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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 第2章 声音处理技术 2 2.1 声音的相关概念 o 2.1.1 声音的记录 o 2.1.2 数字声音的相关概念 o 2.1.3 数字声音文件的格式 第2章 声音处理技术 3 2.1.1 声音的记录 o 1. 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 4 声波的频率、周期与振幅 第2章 声音处理技术 5 2.1.1 声音的记录 o 2. 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 6 2.1.1 声音的记录 o 3. 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 7 2.1.1 声音的记录 o 3. 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。 第2章 声音处理技术 8 1）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 9 2) 量化 o采样得到的值其幅度可以 是无穷多个实数值中的一 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 10 2.1.2 数字声音的相关概念 o1. 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 11 2.1.2 数字声音的相关概念 o 2. 波形声音的质量 n 1) 采样率 n 2) 采样精度 第2章 声音处理技术 12 1) 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40 khz，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 一般选取44.1 khz的采样率来对音乐进行采样，这 样每秒钟可以获得44 100个声音样本。 第2章 声音处理技术 13 2) 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065 536的范围内，它的精度就是最大输入信号的1/65 536。 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 声音处理技术 14 2.1.2 数字声音的相关概念 o 3. 声道 n1) 单声道 n2) 立体声 n3) 环绕立体声 图2-5 5.1声道环绕声放声系统 5.1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0.1 khz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 15 2.1.2 数字声音的相关概念 o 4. midi声音 o midi是musical instrument digital interface(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。 o 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 16 2.1.3 数字声音文件的格式 o 1. wav文件 o wav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。 o wav作为一种中介的格式，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 17 2.1.3 数字声音文件的格式 o 2. mp3格式 o mp3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 18 2.1.3 数字声音文件的格式 o 3. wma 格式 o wma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。 o wma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。 o wma支持流技术，即一边读一边播放，因此wma 可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 19 2.1.3 数字声音文件的格式 o 4. ra格式 o ra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 20 2.1.3 数字声音文件的格式 o 5. mid 和rmi格式 o mid和rmi两种格式都是midi的文件格式。 o mid格式是支持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。 o rmi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 21 2.2 声音文件的获取 o 2.2.1 声卡的结构和工作原理 o 2.2.2 声卡的插孔 o 2.2.3 计算机录音操作 第2章 声音处理技术 22 2.2.1 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 23 声卡工作原理框图 第2章 声音处理技术 24 2.2.2 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) line in：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) speaker out：耳机或扬声器输出端 口，常用于连接无源音箱或耳机。 o(4) line out：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，因此只能看到3插孔。 第2章 声音处理技术 25 2.2.3 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、cool edit） o 录音 o 压缩保存等。 第2章 声音处理技术 26 使用cool edit pro录制声音 ocool edit pro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 27 【案例2-1】利用“波形编辑窗”模式录制 声音的操作 o (1) 启动cool edit pro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 28 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 29 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 30 2.3 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 31 2.3 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 静音 n静音是让选择区域的声音大小变为零，即波形变为一条与水平 中心线重合的线段。 n这种方法比较适合两段声音间隙出现的干扰。 n选择“效果”“静音”命令即可 第2章 声音处理技术 32 2.3 波形文件的处理 o 2.3.4 降噪 n 先进行“噪声采样”，再使用“降噪器” o 2.3.5 声音的均衡处理 o 2.3.6 声音的播放速度调整 n变速或变调 n案例：中国鲜红的太阳永不落的结尾只有一句“中国 中国鲜红的太阳永不落”，现要将歌曲用于合唱，将伴奏 对应结尾的一句重复一次，并在结尾处使速度渐慢。 第2章 声音处理技术 33 补充 o回声： n房间回声模拟一个声源在房间某处发声，通过多个墙面、天花 板和地板反射以后，在另一处拾取声音得到的效果。 n回声与房间回声效果是不一样的。回声模拟的只有一堵墙的反 射效果，并且发声点离反射的墙面有相当的距离，听起来能够 把原声和反射声区分开来。 o多重延时：可设置多个反射声，并对每个反射声的滞后时间、 反馈量进行调整。 o合唱效果：合唱是将一个声音变成多份，每份声音通过频率的 微小改变，使之与原来的声音听起来不一样，然后经过不同时 间的延时后叠加，使这些声音不够整齐，最终的感觉是多人合 唱的效果。 o声道重混缩（部分消人声） 第2章 声音处理技术 34 实验1 声音获取与处理实验 o 1实验目的 n(1) 掌握利用多媒体计算机及声音处理软件录制语音的操 作。 n(2) 对录制声音文件的音质进行处理。 n(3) 根据特定需要修饰声音。 n(4) 能将不同的声音素材进行混合编辑。 n(5) 能利用声音软件实现不同声音格式的转换。 o 2实验设备与环境 n多媒体计算机、话筒、音箱、cool edit pro2.0软件。 第2章 声音处理技术 35 实验1 声音获取与处理实验 o3实验任务 n用计算机录制一段朗读的语音，然后对录音效果进行处理，并 将其保存为数字声音文件。 o4实验步骤 n(1) 朗诵一首诗，用计算机录制成数字化声音文件。 n(2) 对声音文件进行降噪，减少录音设备和环境引起的噪声。 n(3) 对声音文件的音量进行调整，使音量标准化。 n(4) 对声音文件前后的空白部分进行剪切，对录音中的停顿进 行调整。 n(5) 对声音文件进行修饰，通过均衡处理提高声音的清晰度。 n(6) 将声音文件分别以mp3和wav格式保存，在实验2中作为 实验素材使用。 第2章 声音处理技术 36 2.4 声音的编辑 o 复习2.3节内容： n 音量调整和标准化 o 选择“效果”“波型振幅”“渐变”命令 o 选择“效果”“波型振幅”“音量标准化”命 n 声音的剪切 o 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 第2章 声音处理技术 37 2.4 声音的编辑 o 复习2.3节内容： n 静音 o 静音是让选择区域的声音大小变为零，即波形变 为一条与水平中心线重合的线段。 o 这种方法比较适合两段声音间隙出现的干扰。 o 选择“效果”“静音”命令即可 n 降噪 o 先进行“噪声采样”，再使用“降噪器” 第2章 声音处理技术 38 2.4 声音的编辑 o 复习2.3节内容： n 声音的播放速度调整 o 变速或变调 o 案例：中国鲜红的太阳永不落的结尾只有一 句“中国中国鲜红的太阳永不落”，现要将歌曲用 于合唱，将伴奏对应结尾的一句重复一次，并在 结尾处使速度渐慢。 以上工作都是在“波形编辑界面”进行的 第2章 声音处理技术 39 2.4 声音的编辑 o cool edit pro软件也提供了声音的编辑功能。编辑工作 是在“多轨操作窗”模式下进行的。 o 界面介绍： n m n s n r o 轨道录音 第2章 声音处理技术 40 2.4 声音的编辑 o 编辑操作的基本过程：先在不同的轨道上插入不同的声 音文件，然后根据需要可以左右移动波形，以改变插入 声音文件开始播放的时刻，可以将文件切分成一些声音 片断，并在同一轨道或不同的轨道上拼接，可以剪掉不 要的声音。在波形上还可以编辑包络，即用一些包络线 来确定某一声音的音量变化情况和声像等变化情况。当 这些波形编辑好以后，经过试听，如果符合要求，则可 混缩为一个波形文件保存。 第2章 声音处理技术 41 2.4 声音的编辑 o 2.4.1 声音文件的添加 n 方法一：插入音频文件/midi文件/视频中的波形 文件 n 方法二：文件打开波形 o 2.4