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第二章 数字声音及MIDI简介 本章将介绍声音的基础知识，重点掌握声音数字化的两个最基本的概念。 此外，还介绍在上网浏览或者脱机工作时你会经常遇到的声音文件存储格式和声音工具。 2.1 声音的重要性 声音是携带信息的极其重要的媒体，是多媒体技术研究中的一个重要内容。 声音的种类繁多，如人的话音、乐器声、动物发出的声音、机器产生的声音以及自然界的雷声、风声、雨声、闪电声等。 这些声音有许多共同的特性，也有它们各自的特性。在用计算机处理这些声音时，既要考虑它们的共性，又要利用它们各自的特性。 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 声音的物理和心理特征 音色 因为声音的波形绝大多数都不是简单的正弦波，而是一种复杂的波。分析表明这?种复杂的波形，可以分解为一系列的正弦波，这些正弦波中有基频f0，还有与f0成?整数倍关系的谐波：f1、f2、f3、f4，它们的振幅有特定的比例。这种比例，赋予?每种乐器以特有的“色彩”—音色。如果没有谐波成分，单纯的基音正弦信号是?毫无音乐感的。 比如：大提琴音色、黑管音色不同 虽然演奏同一音高（基频）的音符，但人们能够明确分辨出哪个是乐器 声音特性 连续性 时间和幅度上都是连续的。 声波具有普通波所具有的特性，例如反射 (reflection)、折射 (refraction)和衍射 (diffraction)等。 第二章 数字声音及MIDI简介 复合声音信号：由许多频率不同的信号组成的 声音信号。 分量声音信号：单一频率的信号。 带宽：用来描述复合声音信号的频率范围。如高保真音信号(high-fidelity audio)的频率范围为10Hz～20,000Hz，带宽约为20kHz 声音的参数 声音信号的两个基本参数：频率和幅度 信号的频率: 指信号每秒钟变化的次数，用Hz表示。 例如，大气压的变化周期很长，以小时或天数计算，一般人不容易感到这种气压信号的变化，更听不到这种变化。对于频率为几Hz到20Hz的空气压力信号，人们也听不到，如果它的强度足够大，也许可以感觉到。 按照频率分类 次音信号(infrasonic)：频率小于20Hz的信号 可听音(Audio)信号：频率范围为20Hz～20kHz的信号 超声波(ultrasonic)信号：频率高于20kHz的信号。具有很强的方向性，形成波束。在工业上得到广泛的应用，如超声波探测仪，超声波焊接设备等。 Audio 其中在Audio中 话音(speech)信号：频率范围为300～3400Hz的信号 全频带声音 20-20kHz Music /Noise.. 在多媒体技术中，处理的信号主要是Audio信号，包括音乐、话音、风声、雨声、鸟叫声、机器声等。 人的听力 人耳对中频段1～3千赫的声音最为灵敏，对高、低频段的声音，特别是低频段的声音则比较迟钝。 利用这些特性可以在压缩音频数据时区分对待 按照存储方式分类 波形声音（存储的是波形） 语音 音乐 效果声 合成声音（存储的是命令） MIDI 2.2 声音信号数字化 2.2.1 从模拟过渡到数字 数字信号优点 精确、运算容易、可编程 2.2.2 模拟信号与数字信号 话音信号是典型的连续信号，不仅在时间上是连续的，而且在幅度上也是连续的。 时间上“连续”：指在一个指定的时间范围里声音信号的幅值有无穷多个。 幅度上“连续”：指幅度的数值有无穷多个。 模拟信号：在时间和幅度上都是连续的信号。 数字信号 采样(sampling)：在某些特定时刻对模拟信号进行测量。 离散时间信号：由这些特定时刻采样得到的信号。 离散幅度信号：采样得到的幅值是无穷多个实数值中的一个，因此幅度还是连续的。如果把信号幅度取值的数目加以限定，这种由有限个数值组成的信号就称为离散幅度信号。 【例】假设输入电压的范围是0.0V～0.7V，并假设它的取值只限定在0、0.1、0.2，…，0.7共8个值。如果采样得到的幅度值是0.123V，它的取值就应算作0.1V，如果采样得到的幅度值是0.26V，它的取值就算作0.3，这种数值就称为离散数值。 数字信号：时间和幅度都用离散数字表示的信号。 2.2.3 声音信号数字化 数字化：采样＋量化，声音进入计算机的第一步处理。 编码：压缩量化后的数据量 采样 采样：连续时间的离散化。若每隔相等的一小段时间采样一次，称为均匀采样(uniform sampling) 采样 量化 量化(quantization)：连续幅度的离散化，就是把信号的强度划分成一小段一小段。如果幅度的划分是等间隔的，就称为