数字声音及MIDI
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– – MIDI MIDI是一套指令，指示MIDI设备做什么，如何做。 MIDI MIDI不是声音信号，而是发送给Midi 设备的，产 生声音或执行动作的指令。
2.
– –
MIDI乐音的产生方法
频率调制合成， FM 波形表合成 wave table synthesis
3.频率调制合成:
把几种乐音的波形用数字表达，存于计算机中并通过 数模转换器来生成乐音。专利售给Yamaha公司。乐音 由一组参数控制。 4.波形表合成 把乐器的真实声音记录下来，生成各种音符
– 有许多不同频率的信号组成，又称复合信号。
♦ 带宽：组成复合信号的频率范围。 ♦ 纯音：单一频率的声音。
♦ 模拟声音信号：可分解成一系列正弦波
的线性叠加。
• 最低频的音波称为基音，频率为基频 • 其余的为泛音，频率是基频的整数倍。
♦ 声音三要素：音高、音色、音强 – 音高：由基频决定，基频取对数后与人的音 高感觉成线性关系。 – 音色：有混入基音中的泛音决定。 – 音强：幅度，听觉与声音信号强度不成线性 关系，因而用20log幅度（分贝）表示
–
2.5 声音质量的度量
1.声音信号的带宽 2.客观质量度量 SNR 3.主观质量度量:人的感觉 MOS:mean opinion score
作业 （1）使用“录音机”软件把10秒钟的CD音乐录制成CD音质（44.1kz、 16位、双声道、PCM)的.wav文件）。 （2）把录制的文件分别转换为“22.05kz、16位、单声道、PCM”, “11.025kz、8位、单声道、PCM”以及“44.1kz、4位、单声道、ADPCM” （3）比较以上四中各式的声音文件的数据量和声音音质
2. 编码与压缩标准ITU-TSS
– – – – – – – Pulse code modulation PCM Delta modulation DM与ADM Adaptive PCM APCM Differential DPCM ADPCM G.722 , SBC Global System for Mobile communications GSM协议
简谱 1 2 3 4 5 6 7
频率 261 293 330 349 392 440 494
20log频率 48.3 49.3 50.3 50.8 51.8 52.8 53.8
2.2 声音信号数字化
1. 从模拟信号到数字信号 – 模拟信号：在时间与幅度上都连续，连续 记为x(t). – 离散信号：按一定的时间间隔T，得到的 x(nT).
次声带 Audio） 音 频 （ Audio） 带 宽
超声带
Speech） 语 音 （ Speech） 带 宽
18k 20 300 f(Hz) 3K 3K 20K
♦ AM(50—7k),FM(20—15k)
♦ 感知声音的幅度：用dyne(达因）/平方厘
米表示，常转换成0—120dB(decibel),但 对不同的频率，同样的声强，感觉不同。 见图12-1 ♦ 声音信号：
Windows自带：sound recorder
• 播放和录音设备：SoundMAX Digital Audio
声卡：附带wave studio 网上：cool edit, goldwave
♦
–
Biblioteka Baidu
Windows Media Player
播放和组织计算机和 Internet 上的数字媒体文件。 这就好象把收音机、视频播放机、CD 播放机和信 息数据库等都装入了一个应用程序中 Windows Media Player 播放器支持的文件类型.doc
声音质量 MOS标准 分数 5 4 3 2 1 质量级别 优 ( Excellent ) 良 ( Good ) 中 ( Fair ) 差 ( Poor ) 劣 ( Bad ) 失真级别
察觉不到
（刚）察觉但不讨厌
（察觉）及有点讨厌
讨厌而不反感
极讨厌（令人反感）
2.6 电子乐器数字接口MIDI
1.
MIDI(Musical Instruments Digital Interface) Musical synthesizers、musical instruments、计 算机之间交换音乐信息的一种标准协议。
• T为抽样周期，1/T抽样频率
–
量化：把抽样序列x(nT)量化成一个有限个 幅度之的集合x’(nT).
2. 声音数字化：
– – – Sampling, Quantization, Coding 采样频率与量化精度 Nyquist定理（1928年提出原理，仙侬形成 定理并应用，1933年卡切尼科夫用公式表 述）：
– 在乐器上演奏音符，采样 – 存于ROM中 – 合成。图2-9
5.MIDI系统:
– MPC:MIDI 接口与声音模块组合在卡上。SoundMAX Wavetable synthesizer(MIDI音乐播放器） – Windows Media Player 播放 MIDI音乐（music\容易受伤的女 人.mid，music\梁祝.mid） – 制作软件Midisoft Studio 6
又称声波。
♦ 声音的度量：频率与幅度（声波压力的
大小）
– 频率又音高表示，幅度用声强表示 – 与看得见的水波类似
♦ 声音分类：
• 语音：是指具有语言内涵和人类约定俗成的特殊 媒体 • 音乐：规范的符号化了的声音 • 音效：指人类熟悉的其他声音，如动物发声、机 器产生的声音、自然界的风雨雷电等。
♦ 带宽与听觉
2 σ signal 信号的方差 SNR = 10 lg ( ) = 10 lg ( 2 ) ≈ 6R 量化误差的方差 σ noise
5. 音频数据率
未经压缩的数字音频数据率（bit/s）＝ 采样频率（Hz）×量化位数 （bit）×声道数 音频数据量（Byte）＝ 数据率（bit/s）×持续时间（s） / 8 例：采样率11.025KHz、量化位8位，采集1分钟， 则：音频数据率＝11.025（KHz）×8（bit） ＝ 88.2 (Kbit/s) 音频数据量＝11.025（KHz）×8（bit） ×60（s）/8＝ 0.66 (MByte)
第二章 数字声音及MIDI
♦ 信息：数、文、音、图、形 ♦ 音频：麦克风、扬声器 ♦ 多媒体计算机：
• 声音的输入、存储、输出
♦ 声音：消息、意向、情感
表示方式 汉字内码 点阵 声音 数据量 2-4字节 32—数百字节 几千字节 表达信息 编码 汉字形、体 声学、意向、情感
2.1 声音与听觉
♦ 声音：通过空气传播的一种连续的波，
2.3 声音文件的存储格式
1.
– – –
声音文件的格式：
PC机：.wav Apple: .aiff, .snd Unix: .au
2. 波形文件格式：1991年IBM与微软开发 （以 .wav为扩展名） Fig 2.3 3. 常见声音文件的扩展名 表2-2
2.4 声音工具
♦
– – –
声音工具：录、放、存储、编辑
3.采样频率
采样频率≥2f
这里f为被采样信号的最高频率。
4. 量化精度
– 量化： 取样值（-∞,+∞）→有限个数（量化 值近似） – 若量化值有J个，若用二进制表示，需要 R=log2(J) 位 – 量化误差：用有限的离散值表示无限多的连 续值，必然存在误差. 该误差又称为量化噪 声（与一般的噪声不同）。 – 采样精度可与用信噪比表示: R为编码位数
2.
– –
MIDI乐音的产生方法
频率调制合成， FM 波形表合成 wave table synthesis
3.频率调制合成:
把几种乐音的波形用数字表达，存于计算机中并通过 数模转换器来生成乐音。专利售给Yamaha公司。乐音 由一组参数控制。 4.波形表合成 把乐器的真实声音记录下来，生成各种音符
– 有许多不同频率的信号组成，又称复合信号。
♦ 带宽：组成复合信号的频率范围。 ♦ 纯音：单一频率的声音。
♦ 模拟声音信号：可分解成一系列正弦波
的线性叠加。
• 最低频的音波称为基音，频率为基频 • 其余的为泛音，频率是基频的整数倍。
♦ 声音三要素：音高、音色、音强 – 音高：由基频决定，基频取对数后与人的音 高感觉成线性关系。 – 音色：有混入基音中的泛音决定。 – 音强：幅度，听觉与声音信号强度不成线性 关系，因而用20log幅度（分贝）表示
–
2.5 声音质量的度量
1.声音信号的带宽 2.客观质量度量 SNR 3.主观质量度量:人的感觉 MOS:mean opinion score
作业 （1）使用“录音机”软件把10秒钟的CD音乐录制成CD音质（44.1kz、 16位、双声道、PCM)的.wav文件）。 （2）把录制的文件分别转换为“22.05kz、16位、单声道、PCM”, “11.025kz、8位、单声道、PCM”以及“44.1kz、4位、单声道、ADPCM” （3）比较以上四中各式的声音文件的数据量和声音音质
2. 编码与压缩标准ITU-TSS
– – – – – – – Pulse code modulation PCM Delta modulation DM与ADM Adaptive PCM APCM Differential DPCM ADPCM G.722 , SBC Global System for Mobile communications GSM协议
简谱 1 2 3 4 5 6 7
频率 261 293 330 349 392 440 494
20log频率 48.3 49.3 50.3 50.8 51.8 52.8 53.8
2.2 声音信号数字化
1. 从模拟信号到数字信号 – 模拟信号：在时间与幅度上都连续，连续 记为x(t). – 离散信号：按一定的时间间隔T，得到的 x(nT).
次声带 Audio） 音 频 （ Audio） 带 宽
超声带
Speech） 语 音 （ Speech） 带 宽
18k 20 300 f(Hz) 3K 3K 20K
♦ AM(50—7k),FM(20—15k)
♦ 感知声音的幅度：用dyne(达因）/平方厘
米表示，常转换成0—120dB(decibel),但 对不同的频率，同样的声强，感觉不同。 见图12-1 ♦ 声音信号：
Windows自带：sound recorder
• 播放和录音设备：SoundMAX Digital Audio
声卡：附带wave studio 网上：cool edit, goldwave
♦
–
Biblioteka Baidu
Windows Media Player
播放和组织计算机和 Internet 上的数字媒体文件。 这就好象把收音机、视频播放机、CD 播放机和信 息数据库等都装入了一个应用程序中 Windows Media Player 播放器支持的文件类型.doc
声音质量 MOS标准 分数 5 4 3 2 1 质量级别 优 ( Excellent ) 良 ( Good ) 中 ( Fair ) 差 ( Poor ) 劣 ( Bad ) 失真级别
察觉不到
（刚）察觉但不讨厌
（察觉）及有点讨厌
讨厌而不反感
极讨厌（令人反感）
2.6 电子乐器数字接口MIDI
1.
MIDI(Musical Instruments Digital Interface) Musical synthesizers、musical instruments、计 算机之间交换音乐信息的一种标准协议。
• T为抽样周期，1/T抽样频率
–
量化：把抽样序列x(nT)量化成一个有限个 幅度之的集合x’(nT).
2. 声音数字化：
– – – Sampling, Quantization, Coding 采样频率与量化精度 Nyquist定理（1928年提出原理，仙侬形成 定理并应用，1933年卡切尼科夫用公式表 述）：
– 在乐器上演奏音符，采样 – 存于ROM中 – 合成。图2-9
5.MIDI系统:
– MPC:MIDI 接口与声音模块组合在卡上。SoundMAX Wavetable synthesizer(MIDI音乐播放器） – Windows Media Player 播放 MIDI音乐（music\容易受伤的女 人.mid，music\梁祝.mid） – 制作软件Midisoft Studio 6
又称声波。
♦ 声音的度量：频率与幅度（声波压力的
大小）
– 频率又音高表示，幅度用声强表示 – 与看得见的水波类似
♦ 声音分类：
• 语音：是指具有语言内涵和人类约定俗成的特殊 媒体 • 音乐：规范的符号化了的声音 • 音效：指人类熟悉的其他声音，如动物发声、机 器产生的声音、自然界的风雨雷电等。
♦ 带宽与听觉
2 σ signal 信号的方差 SNR = 10 lg ( ) = 10 lg ( 2 ) ≈ 6R 量化误差的方差 σ noise
5. 音频数据率
未经压缩的数字音频数据率（bit/s）＝ 采样频率（Hz）×量化位数 （bit）×声道数 音频数据量（Byte）＝ 数据率（bit/s）×持续时间（s） / 8 例：采样率11.025KHz、量化位8位，采集1分钟， 则：音频数据率＝11.025（KHz）×8（bit） ＝ 88.2 (Kbit/s) 音频数据量＝11.025（KHz）×8（bit） ×60（s）/8＝ 0.66 (MByte)
第二章 数字声音及MIDI
♦ 信息：数、文、音、图、形 ♦ 音频：麦克风、扬声器 ♦ 多媒体计算机：
• 声音的输入、存储、输出
♦ 声音：消息、意向、情感
表示方式 汉字内码 点阵 声音 数据量 2-4字节 32—数百字节 几千字节 表达信息 编码 汉字形、体 声学、意向、情感
2.1 声音与听觉
♦ 声音：通过空气传播的一种连续的波，
2.3 声音文件的存储格式
1.
– – –
声音文件的格式：
PC机：.wav Apple: .aiff, .snd Unix: .au
2. 波形文件格式：1991年IBM与微软开发 （以 .wav为扩展名） Fig 2.3 3. 常见声音文件的扩展名 表2-2
2.4 声音工具
♦
– – –
声音工具：录、放、存储、编辑
3.采样频率
采样频率≥2f
这里f为被采样信号的最高频率。
4. 量化精度
– 量化： 取样值（-∞,+∞）→有限个数（量化 值近似） – 若量化值有J个，若用二进制表示，需要 R=log2(J) 位 – 量化误差：用有限的离散值表示无限多的连 续值，必然存在误差. 该误差又称为量化噪 声（与一般的噪声不同）。 – 采样精度可与用信噪比表示: R为编码位数