第 7 章 数字音频处理技术 7.1 基本概念 7.2 获取声音 7.3 处理声音 7.4 保存声音文件 ■ 声音概念 ■ 声音频率分布 第 7 章 数字音频处理技术 7.1 基本概念 ■ 声音概念 ■ 声音频率分布 ■ 音质与数据量 ■ 数字音频文件的种类 7.2 获取声音 ■ 采样软件简介 ■ 转换数字音频 ■ 录音 7.3 处理声音 ■ 转换采样频率 ■ GoldWave软件 ■ 设定编辑区域 ■ 简单编辑 ■ 使用剪贴板 ■ 合成声音 ■ 增加效果 ■ 调整固有音量 7.4 保存声音文件

7.1 基本概念 7.1.1 声音概念 声音是振动波，具有振幅、周期和频率 (1) 音调 — (高低) (2) 音强 — (强弱) ● 声音定义 声音是振动波，具有振幅、周期和频率 ● 声音三要素 (1) 音调 — (高低) (2) 音强 — (强弱) (3) 音色 — (特质) ● 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 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 ● 声音的连续时基性 教学进程

常见的媒体元素 音频 分类 波形声音 包含了所有的声音形式，它可以把任何声音都进行采样量化，并恰当地恢复出来。

常见的媒体元素 音频 人的说话声虽是一种特殊的媒体，但也是一种波形，所以和波形声音的文件格式相同。 音乐 符号化了的声音，乐谱可转变为符号媒体形式。

常见的媒体元素 音频 数字声音波形质量的主要技术参数 采样频率 采样精度 8位、16位 通道数 等于波形被等分的份数，份数越多，质量越好 11.025KHZ、 22.05KHZ、44.1KHZ 采样精度 每次采样信息量 8位、16位 通道数 声音产生的波形数 单声道、立体声道、5.1声道 数据量计算： (采样频率×采样精度×通道数 ×时间 )/8 字节

对响度与音高的感知 声音的响度就是声音的强弱。在物理上，声音的响度使用客观测量单位来度量，即dyn/cm2(达因/平方厘米)(声压)或W/cm2(瓦特/平方厘米)(声强)。 当声音弱到人的耳朵刚刚可以听见时，我们称此时的声音强度为“听阈”。 另一种极端的情况是声音强到使人耳感到疼痛。实验表明，如果频率为1 kHz的纯音的声强级达到120 dB左右时，人的耳朵就感到疼痛，这个阈值称为“痛阈”。 客观上用频率来表示声音的音高，其单位是Hz。 人耳对响度的感觉有一个范围，即从听阈到痛阈。同样，人耳对频率的感觉也有一个范围。人耳可以听到的最低频率约20 Hz，最高频率约18000 Hz。

7.1.2 声音频率分布 次声波 人耳可听域 超声波 <20Hz 20～20,000Hz >20,000Hz 男性语音 源 种 类 频 带 宽 度 女性语音 150Hz ～ 10,000Hz 电话语音 200Hz ～ 3,400Hz 调幅广播(AM) 50Hz ～ 7,000Hz 调频广播(FM) 20Hz ～ 15,000Hz 高级音响 10Hz ～ 40,000Hz 教学进程

把声音(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 7.1.3 数字化声音 ● 声音采样 —— 声音数字化 (模/数转换) 声音采样 11011100 11001101 把声音(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 ● 声音重放 —— 声音模拟化 (数/模转换) 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 ● 设备和软件 (1) 声音适配器 (声卡) 8bit、16bit、… 128bit ￥ 80.00～3800.00 (2) 声卡驱动软件以及各种声音处理软件 教学进程

声音编码 声音的数据量由两方面决定：采样频率和样本精度。对单声道信号而言，每秒钟的数据量(位数)=采样频率 × 样本精度。要减小数据量，就需要降低采样频率或者降低样本精度。 由于人耳可听到的声音的频率范围大约是20 Hz～20 kHz，根据奈奎斯特理论，要想不失真地重构信号，采样频率不能低于40 kHz。再考虑到实际中使用的滤波器都不可能是理想滤波器，以及考虑各国所用的交流电源的频率不同，为保证声音频带的宽度，所以采样频率一般不能低于44.1 kHz。在MPEG-1 Audio中，编码器的输入信号的样本精度通常是16位，因此声音的数据压缩就必须从降低样本精度这个角度出发，即减少每位样本所需要的位数。 MPEG-1 Audio(ISO/IEC 11172-3)压缩算法是世界上第一个高保真声音数据压缩国际标准，并且得到了极其广泛的应用。

[例] 采样频率为44,100Hz的数字音频信号还原成声音后，为22,050Hz 7.1.4 数字音频的 音质与数据量 采样频率 Hz 数据长度 bit 数据量／分钟 音质评价 11,025 8 0.66 MB 低 22,050 8 1.32 MB 一般 44,100 8 2.64 MB 良好 11,025 16 1.32 MB 中 22,050 16 2.64 MB 良好 44,100 16 5.29 MB 优秀 ● 重放频率 (模拟量)与采样频率 (数字量)的关系 重放频率 ＝ 采样频率 ÷ 2 [例] 采样频率为44,100Hz的数字音频信号还原成声音后，为22,050Hz 教学进程

.mid .wav .cda .mp3 7.1.5 数字音频文件的种类 用于合成、游戏，记录音符时值、频率、音色特征，数据量小 ● 文件种类及特点 .mid ● MIDI (Musical Instrument Digital Interface)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 .wav ● WAVE (Waveform Audio)波形音频文件 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 准确记录声波，数据量大，经过采样，生成wav和mp3音频文件 .mp3 ● mp3 (MPEG音频压缩标准)压缩音频文件 必须经过解压缩，数据量小 教学进程

对MPEG Audio的感知 MPEG Audio(MPEG声音)标准是指MPEG-1 Audio、MPEG-2 Audio和MPEG-2 AAC，它们处理10 Hz～20000 Hz范围里的声音数据，数据压缩的主要依据是人耳朵的听觉特性，使用“心理声学模型(psychoacoustic model)”来达到压缩声音数据的目的。 心理声学模型中一个基本的概念就是听觉系统中存在一个听觉阈值电平，低于这个电平的声音信号就听不到，因此就可以把这部分信号去掉。听觉阈值的大小随声音频率的改变而改变，各个人的听觉阈值也不同。大多数人的听觉系统对2 kHz～5 kHz之间的声音最敏感。一个人是否能听到声音取决于声音的频率，以及声音的幅度是否高于这种频率下的听觉阈值。

7.2 获取声音 7.2.1 采样软件简介 (1) 作用：CD音乐 wav格式的波形音频文件或mp3压缩音频文件 (2) 硬件环境 ● Easy CD-DA Extractor软件 ● 软件简介 (1) 作用：CD音乐 wav格式的波形音频文件或mp3压缩音频文件 (2) 硬件环境 CPU：PentiumⅡ/ 500MHz 内存：128MB CDROM：40x (或以上) (3) 软件环境：Windows98 / Me / 2000 双击 “音频处理＼CDtoWAV”文件夹中的CDDA Extractor.exe文件 ● 安装 教学进程

(2) 插入CD音乐盘，随后自动列出CD音轨清单 7.2.2 启动与界面 (1) 双击快捷图标启动 (2) 插入CD音乐盘，随后自动列出CD音轨清单 功能菜单 CD音轨清单 工具按钮 音量调节 播放进度调节 教学进程

(1) 聆听结束后，不要改变光标条的位置，以便为转换做准备 (2) 聆听过程中，可调整播放的进度和音量 7.2.3 选择音轨 ● [操作步骤] (1) 在CD音轨清单中 单击某个音轨 (2) 单击播放按钮 聆听该音轨音乐 (3) 确认音乐后，单击 按钮, 停止播放 ● [说明] (1) 聆听结束后，不要改变光标条的位置，以便为转换做准备 (2) 聆听过程中，可调整播放的进度和音量 教学进程

7.2.4 转换数字音频 (1) 单击 按钮 (2) 选择音频模式 (3) 指定路径和文件名 (4) 单击 按钮 (5) 显示转换过程 ● [操作步骤] (1) 单击 按钮 (2) 选择音频模式 (3) 指定路径和文件名 (4) 单击 按钮 (5) 显示转换过程 (6) 稍候片刻转换结束， 单击 [OK]按钮返回。 ● [说明] 如果转换过程即刻结束， 表明内存不够，转换失败 教学进程

从CD中提取乐曲 选取Track,指定输出目录、轨迹名、格式、质量，拷贝输出指定格式的乐曲文件

拷贝完成，生成指定文件

对Audio file进行格式转换 （.wav格式转成.mp3格式）

可以相互转换的格式如下

将乐曲文件Record到CD盘上

Easy CD-DA Extractor 10

Audio CD Ripper标签

CD转换成MP3格式文件

Audio File Format converter标签卡

Audio CD Creator 标签卡

.wma格式—Windows Media Audio 增加MP3/WMA CD Creator .wma格式—Windows Media Audio

7.2.5 录音 (1) 选择“程序／附件／娱乐／ 录音机”菜单，启动录音机 (2) 单击 [录音]按钮，开始录音 (录音时间为60秒) ● 设备间的信号连接 ● 使用“录音机”获取声音 (1) 选择“程序／附件／娱乐／ 录音机”菜单，启动录音机 (2) 单击 [录音]按钮，开始录音 (录音时间为60秒) SPEAKER LINE IN MIC 1mV 500mV 声卡 机箱后背 插头: φ3.5mm/stereo 教学进程

录音失败的处理 (1) 鼠标左键双击任务栏右侧 图标 (2) 检查“波形”是否 被选择 — [√] (3) 选择“选项／属性” ● 录音失败的处理 ● [操作步骤] (1) 鼠标左键双击任务栏右侧 图标 (2) 检查“波形”是否 被选择 — [√] (3) 选择“选项／属性” (4) 选择“录音”选项 (5) 检查: 录音控制 线路输入 麦克风应有 [√] (6) 单击 [确定]按钮 教学进程

7.3 处理声音 7.3.1 声音的应用 应用场合 要求 采样频率 数据长度 国际互联网 (语音、简单乐曲) 11,025 Hz 8 bit 游戏 (效果音、效果音乐) 22,050 Hz 8 bit 多媒体自学读物 (提示音) 11,025 Hz 8 bit 电子教案 (语音、效果音) 11,025 Hz 8 bit 多媒体宝典、大全 (乐曲、语音) 22,050 Hz 8 bit 多媒体音乐鉴赏 (音乐、解说) 44,100 Hz 16 bit ● 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 教学进程

7.3.2 转换采样频率 (1) 选择“程序／附件／娱乐／录音机” (2) 选择“文件／打开” (3) 选择需转换的音频文件 ● [操作步骤] (1) 选择“程序／附件／娱乐／录音机” (2) 选择“文件／打开” (9) 如不满意，可从步骤(2)重 新开始 (3) 选择需转换的音频文件 (4) 单击 [打开]按钮 (5) 选择“文件／属性” (6) 单击 [开始转换]按钮 (7) 选择属性(采样频率) (8) 单击 [确定]按钮 (10) 选择“文件／另存为”菜单，保存文件 教学进程

7.3.3 GoldWave软件简介 ● 软件功能 音频处理效果 ECHO PITCH MIX STOP ● 软件的工作环境 ■ 波表显示声音数据，直观、简捷 ■ 为声音增加各种效果 (如回声、机器声等) ■ 编辑wav和mp3声音 (如删除、粘贴、静音等) ■ 合成声音 (把其他声音与当前声音混合) ■ 所有编辑都可进行STEREO／MONO声道编辑 ECHO PITCH MIX STOP ■ CPU: Pentium Ⅱ或以上 ■ 内存: ≮64 MB ■ 硬盘缓存: Windows\temp ■ 系统: Windows98、Windows2000 ● 软件的工作环境 教学进程

7.3.4 安装与启动 (1) 进入“GoldWave425”文件夹 (2) 运行pgwave425.exe文件 音频编辑器 播放控制器 软件图标 ● 双击快捷图标，启动GoldWave软件 播放控制器 音频编辑器 菜单 编辑工具 左声道 右声道 教学进程

7.3.5 设置软件工作状态 (1) 选择“选项／文件” (2) 打开Flash模式→“总是” (3) 临时存储→“内存” ● 设置文件、内存管理 (1) 选择“选项／文件” (2) 打开Flash模式→“总是” (3) 临时存储→“内存” (4) 剪贴板→“GoldWave” (5) 单击 [确定] 按钮 ● 设置窗口显示状态 (1) 选择“选项／窗口” (2) 声音窗口→“最大化” (3) 初始放缩→“所有” (4) 单击 [确定] 按钮 教学进程

7.3.6 调入声音 (1) 选择“文件／打开” (2) 选择声音文件夹和文件名 (若是mp3，需等待片刻) (3) 单击[打开]按钮 编辑区域 7.3.7 设定编辑区域 (1) 鼠标左键单击 波表,设定起点 (2) 鼠标右键单击 波表,设定终点 ● 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 教学进程

7.3.8 播放控制 播放编辑区域声音 播放指定声音 停止 录音 播放控制器 (1) 单击 (音量) 图标，去掉“√” 播放编辑区域声音 播放指定声音 停止 录音 左声道 右声道 播放控制器 音量调整 声道平衡调整 速度调整 (不影响编辑结果) ● 无声故障的处理 (1) 单击 (音量) 图标，去掉“√” (2) 参见“录音失败的处理”一节 教学进程

7.3.9 简单编辑 音 量 调 整 前 单击[Del]按钮 后 (1) 单击 (更改) 按钮 (2) 调整音量滑块 ● 设定编辑区域 音 量 调 整 前 后 单击[Del]按钮 ● 删除音乐片段 ● 增加局部音量 (1) 单击 (更改) 按钮 (2) 调整音量滑块 (3) 单击[确定]按钮 ● 静音处理 单击 (静音) 按钮 教学进程

常用工具按钮 回音 凸缘形 匹配音量 调整音量 指定音量曲线形状 左右声道补偿 按比例放大或缩小 混响效果 反转效果 调整音量笔 调整采用频率 重新采样 调整频率 降噪 调整音量 增加局部音量 谈入 谈出

7.3.10 使用剪贴板 单击 [Copy]按钮 (1) 鼠标左键单击波表，确定粘贴开始位置 (2) 单击 [Paste] 按钮，插入式粘贴 ● 设定编辑区域 ● 获取声音 单击 [Copy]按钮 (1) 鼠标左键单击波表，确定粘贴开始位置 ● 粘贴声音 (2) 单击 [Paste] 按钮，插入式粘贴 ● 生成新文件 单击 [PNew]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 教学进程

7.3.11 合成声音 (1) 在文件1中设定编辑区域 (2) 单击 [Copy]按钮，获取声音素材 (3) 关闭文件1 (4) 打开文件2 ● [操作步骤] (1) 在文件1中设定编辑区域 (2) 单击 [Copy]按钮，获取声音素材 (3) 关闭文件1 (4) 打开文件2 (5) 鼠标左键单击波表，确定合成开始位置 (6) 单击 [Mix] 按钮 (7) 调整合成素材的音量 (8) 单击[确定]按钮 ● 被合成的素材应采样频率一致，格式相同 教学进程

7.3.12 增加效果 t Volume ECHO原理 (1) 单击 按钮 (2) 调整延迟时间 (3) 调整回声音量 (4) 设置回响效果 ● 设定编辑区域 ● 制作回声 t Volume 延迟时间 ECHO原理 (1) 单击 按钮 (2) 调整延迟时间 (3) 调整回声音量 (4) 设置回响效果 √— 无穷余音 (5) 单击 [确定] 按钮 教学进程

淡入淡出效果 (1) 单击 按钮 (2) 调整初始音量 (3) 单击 [确定] 按钮 (1) 单击 按钮 (2) 调整减弱音量 ● 淡入淡出效果 ● 设定编辑区域 ● 淡入 (1) 单击 按钮 (2) 调整初始音量 淡入过程 淡出过程 (3) 单击 [确定] 按钮 ● 淡出 (1) 单击 按钮 (2) 调整减弱音量 (3) 单击[确定]按钮 教学进程

7.3.13 调整固有音量 (1) 打开背景音乐 Volume 音量调整原理 (2) 确定编辑区域 (3) 单击 [样式] 按钮 t 语音 编辑区域 (2) 确定编辑区域 (3) 单击 [样式] 按钮 (4) 鼠标拖曳音量线 (5) 单击 [确定] 按钮 音量低谷 Play Stop 教学进程

音频处理实例 7.4 调入wav格式的语音 为语音添加回声 剪贴板 复制到剪贴板 关闭语音窗口 调入乐曲 淡入淡出 调整音量 剪贴板 合成 ● 使用 GoldWave 软件合成素材 为语音添加回声 剪贴板 复制到剪贴板 关闭语音窗口 调入乐曲 淡入淡出 调整音量 合成 剪贴板 保存 教学进程

7.5 保存声音文件 (1) 选择“文件／另存为” (2) 选择保存地点 (3) 输入文件名 (4) 选择属性 (采样频率) ● [操作步骤] (1) 选择“文件／另存为” (2) 选择保存地点 (3) 输入文件名 (4) 选择属性 (采样频率) (5) 单击 [保存]按钮 ● 在设置文件属性时，采样频率不能过低，否则失真 ● 关于注册 未注册软件只允许使用15天，每次启动提示注册 注册方法：选择“选项／注册”，输入注册码 (在regist_sn.txt文件中) 教学进程

演示界面

在编辑区可以增加复制、粘贴、删除、回音、混响效果等操作 选择编辑区

同时打开二个文件合成配乐朗诵

小结 ● 第7章 数字音频处理技术 7.1 基本概念 7.3.2 转换采样频率 ● 7.1.1 声音概念 第7章 数字音频处理技术 7.1 基本概念 ● 7.1.1 声音概念 ● 7.1.2 声音频率分布 ● 7.1.3 数字化声音 ● 7.1.4 数字音频的音质与数据量 ● 7.1.5 数字音频文件的种类 7.2 获取声音 7.2.1 采样软件简介 7.2.2 启动与界面 7.2.3 选择音轨 7.2.4 转换数字音频 7.2.5 录音 7.3 处理声音 7.3.1 声音的应用 7.3.2 转换采样频率 7.3.3 GoldWave软件简介 7.3.4 安装与启动 ● 7.3.5 设置软件工作状态 ● 7.3.6 调入声音 ● 7.3.7 设定编辑区域 7.3.8 播放控制 ● 7.3.9 简单编辑 ● 7.3.10 使用剪贴板 ● 7.3.11 合成声音 ● 7.3.12 增加效果 7.3.13 调整固有音量 7.4 保存声音文件 教学进程

课外作业 (1) 利用 Easy CD-DA Extractor 软件将音乐CD转换成 wav音频文件，文件名取song-1.wav。 (2) 将song-1.wav的采样频率转换成 22,050Hz／8bit， 并以“song-1(2).wav”为名字进行保存。 (3) 将song-1.wav转换成song-1.mp3,并列表比较3个文件大小。 (4) 利用GOLDWAVE软件对song-1.mp3进行处理。 ① 将音乐调整成谈入或淡出效果。 ② 只保留和窗口宽度相当的乐曲，其余删除，尾 部也进行淡出处理。 ③ 乐曲的一部分处理成回音效果。 ④ 乐曲的一部分处理成合成声音的效果。 ⑤ 保存音频文件，文件名为“song-2.mp3”。 END 教学进程