1.声波概念
声波是声音的传播形式。声波是一种机械波,由物体(声源)振动产生。声波的传播需要介质,从气体和液体介质中传播是一种纵波,固体中传播可能混有横波。人的耳朵可以听到的声波频率一般在20Hz到20000Hz之间。说话的频率基本上为300Hz-3400Hz。人耳可听到的频率范围大于说话的频率范围。我们可以听到更多的声音。

2.声音的采集
声波是模拟波,如何收集声音困绕人类几百年。1860年意大利人梅乌奇发明电话,解决声波转换为电信号的问题。从此声音可以远距离传播。1877年爱迪生制造出人类史上第一台留声机,实现声波采集。但不管是爱迪生,梅乌奇还是其后的贝尔。限于当时的技术水平,先辈们以模拟的方式记录和传播声波。
声音是模拟信号,为了将声音转换为电信号用于远距离传输。在转换的过程中,电子元器需要对声音进行采集,采集的过程并非连续进行的,需要元器件在一定的时间内抽取声波的样本。每秒种采样次数被称之为采样频率。采样频率越高声音的还原就越真实越自然。
比如电影的采样率是24Hz,PAL制式的采样率是25Hz,NTSC制式的采样率是30Hz。当我们把采样到的一个个静止画面再以采样率同样的速度回放时,看到的就是连续的画面。同样的道理,以44.1kHz采样率记录的CD以同样的速率播放时,就能听到连续的声音。显然,这个采样率越高,听到的声音和看到的图像就越连贯。人的听觉和视觉器官能分辨的采样率是有限的。对同一段声音,用20kHz和44.1kHz来采样,重放时,可能可以听出其中的差别,而基本上高于44.1kHz采样的声音,比如说96kHz采样,绝大部分人已经觉察不到两种采样出来的声音的分别了。之所以使用44.1kHZ这个数值是因为经过了反复实验,人们发现这个采样精度最合适,低于这个值就会有较明显的损失,而高于这个值人的耳朵已经很难分辨,而且增大了数字音频所占用的空间。一般为了达到“万分精确”,我们还会使用48kHz甚至96kHz的采样精度,实际上,96kHz采样精度和44.1kHz采样精度的区别绝对不会象44.1kHz和22kHz那样区别如此之大,我们所使用的CD的采样标准就是44.1kHz。
常见的采样频率有如下几种:
采样频率 | 效果 |
5kHz | 仅能达到人们讲话的声音质量 |
11kHz | 播放小段声音的最低标准,是CD音质的四分之一 |
22.01kHz | 声音可以达到CD音质的一半,用于FM电台,音乐网站等 |
44.1kHz | 标准的CD音质,可以达到很好的听觉效果 |
3.音频信号的数模转换
音频信号作为模拟信号被采集上来后,直接进行调制用于存储和传输。例如固定电话,磁带,唱片。模拟信号虽然可以精确的表示音频信号,但是并不利于信号的传输与处理。电子元件方便处理和存储的数据是0和1,表征简单,而模拟信号表征困难,现有的电子设备量化模拟信号困难。更麻烦的是模拟信号的传输对于承载的要求高,传输介质的干扰,抖动,都会影响信号。无线通信干扰大,丢包多的特性影响音频信号的传输质量。这也是第一代移动通信系统话质差的重要原因。
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