音频技术的应用-讲课

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1、 音频技术的应用讲解人：阿不都哈拜尔（播控部）一、音频的定义v（1）Audio(音频)，指人说话的声音频率， 通常指300Hz-3400Hz的频带。 （2）指存储声音内容的文件。 （3）在某些方面能指作为滤波的振动。 人类能够听到的所有声音都称之为音频，通 常指20Hz-20Hz的频带。（它可能包括噪音 、话声、歌声、乐器都、被电子设备录制后 播放的声音等等）。二、音频技术的发展v1）音频技术现实生活中重要性v 音频是人类接受信息的重要媒体，作为传递信息 的一种方式，音频在我们现实生活中占有重要位置 。音频技术的发展对我们电视节目中的音频产生了 很大的影响和提了更高的要求。v（1）人类文化素质

2、的不断提高v（2）人类获取声音的方式不断增多v（3）新技术的不断发展二、音频技术的发展v2）音频技术的发展v（1）模拟到数字 (2) AM、FM、卫星、微波v（3）单声道、立体声道、5.1声道、音频的三维化 处理（长期以来，计算机的研究者们一直低估了声 音对人类在信息处理中的作用。当虚拟技术不断发 展之时，人们就不再满足单调平面的声音，而更倾 向于具有空间感的三维声音效果。听觉通道可以与 视觉通道同时工作，所以声音的三维化处理不仅可 以表达出声音的空间信息，而且与视觉信息的多通 道的结合可以创造出极为逼真的虚拟空间，这在先 在的多媒体系统中是极为重要的。这也是在媒体处 理方面的重要措施。 二、

3、音频技术的发展v人类感知声源的位置的最基本的理论是双工理论， 这种理论基于两种因素：两耳间声音的到达时间差 和两耳间声音的强度差。时间差是由于距离的原因 造成，当声音从正面传来，距离相等，所以没有时 间差，但若偏右三度则到达右耳的时间就要比左耳 约少三十微秒，而正是这三十微秒，使得我们辨别 出了声源的位置。强度差是由于信号的衰减造成， 信号的衰减是因为距离而自然产生的，或是因为人 的头部遮挡，使声音衰减，产生了强度的差别，使 得靠近声源一侧的耳朵听到的声音强度要大于另一 耳。 二、音频技术的发展v 基于双工理论，同样地，只要把一个普通的双声 道音频在两个声道之间进行相互混合，便可以使普 通双声

4、道声音听起来具有三维音场的效果。这涉及 到以下有关音场的两个概念：音场的宽度和深度。 音场的宽度利用时间差的原理完成，由于现在是对 普通立体声音频进行扩展，所以音源的位置始终在 音场的中间不变，这样就简化了我们的工作。要处 理的就只有把两个声道的声音进行适当的延时和强 度减弱后相互混合。由于这样的扩展是有局限性的 ，即延时不能太长，否则就会变为回音。 二、音频技术的发展v音场的深度利用强度差的原理完成，具体的 表现形式是回声音场越深，则回音的延时 就越长所以在回音的设置中应至少提供三 个参数：回音的衰减率、回音的深度和回音 之间的延时。同时，还应该提供用于设置另 一通道混进来的声音深度的多少的

5、选项。三、声音的基础知识v(1)声速Cv 声速与温度的关系式为：v C = Co 1 + t/273 m/sv 式中Co为温度摄氏O时的声速，其值为 331.4 m/s。经计算，在温度为15C时的声速 为340 m/s。三、声音的基础知识v (2)声波的频率Fv 声波的频率是指声源在一秒钟内所振动的 次数，或是空气中分子在一秒钟内疏密变化 的次数。 v 当声源振动的频率在20Hz 20000Hz时， 人耳可以听到有声音的感觉。我们把这段频 率范围称作音频。低于20Hz的声音称为超低 频（或称次声波），高于20000Hz的声音称 为超音频（或称超声波）。三、声音的基础知识人们往往把音频频率范围2

6、0Hz 20kHZ分为四个 频段，即：v低频段（20150HZ）: 能够表现音乐的低频成分， 使欣赏者感受到强劲有力的动感。v中低频（150500HZ）: 能够表现单个打击乐器在音 乐中的表现力，是低频中表达力度的部分。v中高频段（5005000HZ）: 主要表达演唱者或语言 的清淅度及弦乐的表现力。v高频段（500020kHZ）: 主要表达音乐的明亮度， 但过多会使声音发破。三、声音的基础知识v(3)声波的周期Tv 当声源完成一次振动，空气分子形成一次 疏密变化所经历的时间称为一个周期。v 声波的周期即是声波频率的倒数。v 可用式T = 1/f来表示。三、声音的基础知识v(4)声波的波长v

7、声波振动一个周期，所传播的路程称为声 波的波长。 v 声波的传播速度、频率及波长三者之间的 关系可用下式来表示：v C = f 或= C/f三、声音的基础知识v(5)声波的振幅v 声波的振幅是指空气分子疏密变化的位移 大小。v 如果声波是一种正弦波时，其最大值与零 之间的值叫峰值。最大正值与负值之间的值 叫峰峰值（p-p值）。均方根（有效值rms） 是为研究这些值进行有意义的平均，它最接 近于人耳所感觉到的声音信号的大小。v 均方根（有效值）= 0.707 x 峰值三、声音的基础知识v(6)声波的相位 v 声波的相位是指波形的周期内从起始点至波峰、 波谷或任意一点之间的度数来表示。 v 如果两

8、个相同波的相位移为180度时，一个波的波 峰与另一个波的波谷相重合。这时把这两个波组合 在一起时，波形会消失。这种现象叫做相位抵消。v 常见的梳状滤波效应就是因为由相位抵消的现象 而引起的。在用多支话筒拾取声音时，如果话筒摆 放不当，也会因这种相位抵消的现象而听到有一种 既空洞而又奇怪的感觉。v(7)声波的基波与谐波 v一般来讲，频率最低的叫基音（又叫基频），其他 与基音成整数倍数的叫谐音（又叫谐频）。三、声音的基础知识v(8)声波的包络v 鉴别声音音质的另一个特征即为声波的包 络。每一件乐器产生它自己的包络特性，这 一包络特征与音色一起决定了一件乐器的的 主观音质。声波的包络即是声波波形的强

9、度 变化的曲线。它由三部分组成：声建立、持 续期和衰减期。每个部分都有三个变量：持 续时间、振幅和随时间变化的振幅。三、声音的基础知识(9)人耳对声音感觉的三要素 va.音强（响度）：音强（响度）是人耳对声音强弱的感觉 程度。虽然响度与衡量声音强弱的声压有一定关系，但与 声压的大小并不完全一致。 （SPL: Sound Pressure Level声压级是响度的传统表达方法，其单位是dB。）将 某一频率的声音与1kHz的声音比较，当两者响度一样时 ，1kHz声音的声压级就是该声音的响度级。若此声音听 起来与1kHz的声压级0dB一样响，则该声音的响度级为 0Phon（宋）。vb.音调 ：人耳对

10、声音高低的感觉。它与声音的频率有关 ，但并不成正比例关系，而是与频率的对数值有关。vc. 音色 ：音色主要决定于声音的频谱结构 三、声音的基础知识v(10)人耳的听觉特性 v a.掩蔽效应：当在聆听一个声音的同时，由于被另 一个较强声音的掩盖而听不到原来声音时的这种现 象称为掩蔽效应。 v b.双耳效应: v c.哈斯效应 : 哈斯效应，也叫居( 领) 先效应。是双 声源系统的一个效应，两个声源中的的一个声源延 时时间在5至35毫秒以内时，听音者感觉声音来自 先到达的声源，另一个声源好像并不存在。若延时 为5毫秒，则感觉声音逐步向先到的音箱偏移；若 延时为30至50毫秒，则可感觉有一个滞后声源

11、存在 。三、声音的基础知识(11)人耳的定位机理v a.两耳听觉上的强度差；v b.声波到达两耳时的时间差；v c.外耳（耳廓）的作用。四、音质评价v所谓声音的质量，是指经传输、处理后音频信号的 保真度。目前，业界公认的声音质量标准分为4级 ，即：v 数字激光唱盘CD-DA质量，其信号带宽为10Hz 20kHz；v 调频广播FM质量，其信号带宽为20Hz15kHz；v调幅广播AM质量，其信号带宽为50Hz7kHz；v电话的话音质量，其信号带宽为200Hz3400Hz。v可见，数字激光唱盘的声音质量最高，电话的话音 质量最低。四、音质评价v音质的评价分为主观评价和客观评价v（1）所谓主观评价，即

12、是通过人耳对被评价对象 的声音的主观感受进行评价。v主观评价术语：va.清晰度：对语言而言，指可懂度高；对音乐而言 ，有细节、透明、清澈、不混浊。有宽而平直的频 响，敏捷的时间响应，非常低的失真和噪声。清晰 的反义词为“模糊”、“混浊”。vb.明亮度：声音明亮、活跃。有较强的高频成分， 谐波相对于基波而言较强。明亮的反义词为“灰暗” 。 四、音质评价v音质的评价分为主观评价和客观评价vc.丰满度：听感温暖、舒适、有弹性。有好的低频 特性，但没有过多的低频扩展，在100至300Hz附 近有足够的电平。丰满的反义词为“单薄”。vd.柔和度：听感悦耳、柔顺、舒服。高频和中高频 没有被夸大，或者被适当

13、衰减，听起来没有锋利、 焦躁的感觉。柔和的反义词为“尖利”、“生硬”。ve.平衡度：对节目声音的三大组成部分而言，它们 之间的音量要有一定的比例关系；对音乐而言，各 声部的比例要协调；对立体声而言，其左右声道的 一致性较好。它的反义词为“不平衡”。四、音质评价v音质的评价分为主观评价和客观评价v f.力度：声音的听感坚实有力。有良好的瞬态响应 ，有足够的动态再现。在20-100Hz之间的响应良好 。它的反义词为“平淡”、“力度差”。v g.空间感：体现声源所处的厅堂的感觉真实、活 跃。有一种令人愉快的混响量。高频响应可扩展至 15或20kHz。v h.现场感：能使人感到声源就在你面前发出的那

14、种感觉，也就是“身临其境”的感觉。中高音部的提 升有助于加强现场感。v i.立体感：对于立体声而言，声象分布连续、定位 精确、有宽度感、方位感和纵深感。四、音质评价v（2）所谓客观评价，即是通过各种有关的音频测试 仪器对被评价对象的主要物理性能指标进行测试评价 ，不同的被测对象可以有不同的指标测试项目。客观 评价的结果并不能代表音质评价的全部，它仅是评价 内容的一部分。v 总之，在录制节目和技术质量检验中，是根据技术 标准的相关规定，把主观评价和客观评价的结果综合 考虑音质的评价。在音频技术质量奖评选中（例如全 国“金帆奖”），是技术标准的相关规定，将可观测试 结果与主观评价相结合，采用分级评

15、分的办法进行评 定。新规定是主观评价分占80，客观评价分占20 。五、混响时间v混响时间是评定建筑物声音质量的一个重要 指标。通常以延续声音减弱到初始强度100万 分之一所需的时间，即在房间内建立了一个 稳态的声音信号后，突然关断此信号此信号 ，房间内声压级由原来稳态状况跌落60分贝 所需要的时间，称为“混响时间”。六、常用的音频单位v（1）模拟及数字音频系统的相对电平和声压级vdB(分贝）为表示相对功率或幅度电平的标准单位 ，用dB表示。也用于PPM表刻度指示值.v功率分贝10log10P1/P0v电压分贝20log10V1/V0vdBm 以1毫瓦为基准值，以分贝表示的绝对功率电 平，m是毫

16、瓦的代号。0dBm相当于0.775V（有效 值）的正弦波电压施加在600欧姆标准负载产生1毫 瓦的功率。六、常用的音频单位v此单位仅适用于负载阻抗固定为600欧姆的系统。 v关于电平和声压级的一些常用基本度量单位vdBu:以0.775v(有效值）为基准电压时的电压电平单 位。表示为：dBu=20lg(v/0.775 v)vdBV：以1V为基准电压时的电压电平单位。vdBFS:数字音频信号的电平单位。0dBFS等于“满刻 度”的数字音频参考电平。“满刻度”是指转换器可能 达到“数字过载”之前的最大可编码模拟信号电平。vdB spl：声音的声压级单位。0dB spl=2 x 10 -5Pa六、常用的音频单位v（2）模拟音频系统的相对电平和声压级vVU表：音量单位表，它反映人对声音听感的 强弱。对于1kHz的正弦信号，0VU=1.228V, 对应于+4dBuvPPM：峰值节目表，它能指示出声音信号