第4讲—第二章 数字音频处理技术(1)

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1、思考题（对应书中第九章）（对应书中第九章）数字音频处理技术数字音频处理技术基本概念基本概念 声音概念声音概念 声音频率分布声音频率分布 音质与数据量音质与数据量 数字音频文件的种类数字音频文件的种类音频数字化音频数字化 声音的采样量化声音的采样量化 采样过程简介采样过程简介MIDI 音频音频 MIDIMIDI文件与文件与文件与文件与WAVWAV文件文件文件文件 MIDI音频数字化音频数字化 MIDI 音频处理音频处理主要内容主要内容主要内容主要内容 计算机音乐计算机音乐处理声音处理声音 转换采样频率转换采样频率 GoldWave软件软件 设定编辑区域设定编辑区域 简单编辑简单编辑 使用剪贴板使

2、用剪贴板 合成声音合成声音 增加效果增加效果 调整固有音量调整固有音量2数字音频处理技术数字音频处理技术教学要求教学要求教学要求教学要求1. 1. 了解声音的基本特点；了解声音的基本特点；2. 2. 了解声音采样、量化与编码的处理过程；了解声音采样、量化与编码的处理过程；3 3掌握数字音频中采样频率、量化精度和声道的概念；掌握数字音频中采样频率、量化精度和声道的概念；4. 4. 掌握数字音频文件的存储；掌握数字音频文件的存储；5. 5. 掌握数字音频文件数据量的计算方法；掌握数字音频文件数据量的计算方法；6. 6. 掌握掌握Gold WaveGold Wave的基本使用方法，能够利用其采集、编

3、的基本使用方法，能够利用其采集、编辑和合成数字音频；辑和合成数字音频；7. 7. 了解了解MIDIMIDI的有关概念以及计算机音乐合成基本思想；的有关概念以及计算机音乐合成基本思想；8. 8. 掌握掌握WAVEWAVE文件与文件与MIDIMIDI文件的区别。文件的区别。 3 声音概念声音概念基本概念基本概念声音定义声音定义声音是振动波，具有振幅、周期和频率声音是振动波，具有振幅、周期和频率声音的质量声音的质量简称音质。音质与频率范围成正比，频率范围越宽音质越好简称音质。音质与频率范围成正比，频率范围越宽音质越好声音具有连续性和过程性，数据前后相关，数据量大，具有实时性声音具有连续性和过程性，数

4、据前后相关，数据量大，具有实时性声音的连续时基性声音的连续时基性幅度幅度(s)周周期期振振幅幅基线基线(t)低低特质特质高高弱弱强强 声音三要素声音三要素(1) 音调音调 (高低高低)(2) 音强音强 (强弱强弱)(3) 音色音色 (特质特质)4声音美学声音美学 影响声音美感的因素影响声音美感的因素 1 1 清晰度清晰度 录制水平、载体材质、采样频率、采样位数录制水平、载体材质、采样频率、采样位数 2 2 噪音噪音 录制本底噪声、介质附加噪声录制本底噪声、介质附加噪声 3 3 音色音色 混响时间、声源特质、混响时间、声源特质、MIDIMIDI、WAVWAV、MP3MP3 4 4 旋律旋律 作曲

5、、演奏等音乐本身的属性作曲、演奏等音乐本身的属性 声音运用声音运用 1 1 采用一个以上声源的场合，采用交叉或者响度区分的方法采用一个以上声源的场合，采用交叉或者响度区分的方法 2 2 语音采用单声道，乐曲采用立体声语音采用单声道，乐曲采用立体声 3 3 适当添加声音效果，弥补不足。例如混响时间、音调高低适当添加声音效果，弥补不足。例如混响时间、音调高低噪声噪声增加混响时间增加混响时间正常正常音色表现音色表现StopStop5声音频率分布声音频率分布次声波次声波次声波次声波人耳可听域人耳可听域人耳可听域人耳可听域超声波超声波20Hz 2020,000Hz 20,000Hz20,000Hz女女性

6、性语语音音150Hz 150Hz 10,000Hz10,000Hz电电话话语语音音200Hz 200Hz 3,400Hz3,400Hz调调幅幅广广播播(AM)50Hz 50Hz 7,000Hz7,000Hz调调 频频 广广 播播(FM)20Hz 20Hz 15,000Hz15,000Hz高高级级音音响响10Hz 10Hz 40,000Hz40,000Hz男男性性语语音音100Hz 100Hz 9,000Hz9,000Hz声声声声源源源源种种种种类类类类频频频频带带带带宽宽宽宽度度度度6数字化声音数字化声音声音采样声音采样 声音数字化声音数字化 (模模/数转换数转换)声音采样声音采样110111

7、00 11001101把声音把声音(模拟量模拟量)按照固定时间间隔，转换成有限个数字表示的离散序列按照固定时间间隔，转换成有限个数字表示的离散序列声音重放声音重放 声音模拟化声音模拟化 (数数/模转换模转换)声音重放声音重放11011100把数字化声音转换成模拟量，经过音响单元重放出来把数字化声音转换成模拟量，经过音响单元重放出来设备和软件设备和软件(1) 声音适配器声音适配器 (声卡声卡) 8bit、16bit、 128bit ￥80.00800.00(2) 声卡驱动软件以及各种声音处理软件声卡驱动软件以及各种声音处理软件7声音采样声音采样采样频率采样频率(HZ)(HZ) 每秒钟的采样样本数

8、。只要采样频率高于声波中最高频率的二每秒钟的采样样本数。只要采样频率高于声波中最高频率的二倍，就能从采样信息中完全恢复出声音波形。标准采样频率为倍，就能从采样信息中完全恢复出声音波形。标准采样频率为 11.025khz、22.05khz和和44.1khz三种。三种。 所谓量化就是把采样值经过量化器转换为数据。每个采样值可以所谓量化就是把采样值经过量化器转换为数据。每个采样值可以量化为量化为8、16、24、32位二进制数据。位二进制数据。量化量化(B)(B) 所谓采样就是以固定时间间隔对连续声波进行采集得到离散的所谓采样就是以固定时间间隔对连续声波进行采集得到离散的脉冲波形。脉冲波形。采样量化采

9、样量化声波声波样本点样本点脉冲波脉冲波8声音存储声音存储 例如：采样频率为例如：采样频率为44.1khz,采样精度为采样精度为16 bit,则一秒钟立体声音则一秒钟立体声音频的数据量计算如下频的数据量计算如下 存储量存储量=44100x16x2/8=176.4kByte/s示例示例存储量存储量= =采样频率采样频率x x采样精度采样精度x x声道数声道数/8 /8 单位为单位为Bytes/ sBytes/ s。 采样频率单位为采样频率单位为HZ HZ 采样精度单位为位采样精度单位为位 8 8是是“位位”转化为转化为“字节字节” 数字音频的存储量决定于对模拟声波的采样频率、采样精度以数字音频的存

10、储量决定于对模拟声波的采样频率、采样精度以及声道数。及声道数。存储存储 声道数声道数 是指一次采样声音波形的个数。单声道一次采样一个声音波形，是指一次采样声音波形的个数。单声道一次采样一个声音波形，双声道双声道 (立体声立体声)一次采样两个声音波形。一次采样两个声音波形。9 重放频率重放频率 (模拟量模拟量)与采样频率与采样频率 (数字量数字量)的关系的关系重放频率重放频率 采样频率采样频率 2 2例例 采样频率为采样频率为44,100Hz的数字音频信号还原成声音后，为的数字音频信号还原成声音后，为22,050Hz数字音频的数字音频的音质与数据量音质与数据量采样频率采样频率 Hz数据长度数据长

11、度 bit数据量分钟数据量分钟11,02580.66 MB22,05081.32 MB44,10082.64 MB11,025161.32 MB22,050162.64 MB44,100165.29 MB音质评价音质评价低低一般一般良好良好中中良好良好优秀优秀应用场合应用场合互联网互联网游戏游戏乐曲乐曲提示语音提示语音朗读语音朗读语音优秀优秀 应根据使用场合和要求转换适当的声音采样频率。应根据使用场合和要求转换适当的声音采样频率。 采样频率的转换须使用相应的软件进行。采样频率的转换须使用相应的软件进行。10.wav WAVE (Waveform Audio)波形音频文件波形音频文件 多媒体系统

12、、音乐光盘制作，记录物理波形，数据量大多媒体系统、音乐光盘制作，记录物理波形，数据量大.cda CDA (CD Audio)激光音频文件激光音频文件 准确记录声波，数据量大，经过采样，生成准确记录声波，数据量大，经过采样，生成wav和和mp3音频文件音频文件.mid MIDI (Musical Instrument Digital Interface)乐器接口文件乐器接口文件 用于合成、游戏，记录音符时值、频率、音色特征，数据量小用于合成、游戏，记录音符时值、频率、音色特征，数据量小.mp3 mp3 (MPEG音频压缩标准音频压缩标准)压缩压缩音频文件音频文件 必须经过解压缩，数据量小必须经过

13、解压缩，数据量小文件种类及特点文件种类及特点数字音频文件的种类数字音频文件的种类11 CD声音获取声音获取Easy CD-DA Extractor软件软件(2) 硬件环境硬件环境 CPU：Pentium/ 500MHz 内存：内存：128MB CDROM：40x (或以上或以上)(3) 软件环境：软件环境：Windows98 / Me / 2000CD采样软件简介采样软件简介软件简介软件简介(1) 作用：作用：CD音乐音乐 采集采集CD音轨并转换格式音轨并转换格式 Easy CD-DA Extractor软件软件CD音乐音乐 WAV格式波形音频文件格式波形音频文件 MP3格式压缩音频文件格式压

14、缩音频文件12(1) 插入插入CD音乐盘，随后自动列出音乐盘，随后自动列出CD音轨清单音轨清单功能菜单功能菜单CD音轨清单音轨清单工具按钮工具按钮音量调节音量调节播放进度调节播放进度调节Windows Media Player界面界面(2) 在在CDCD音轨清单中音轨清单中选择选择采样的采样的音轨音轨WindowsWindows自带的媒体播放器将曲目从自带的媒体播放器将曲目从 CD CD 复制到计算机中非常简便。复制到计算机中非常简便。13录音录音 使用使用“录音机录音机”获取声音获取声音(1) 选择选择“程序附件娱乐程序附件娱乐 录音机录音机”菜单，启动录音机菜单，启动录音机(2) 单击单击

15、 录音录音按钮，开始录音按钮，开始录音 (录音时间为录音时间为60秒秒)设备间的信号连接设备间的信号连接SPEAKERMICLINE IN1mV500mV声卡声卡机箱后背机箱后背插头插头: 3.5mm/stereo 录音的技术问题录音的技术问题 录制自然声，需要保证良好的信录制自然声，需要保证良好的信 噪比。应配备质量较好的声卡和噪比。应配备质量较好的声卡和 话筒。话筒。 录音时，注意控制输入信号的强录音时，注意控制输入信号的强 度，过高过低都会使音质不理想。度，过高过低都会使音质不理想。 用话筒录音，连接线不宜过长。用话筒录音，连接线不宜过长。 如果使用无线话筒，则距离不宜如果使用无线话筒，

16、则距离不宜 太远。太远。 确定合适的采样频率。采样频率确定合适的采样频率。采样频率 越高，录制质量越好，但数据量越高，录制质量越好，但数据量 就大。就大。14(1) (1) 鼠标左键双击任务栏右侧鼠标左键双击任务栏右侧 图标图标(2) (2) 检查检查“波形波形”是否是否 被选择被选择 (4) (4) 选择选择“录音录音”选项选项(5) (5) 检查检查: : 录音控制录音控制 线路输入线路输入 麦克风应有麦克风应有 (3) (3) 选择选择“选项属性选项属性”(6) (6) 单击单击 确定确定 按钮按钮录音失败的处理录音失败的处理 操作步骤操作步骤 音质与数据量音质与数据量15(2) 选择选

17、择“文件打开文件打开”(1) 选择选择“程序附件娱乐录音机程序附件娱乐录音机”(3) 选择需转换的音频文件选择需转换的音频文件(4) 单击单击 打开打开按钮按钮(6) 单击单击 开始转换开始转换按钮按钮(7) 选择属性选择属性(采样频率采样频率)(10) 选择选择“文件另存为文件另存为”菜单，保存文件菜单，保存文件(5) 选择选择“文件属性文件属性”(8) 单击单击 确定确定按钮按钮转换采样频率转换采样频率 操作步骤操作步骤(9) 如不满意，可从步骤如不满意，可从步骤(2)重重 新开始新开始16GoldWave软件简介软件简介软件功能软件功能ECHOPITCHMIXSTOP音频处理效果音频处理

18、效果 波表显示声音数据，直观、简捷波表显示声音数据，直观、简捷 为声音增加各种效果为声音增加各种效果 (如回声、机器声等如回声、机器声等) 编辑编辑wav和和mp3声音声音 (如删除、粘贴、静音等如删除、粘贴、静音等) 合成声音合成声音 (把其他声音与当前声音混合把其他声音与当前声音混合) 所有编辑都可进行所有编辑都可进行STEREOMONO声道编辑声道编辑 CPU: Pentium 或以上或以上 内存内存: 64 MB 硬盘缓存硬盘缓存: Windowstemp 系统系统: Windows98、2000、XP软件的工作环境软件的工作环境17安装与启动安装与启动(1) 进入进入“GoldWav

19、e425”文件夹文件夹(2) 运行运行pgwave425.exe文件文件 双击快捷图标双击快捷图标，启动，启动GoldWave软件软件播放控制器播放控制器音频编辑器音频编辑器菜单菜单 编辑工具编辑工具 左声道左声道 右声道右声道软件图标软件图标18( (2) 2) 打开打开FlashFlash模式模式“总是总是”( (3) 3) 临时存储临时存储“内存内存”( (4) 4) 剪贴板剪贴板“GoldWaveGoldWave”( (5) 5) 单击单击 确定确定 按钮按钮设置软件工作状态设置软件工作状态( (2) 2) 声音窗口声音窗口“最大化最大化”( (3) 3) 初始放缩初始放缩“所有所有”

20、( (4) 4) 单击单击 确定确定 按钮按钮设置文件、内存管理设置文件、内存管理(1) (1) 选择选择“选项文件选项文件”设置窗口显示状态设置窗口显示状态(1) (1) 选择选择“选项窗口选项窗口”19(1) 选择选择“文件打开文件打开”(2) 选择声音文件夹和文件名选择声音文件夹和文件名 (若是若是mp3，需等待片刻，需等待片刻)(3) 单击单击打开打开按钮按钮调入声音调入声音 设定编辑区域设定编辑区域(1) 鼠标左键单击鼠标左键单击 波表波表,设定起点设定起点(2) 鼠标右键单击鼠标右键单击 波表波表,设定终点设定终点编辑区域编辑区域 编辑区域主要用于局部编辑，并通过剪贴板进行粘贴、合

21、成等编辑区域主要用于局部编辑，并通过剪贴板进行粘贴、合成等20左声道左声道 右声道右声道播放控制器播放控制器播放编辑区域声音播放编辑区域声音 播放指定声音播放指定声音 停止停止 录音录音播放控制播放控制音量调整音量调整声道平衡调整声道平衡调整速度调整速度调整(不影响编辑结果不影响编辑结果)无声故障的处理无声故障的处理(1) 单击单击 (音量音量) 图标，去掉图标，去掉“”(2) 参见参见“录音失败的处理录音失败的处理”一节一节21设定编辑区域设定编辑区域(2) (2) 调整音量滑块调整音量滑块简单编辑简单编辑单击单击DelDel按钮按钮删除音乐片段删除音乐片段增加局部音量增加局部音量(1) (

22、1) 单击单击 ( (更改更改) )按钮按钮静音处理静音处理单击单击 ( (静音静音) ) 按钮按钮(3) (3) 单击单击 确定确定 按钮按钮音音量量调调整整前前音音量量调调整整后后22设定编辑区域设定编辑区域使用剪贴板使用剪贴板获取声音获取声音单击单击 CopyCopy按钮按钮(1) (1) 鼠标左键单击波表，确定粘贴开始位置鼠标左键单击波表，确定粘贴开始位置粘贴声音粘贴声音(2) (2) 单击单击 Paste Paste 按钮，插入式粘贴按钮，插入式粘贴生成新文件生成新文件单击单击 PNewPNew 按钮，生成新文件窗口按钮，生成新文件窗口 如内存容量不足，可把临时存储设置成硬盘如内存容

23、量不足，可把临时存储设置成硬盘23(2) (2) 单击单击 CopyCopy按钮，获取声音素材按钮，获取声音素材(5) (5) 鼠标左键单击波表，确定合成开始位置鼠标左键单击波表，确定合成开始位置(1) (1) 在文件在文件1 1中设定编辑区域中设定编辑区域(7) (7) 调整合成素材的音量调整合成素材的音量合成声音合成声音(4) (4) 打开文件打开文件2 2(6) (6) 单击单击MixMix按钮按钮 操作步骤操作步骤 (8) (8) 单击单击 确定确定 按钮按钮(3) (3) 关闭文件关闭文件1 1 被合成的素材应采样频率一致，格式相同被合成的素材应采样频率一致，格式相同24设定编辑区域

24、设定编辑区域增加效果增加效果(1) (1) 单击单击 按钮按钮(2) (2) 调整延迟时间调整延迟时间(3) (3) 调整回声音量调整回声音量(4) (4) 设置回响效果设置回响效果 无穷余音无穷余音制作回声制作回声t tVolumeVolume延迟时间延迟时间ECHOECHO原理原理(5) (5) 单击单击 确定确定 按钮按钮25设定编辑区域设定编辑区域淡入淡入(1) (1) 单击单击 按钮按钮淡入淡出效果淡入淡出效果(2) (2) 调整初始音量调整初始音量(3) (3) 单击单击 确定确定 按钮按钮淡出淡出(1) (1) 单击单击 按钮按钮(2) (2) 调整减弱音量调整减弱音量(3) (

25、3) 单击单击 确定确定 按钮按钮淡入过程淡入过程 淡出过程淡出过程26(1) (1) 打开背景音乐打开背景音乐(2) (2) 确定编辑区域确定编辑区域调整固有音量调整固有音量(3) (3) 单击单击 样式样式 按钮按钮(4) (4) 鼠标拖曳音量线鼠标拖曳音量线(5) (5) 单击单击 确定确定 按钮按钮音量低谷音量低谷PlayPlayStopStopt tVolume Volume 音量调音量调整原理整原理背景音乐背景音乐语音语音编辑区域编辑区域27 操作步骤操作步骤 (1) (1) 选择选择“文件另存为文件另存为”(2) (2) 选择保存地点选择保存地点(3) (3) 输入文件名输入文件

26、名(4) (4) 选择属性选择属性( (采样频率采样频率) )(5) (5) 单击单击 保存保存 按钮按钮保存声音文件保存声音文件关于注册关于注册未注册软件只允许使用未注册软件只允许使用1515天，每次启动提示注册天，每次启动提示注册注册方法：选择注册方法：选择“选项选项注册注册”，注册码，注册码( (在在regist_sn.txtregist_sn.txt文件中文件中) ) 在设置文件属性时，采样频率不能过低，否则失真在设置文件属性时，采样频率不能过低，否则失真28(1) (1) 什么是采样？什么是量化？什么是采样？什么是量化？ (2)(2) 音频信号的频率范围大约多少？话音信号频率范围音频

27、信号的频率范围大约多少？话音信号频率范围大约多少？大约多少？ (3)(3) 选择采样频率为选择采样频率为22.050 kHz22.050 kHz和样本精度为和样本精度为1616位的录位的录音参数。在不采用压缩技术的情况下，计算录制音参数。在不采用压缩技术的情况下，计算录制2 2分钟分钟的立体声需要多少的立体声需要多少MB(MB(兆字节兆字节) )的存储空间的存储空间(1MB=10241024B)(1MB=10241024B) 思考题思考题29(1)(1) 利用利用 Windows Media Player 软件将音乐软件将音乐CDCD转换成转换成MP3MP3音频文件，并转换为音频文件，并转换为

28、wav文件名取文件名取song-1.wavsong-1.wav。(2)(2) 将将song-1.wavsong-1.wav的采样频率转换成的采样频率转换成 22,050Hz22,050Hz8bit8bit，并以并以“song-2.wavsong-2.wav”为名字进行保存。为名字进行保存。(3)(3) 利用利用GOLDWAVEGOLDWAVE软件对软件对song-2.wavsong-2.wav进行处理。进行处理。 将音乐首空白去掉。将音乐首空白去掉。 只保留乐曲第只保留乐曲第1 1乐段，其余删除，并在第乐段，其余删除，并在第1 1乐乐段的尾部进行淡出处理。段的尾部进行淡出处理。 保存音频文件，

29、文件名为保存音频文件，文件名为“song-3.wavsong-3.wav”。上机练习上机练习30使用使用 GoldWaveGoldWave 软件合成素材软件合成素材录入录入wavwav格式的语音格式的语音为语音添加回声为语音添加回声音频处理实验内容音频处理实验内容调入乐曲调入乐曲淡入淡出淡入淡出调整音量调整音量剪贴板剪贴板复制到剪贴板复制到剪贴板关闭语音窗口关闭语音窗口保存保存合成合成剪贴板剪贴板31ENDEND 声音信号的获取与处理声音信号的获取与处理 内容：内容：包括录音、放音、改变音量、控制放音速度、包括录音、放音、改变音量、控制放音速度、倒放、添加回声等，添加声音文件到其它声音文件倒放、添加回声等，添加声音文件到其它声音文件中，插入声音文件到文档中等。中，插入声音文件到文档中等。要求：要求：掌握在掌握在Windows 95/98Windows 95/98环境下录制、播放和环境下录制、播放和编辑声音文件的方法。编辑声音文件的方法。 写出实验报告。写出实验报告。 上机实验上机实验32