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声音采样

声音采样就是把模拟音频转成数字音频的过程,所用到的主要设备便是模拟/数字转换器(Analog to Digital Converter,即ADC,与之对应的是数/模转换器,即DAC)。采样的过程实际上是将通常的模拟音频信号的电信号转换成二进制码0和1,这些0和1便构成了数字音频文件。采样的频率越大则音质越有保证。由于采样频率一定要高于录制的最高频率的两倍才不会产生失真,而人类的听力范围是20Hz~20KHz,所以采样频率至少得是20k×2=40KHz,才能保证不产生低频失真,这也是CD音质采用44.1KHz(稍高于40kHz是为了留有余地)的原因。

声音采样

声音采样

声音采用简介

1,声音的产生
声音是大气以某种连续的高调波,传递到人的耳内,引起耳朵内的耳膜振动,再由其他耳内的组织传递振动到基底膜,从而使得基底膜上的听觉细胞电位产生变化,不同频率的振动将引起不同位置的听觉细胞电位变化,最后这种电位变化传递给大脑,就产生了听觉,即听到了声音。
人直接说话,振动空气,使身边的人听见;打击乐器,乐器振动空气,直接使附近的听众听见。这种情况下,声音的源头直接振动空气,所以声音的频率特性,即随着频率的变化,声音在空气某个具体的位置产生的压强,音压,也产生变化的特性,能够很好很完善的传递给大气,从而使人最终听见。
声音的传播需要介质,在真空中不能传播。声波属于纵波。


2,声音的分类
1)由声音内容分类
自然声:自然界发出的声音乐器声:由乐器发出的声音人声:由人发出的声音
噪声:上述以外,令人烦躁的声音

2)由声音频谱分类
纯音:单一频率的声音
复音:由频率不同的一些纯音合成的声音单音:由一个基音与它整数倍的谐音合成的声

3)由声音的频率范围分类
次声:人耳听不到的低频率空气振动可听声:在人耳能听到频率范围内的声音超声:人耳听不到的高频率空气振动

4)由声音时间性分类
周期性声音,乐器声、人声等周期声音非周期声音,噪声等无周期声音
脉冲性声音,持续时间短促的声音


3,声音三要素

音调

由成分音的频率最低的基音决定,单位是基音的单位 Hz,另外还会包括各种谐音和不成倍数的非谐音组成。基音频率高,音调就高。

响度
由声压大小有效值来决定,它标称着我们听到声音的大小,是一个对数值,单位是方。声音频率不同,同等声压,我们听到的响度也不同。
音色
通常,音色由声音所包含的成分音数目和振幅大小不同而不同,一般表现为发声材料的不同。同样音调的钢琴声和小提琴听起来不同,是由于他们的音色不同。

常用的采样率

在数字音频领域,常用的采样率有:
8,000 Hz - 电话所用采样率, 对于人的说话已经足够
11,025 Hz-AM调幅广播所用采样率
22,050 Hz和24,000 Hz- FM调频广播所用采样率
32,000 Hz - miniDV 数码视频 camcorder、DAT (LP mode)所用采样率
44,100 Hz - 音频 CD, 也常用于 MPEG-1 音频(VCD, SVCD, MP3)所用采样率
47,250 Hz - 商用 PCM 录音机所用采样率
48,000 Hz - miniDV、数字电视、DVD、DAT、电影和专业音频所用的数字声音所用采样率
50,000 Hz - 商用数字录音机所用采样率
96,000 或者 192,000 Hz - DVD-Audio、一些 LPCM DVD 音轨、BD-ROM(蓝光盘)音轨、和 HD-DVD (高清晰度 DVD)音轨所用所用采样率
2.8224 MHz - Direct Stream Digital 的 1 位 sigma-delta modulation 过程所用采样率。

声音采样用例

声音其实是一种能量波,因此也有频率和振幅的特征,频率对应于时间轴线,振幅对应于电平轴线。波是无限光滑的,弦线可以看成由无数点组成,由于存储空间是相对有限的,数字编码过程中,必须对弦线的点进行采样。采样的过程就是抽取某点的频率值,很显然,在一秒中内抽取的点越多,获取得频率信息更丰富,为了复原波形,一次振动中,必须有2个点的采样,人耳能够感觉到的最高频率为20kHz,因此要满足人耳的听觉要求,则需要至少每秒进行40k次采样,用40kHz表达,这个40kHz就是采样率。我们常见的CD,采样率为44.1kHz。


采集过程中视频和音频同步是非常重要的,光有频率信息是不够的,我们还必须获得该频率的能量值并量化,用于表示信号强度。量化电平数为2的整数次幂,我们常见的CD位16级的采样大小,即2的4次方。采样大小相对采样率更难理解,因为要显得抽象点,举个简单例子:假设对一个波进行8次采样,采样点分别对应的能量值分别为A1-A8,但我们只使用2bit的采样大小,结果我们只能保留A1-A8中4个点的值而舍弃另外4个。如果我们进行3bit的采样大小,则刚好记录下8个点的所有信息。采样率和采样大小的值越大,记录的波形更接近原始信号。