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音响技术与家庭影院(1)楼东武loudw@zju.edu.cn实验：紫金港东4-321课程安排课程分为两大块数字音响技术(前5周)家庭影院技术(后3周)音响技术的发展模拟技术数字技术数字音响技术学习的内容:MID音乐的编制声音信号的编码以及压缩方法声音的处理CD原理人的听觉特性以及相应的声音信号压缩算法声音声音是携带信息的极其重要的媒体声音是通过空气传播的一种连续的波，叫声波。声音的强弱体现在声波压力的大小上，音调的高低体现在声音的频率上。声音用电表示时，声音信号在时间和幅度上都是连续的模拟信号声音对声音信号的分析表明，声音信号由许多频率不同的信号组成，这类信号称为复合信号，而单一频率的信号称为分量信号。声音信号的两个基本参数是频率和幅度。模拟信号-数字信号对这种模拟信号进行测量叫做采样，由这些特定时刻采样得到的信号称为离散时间信号(数字信号)。人的听觉人们是能听到音频信号取决于各个人的年龄和耳朵的特性。一般来说，人的听觉器官能感知的声音频率大约在20～20000Hz之间在这种频率范围里感知的声音幅度大约在0～120dB之间。人耳听不见的声音超声波超声波测距超声波测距仪超声波测速仪超声波清洗器超声的特性：方向性好，穿透力强、易于获得集中的声能。动物发出声音和听觉的频率范围海豚可谓超声波歌唱家，发出的“海豚音”名副其实。当然人类的耳朵是听到海豚所发出的高频声音，所谓的“海豚音”也不过是对于“音频极高”的歌声的形容而已动物发出声音和听觉的频率范围2大象低音炮：可以发出和收听到次声波，对于大象之间相互传递信号大有裨益：次声波衰减较慢，因此可以传递到更远的地方；大象不需要如蝙蝠一样精密探测小体积的食物所在，所以超声波对于大象而言也就没有多大意义了。大象的耳朵之大可谓诸多动物之最，然而它们却能够听到频率极低的声音动物发出声音和听觉的频率范围3蝙蝠，伪雷达？提到超声波，人们总会想到蝙蝠，继而将之比喻为夜空中的雷达。蝙蝠能够收发超声波早已不是什么新鲜事了，但是蝙蝠选择超声波的理由，竟然是和吃饭密切相关。测试你的听力损坏了没？一个正常的20岁左右的年青人．耳朵应该能接收到20Hz-20kHz频率的声音，那么，用CoolEdit截取一段音频，把声音人为调节到19kHz附近，然后保存到MP3设备中，如果你还能听到声音说明你的听力正常，如果你不能辨别声音，说明你的听力已经步入中年了。让我们拭“耳”以待我们测试的频率为10Hz，20Hz，40Hz，80Hz，100Hz，200Hz，400Hz，800Hz，1600Hz，3000Hz，5000Hz，10000Hz，15000Hz，18000Hz，20000Hz，25000Hz，30000Hz，声音数字化有两个问题①每秒钟需要采集多少个声音样本，也就是采样频率(fs)是多少，②每个声音样本的位数(bitpersample，bps)应该是多少，也就是量化精度。采样频率采样频率的高低是根据奈奎斯特理论(Nyquisttheory)和声音信号本身的最高频率决定的。奈奎斯特理论指出，采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍，这样就能把以数字表达的声音还原成原来的声音，这叫做无损数字化(losslessdigitization)。采样定律用公式表示为fs=2f或者Ts=T/2其中f为被采样信号的最高频率。采样精度样本大小是用每个声音样本的位数bit/s(即bps)表示的，它反映度量声音波形幅度的精度。例如，每个声音样本用16位(2字节)表示，它的精度就是输入信号的1/65536。采样精度的另一种表示方法是信号噪声比，简称为信噪比，并用下式计算：SNR＝10log[(Vsignal)2/(Vnoise)2]＝20log(Vsignal/Vnoise)如Vnoise＝1,采样精度为1位表示Vsignal＝21，它的信噪比SNR＝6分贝。声音质量和数据率声音工具声音工具(audiotools)用来录放、编辑和分析声音文件,使用它可录音，作简单的声音编辑。这个工具比较土!!!思考:选择采样频率为44.1kHz和样本精度为16位的录音参数。在不采用压缩技术的情况下，计算录制1分钟的立体声需要多少MB(兆字节)的存储空间44100*(16/8)*2*60=10584000B=10.58MB电子乐器数字接口(MIDI)系统MIDI是MusicalInstrumentDigitalInterface的首写字母组合词，译成“电子乐器数字接口”。用于在音乐合成器(musicsynthesizers)、乐器(musicalinstruments)和计算机之间交换音乐信息的一种标准协议。MIDI是什么?MIDI是乐器和计算机使用的标准语言，是一套指令(即命令的约定)，它指示乐器即MIDI设备要做什么，怎么做，如演奏音符、加大音量、生成音响效果等。MIDI不是声音信号，在MIDI电缆上传送的不是声音，而是发给MIDI设备或其它装置让它产生声音或执行某个动作的指令。MIDI的优点MIDI标准之所以受到欢迎，主要是它有下列几个优点：生成的文件比较小，因为MIDI文件存储的是命令，而不是声音波形；容易编辑，因为编辑命令比编辑声音波形要容易得多；可以作背景音乐，因为MIDI音乐可以和其它的媒体，如数字电视、图形、动画、话音等一起播放，这样可以加强演示效果。MIDI的实现方法目前用得较多的方法有两种：一种是(frequencymodulation，FM)合成法另一种是乐音样本合成法，也称为波形表(Wavetable)合成法。这两种方法目前主要用来生成音乐。FM合成声音音乐合成器的先驱RobertMoog采用了模拟电子器件生成了复杂的乐音。20世纪80年代初，美国斯坦福大学研究生发明了一种产生乐音的新方法(数字式频率调制合成法)。他把几种乐音的波形用数字来表达，并且用数字计算机而不是用模拟电子器件把它们组合起来，通过数模转换器来生成乐音。斯坦福大学把专利权授给Yamaha公司，该公司把这种技术做在集成电路芯片里。FM合成法的发明使合成音乐工业发生了一次革命。FM原理各种不同乐音的产生是通过组合各种波形和各种波形参数并采用各种不同的方法实现的乐音样本合成声音使用FM合成法来产生各种逼真的乐音是相当困难的，有些乐音几乎不能产生，因此很自然地就转向乐音样本合成法。这种方法就是把真实乐器发出的声音以数字的形式记录下来，播放时改变播放速度，从而改变音调周期，生成各种音阶的音符。乐音样本的采集乐音样本的采集相对比较直观。音乐家在真实乐器上演奏不同的音符，选择44.1kHz的采样频率、16位的乐音样本，这相当于CD-DA的质量，把不同音符的真实声音记录下来，这就完成了乐音样本的采集。乐音样本通常放在ROM芯片上，ROM是超大规模集成电路(verylargescaleintegrated，VLSI)芯片。乐音的工作原理乐音样本合成器所需要的输入控制参数比较少，可控的数字音效也不多，大多数采用这种合成方法的声音设备都可以控制声音包络的ADSR参数，产生的声音质量比FM合成方法产生的声音质量要高。复杂的MIDI系统使用PC机构成的MIDI系统MPC多媒体个人计算机MPC(MultimediaPC)规范就要求PC上必须拥有声卡，称为合成器(synthesizer)。通过已有的电子波形来产生声音的合成器称为FM合成器(FMsynthesis)，而通过存储的乐音样本来产生声音的合成器称为波表合成器(wavetablesynthesis)。MPC(MultimediaPC)规格需要声音卡的合成器是多音色(muti-timbral)和多音调(polyphonic)的合成器。多音色是指合成器能够同时播放几种不同乐器的声音CakeWalkCakewalk是美国人的创造，意为“步态竞赛”，是19世纪美国南部地区黑人的一种公共娱乐比赛，考较的是参赛者步法的熟练及姿势的优美程度，因对获胜者奖以蛋糕而得名。Cakewalk还可表示“不费吹灰之力的胜利，易于完成的事”，这种用法和拳击比赛有关。在拳击场上，水平相差很大的对手之间要取胜是很容易的，这时的比赛更像是一场“优雅从容的”步态表演，而不是双方势均力敌时持续不休的血腥搏击。Thedivingchampionshipwasacakewalkforher.（夺取潜水冠军对她来说太容易了。）