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多媒体技术与系统 周 忠 电话:座机电话号码,地址:新主楼G1012 Email: zz@ 北京航空航天大学计算机学院 第5讲 音频技术 1、声音的基本性质 1、声音的表现形式 声波的表示 音频信号的特征 声音的物理特性 频率、声压和声强、动态范围、频谱 声音的心理特性 音调、响度、音色、掩蔽效应、方位感、空间感 声音的音质 频带宽度、动态范围、信噪比、数据量 声音的物理特性 周期/频率/带宽 两个相邻波之间的时间长度为周期T ,单位为秒; 每秒钟声源振动的次数称为频率f 1 / T , 单位Hz; 描述组成复合信号的频率范围,称为带宽。 人耳能识别的声音频率范围大约在20~20kHz,通常称为音频(audio)信号。有的音响产品工作频率上限为50kHz,调音台的最高工作频率设计到100kHz。 声波的频率范围 在自然界中, 人耳接收的音域:20~20,000Hz 次声波(大象): 20Hz; 超声波(海豚): 20,000Hz 日常生活中的不同声源频率范围: 男 声: 100 ~ 9,000Hz 女 声: 150 ~10,000Hz 电话声: 200 ~ 3,400Hz 收音机AM调幅广播声: 50 ~ 7,000Hz 收音机FM调频广播声: 20 ~15,000Hz 专业级音响放大器声: 10 ~40,000Hz 声压和声强 声压 P 声波在空气传播造成空气中的气压发生变化而产生的压强被称为声压,记作P。单位有帕斯卡(Pa)和微巴 μbar 声强 I 描述声音传播所需能量的强度。单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积内的声波能量为声场中某点的声强,记作I,单位为瓦/米2(W/m2) 声强与声压最大值的平方成正比。 分贝 dB 扬声器的功率增加一倍发出的声音,人听到的声音强度并不是增加一倍。 在声学中用分贝来表示声压或声强的变化程度。 人听觉神经的刺激程度不与刺激量大小成正比,而是按刺激量以10为底的对数增长 。 声音分贝数 20LOG(I/I0) I0为0.000283达因/CM2 1000Hz能听到的最弱音 强度差:一万亿倍 分贝 dB 140 痛阈。 130 120 大型喷气式飞机附近。 110 打雷。 100 交响乐高潮片断。 90 繁华街道的交通噪音。 80 响亮的音乐声,一般交通噪音及交响乐片断。 70 一米处正常谈话声。 60 典型的办公室 50 普通住宅 40 图书馆及交响乐低潮片断 30 20 安静的语音室及1.5米处小声谈话声。 10 消声室 0 听阈 动态范围 指声音最大声压级和最小声压级之间的差值。 每种声源的动态范围依据各自的特性有所不同。 如女声的动态范围为25~50dB, 男声为30~50dB, 交响乐队的动态范围大于100dB。 动态范围不仅用来表示一个声源产生的最大声压级与最小声压级之间的差值,图像、录音设备或记录声音的载体 磁带、光盘、硬盘 同样可用动态范围表示能够处理信号电平的范围。 动态范围的相对强度 动态范围可以用信号的相对强度表示: 信号的动态范围 20×lg 信号最大强度/信号最小强度 dB 其中信号可以用电压或功率衡量。 因为是比例关系,只要采用相同的度量单位,结果都是一致的。 频谱 物体在一定位置的附近作来回往复的运动,称为简谐振动。它会产生特定音调的纯音,感觉单薄。 乐器很少产生单一频率的纯音,而是复音。 复音的产生基于物体的复杂振动,可以分解为许多不同振幅和不同频率的简谐振动 即看成简谐振动的叠加 。 简谐振动的振幅按频率排列的图形称为频谱。频谱可一目了然地看出复杂振动的频率结构。 钢琴的复音频谱 钢琴(基频为253Hz)的复音频谱 声音的心理学特性 声音的三要素:音调、响度和音色。 音调:与声音的频率有关,频率快则声音高,频率慢则声音低。 响度(音强):取决于声音的幅度,即振幅的大小与强弱。 音色:是由混入基音的泛音所决定的。 每个基音都有固有的频率和不同音强的泛音,从而使每个声音具有特殊的音色效果。 等响曲线 音色 音色是声音的特色,又称音品。通常说法是:声音的音调和响度以外的音质差异叫做音色。 影响音色主要因素是复音。所谓“复音”是指不同频率和不同振幅的混合声音,自然声中大部分是复音。 在复音中,最低频率的声音是“基音”(声音的基调),其他频率的声音称为“谐音”(也叫泛音)。基音和谐音是构成声音音色的重要因素。 各种声源都有自己独特的音色,例如每种乐器的声音、每个人的声音等,人是根据音色来辨别声源种类的。 音色(续) 高次谐波越丰富,音色就越有明亮感和穿透力。此外,音色还与诸多其他因素有关,如听音条件等

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