音频基础知识02

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人类收集声音的历史

  为了将各种类型声音采集->存储->再重新输出转化为声音，人们从最开始的留声机，到后来磁带播放器，到后来的mp3播放器，声音的采集存储播放经历了技术的革新，存储量由原来的一张碟片存储10首歌，到一张磁带存储20首左右歌，现在的mp3播放器，手机等等存储可以存储上千首歌，而在线播放更可以无限量的播放。这一系列的演变过程，但是声音的采集，存储，播放的原理并没有变过。

1. 声音的定义与量化

摘自百度百科

声波是声音的传播形式，发出声音的物体称为声源。声波是一种机械波，由声源振动产生，声波传播的空间就称为声场。人耳可以听到的声波的频率一般在20Hz（赫兹）至20kHz之间。

1.1 物理参数

1.1.1 振幅

  表示质点离开平衡位置的距离，反映从波形波峰到波谷的压力变化，以及波所携带的能量的多少。高振幅波形的声音较大；低振幅波形的声音较安静。

1.1.2 周期

  描述单一、重复的压力变化序列。从零压力，到高压，再到低压，最后恢复为零，这一时间的持续视为一个周期。如波峰到下一个波峰，波谷到下一个波谷均为一个周期。

1.1.3 频率

  声波的频率是指波列中质点在单位时间内振动的次数。以赫兹（Hz）为单位测量，描述每秒周期数。例如，1000 Hz 波形每秒有 1000 个周期。频率越高，音乐音调越高。

1.1.4 相位

  表示周期中的波形位置，以度为单位测量，共 360º。零度为起点，随后 90º 为高压点，180º 为中间点，270º 为低压点，360º 为终点。相位也可以弧度为单位。弧度是角的国际单位，符号为rad。
  由于两条射线从圆心向圆周射出，形成一个夹角和夹角正对的一段弧。当这段弧长正好等于圆的半径时，两条射线的夹角的弧度被定义为1rad。当半径一定时，圆心角正比于弧长。于是，可以用弧长与半径的比值表示角度。而弧长与半径的国际单位都是m，在计算二者之比时要约掉，因此弧度制实质上就是用实数表示角度的单位制，单位rad纯粹是为了表述方便人为给出的。因此，在实际求解中符号rad一般直接省略。

1.1.5 波长

  表示具有相同相位度的两个点之间的距离，也是波在一个时间周期内传播的距离。以英寸或厘米等长度单位测量。波长随频率的增加而减少。

1.2 常见属性

1.2.1 音调

  在声波的频率范围内，发声的频率决定着音调的高低：频率高，音调也高，声音尖锐；反之，频率低，音调也低，声音低沉。

1.2.2 速度

  声波在不同的介质中传播速度显著不同。现在已经测得空气中常温常压下声波速度是344m/s，淡水中为1430m/s，海水中1500m/s，钢铁中5800m/s，铝中6400m/s，石英玻璃中5370m/s，而在橡胶中仅为30-50m/s。
  介质的温度、压力变化，声速也随着改变。通常所指的常温是指20℃时的气温，当气温降到零度，声波在空气中传播的速度则将为331.5m/s，而气温每升高1℃，声速就增加0.607m/s。

1.2.3 音色

  每一种声音都有各自的基本波形，称为基波。不同声音的基波中混入的谐波有多有少，导致音质变化多端，也就是音色的不同。基波中混入的谐波越多，也就是泛音越多，听起来就更悦耳。高频的泛音多，声音则变得沉重、庄严、厚实。

1.2.4 音量

  声音的大小与生源振动的强弱有关。声波的连续振动，使空气分子不断交替的压缩和松弛，使大气压迅速产生起伏，这种气压的起伏部分，就称为声压。声压大，声音就强；声压小，声音则弱。音量的大小除了与声压有关，还与声强和声功率有关。声强是在声波传播的方向上，单位时间内通过单位面积的声能量；声功率是声源在单位时间内辐射出来的总能量。音量与声强和声功率均成正比关系。
  音量的大小通常以分贝为单位来衡量。人耳刚能听见的声强是0分贝，普通谈话的声强是60-70分贝，凿岩机、球磨机的声强为120分贝，而使人耳产生疼痛感觉的声强是120分贝。

2. 声音的采集

  麦克风，学名为传声器，是将声音信号转换为电信号的能量转换器件，由"Microphone"这个英文单词音译而来。也称话筒、微音器。二十世纪，麦克风由最初通过电阻转换声电发展为电感、电容式转换，大量新的麦克风技术逐渐发展起来，这其中包括铝带、动圈等麦克风，以及当前广泛使用的电容麦克风和驻极体麦克风。
  麦克风是由声音的振动传到麦克风的振膜上，推动里边的磁铁形成变化的电流，这样变化的电流送到后面的声音处理电路进行放大处理。
  这里电流的变化描述了声波的震动，随着时间的推移，就能绘制出声波的波形图。()