1、音響技術(shù)與家庭影院(1),樓東武 實(shí)驗(yàn)： 紫金港東4-321 09,課程安排,課程分為兩大塊 數(shù)字音響技術(shù)(前5周) 家庭影院技術(shù)(后3周),音響技術(shù)的發(fā)展,模擬技術(shù) 數(shù)字技術(shù),數(shù)字音響技術(shù),學(xué)習(xí)的內(nèi)容: MID音樂的編制 聲音信號的編碼以及壓縮方法 聲音的處理 CD原理 人的聽覺特性以及相應(yīng)的聲音信號壓縮算法,聲音,聲音是攜帶信息的極其重要的媒體 聲音是通過空氣傳播的一種連續(xù)的波，叫聲波。聲音的強(qiáng)弱體現(xiàn)在聲波壓力的大小上，音調(diào)的高低體現(xiàn)在聲音的頻率上。聲音用電表示時，聲音信號在時間和幅度上都是連續(xù)的模擬信號,聲音,對聲音信號的分析表明，聲音信號由許多頻率不同的信

2、號組成，這類信號稱為復(fù)合信號，而單一頻率的信號稱為分量信號。 聲音信號的兩個基本參數(shù)是頻率和幅度。,模擬信號-數(shù)字信號,對這種模擬信號進(jìn)行測量叫做采樣，由這些特定時刻采樣得到的信號稱為離散時間信號(數(shù)字信號 )。,人的聽覺,人們是能聽到音頻信號取決于各個人的年齡和耳朵的特性。一般來說，人的聽覺器官能感知的聲音頻率大約在2020000 Hz之間 在這種頻率范圍里感知的聲音幅度大約在0120 dB之間。,人耳聽不見的聲音,超聲波,超聲的特性：方向性好，穿透力強(qiáng)、易于獲得集中的聲能。,動物發(fā)出聲音和聽覺的頻率范圍,海豚可謂超聲波歌唱家，發(fā)出的“海豚音”名副其實(shí)。當(dāng)然人類的耳朵是聽到海豚所發(fā)出的高頻聲

3、音，所謂的“海豚音”也不過是對于“音頻極高”的歌聲的形容而已,動物發(fā)出聲音和聽覺的頻率范圍2,大象低音炮：可以發(fā)出和收聽到次聲波，對于大象之間相互傳遞信號大有裨益：次聲波衰減較慢，因此可以傳遞到更遠(yuǎn)的地方；大象不需要如蝙蝠一樣精密探測小體積的食物所在，所以超聲波對于大象而言也就沒有多大意義了。,大象的耳朵之大可謂諸多動物之最，然而它們卻能夠聽到頻率極低的聲音,動物發(fā)出聲音和聽覺的頻率范圍3,蝙蝠，偽雷達(dá)？提到超聲波，人們總會想到蝙蝠，繼而將之比喻為夜空中的雷達(dá)。蝙蝠能夠收發(fā)超聲波早已不是什么新鮮事了，但是蝙蝠選擇超聲波的理由，竟然是和吃飯密切相關(guān)。,測試你的聽力損壞了沒？,一個正常的20歲左右

4、的年青人耳朵應(yīng)該能接收到20Hz-20kHz頻率的聲音，那么，用CoolEdit截取一段音頻，把聲音人為調(diào)節(jié)到19kHz附近，然后保存到MP3設(shè)備中，如果你還能聽到聲音說明你的聽力正常，如果你不能辨別聲音，說明你的聽力已經(jīng)步入中年了。,讓我們拭“耳”以待,我們測試的頻率為 10Hz， 20Hz， 40Hz， 80Hz， 100Hz， 200Hz， 400Hz， 800Hz， 1600Hz， 3000Hz， 5000Hz， 10000Hz， 15000Hz， 18000Hz， 20000Hz， 25000Hz， 30000Hz，,聲音數(shù)字化有兩個問題,每秒鐘需要采集多少個聲音樣本，也就是采樣頻率

5、(fs)是多少， 每個聲音樣本的位數(shù)(bit per sample，bps)應(yīng)該是多少，也就是量化精度。,采樣頻率,采樣頻率的高低是根據(jù)奈奎斯特理論(Nyquist theory)和聲音信號本身的最高頻率決定的。奈奎斯特理論指出，采樣頻率不應(yīng)低于聲音信號最高頻率的兩倍，這樣就能把以數(shù)字表達(dá)的聲音還原成原來的聲音，這叫做無損數(shù)字化(lossless digitization)。采樣定律用公式表示為 fs = 2f 或者 Ts = T/2 其中f為被采樣信號的最高頻率。,采樣精度,樣本大小是用每個聲音樣本的位數(shù)bit/s(即bps)表示的，它反映度量聲音波形幅度的精度。例如，每個聲音樣本用16位(

6、2字節(jié))表示，它的精度就是輸入信號的1/65536。 采樣精度的另一種表示方法是信號噪聲比，簡稱為信噪比，并用下式計算： SNR 10 log (Vsignal)2 / (Vnoise)220 log (Vsignal / Vnoise) 如Vnoise1,采樣精度為1位表示Vsignal21，它的信噪比SNR6分貝。,聲音質(zhì)量和數(shù)據(jù)率,聲音工具,聲音工具(audio tools)用來錄放、編輯和分析聲音文件,使用它可錄音，作簡單的聲音編輯。,這個工具比較土!,思考:,選擇采樣頻率為44.1 kHz和樣本精度為16位的錄音參數(shù)。在不采用壓縮技術(shù)的情況下，計算錄制1分鐘的立體聲需要多少M(fèi)B(兆字

7、節(jié))的存儲空間,44100*(16/8)*2*60=10584000B =10.58MB,電子樂器數(shù)字接口(MIDI)系統(tǒng),MIDI是Musical Instrument Digital Interface的首寫字母組合詞，譯成“電子樂器數(shù)字接口”。用于在音樂合成器(music synthesizers)、樂器(musical instruments)和計算機(jī)之間交換音樂信息的一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。,MIDI是什么?,MIDI是樂器和計算機(jī)使用的標(biāo)準(zhǔn)語言，是一套指令(即命令的約定)，它指示樂器即MIDI設(shè)備要做什么，怎么做，如演奏音符、加大音量、生成音響效果等。MIDI不是聲音信號，在MIDI電纜上傳

8、送的不是聲音，而是發(fā)給MIDI設(shè)備或其它裝置讓它產(chǎn)生聲音或執(zhí)行某個動作的指令。,MIDI的優(yōu)點(diǎn),MIDI標(biāo)準(zhǔn)之所以受到歡迎，主要是它有下列幾個優(yōu)點(diǎn)：生成的文件比較小，因?yàn)镸IDI文件存儲的是命令，而不是聲音波形；容易編輯，因?yàn)榫庉嬅畋染庉嬄曇舨ㄐ我菀椎枚?；可以作背景音樂，因?yàn)镸IDI音樂可以和其它的媒體，如數(shù)字電視、圖形、動畫、話音等一起播放，這樣可以加強(qiáng)演示效果。,MIDI的實(shí)現(xiàn)方法,目前用得較多的方法有兩種： 一種是(frequency modulation，F(xiàn)M)合成法 另一種是樂音樣本合成法，也稱為波形表(Wavetable)合成法。 這兩種方法目前主要用來生成音樂。,FM合成聲音

9、,音樂合成器的先驅(qū)Robert Moog采用了模擬電子器件生成了復(fù)雜的樂音。20世紀(jì)80年代初，美國斯坦福大學(xué)研究生發(fā)明了一種產(chǎn)生樂音的新方法(數(shù)字式頻率調(diào)制合成法) 。他把幾種樂音的波形用數(shù)字來表達(dá)，并且用數(shù)字計算機(jī)而不是用模擬電子器件把它們組合起來，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器來生成樂音。斯坦福大學(xué)把專利權(quán)授給Yamaha公司，該公司把這種技術(shù)做在集成電路芯片里。 FM合成法的發(fā)明使合成音樂工業(yè)發(fā)生了一次革命。,FM原理,各種不同樂音的產(chǎn)生是通過組合各種波形和各種波形參數(shù)并采用各種不同的方法實(shí)現(xiàn)的,樂音樣本合成聲音,使用FM合成法來產(chǎn)生各種逼真的樂音是相當(dāng)困難的，有些樂音幾乎不能產(chǎn)生，因此很自然地就轉(zhuǎn)向

10、樂音樣本合成法。這種方法就是把真實(shí)樂器發(fā)出的聲音以數(shù)字的形式記錄下來，播放時改變播放速度，從而改變音調(diào)周期，生成各種音階的音符。,樂音樣本的采集,樂音樣本的采集相對比較直觀。音樂家在真實(shí)樂器上演奏不同的音符，選擇44.1 kHz的采樣頻率、16位的樂音樣本，這相當(dāng)于CD-DA的質(zhì)量，把不同音符的真實(shí)聲音記錄下來，這就完成了樂音樣本的采集。樂音樣本通常放在ROM芯片上，ROM是超大規(guī)模集成電路(very large scale integrated，VLSI)芯片。,樂音的工作原理,樂音樣本合成器所需要的輸入控制參數(shù)比較少，可控的數(shù)字音效也不多，大多數(shù)采用這種合成方法的聲音設(shè)備都可以控制聲音包絡(luò)

11、的ADSR參數(shù)，產(chǎn)生的聲音質(zhì)量比FM合成方法產(chǎn)生的聲音質(zhì)量要高。,復(fù)雜的MIDI系統(tǒng),使用PC機(jī)構(gòu)成的MIDI系統(tǒng),MPC,多媒體個人計算機(jī)MPC(Multimedia PC)規(guī)范就要求PC上必須擁有聲卡，稱為合成器(synthesizer)。通過已有的電子波形來產(chǎn)生聲音的合成器稱為FM合成器(FM synthesis)，而通過存儲的樂音樣本來產(chǎn)生聲音的合成器稱為波表合成器(wave table synthesis)。MPC(Multimedia PC)規(guī)格需要聲音卡的合成器是多音色(muti-timbral)和多音調(diào)(polyphonic)的合成器。多音色是指合成器能夠同時播放幾種不同樂器的聲音,CakeWalk,Cakewalk是美國人的創(chuàng)造，意為“步態(tài)競賽”，是19世紀(jì)美國南部地區(qū)黑人的一種公共娛樂比賽，考較的是參賽者步法的熟練及姿勢的優(yōu)美程度，因?qū)Λ@勝者獎以蛋糕而得名