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声音量化三要素在线视频

声音量化三要素

下一节:机内码是如何产生的

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声音量化三要素课程教案、知识点、字幕

前面我们通过图像了解了

数字化的两个概念

采样和量化

那么对于我们熟悉的声音来说

采样和量化又意味着什么呢

回忆一下我们看

声音是什么

这个常识

大家都已经在中学的课堂里获得了

我们知道声音是由于物体的振动

比如我们人类就是通过

声带的振动发出声音

振动产生的声波进入到我们的人耳

引起了鼓膜的振动

然后将神经冲动传向了大脑

听者就感觉到了这些神经冲动

这就是声音

在物理上

我们通常有三个基本的要素

来描素声音

其中响度它表示的就是

声音的强弱

在声音波形中就对应着

振幅的大小

它的单位是分贝

分贝是一个相对的概念

0分贝并不表示没有声音

它通常是用来表示

人类能够听到声音的最小音量

完全有可能有比0分贝

还要弱的声音

只是对于绝大部分人来说

他感知不到

那么音调呢

音调它是指声音的高低

由声源的振动的频率

来决定的

频率越高它的音调就越高

大家可不要把音调和响度混淆了

比如我们说在音乐当中

我们就C D E F等等

这样的7个音调

而响度在音乐当中

其实就是指的是音量

那么音色呢

音色这个物理量它又代表什么呢

在生活中我们采集到的声音波形

实际上都是很有个性的

声音它是复合音

你要在自然界中找到一个

单频率的声音

几乎是不可能的

因此声音它可以分为基本音和泛音

泛音决定了声音的音色

它是由声源的材质

大小 振动的方式等等

很多因素决定的

比如唱歌的时候

你的歌声中的基本音

决定了你唱歌是否跑调

而你的泛音

则决定了你的歌声是否动听

在爱迪生发明留声机以前

声音的波形只能被听到

无法被看到

和记录下来

那我们就来看一看

爱迪生的这样一台

能够留住声音的这个装置的构造

它由这样的几个部分组成

它有一根能够固定在

振膜上的这样一个刻针

在这个刻针的下面

是有一个能够转动的一个圆筒

在圆筒的上面

铺有了这么一层锡箔

那么当人们对着这个振膜说话的时候

我们就会发现

振膜就会产生了振动

振膜的振动就会带动了

它下方的刻针上下振动

所以我们说话的快慢

高低

都能使这个刻针

产生不同的振动

同时我们又在转动这样的一个摇把

那么我们的刻针的振动

就会在锡箔上

刻出了一个

和我们的振膜的振动一致的

这样的一些勾纹

那么声音就是被这样纪录下来了

相反如果我们让刻针沿着

在我们的刻录好的锡箔上的这些勾纹

滑动的话

就会带动振膜来回振动

那么振膜就会把刚才纪录下来的声音

说出来

所以声音就这样被刻录下来

好我们再次从这个模拟的声音波形

和数字的这个声音波形上

直观地看到

连续与离散的区别

我们在左图

它是一个一秒时长的

一个模拟声音波形

而右图

它是一个采样频率

是每秒n次的这样一个数字波形

所以同样模拟的声音

要通过采样和量化

这两个关键的动作

来获得数字音频

那么对于在这个时间维度上的

这个声音波形来说

采样的过程就是每隔

一个时间间隔

在模拟的声音波形上

取一个幅值

量化的过程则是把采样到的

每一个点

按照某一种精度

表示出它的这个大小

那么关于这个采样频率

大部分人都会在录音的时候

遇到这样的一系列的数字

比如说我们在录制CD

这个音乐的时候

就得至少保证

我们的采样频率是44100Hz

这样的一个采样频率

为什么呢

那是因为根据采样定律来说

为了使得我们的低频不产生失真

那么采样频率

至少得是我们录制的声音当中

它所包含的最高频率的两倍

人类的听力范围是20Hz

到20000Hz

这样的一个范围

那我在录制音乐的时候

我们就应该把人类能够听到的

自然界中的所有声音

都要涵盖

那么我们的这个采样频率

它要把20000Hz

采样进去

那么我的采样频率就至少

是20000Hz的两倍

40000Hz

为了保险我们又留出了

10%的余量

那就变成44000Hz

那么后来又多出了一个100Hz

这又是哪里出来的呢

感兴趣的同学可以查一查

没有时间的同学

你就可以把这当作工业标准来理解

在数字音频领域当中

常用的采样频率

就会有这样的以下一些

我们列举了一些例子

比如8000Hz

这是电话所用到的

采样频率

人类的发声的这个频率

在85Hz到1100Hz

这样的一个频率范围内

所以这8000Hz

在记录我们人的说话的这个频率

是富富有余的

那么对于音乐来说

那是人类能够感知到的

自然界中的所有声音

就像刚才解释一样

那么它的采样频率

就定为了我们的听力范围的

两倍以上

也就是说我们现在看到的

44100Hz

我们说人的听力范围在

20到20000Hz这样的一个范围

并不意味着

到了20000Hz以上的声音

人耳听不到

完全无法感知

所以说

如果对于一些

拥有敏感的

这样的一个听觉系统的

这样的听者来说

他可能觉得CD

的这个44100Hz的采样频率

并不够真实

它显得不够自然

所以说我们还可以再调高这个采样频率

到48000Hz

96000Hz等等等等

这就是数字音频的一个优势

那么下面我们来看一看

这个量化环节

量化它是对模拟音频信号的一个幅值

进行数字化

所以我们看

量化位数它就决定了

音频幅值采样的一个精度

它决定了模拟信号

它数字化以后的一个动态范围

量化位数越高

它能够表现的声音的动态范围

就越大

由于计算机的整个过程

它是按照一个字节来运算

所以一般来说

量化位数它多为8个比特

或16个比特

那我们可以看

根据屏幕上给出的这个公式

动态范围等于20×lg2的

按量化位数次方来作计算

16位的这样一个量化位

它能够表现出来的

这样的一个模拟量的动态范围

就可以是96.32分贝

这对于普通的声卡来说

这已经是足够能够应付

大部分的应用了

作为专业级的声卡

能够支持的量化位数

它就可以达到

24位甚至是32位

大家不妨计算一下

24位的这样一个量化位

它能得到的动态范围

是多大

好我们再看

在录制声音的时候

我们还会发现

还要设置一个声道数

这个参数

那是因为人的耳朵

不仅可以听到声音

而且还可以利用两只耳朵

接收声音时候的强弱差别

和时间差别

来判断出发声物体的方向

和距离

所以这就是我们的双耳效应

那通过这样的一个人双耳效应

在我们的录制过程当中

要设置好声道数

这个参数

那好了

那我们设置好这3个参数

那我们就可以

通过数字化的方式

将声音记录下来

好计算题又来了

这回大家有思路了吧

一首时长4分16秒的歌曲

数字化参数为

双声道立体声

采样频率为

44.1KHz

采样精度为16bit

每个样本

那么看一看

在数字化以后

这个音频文件有多大

我们把它的单位换算为

K字节

好我们来看看

怎么来计算它

数字音频的数据量

怎么来计算

它在每秒钟它的采样点是44.1K

注意这个K

是Hz的K这个单位

所以它是10的3次方

而每一个点它采用了16个比特

来量化

同时它又是一个立体声

所以乘以2

而这256秒

就是从刚才的4分16秒

换算而来的

这时候我们就可以得到

具体的这个数值

而接下来

就是一个单位换算

比特换算成了字节

字节再换算成我们看到的

K字节

好了这部分就到这里

计算机文化基础课程列表:

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-由一个短片引出......

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- 第3课习题作业

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第4课:最熟悉的陌生人APP

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--操作系统的演变1

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-实践:如何利用注册表进行系统优化

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--第4课导学帖

第5课:数据如何安好

-数字存储前言

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