数字音频期末总复习

课课程程内内容容音响技术基础（高保真音响组成、听觉基本特性和影响音响效果的因素、声像定位原理、立体声原理、室内声场特性）音频设备与音频处理技术（电声器件、调谐器、录音座、均衡器、混响器、功放的工作原理、音频处理技术及电路分析与设计）数字音频技术（数字音频的记录和重放原理，数字音频的编码、压缩、纠错、解码，数字音频处理技术及应用软件，数字音频设备的结构、电路分析与设计）第第一一章章音音响响技技术术基基础础1.1概念音响：通过放声系统重现的声音音响系统：能够重现声音的放声系统高保真：能如实地重现原始声音和原始声场，并能对音频信号进行适当的加工修饰，使重现的声音优美动听的系统称高保真音响系统高高保保真真（（HHiigghh––FFiiddeelliittyy，，HHii––FFii））三三属属性性如实地重现原始声音（可用声压的幅度、频率和频谱3个客观参量来描述，或用声音的音量、音调和音色3个主观参量来描述）如实地重现原始声场（室内声场是由声源、直达声、反射声和混响声构成的。由直达声判断发声方位，反射声和混响声给人一种空间感和包围感，感受到现场的音响气氛）能够对音频信号进行加工修饰（音频信号在录制、传输和重放过程中，不可避免地会产生各种失真，需进行适当的均衡补偿和加工处理，以恢复原有音质）11..22高高保保真真音音响响系系统统由高保真音源、音频放大器和扬声器系统3部分所组成。其音响效果与系统的设备配置和室内声学特性有关高高保保真真音音源源有有：：调调谐谐器器、、录录音音座座、、电电唱唱机机、、CCDD唱唱机机、、影影碟碟机机和和传传声声器器等等。。前前置置放放大大器器：：选选择择音音源源并并进进行行音音频频电电压压放放大大和和音音质质控控制制。。设设有有音音量量控控制制、、响响度度控控制制、、音音调调控控制制、、平平衡衡控控制制、、低低频频和和高高频频噪噪声声抑抑制制等等音音质质控控制制电电路路----------音音质质控控制制中中心心。。图图示示均均衡衡器器：：对对音音质质可可进进行行精精细细调调整整，，以以减减小小各各种种噪噪声声，，补补偿偿房房间间声声学学缺缺陷陷，，弥弥补补左左右右音音箱箱的的频频率率特特性性差差异异。。5功率放大器：放大来自前置放大器的音频信号，产生足够的不失真功率，以推动扬声器发声。功率放大器处于大信号工作状态，动态范围很大，容易引起非线性失真，因此，调谐器录音座电唱机CD唱机影碟机传声器高保真音源前置放大器功率放大器图示均衡器分频器音箱分频器音箱LR音频放大器扬声器系统它必须有良好的动态特性。扬声器系统：由扬声器、分频器和箱体3部分组成，其作用是将功率放大器输出的音频信号分频段不失真地还原成原始声音。611..33电电声声性性能能指指标标有效频率范围：频率特性或频率响应，是指各种放声设备能重放声音信号的频率范围，以及在此范围内允许的振幅偏差程度（允差或容差）。谐波失真：音频信号通过放大器时产生新的各次谐波成分，由此而造成的失真称为谐波失真。%1002322212322uuuuu7信噪比：信号噪声比，是指有用信号电压与噪声电压之比，记为S/N，通常用分贝值表示：)(lg20dBuuNSNS式中us为有用信号电压，uN为无用噪声电压。信噪比越大，表明混在信号里的噪声越小，重放的声音越干净，音质越好。通常有不计权信噪比和计权信噪比两种表示方法。911..44现现代代音音响响技技术术现代音响技术沿着集成化、数字化、高保真和智能化的方向不断发展。高保真电路技术主要表现在4个方面，即扩展有效频率范围，减小各类失真，降低各种噪声，增强立体声效果。10数数字字音音响响技技术术音响技术基础2.1声波性质声音：声源振动引起的声波传播到听觉器官所产生的感受。声音由声源振动、声波传播和听觉感受3个环节所形成。声速与媒质的密度、弹性等因素有关，而与声波的频率、强度无关。当温度改变时，由于媒质特性的变化，声速也会发生变化。c=λf1声压：当有声波存在时，在原来的静态气压上附加了一个压力的起伏变化。这个由声波引起的交变压强称为声压。声压的大小表示声波的强弱。在一定时间内，瞬时声压对时间取均方根值称为有效声压。正常人能听到的最弱声音约为2×10-5Pa，称为参考声压，用符号Pr表示。人耳主观感受的响度正比于声压的对数值。)(lg20dBPPSPLreSPL为声压级，Pe为声压有效值，Pr为参考声压。声波在传播中会产生反射、绕射和干涉等现象。22..22听听觉觉的的基基本本特特性性听觉形成的基本机理：由声源振动发出的声波，通过外耳道、鼓膜和小听骨的传导，引起耳蜗中淋巴液和基底膜的振动，并转换成电信号，由神经元编码形成脉冲序列，通过神经系统传递到大脑皮层中的听觉中枢，产生听觉，感受到声音。人耳能够接收频率为20Hz～20kHz的音频；可以感受声压为2×10-5～2×102Pa的声波。可可闻闻声声、、听听阈阈和和痛痛域域可闻声是指正常人可以听到的声音频率范围：20Hz～20kHz，称为音频。20Hz以下称为次声，20kHz以上称为超声。人耳对中频段1～4kHz的声音最为灵敏，对低频和高频段的声音则比较迟钝。正常人能听到的强度范围为0～140dB。使声音听得见的最低声压级称为听阈，它和声音的频率有关。使耳朵感到疼痛的声压级称为痛域，120dB时，人耳感到不舒适；声压级大于140dB时，人耳感到疼痛；声压级超过150dB时，人耳会发生急性损伤。响响度度、、音音调调和和音音色色（（声声音音三三要要素素））响度俗称音量，是指人耳对声音强弱的主观感受。响度不仅正比于声音强度的对数值，而且与声音的频率有关。规定以1000Hz纯音的声压级定义为响度级，单位为“phon”(方)。在放音时，特别是小音量放音时，为了不改变原始音色，就应借助等响曲线所揭示的听觉特性对低频和高频进行频率补偿，这就是所谓响度控制电路。等等响响曲曲线线6音调又称音高，是指人耳对声音音调高低的主观感受。音调主要决定于声音的基波频率，基频越高，音调越高；同时还与声音的强度有关。音调的单位是“美”，频率为1000Hz、声压级为40dB的纯音所产生的音调定义为1美。声音基频每增加一个倍频程，音乐上称为提高一个“八度音”。音色是指人耳对声音特色的主观感受。音色主要决定于声音的频谱结构，还与声音的响度、音调、持续时间、建立过程及衰老过程等因素有关。声音的频谱结构用基频、谐频数目、幅度大小及相位关系来描述。听听觉觉灵灵敏敏度度听觉灵敏度是指人耳对声压、频率及方位的微小变化的判断能力。声压级在50dB以上时，人耳能分辨出的最小声压级差约为1dB；而声压级小于40dB时，要变化1～3dB才能觉察出来。频率为1000Hz、声压级为40dB的声音，变化3Hz就能觉察出来，当频率超过1000Hz、声压超过40dB时，人耳能觉察到的相对频率变化范围（△f/f）约为0.003。掩掩蔽蔽效效应应掩蔽效应是指同一环境中的其它声音会使聆听者降低对某一声音的听力。一个较强的声音往往会掩盖住一个较弱的声音，特别是当这两个声音处于相同的频率范围时。22..33立立体体声声基基本本原原理理立体声是一个应用两个或两个以上的声音通道，使聆听者所感到的声源相对空间位置能接近实际声源的相对空间位置的声音传输系统。立体声成分：第一类为直达声。直达声能帮助人们确定声源方位。第二类为反射声。反射声给人空间感，可以感受到音乐厅的空间大小。第三类为混响声。由于大量的反射声在厅堂内经过各个边界面和障碍物多次无规则的入射和反射，形成漫无方向、弥漫整个空间的散射，即使乐器停止发声后，厅堂内的声音仍延续一个瞬间，这种袅袅余音称为混响声。建立起来的混响声从强度最大值到衰落60dB为止，这段时间称为混响时间。混响给人包围感，可以感受到声音在三维空间环绕。反射声和混响声共同作用，综合形成现场环境音响气氛，即产生所谓临场感。10立立体体声声的的特特点点（1）具有明显的方位感和分布感用单声道放音时，即使声源是一个乐队的演奏，聆听者仍会明确地感到声音是从扬声器一个点发出的。而用多声道重放立体声时，聆听者会明显感到声源分布在一个宽广的范围，主观上能想象出乐队中每个乐器所在的位置，产生了对声源所在位置的一种幻像，简称为声像。幻觉中的声像重现了实际声源的相对空间位置，具有明显的方位感和分布感。（2）具有较高的清晰度用单声道放音时，由于辨别不出各声音的方位，各个不同声源的声音混在一起，受掩蔽效应的影响，使听音清晰度较低。而用立体声系统放音，聆听者明显感到各个不同声源来自不同方位，各声源之间的掩蔽效应减弱很多，因而具有较高的清晰度。（3）具有较小的背景噪声用单声道放音时，由于背景噪声与有用声音都从一个点发出，所以背景噪声的影响较大。而用立体声系统放音时，重放的噪声声像被分散开了，背景噪声对有用声音的影响减小，使立体声的背景噪声显得比较小。（4）具有较好的空间感、包围感和临场感立体声系统能比单声道系统更好地传输近次反射声和混响声。音乐厅里的混响声是无方向性的，它包围在听众四周；而近次返射声虽然有方向性，但由于哈斯效应的缘故，听众也感觉不到反射声的方向，即对听感来说也是无方向性的。单声道系统中，重放的近次反射声、混响声都变成一个方向传来的声音；而立体声系统中，能够再现近次反射声和混响声，使聆听者感受到原声场的音响环境，具有较好的空间感、包围感和临场感。听听觉觉定定位位机机理理((平平面面、、距距离离、、高高度度））1、声源平面定位（1）时间差sinclt0.62sinθ.Δt（2）相位差tf2sin2l（3）声级差（4）音色差2、声源距离定位人耳对声源距离的定位，在室外主要依靠声音的强弱来判断，在室内则主要依靠直达声与反射声、混响声在时间上、强度上的差异等因素来判断。3、声源高度定位由声波在垂直面上的入射角（仰角）和直线距离决定。耳壳效应：耳壳有特殊形状，声波由不同方向入射到不同部位，反射到耳道口的声程不同，时间差形成反射波与直达波在不同频率上的叠加，形成一种和声源方向有关的梳状频谱特性，耳壳神经据此判断声源方位（4kHz有效）双双扬扬声声器器定定位位实实验验装装置置双双扬扬声声器器声声像像定定位位聆听重放的立体声时，听觉器官幻觉中的声源位置称为声像。声像分布、声像清晰度是最终体现立体声效果的要素。实验结果：当两声道信号完全相关时，聆听者感觉到的是点状声像；当信号不完全相关时，形成的是统一的较宽的声像；如果放送的两个信号互不相关，无论强度差或时间差为何值，聆听者均感到两只扬声器各发出各自的声音。声像分布：当聆听者位于双扬声器中心线时，感觉到的声像分布与声源声级差、频谱差、相位差及时间差有关。声声像像分分布布与与声声级级差差及及频频率率域域的的关关系系声像分布与声级差及频率域的关系，用正弦定理来描述：sinsinRLRLK式中θ是声像方位角，α是聆听角，L、R分别为左、右两声道的信号强度，K是修正系数。当信号频率f≤700Hz时，K=1；当f＞700Hz时，K=1.4在制作立体声节目时可用一个以700Hz为转折频率的“阶梯频响校正电路”，使高于700Hz的信号强度下降3dB，校正特性如图2–8所示。这种预先校正可以避免复音声像变宽，清晰度下降的现象。18声声像像清清晰晰度度（（与与声声像像宽宽度度有有关关））宽度越小，声像清晰度越高。因为人对声源的方向定位精度会随着偏离正前方而下降，所以声像的宽度在扬声器基线上也不是等宽分布，靠近扬声器处声像宽度增大。实验700f(Hz)–3dB10.707K图2-8阶梯频响校正特性证明：在基线的中间段，室内听音的声像宽度约为7B%，户外听音的声像宽度约为9B%；在基线两侧扬声器处，声像宽度达20B%，声像清晰度下降。聆听者在最佳位置聆听立体声时，最多能辨别的声像数约为7～10个。扬声器的间距，即基线长度B的