数字音频技术2章

1、声音、声波、音调声音、声波、音调0.0000.0050.0100.0150.020-4-3-2-101234初相位、振幅相同，振动频率分别为初相位、振幅相同，振动频率分别为200Hz、300Hz的两个简谐振动合成结果的两个简谐振动合成结果电磁波产生和传播电磁波产生和传播 电场发生变化电场发生变化产生变化的磁场产生变化的磁场 产生新的变化电场产生新的变化电场变化的电场与变化的磁场交替变化，由近及远传播变化的电场与变化的磁场交替变化，由近及远传播出去，出去，这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程，就是电磁波的过程，就是电磁波。演示演示电磁波谱电磁波谱无线

2、电波：长波：无线电波：长波： 31033104m，远洋长距离通讯与导航远洋长距离通讯与导航中波：中波： 2003103m， 航海，航空定向，无线电广播航海，航空定向，无线电广播短波：短波： 10200m， 无线电广播，电极通讯等无线电广播，电极通讯等。超短波：超短波：110m， 电视，雷达电导航电视，雷达电导航微波：微波： 0.1cm1m， 电视，雷达电导航电视，雷达电导航红外线：红外线： 0.76600mm 热效应热效应可见光：可见光： 0.400.76mm紫外光：紫外光： 0.4m50 A0 生理作用，杀菌，诱杀昆虫，医疗生理作用，杀菌，诱杀昆虫，医疗x射线：射线： 500.4 A0 穿透

3、能力强，人体透视晶体结构分析穿透能力强，人体透视晶体结构分析g g 射线：射线： 0.4A0 与研究原子核结构与研究原子核结构演示演示真空中各种电磁波具有相同传播速度。将各种电磁波按照频真空中各种电磁波具有相同传播速度。将各种电磁波按照频率或波长的大小顺序排列起来，就形成了电磁波波谱。率或波长的大小顺序排列起来，就形成了电磁波波谱。 声波、超声波、次声波声波、超声波、次声波在弹性介质中传播的机械波称为在弹性介质中传播的机械波称为声波声波2、声波的分类、声波的分类频率低于频率低于20赫兹的叫做赫兹的叫做次声波次声波；20到到20000赫兹之间能引起听觉的称为赫兹之间能引起听觉的称为可听声可听声，

4、简称简称声波声波；也称为也称为音频信号音频信号（audio）；）；频率高于频率高于20000赫兹的叫做赫兹的叫做超声波超声波。声波声波20000Hz20Hz超声波超声波次声波次声波1、声波的概念、声波的概念3、声强、声强声强声强就是声波的就是声波的平均能流密度。平均能流密度。即单位时间内即单位时间内通过垂直于传播方向单位面积的声波能量。通过垂直于传播方向单位面积的声波能量。声强与频率的平方和振幅的平方成正比。声波的频率高，声强与频率的平方和振幅的平方成正比。声波的频率高，振幅越大，声强越大。振幅越大，声强越大。超声波：频率高超声波：频率高 声强大声强大炮炮 声：振幅大声：振幅大 声强大声强大2

5、2 21vAI 一、一、 声波声波声强太小，不引起听觉声强太小，不引起听觉 下限下限声强太大，不引起听觉，只引起痛觉声强太大，不引起听觉，只引起痛觉 上限上限对于不同频率的声波，引起听觉的上下限值是不同的：对于不同频率的声波，引起听觉的上下限值是不同的：各频率上限连接而成的曲线各频率上限连接而成的曲线痛觉阈痛觉阈各频率下限连接而成的曲线各频率下限连接而成的曲线可闻阈可闻阈电话机电话机演示演示 引起人的听觉的声波，还有一定的声强范围。大约为引起人的听觉的声波，还有一定的声强范围。大约为1012瓦瓦/米米2 1瓦瓦/米米2。声强太小听不见，太大会引起痛觉。声强太小听不见，太大会引起痛觉。定义声强级

6、定义声强级L L为：为：0lgIILI单位为贝耳单位为贝耳(Bel(Bel) ) 1Bel=10dB 0lg10IILI 单位为分贝单位为分贝(dB)(dB)4、声强级、声强级规定声强规定声强 I I0 0=10=10-12-12瓦瓦/ /米米2 2作为测定声强的标准作为测定声强的标准超声波是超声波是频率高于频率高于20000Hz20000Hz的的声波，波声波，波长极短。长极短。2、特点、特点能流密度大能流密度大方向性好方向性好穿透力强穿透力强声纳：声纳：定位、测距、探伤、显象定位、测距、探伤、显象超声波探伤：超声波探伤：能在不透明的材料中传播，能在不透明的材料中传播，可以用来检查金属零件内部

7、的缺陷可以用来检查金属零件内部的缺陷医学医学B超：超：用以探测人体内部的病变用以探测人体内部的病变焊接：焊接：由于能量大而集中可用来切削、焊由于能量大而集中可用来切削、焊接，钻孔，接，钻孔，清洗机件还可用来处理种子和催化。清洗机件还可用来处理种子和催化。非声学量的声学测量：非声学量的声学测量：超声波的传播速超声波的传播速度对于介质的密度、浓度、成分、温度、压度对于介质的密度、浓度、成分、温度、压力的变化很敏感，利用这些可间接测量其他力的变化很敏感，利用这些可间接测量其他有关物理量。有关物理量。空化作用：空化作用：超声波可以引起液体的疏密变超声波可以引起液体的疏密变化，使液体时而受压、时而受拉。

8、形成近似化，使液体时而受压、时而受拉。形成近似真空的小空穴。真空的小空穴。超声延时：超声延时：近来在超声延时方面有新的发近来在超声延时方面有新的发展，因为它的波速比电磁波速低。展，因为它的波速比电磁波速低。1、概念、概念3、应用、应用二、二、 超声波超声波科学研究：科学研究：研究地球、海洋、大气等大规模运动；研究地球、海洋、大气等大规模运动；对自然灾对自然灾害性事件（如火山爆发、地震等）进行预报，深入认害性事件（如火山爆发、地震等）进行预报，深入认识自然规律。识自然规律。军事应用：军事应用：军事侦察；军事侦察；次声波有杀伤性。次声波有杀伤性。频率在频率在10104 420Hz(20Hz(波长长

9、波长长) )之间的机械波，人耳听不到。之间的机械波，人耳听不到。由于它具有由于它具有衰减极小的特点衰减极小的特点，可以，可以远距离传播远距离传播。1、次声波的特性、次声波的特性2、次声波的波源、次声波的波源大气湍流、火山爆发、地震、陨石落地、雷暴、磁暴等大大气湍流、火山爆发、地震、陨石落地、雷暴、磁暴等大规模自然活动中，都有次声波产生。规模自然活动中，都有次声波产生。3、次声波的用途、次声波的用途三、三、 次声波次声波fs(t)样值序列信号及其样值序列信号及其Fs()信号的频率函数，信号的频率函数，m原信号的最高角频率，原信号的最高角频率，s采样信号的角频率采样信号的角频率s=2fs=2Ts，

10、Ts采样间隔，采样间隔，fs采样频率采样频率000)(ttt0000)(tttttt采样保持电路原理图采样保持电路原理图它是用控制信号使模拟开关的接通与断开来实现采样它是用控制信号使模拟开关的接通与断开来实现采样保持功能的。开关电路可以用场效应晶体管保持功能的。开关电路可以用场效应晶体管(FET)、二极管电桥等构成。二极管电桥等构成。图图2-6 孔径效应孔径效应a)采样脉冲系列采样脉冲系列 b)样值序列频谱样值序列频谱实验证明，当采样脉冲宽实验证明，当采样脉冲宽度为采样周期的度为采样周期的14时，时，孔径效应所产生的高频衰孔径效应所产生的高频衰减约为减约为0.2dB人耳对此人耳对此觉察不到，不

11、会成为问题觉察不到，不会成为问题量化判决电平量化判决电平 量化输出电平量化输出电平 xk+1 yk xk图图2-7 量化示意图量化示意图(k=1,2,L)nnNS22222312)22(21 )(76. 102. 623lg102lg210223lg102dBnnNqSndB 图图2-8 二进制数各个位的名称二进制数各个位的名称逐次比较式逐次比较式A/D转换器的原理图转换器的原理图 图图2-10 逐次比逐次比较式较式AD转换转换器的工作过程器的工作过程图图 2-11 积分式积分式A/D转换器的原转换器的原理图理图图图2-12 级级联积分式联积分式AD转换器转换器的原理图的原理图图图2-13 级

12、联积分式级联积分式AD转换器转换器的工作过程的工作过程图图2-14 A/D转换转换器的积分线性误差器的积分线性误差该图的积分线性度是在该图的积分线性度是在1/4LSB之内。之内。图图2-15 A/D转换器的转换器的差分线性误差差分线性误差图图2-16 A/D转换器的绝转换器的绝对精度误差对精度误差2.4.1 D/A转换器的基本原理转换器的基本原理图图2-17 D/A转换器中的转换器中的运算放大器运算放大器图图2-18 权电阻式权电阻式DA转转换器的电路结构图换器的电路结构图图图2-19 R-2R梯形网络式梯形网络式DA转换器转换器图图2-20 R-2R2-20 R-2R梯形网络式梯形网络式D

13、DA A转换器的等效电路转换器的等效电路图图2-2l级联积分式级联积分式D/A转转换器的原理图换器的原理图图图2-22 级联积分式级联积分式D/A转换器的工作情况转换器的工作情况图图2-23过采样与量化噪过采样与量化噪声功率谱之间的关系声功率谱之间的关系)(2lg1076. 102. 6dBfRfnNSmSq图图2-24 1阶噪声整形电路阶噪声整形电路2sin2)1()(1TZH sfffH sin2)( 图图2-25 1阶噪声整阶噪声整形电路的频率响应形电路的频率响应图图2-26 1阶阶-调制器调制器图图2-27 2阶阶-调制器调制器图图2-28 两级两级MASH电路电路依此类推，可以依此类推，可以3级、级、4级地增加级数级地增加级数来进行高