第六章声音基本概念
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➢ 信号量化噪声比（Signal-to-Quantization-Noise Ratio SQNR）
S
QNR 20lo1g0VVsnioginsael 2
0lo1g02N 11
2
20Nlo2g6.02N(db)
第六章声音基本概念
非线性量化
➢ 目的 : 适应听觉的非线性特性； 压缩数据。
• 北美和日本等地区 （ μ律压扩算法）
8
声道 数 1
码率 (kb/s)
64
11.025
8
1
88.2
22.050
16
2 705.6
44.1
16
2 1411.2
48
16
2
1536
第六章声音基本概念
信噪比和信号量化噪声 比
➢ 信噪比（Signal-to-Noise Ratio SNR）
SNR 10 lo1g0V Vsn22iogins ae2 l 0 lo1g0V Vsnioginsael
麦克风的指向性 (Directional)
➢ 指向性是指话筒灵敏度随声波入射方向而变化的 特性
➢ 区分：
➢ 心型指向指向麦克风 ➢ 超心型指向麦克风 ➢ 全指向麦克风 ➢ 8字型球指向麦克风
第六章声音基本概念
声卡 (sound card )
用途：
➢ 波形声音的获取、编码； ➢ 波形声音的重建、播放； ➢ MIDI声音的输入； ➢ MIDI声音的合成、播放； ➢ (CD-ROM 驱动器的控制，CD-DA声音的播放。)
第六章 声音基本概念
第六章声音基本概念
一、声音的数字化
第六章声音基本概念
什么是声音？
声音是通过一定介质（如空气、水等）传播的连续的波
物理特性
frequency (Hz) amplitude/power(W,mW) shape of waveform
心理/生理感觉特性
音调,音高(12音阶) 音量, 响度(Phon, 方) 音色
➢ 每字一个音节(syllable)（单音节字） ➢ 音节由一个或几个音素组成 ➢ 汉语的音素
声母(21个，b,p,m,f,d,t,n,l,······) 韵母(39个，a, e,i, o, u,ao,ou,an,en,eng,ong,) 音调(4个: 阴平、阳平、上声、去声)
➢ 汉语语音的数目：
3 声音信号的数字化
能够无失真地恢复出原始信号的 最低取样频率称为Nyquist取样 频率。取样定理表明：Nyquist 取样频率为原始信号最高频率的 2倍。
量化精度既决定了取样值的 动态范围，也决定着所引入 的噪声大小。
模
拟
取样
量化
声
音
信
号
第六章声音基本概念
编码
数
字
声
···
音
Nyquist取样频率
➢ 语音,言语 ( speech )
300-3400Hz
➢ 全频带声音
20-20kHz
➢音乐 ( music )
➢其它声音 (ef第f六e章声c音t基本s概o念und, noise)
声音的分类（2）
➢ 数字波形声音
➢ 语音
➢ 音乐
➢ 效果声
➢ 数字合成声音
➢ 合成语音
➢ MIDI
第六章声音基本概念
第六章声音基本概念
数字波形声音的基本参 数
➢ sampling frequency(取样频率) ➢ quantization bits(量化位数) ➢ number of sound channels(声道数目) ➢ encoding method ( compression method )(压
➢ 元音(vowel)（浊音），不受声道阻碍的音。 ➢ 辅音(consonant)（浊音或清音）， 受声道阻碍的音。
第六章声音基本概念
英语语音
➢ 每字(词)一个或几个音节(syllable)（多音节字） ➢ 音节由一个或几个音素组成 ➢ 英语的音素：
➢元音20个 ➢辅音28个
第六章声音基本概念
汉语语音
无声调的音节数目：412个 带声调的音节数第六目章声音：基本1概2念82个
汉语语音的特点
（１）音系简单（音节少、音素少） （２）汉语没有词的自然界限——分词问题
第六章声音基本概念
概述
➢ 语音合成：利用适当的方法和手段，从文本、概念 或意向通过合成产生语音的过程。
➢ 对合成语音的要求：
➢ 可理解、自然、低延迟、 ➢ 语速可变 ➢ 声音可变 ➢ 语言可变
➢ 应用： 声讯服务，自动应第答六章声,音基有本概念声电子邮件, 残疾人服务, 自
语音基础知识
➢ 音素(phoneme)是语音的最小单位。音素分为：
缩编码方法) ➢ bit rate(码率，比特率)，每秒钟的数据量
第六章声音基本概念
数字化声音举例
声音 类型 电话 AM 广播 FM 广播 CD DAT 磁带
带宽 (Hz)
300～Βιβλιοθήκη Baidu3,400
50～ 7,000
20～ 15,000
20～ 20,000
20～ 20,000
取样频率 (kHz)
8
量化位数 (bits)
注意：物理特性与心理/生理感觉有关，但并不是线性关系！
第六章声音基本概念
纯音与复音
第六章声音基本概念
声音的分类（1）
➢ 按频率划分：
➢ 次声(Infra-sound) 0-20Hz
➢ 可听声 (Audio)
20-20kHz
➢ 超声 (Ultrasound) 20kHZ-1GHz
➢ 可听声中，声音分为：
第六章声音基本概念
声卡的性能参数
➢ 最高取样频率、量化精度； ➢ 输出功率（1~10W）； ➢ 是否支持波表合成，波表的容量； ➢ 芯片类型：Advance Logic，Aureal，ESS… ➢ 支持的API：D3D、A3D、EAX… ➢ CPU占有率 ➢ Money
第六章声音基本概念
二、语音合成(Speech synthesis)
第六章声音基本概念
麦克风
➢ 动圈式麦克风Moving-coil MIC (Dynamic)
利用声波推动震膜，震膜带动线圈，利用磁力线的改 变产生微弱的电压。例
➢ 电容式麦克风Condenser MIC ➢ 丝带式麦克风RIBBON MIC ➢ 压电式麦克风PIEZO-ELECTRONIC MIC
第六章声音基本概念
• 欧洲和中国大陆 等地区
（ A律压扩算法）
第六章声音基本概念
当 0 =< |x| =< 1/A 当 1/A < |x| =< 1
声音获取设备
➢ 联机获取设备
声波转换 为电波
取样、量化、 压缩、编码、
模
拟
麦克风
声
（microphone）
音
数
声音卡
字
（sound card）
声
音
➢ 脱机获取设备：数码录音笔
S
QNR 20lo1g0VVsnioginsael 2
0lo1g02N 11
2
20Nlo2g6.02N(db)
第六章声音基本概念
非线性量化
➢ 目的 : 适应听觉的非线性特性； 压缩数据。
• 北美和日本等地区 （ μ律压扩算法）
8
声道 数 1
码率 (kb/s)
64
11.025
8
1
88.2
22.050
16
2 705.6
44.1
16
2 1411.2
48
16
2
1536
第六章声音基本概念
信噪比和信号量化噪声 比
➢ 信噪比（Signal-to-Noise Ratio SNR）
SNR 10 lo1g0V Vsn22iogins ae2 l 0 lo1g0V Vsnioginsael
麦克风的指向性 (Directional)
➢ 指向性是指话筒灵敏度随声波入射方向而变化的 特性
➢ 区分：
➢ 心型指向指向麦克风 ➢ 超心型指向麦克风 ➢ 全指向麦克风 ➢ 8字型球指向麦克风
第六章声音基本概念
声卡 (sound card )
用途：
➢ 波形声音的获取、编码； ➢ 波形声音的重建、播放； ➢ MIDI声音的输入； ➢ MIDI声音的合成、播放； ➢ (CD-ROM 驱动器的控制，CD-DA声音的播放。)
第六章 声音基本概念
第六章声音基本概念
一、声音的数字化
第六章声音基本概念
什么是声音？
声音是通过一定介质（如空气、水等）传播的连续的波
物理特性
frequency (Hz) amplitude/power(W,mW) shape of waveform
心理/生理感觉特性
音调,音高(12音阶) 音量, 响度(Phon, 方) 音色
➢ 每字一个音节(syllable)（单音节字） ➢ 音节由一个或几个音素组成 ➢ 汉语的音素
声母(21个，b,p,m,f,d,t,n,l,······) 韵母(39个，a, e,i, o, u,ao,ou,an,en,eng,ong,) 音调(4个: 阴平、阳平、上声、去声)
➢ 汉语语音的数目：
3 声音信号的数字化
能够无失真地恢复出原始信号的 最低取样频率称为Nyquist取样 频率。取样定理表明：Nyquist 取样频率为原始信号最高频率的 2倍。
量化精度既决定了取样值的 动态范围，也决定着所引入 的噪声大小。
模
拟
取样
量化
声
音
信
号
第六章声音基本概念
编码
数
字
声
···
音
Nyquist取样频率
➢ 语音,言语 ( speech )
300-3400Hz
➢ 全频带声音
20-20kHz
➢音乐 ( music )
➢其它声音 (ef第f六e章声c音t基本s概o念und, noise)
声音的分类（2）
➢ 数字波形声音
➢ 语音
➢ 音乐
➢ 效果声
➢ 数字合成声音
➢ 合成语音
➢ MIDI
第六章声音基本概念
第六章声音基本概念
数字波形声音的基本参 数
➢ sampling frequency(取样频率) ➢ quantization bits(量化位数) ➢ number of sound channels(声道数目) ➢ encoding method ( compression method )(压
➢ 元音(vowel)（浊音），不受声道阻碍的音。 ➢ 辅音(consonant)（浊音或清音）， 受声道阻碍的音。
第六章声音基本概念
英语语音
➢ 每字(词)一个或几个音节(syllable)（多音节字） ➢ 音节由一个或几个音素组成 ➢ 英语的音素：
➢元音20个 ➢辅音28个
第六章声音基本概念
汉语语音
无声调的音节数目：412个 带声调的音节数第六目章声音：基本1概2念82个
汉语语音的特点
（１）音系简单（音节少、音素少） （２）汉语没有词的自然界限——分词问题
第六章声音基本概念
概述
➢ 语音合成：利用适当的方法和手段，从文本、概念 或意向通过合成产生语音的过程。
➢ 对合成语音的要求：
➢ 可理解、自然、低延迟、 ➢ 语速可变 ➢ 声音可变 ➢ 语言可变
➢ 应用： 声讯服务，自动应第答六章声,音基有本概念声电子邮件, 残疾人服务, 自
语音基础知识
➢ 音素(phoneme)是语音的最小单位。音素分为：
缩编码方法) ➢ bit rate(码率，比特率)，每秒钟的数据量
第六章声音基本概念
数字化声音举例
声音 类型 电话 AM 广播 FM 广播 CD DAT 磁带
带宽 (Hz)
300～Βιβλιοθήκη Baidu3,400
50～ 7,000
20～ 15,000
20～ 20,000
20～ 20,000
取样频率 (kHz)
8
量化位数 (bits)
注意：物理特性与心理/生理感觉有关，但并不是线性关系！
第六章声音基本概念
纯音与复音
第六章声音基本概念
声音的分类（1）
➢ 按频率划分：
➢ 次声(Infra-sound) 0-20Hz
➢ 可听声 (Audio)
20-20kHz
➢ 超声 (Ultrasound) 20kHZ-1GHz
➢ 可听声中，声音分为：
第六章声音基本概念
声卡的性能参数
➢ 最高取样频率、量化精度； ➢ 输出功率（1~10W）； ➢ 是否支持波表合成，波表的容量； ➢ 芯片类型：Advance Logic，Aureal，ESS… ➢ 支持的API：D3D、A3D、EAX… ➢ CPU占有率 ➢ Money
第六章声音基本概念
二、语音合成(Speech synthesis)
第六章声音基本概念
麦克风
➢ 动圈式麦克风Moving-coil MIC (Dynamic)
利用声波推动震膜，震膜带动线圈，利用磁力线的改 变产生微弱的电压。例
➢ 电容式麦克风Condenser MIC ➢ 丝带式麦克风RIBBON MIC ➢ 压电式麦克风PIEZO-ELECTRONIC MIC
第六章声音基本概念
• 欧洲和中国大陆 等地区
（ A律压扩算法）
第六章声音基本概念
当 0 =< |x| =< 1/A 当 1/A < |x| =< 1
声音获取设备
➢ 联机获取设备
声波转换 为电波
取样、量化、 压缩、编码、
模
拟
麦克风
声
（microphone）
音
数
声音卡
字
（sound card）
声
音
➢ 脱机获取设备：数码录音笔