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1、第2章声音处理技术2.1声音的相关概念2.2声音文件的获取2.3波形文件的处理2.4声音的编辑2.5声音处理技术的教学应用12.1声音的相关概念o2.1.1声音的记录o2.1.2数字声音的相关概念o2.1.3数字声音文件的格式第2章 声音处理技术22.1.1声音的记录o1. 声音的本质声音的本质o声音的本质是由物体的振动在空气中传播形成的机械波，这种机械波有一部分(频率在20Hz20kHz范围内)能被人感觉到，这一部分波被称为声波。o频率低于20Hz的称为次声波，频率高于20kHz的称为超声波，次声波和超声波都不能被人耳感觉到。o当声波传至人耳时，产生神经信号传至大脑，大脑通过神经系统将其解释
2、为声音。o因此声音是声波在人耳中的感受，这不仅与声波的特性有关，而且与人的感受特性有关。第2章 声音处理技术32.1.1声音的记录o2. 声音的记录和表示声音的记录和表示o声波不同时刻振动幅度的变化是最重要的信息，它反映了声波的主要内容。o记录声音的方法有很多，最早记录声音是使用机械的方法实现的。o利用传声器可以将声波在某处引起的振动幅度的变化情况转化为电流的变化。第2章 声音处理技术42.1.1声音的记录o3. 声音的计算机表示声音的计算机表示o音频电流的大小是连续变化的，这与声波振动相对应。这种用波形来记录声音的方法得到的声音称为波形声音。图2-1音频电流的波形第2章 声音处理技术52.1
3、.1声音的记录o3. 声音的计算机表示声音的计算机表示o由于计算机只能用二进制表示信息，不能表示连续的量，对声音这种连续变化的波形信息，是无法完整记录下来的，因此用计算机来记录声音时，必须对连续的声音进行一定的处理。o处理的方法是采样和量化采样和量化。第2章 声音处理技术61）采样o在某些特定的时刻对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。o图2-2中的一系列带黑点的竖线表示的是采样的时间，竖线端点的值表示这个时刻波形的值。只有采样得到的值会被记录下来，其他值在采样后被舍弃。图2-2声音的采样第2章 声音处理技术72)量化o采样得到的值其幅度可以是无穷多个实数值
4、中的一个，这些值要用二进制数字来表示，必须对每个值分配一个编码。显然对无穷多个值分配编码是不可能的。o如果把信号幅度取值的数目加以限定，量化后得到的值只能取有限个参考值，若实际值不在这些有限个值之内，则使用四舍五入或者其他规则把它近似到某个取值上去。图2-3声音的量化第2章 声音处理技术82.1.2数字声音的相关概念o1. 波形声音和合成声音波形声音和合成声音o波形声音是计算机中表示声音的一种主要方法，它不关心声音是如何产生的，只关心声音在不同时刻的大小。将声音每时刻的振动位置记录下来，用其大小的变化情况来表示，波形声音像照相一样，把声音的波形绘制出来，其特点是比较逼真，但需要较大的数据量。o
5、合成声音：先分析声音中有哪些成分，用参数的方法来描述，只需要记下一些参数即可，在再现声音的时候，由特定的程序或硬件依据这些参数生成声音信号。这种方法适合合成声音，如合成语言或合成音乐。其特点是需要的数据量较小，但声音逼真程度不及波形声音，这类声音中比较成熟的有MIDI音乐。第2章 声音处理技术92.1.2数字声音的相关概念o2. 波形声音的质量波形声音的质量n1)采样率n2)采样精度第2章 声音处理技术101)采样率o每秒钟采样的次数，称为采样频率或采样率。o采样率较高时，声音信息的损失就小，声音采样率超过40kHz，就可以把整个音频范围的信息记录下来。o采样率较低时，高频频率成分会损失。o一
6、般选取44.1kHz的采样率来对音乐进行采样，这样每秒钟可以获得44100个声音样本。第2章 声音处理技术112)采样精度o采样精度也称为量化位数，表示了量化时分配参考值的个数，用编码位数来表示，它反映度量声音波形幅度的精度。o例如，每个声音样本用16位(2字节)表示，测得的声音样本值在065536的范围内，它的精度就是最大输入信号的1/65536。o样本位数的大小影响到声音的质量，位数越多，量化产生的误差越小，声音越接近原来的波形。o采样精度（量化位数）高时，需要的存储空间也越多，如8位的量化时，每个声音样本只需要1个字节表示，而16位量化时，每个声音样本需要2个字节表示。第2章 声音处理技
7、术122.1.2数字声音的相关概念o3. 声道声道n1)单声道n2)立体声n3)环绕立体声图声道环绕声放声系统的含义是：的含义是：声音播放现场的前面有3个声道，每个声道的信号输出到左、中、右3个主音箱上；声音播放现场的后面有1个左环绕声声道和右环绕声声道，“0.1”是指低频音效声道，用于过滤频率小于0.1kHz的超重低音声音信号。图2-4立体声放声系统第2章 声音处理技术132.1.2数字声音的相关概念o4. MIDI声音声音oMIDI是MusicalInstrumentDigitalInterface(电子乐器数字接口)的简写，是用于在音乐合成器、乐器和计算机之间交换音乐信息的一种标准协议。
8、oMIDI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设备或其他装置让它产生声音或执行某个动作的指令。第2章 声音处理技术142.1.3数字声音文件的格式o1. WAV文件文件oWAV文件也叫波形声音文件，该格式文件直接记录声音的波形，不作压缩。o在Windows平台下，WAV是被支持得最好的音频格式，所有音频软件都能完美支持，由于本身可以达到较高的音质要求，因此，WAV也是音乐编辑创作的首选格式，适合保存音乐素材。oWAV作为一种
9、中介的格式，常常使用在其他编码的相互转换之中。第2章 声音处理技术152.1.3数字声音文件的格式o2. MP3格式格式oMP3是目前最为普及的音频压缩格式，各种与MP3相关的软件产品层出不穷，而且更多的硬件产品也开始支持MP3，有些DVD播放机能够支持MP3，还有更多便携的MP3播放器等。第2章 声音处理技术162.1.3数字声音文件的格式o3. WMA 格式格式oWMA是微软开发，针对网络的音频格式。WMA在较低的带宽下(如只有64kbps的码率)，可以达到接近CD的音质。oWMA支持防复制功能，可以限制播放时间和播放次数甚至播放的机器等。oWMA支持流技术，即一边读一边播放，因此WMA可
10、以很轻松地实现在线广播，Windows对WMA有较好的支持。第2章 声音处理技术172.1.3数字声音文件的格式o4. RA格式格式oRA也是针对网络的音频格式。RA就是RealAudio格式，大部分音乐网站的在线试听都是采用了RealAudio，这种格式完全针对的就是网络上的应用，支持非常丰富的功能。o这种格式可以根据听众的带宽来控制自己的码率，在保证流畅的前提下尽可能提高音质。RA不但支持边读边放，还能实现只在线播放而不提供下载的欣赏方式。第2章 声音处理技术182.1.3数字声音文件的格式o5. MID 和和RMI格式格式oMID和RMI两种格式都是MIDI的文件格式。oMID格式是支持
11、MIDI标准的数字音乐文件格式，由一个文件头和MIDI的数据构成，文件头描述了文件的类型和所表达音乐的一些全局的信息，如音轨等；MIDI数据部分表示的是音乐的具体内容。oRMI也是支持MIDI标准的数字音乐文件格式，与MID格式不同的是它在MID格式的前面又增加了一个文件头，后面的部分几乎和MID的一样。第2章 声音处理技术192.2声音文件的获取o2.2.1声卡的结构和工作原理o2.2.2声卡的插孔o2.2.3计算机录音操作第2章 声音处理技术202.2.1声卡的结构和工作原理o声卡从结构上可分为独立声卡、集成声卡和外置声卡等几种。o目前一般应用的都是集成声卡，即集成在计算机的主板上。o专业
12、的声音处理需要使用高品质的独立声卡，插到计算机主板上的空闲插槽上。o声卡采用大规模集成电路，将音频处理的各类电路以专用芯片形式集成在声卡上。第2章 声音处理技术212.2.2声卡的插孔o声卡上一般都有与其他设备连接的插孔，用于与其他设备的连接。o(1)MIC：话筒输入端口，插入话筒，用于语音输入。o(2)LINEIN：用于采集来自各种模拟音频信号的输入端口，其输入信号电平比MIC强度大。o(3)SPEAKEROUT：耳机或扬声器输出端口，常用于连接无源音箱或耳机。o(4)LINEOUT：一个用于标准音响系统或放大器重放声音的输出端口，有些声卡没有这一插孔。图2-7所示的声卡插孔中就没有这一插孔
13、，因此只能看到3插孔。第2章 声音处理技术222.2.3计算机录音操作o硬件连接：只要将话筒插头插入到声卡MIC孔就行了o录音通道选择o录音音量控制o录音软件调用（录音机、cooledit）o录音o压缩保存等。第2章 声音处理技术23使用CoolEditPro录制声音oCoolEditPro的声音处理和混合编辑分别在“波形编辑窗”模式和“多轨操作窗”模式两个不同的窗口界面下实现。o在“波形编辑窗”模式下，窗口只显示一个波形声音，其菜单命令主要是声音的处理命令。o在“多轨操作窗”模式下，可同时显示多个声音轨道，其菜单命令主要是针对编辑操作的命令。o两个窗口模式的切换，可通过“查看”菜单下的“波形
14、编辑窗”和“多轨操作窗”两个命令来实现。o声音的录制可在“波形编辑窗”模式中进行，也可在“多轨操作窗”模式中进行。第2章 声音处理技术24【案例案例2-1】利用“波形编辑窗”模式录制声音的操作o(1)启动CoolEditPro软件。o(2)新建文件。选择“文件”“新建”命令，弹出“新建波形”对话框。n如果录制的声音用于制作CD或者MP3，可选择采样率为44100，声道为立体声，采样精度为16位，这样录制的参数即为CD标准。第2章 声音处理技术25利用“波形编辑窗”模式录制声音的操作o(3)开启电平监视器，观察录音电平。o选择“选项”“录音电平”命令，可见窗口底部的录音电平监视窗口中出现闪动的光
15、带，在电平监视窗口下侧，有一个电平刻度，表示输入电平的大小，其单位是dB。o输入声音信号，可看到此光带会向右侧闪动，表明两个声道输入信号的强度变化。o在录制时，注意观察电平的动态范围，若信号太小，则会出现信噪比太低、录制声音太小、噪声相对较大的现象。o若信号太强，如超过0dB，则会出现失真。通过“录音控制”窗口中的录音音量控制滑块，可改变输入信号的强度，最好将信号控制在-6dB附近，以留出余地，防止信号突然过大，出现失真。第2章 声音处理技术26利用“波形编辑窗”模式录制声音的操作o(4)开始录音。o(5)结束录音。录音完成后，单击“停止”按钮，即可停止录音。o(6)文件保存。保存文件时，可选
16、择需要的格式，如选择MP3格式，可将文件压缩保存为MP3格式。第2章 声音处理技术272.3波形文件的处理o(1)音量偏小。o一是传声器的灵敏度不够，录制的时候，即使将音量调到最大，声音仍然不够大；二是录音时为了留出余地，以保证讲话者声音突然变大时，声音也不超过规定的最大值，o(2)声音间隙出现意外的噪声。在录音时，可能会出现脚步声、翻书的声音等。o(3)录制语音时出现口误。这是很难避免的，如果整个声音重新录制会浪费很多时间。o(4)出现持续噪声。这种噪声通常是设备自身产生的，是系统无法克服的。不同的设备都会或多或少地存在。o(5)过长的停顿。一般在录音的开始或结束时，会有一段空白无声的时间，在中间也会出现较长的停顿。o(6)声音不清晰。有些传声器低音很重，影响声音的清晰度。第2章 声音处理技术282.3波形文件的处理o2.3.1音量调整和标准化n选择“效果”“波型振幅”“渐变”命令n选择“效果”“波型振幅”“音量标准化”命o2.3.2声音的剪切n选择波形的操作是：把光标移到波形中选择区的起点，按下鼠标左键拖动到终点释放即可。被选择的区域会反色显示。选择“编辑”“剪切”命令o2.3.3
