指有 音调的声。
声音是怎样产生和传播的呢？当一个物
体振动时，会引起周围空气质点的振动，由 于空气的可压缩性，在质点的相互作用下， 周围空气会产生交替的压缩和膨胀过程，并 向外传播，这就是声音的产生和声音的传播。
自然界中声音有各种各样的表现方式，
从物理学的角度来看，声音实际上是 通过空气等介质传播的一种连续的波，称 为声波。
1．频率、声速和波长
2．音调、响度和音色
（1）声调（Pitch，音调） （2）响度（Loundness）
① 声压 ② 声强（SPL，Sound Pressure Level）
（3）音色（Timbre）
图2-5 声强与声压的关系
第2章 数字音频技术基础
2.1
声学原理
2.2
声音数字化
2.3
数字音频的主要性能参数
2.4
数字音频文件的常见格式
学习目标
知识目标：了解声学的基本原理，了解 数字音频的主要性能参数，掌握声音数字 化的实现方法，掌握与数字音频相关的基 本概念，熟悉数字音频文件的常见格式， 为学好数字音频设备打好基础。
图2-6 等响度特性曲线
等响度曲线与人的年龄以及人耳结构 有关，从对该曲线分析得出如下结论。
（1）响度与人耳处的声压级有关。声压级 提高，相应的响度随之增大。
（2）在4～5kHz附近的声音听起来比较响， 这是ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为外耳道对其产生共鸣。
（3）图中的等响度线越向上越趋向平直， 下部曲线变化较大。说明当声压级很高时， 不同频率下的声音差不多一样响，基本上 与声音的频率无关。当声压级降低，等响 度曲线低频区的变化率要大于高频区变化 率，也就是在此区域内，声压级略有变化， 其低频声音响度级会有明显地变化。
2．CD机电路的基本组成
（1）电路的基本组成
图2-3 CD机电路组成方框图
（2）电路各部分的主要作用
① RF信号处理电路 ② 伺服电路 a．聚焦伺服电路 b．循迹伺服电路 c．进给伺服电路 d．主轴伺服电路
③ 系统控制电路 ④ 数字信号处理电路（DSP） ⑤ 音频电路 ⑥ 电源电路
图2-4 三光束型激光头的光路结构图
在测试环境中，听众坐在具有同样构
造的两个扬声器前面，尽管两扬声器的声 音幅度相同，但听者定位右边扬声器的声 音更强，这是因为左边扬声器传输有接近 15ms的时延。
当时延超过50ms时，听众感知到来自 左边和右边扬声器两个不同声音事件。
为弥补这一延时产生的影响，需增加 该延时声道的幅度。
设计立体声设备和指导放声布局及聆 听方法时应充分考虑这一点。
2.1.2 人的听觉特性
人主要通过耳朵接受声音。 人耳构造对声音的感受具有双耳效应、 频率响应以及声掩蔽，从而形成人的听觉特 性。 人的听觉特性具有方向性、带通滤波器 的频率特性以及非线性的掩蔽效应。
1．听觉的方向性
人对声音方向的定位能力是由听觉的 定位特性决定的。
人耳对声音的方位非常敏感，能在大 约1度的范围内辨知声音的方向，同时还可 以判断声源离人耳的距离。