数字音频原理及应用 第4版 教案 第二章 音频信号的数字化-教学设计.docx

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《音频信号的数字化》教学设计

授课题目

音频信号的数字化

课时安排

4个学时

教学目的

理解“量化”是数字音频信号产生失真的主要根源；

重点掌握量化信噪比与量化比特数之间的关系；

了解常见的音频信号采样频率及量化精度；

掌握A/D转换器、D/A转换器的工作原理及主要技术指标

了解过采样、△-∑调制和噪声整形技术的原理和方法。

教学重难点

重点：采样-保持电路，量化及量化误差，逐次比较式A/D转换器和权电阻式D/A转换器；

难点：量化信噪比与量化比特数之间的关系，A/D转换器、D/A转换器的工作原理。

教学方法

讲授法，让学生了解和掌握知识点；

案例分析法，通过例题和案例将抽象的概念具体化，帮助学生理解知识点；

问答及讨论法，采用探讨式和启发式教学，提升学生的想象力和创新力；

教学手段

1．授课内容用ppt展示、板书展示，让学生学习相关内容；

2．设有互动提问环节，学生需课前回顾，课后提前预习。

教学进程设计

教学活动与主要表达

教学方法

章节导入

设问：

模上一章节介绍了声学的基础知识，而目前主要采用数字化技术处理多媒体数据，音频信号如何进行数字化的？

音频信号的数字化概述

讲授：

步骤：采样、量化和编码三个步骤，；

模/数（A/D）转换器，数/模（D/A）转换器；

采样及采样频率：概念，奈奎斯特采样定理，常用音频的采样频率，采样相关指标和参数；

量化及量化误差：概念，分类（均匀量化和非均匀量化），量化信噪比的概念及其公式；

编码：概念，编码脉冲；

音频信号数字化的主要技术参数：采样频率，量化精度，声道数，例题；

图片：

模拟信号数字化系统流程图，均匀量化示意图，5.1声道示意图。

设问：模拟信号通过什么操作转变为数字信号？

A/D转换器

讲授：

模拟-数字转换：概念，模拟-数字转换器（Analog-DigitalConverter，ADC）；

步骤：采样，保持，量化，编码；

采样-保持：采样，采样保持电路，电路组成，采样保持电路；

量化与编码：量化单位及概念，编码概念，量化误差，例题；

常见的ADC类型：并联比较型，双积分型，逐次逼近型；

比较器及例题；

A/D转换器的主要技术指标：分辨率，转换误差，转换速度（转换时间）；

图片：

ADC示意图，采样保持示意图，采样保持电路和波形图，不同类型的ADC示意图。

引导：

耳机把数字音频播放出来前，需要将数字音频信号转化成模拟音频信号，那这个过程是怎么实现的呢？

D/A转换器

讲授：

数字-模拟转换：概念，数字-模拟转换器，构建思路，D/A转换器的工作原理;

常见DAC的类型：权电阻式DAC，R-2RT形电阻网络式DAC，R-2R倒T形电阻网络式DAC，权电流网络DAC；

参数：分辨率，转换精度，转换时间;

图片：

D/A转换器的工作原理图，不同类型D/A转换器的电路图。

五、过采样△-∑调制A/D、D/A转换器

讲授：

过采样的概念，△-∑调制和噪声整形；

图片：

噪声整形示意图。

六、重点及难点总结

讲授：

重点：采样-保持电路，量化及量化误差，逐次比较式A/D转换器和权电阻式D/A转换器；

难点：量化信噪比与量化比特数之间的关系，A/D转换器、D/A转换器的工作原理

七、课后思考及作业

说明音频信号数字化的三个步骤。

A/D、D/A转换器的主要技术指标有哪些？分辨率和转换精度的区别是什么？

什么叫过采样？请说明过采样△-∑调制和噪声整形技术提高A/D转换器精度的原理。

询问对本节课内容是否存在疑问

设问引导

教师讲授

例题分析

图例辅助分析

设问引导

教师讲授

对比分析

例题分析

图例辅助讲解

提问引导

教师讲授

对比分析

示例分析

图例辅助讲解

教师讲授

图例辅助讲解

重难点总结

课后作业

答疑

教学环境及教具准备

教学环境：多媒体教室；教具准备：笔记本电脑、投影仪、粉笔、黑板、扩音器、激光笔等。

教学参考资料

[1]卢官明，宗昉．数字音频原理及应用（第３版）．机械工业出版社，2017

[2]倪其育．音频技术教程（第二版）．国防工业出版社，2011