模块一-听觉媒体课件

第3章

音频媒体及技术学习目标阐释采样频率、量化位数的含义，能根据需要选用合适的采样频率和量化位数比较7种音频文件格式的特点掌握数字化录音的方法，知道控制数字化录音质量的因素掌握数字化音频加工的方法掌握扩音技术3.1声电转换及电声转换3.1.1声电转换声电转换是将声波(机械波)转换成为电信号的过程。在广播电视领域常用的声电转换设备是传声器，即通常所说的话筒或麦克风。1．传声器的工作原理按换能原理的不同，常用的传声器有动圈式传声器和电容式传声器两种。动圈式传声器优点：结构简单、稳定可靠、使用方便、固有噪声小，广泛用于语言广播和扩声系统中：缺点：灵敏度较低、频率范围窄。近几年已有专用动圈式传声器，其特性和技术指标都较好。电容式传声器的频率范围宽、灵敏度高、失真小、音质好，但结构复杂、成本高，多用于高质量的广播、录音、扩声中。2．传声器的分类(1)按指向性的不同，传声器可分为无指向性传声器、双指向性传声器、心形指向性传声器及锐心形指向性传声器。无指向性传声器，顾名思义，其拾音范围不受声源方向的限制，换句话说，该传声器的拾音范围是以传声器为中心的球形范围，拾音效果只与声源和传声器之间的距离有关，而与方向无关。双指向性传声器也称“8”字形传声器，其拾音范围是以传声器为中心的前后两个方向，即“8”字形范围。心形指向性传声器也称单方向性传声器，其拾音范围为传声器正前方的一个像“心”一样的较宽的区域。锐心形指向性传声器也称超指向性传声器，其拾音范围为传声器正前方的一个很窄的区域，这种传声器可以在复杂的环境中对特定对象进行采访。需要说明的是，传声器的指向性主要是对中频、高频信号而言的，在低频段无明显的指向性。(2)按传声器与声频处理设备的连接方式不同，传声器可分为有线传声器和无线传声器。有线传声器通过电缆与其他声频处理设备相连接，其特点是传输信号信噪比高，抗干扰能力强：无线传声器以电磁波的形式将信号传输给相关的声频处理设备，由于它不用连接电缆，所以拾音时传声器的摆放位置灵活，机动性强，适合于演讲、演唱等边移动、边拾音的场合。无线传声器是用超高频（或特高频）载波在近距离内传递输出信号的传声器，一般由发射机和接收机两部分组成。专业级的无线话筒的有效范围约为100－500米左右。无线传声器的特点：不需用电缆，不再受话筒线的束缚，因而大大地扩展了活动范围，特别适用于移动声源拾音。优质高保真无线传声器价格昂贵；另一种价格低廉，但音质差，性能不稳定，易受干扰等。无线传声器比较突出的缺点是：a保密性差、b有信号失落现象，也就是说，当传声器和接收机的相对位置改变时，有时会出现信号跌落、音质变劣，甚至无法接收的现象。需发射机和接收机，技术上相对有线传输复杂，成本高。使用中防止相互干扰3．传声器的性能指标(1)灵敏度。灵敏度是表明话筒声电转换效率的指标。其定义是话筒在单位声压激励下输出电压与输入声压的比值。话筒的灵敏度越高，表示其对微弱信号的拾取能力越强。(2)最大输入声压级。最大输入声压级是话筒所能承受的达到0．5％总谐波失真的最大声压级的度量，它与声压的关系为最大输入声压级限定了话筒与声源问的距离。(3)最大输出电平。最大输出电平是指话筒在最大输入声压级下的输出电平。最大输出电平决定了与话筒相连的声频处理设备(如调音台)的输入工作电平。(4)频率响应。话筒在进行声电转换时对不同频率的声波表现出的灵敏度是各不相同的，这种特性称为频率响应特性。一般在中声频(如1kHz)时灵敏度高，而在低声频(如几十赫)或高声频(十几千赫)时灵敏度降低。通常以中声频的灵敏度为基准，把灵敏度下降为某一规定值的频率范围定义为传声器的频率响应特性。频率特性范围宽，表示该传声器对较宽频带的声音具有较高的灵敏度，扩声效果就好。理想的传声器频率特性为20Hz～20kHz。(5)输出阻抗。输出阻抗是指负载匹配时话筒的输出电压与电流的比值(测试信号频率为1KHz)。为了使话筒输出的微弱信号电流最大限度地传输给它的负载(如录音机、磁带录像机、计算机声卡及声频混合设备等)，要求话筒必须和它的负载实现阻抗匹配。传声器的输出阻抗有低阻(如50Ω、150Ω、200Ω、250Ω、600Ω等)和高阻(如10kΩ、20kΩ、50kΩ)两种。(6)方向性。方向性表示传声器的灵敏度随声波入射方向而变化的特性。如单方向性表示只对某一方向来的声波反应灵敏，而对其他方向来的声波则基本无输出。无方向性则表示对各个方向来的相同声压的声波都能有近似相同的输出。4．传声器的使用和维护注意事项(1）传声器的使用①传声器近讲效应的利用与抑制具有一定灵敏度的压差式传声器（如8字形，超心形，锐心形）作近距离使用时，对低频具有提升的作用，称为传声器的“近讲效应”或“近距效应”，也称近区效应或邻近效应。声源距传声器一米左右开始出现近讲效应，距离越近越明显，有些传声器其低频部分较弱，我们可以利用近讲效应对低音进行补偿，使音质得到改善。当低频稍有增加时，声音的“温暖感”、“柔软感”和“亲切感”会增加，但清晰度会降低。所以当演唱抒情歌曲或演播抒情广播剧时，常常将传声器放在嘴边拾音，充分利用近讲效应。与此相反，对于那些低音特性好的传声器来说，近距离拾音时，近讲效应会使低音得到过分的加强，使声音发厚、有力，音质变得不真实，如果拾取的是语言，将使话语变得不清晰，这时需要衰减信号的低频分量才能获得好的效果。因此，若作慷慨激昂的演说，或为了提高语言的清晰度，则传声器宜离开头部20－30厘米左右。②正确选择传声器各种类型的传声器各有优缺点，适用于不同的场所和不同的声源，选用时要注意“功能价格比”。有些高级话筒要求有高级的环境条件，歌舞厅面积小的只需使用有线话筒，价格低廉且稳定可靠。几百平方米的大歌厅才有必要用无线话筒。乐器如吉它一般采用动圈话筒，爵士鼓可用动圈或电容话筒，而小号、萨克管和弦乐器则多采用电容话筒。（2）传声器的保养与维护①防潮②防振③防风和防尘3.1.2电声转换电声转换是声电转换的逆过程，是将声频电信号转换成为声波的过程。完成电声转换的器件是扬声器。1．扬声器的构造及工作原理最常见的扬声器是电动式锥形纸盆扬声器，也就是通常所说的纸盆扬声器，它主要由磁回路系统、振动系统和支撑辅助系统三大部分构成。置于恒定磁场中的导线中通以电流，则导线将受到磁场的作用力而产生运动。如果把一个与振膜连在一起的线圈(又称音圈)置于一恒定磁场中，并在此线圈中通以声频电流，则线圈将随着声频电流的变化在磁场中产生移动，于是就会带动振膜产生同步振动，从而发出声响。如果电流幅度大，则音圈振动幅度大，于是产生的声音响度大；如果电流频率高，则音圈振动快，于是产生的声音音调高；如果电流波形不同，则音圈振动波形不同，于是就产生了各种各样的声音。2．扬声器的分类(1)按工作原理不同，扬声器可分为电动式扬声器、电磁式扬声器、静电式扬声器和压电式扬声器等。(2)按振膜形状不同，扬声器可分为锥形扬声器、平板形扬声器、球项形扬声器、号筒形扬声器等。①锥形扬声器。这种扬声器中应用最广的是锥形纸盆扬声器，它的振膜成圆锥状，是电动式扬声器中最普通、应用最广的扬声器，尤其是作为低音扬声器应用得最多。②平板形扬声器。它是一种电动式扬声器，其振膜是平面的，以整体振动直接向外辐射声波。它的平面振膜是一块圆形蜂巢板，板中间是用铝箔制成的蜂巢芯，两面蒙上玻璃纤维。它的频率特性较为平坦，频带宽而且失真小，但额定功率较小。③球顶形扬声器。它也是一种电动式扬声器，其工作原理与纸盆扬声器相同。球顶形扬声器的显著特点是瞬态响应好、失真小、指向性好，但效率低些，常作为扬声器系统的中、高音单元使用。④号筒形扬声器。把振膜产生的声音通过号筒辐射到空间的，是间接辐射。号筒形扬声器最大的优点是效率高、谐波失真较小，而且方向性强；但其频带较窄，低频响应差。所以多作为扬声器系统中的中、高音单元使用。(3)按发声频率不同，扬声器可分为低音扬声器、中音扬声器、高音扬声器、全频带扬声器等。①低音扬声器。这种扬声器低音性能很好，主要用来播放低频信号。低音扬声器为使低频放音下限尽量向下延伸，一般将口径都做得都比较大，如200mm、300mm～380mm等。为了提高纸盆振动幅度的容限值，常采用软而宽的支撑边，如橡皮边、布边等。一般情况下，低音扬声器的口径越大，重放时的低频音质越好，所承受的输入功率越大。②中音扬声器。这种扬声器主要用于播放中频声音信号，可以实现低音扬声器和高音扬声器重放音乐时的频率衔接。由于中频占整个音域的主导范围，且人耳对中频的感觉较其他频段灵敏，因而中音扬声器的音质要求较高。这种扬声器有纸盆形、球项形和号筒形等类型。作为中音扬声器，主要性能要求是声压频率特性曲线平担、失真小、指向性好等。③高音扬声器。这种扬声器主要用于播放高频声音信号，为使高频放音的上限频率达到人耳听觉上限频率20kHz，高音扬声器一般口径较小，振膜较韧。和低、中音扬声器相比，高音扬声器的性能要求除与中音扬声器相同外，还要求其重放频段上限高、输入容量大。常用的高音扬声器有纸盆形、平板形、球顶形、带状电容形等多种形式。④全频带扬声器。这种扬声器能够同时覆盖低音、中音和高音各频段的声音，可以播放整个声频范围内的电信号。其理论频率范围要求是从几十赫兹至20kHz，但在实际上由于采用一只扬声器是很困难的，因而大多数都做成双纸盆式扬声器或同轴式扬声器。双纸盆式扬声器是在扬声器的大口径中央加上一个小口径的纸盆，用来重放高频声音信号，从而有利于频率特性响应上限值的提升。同轴式扬声器是采用两个不同口径的低音扬声器与高音扬声器安装在同一个中轴线上。3.扬声器的主要性能指标(1)额定功率。额定功率是指扬声器稳定工作时的输出功率，又称不失真功率。当扬声器工作于额定功率时，音圈不会产生过热或机械振动过载等现象，发出的声音没有显示失真。额定功率是一种平均功率，而实际上扬声器通常是工作在动态功率状态，它随输入声频信号强弱而变化，当瞬间输入信号较强时，峰值脉冲信号会超过额定功率很多倍，由于持续时间较短而不会损坏扬声器，但有可能出现失真。因此，为保证在峰值脉冲出现时仍能获得很好的音质，扬声器需留足够的功率余量。一般扬声器允许的最大功率是额定功率的2倍～4倍。(2)频率特性。频率特性是衡量扬声器放声频率范围的指标。高保真放音系统要求扬声器系统应能重放20Hz～2000Hz的人耳可听音域。由于用单只扬声器不易达到该频率范围，因此，目前高保真音箱系统采用高、中、低3种扬声器组合来实现全频带重放覆盖。此外，高保真扬声器的频率特性应尽量趋于平坦，否则会引入重放的频率失真。(3)额定阻抗。额定阻抗是指扬声器工作在额定功率状态下，加在扬声器输入端的电压与流过扬声器的电流的比值。现在，扬声器的额定阻抗一般有2Ω、4Ω、8Ω、16Ω、32Ω等几种。扬声器额定阻抗是在输入400Hz信号电压情况下测得的，它并不等于扬声器音圈的直流电阻，一般情况下，扬声器音圈的直流电阻大约是额定阻抗0．9倍。(4)灵敏度。灵敏度通常是指输入功率为1w的噪声电压时，在扬声器轴向正面1m处所测得的声压大小。灵敏度是衡量扬声器对声频信号中的细节能否精确重放的指标。(5)指向性。扬声器对不同方向上的辐射，其声压频率特性是不同的，这种特性称为扬声器的指向性。它与扬声器的口径有关，口径大时指向性尖，口径小时指向性宽。指向性还与频率有关，一般而言，对250Hz以下的低频信号，没有明显的指向性：对1.5kHz以下的高频信号则有明显的指向性。3.2声频信号的处理预备知识一：1、混响与混响时间混响：是指当声源停止发声后，声音还会延续一段时间，直至逐渐消失的现象。混响时间：当声源停止发声后，声音强度减弱到原来的百万分之一所需的时间称为混响时间。混响时间长短对声音效果的影响

过长：声音“空”，混浊不清。过短：声音“干”，单薄枯燥。适当：声音清晰明亮，丰满浑厚，感染力强。2、等响度曲线响度：用以描述人耳所感受到的声音的大小。★等响曲线：在以声压级与频率为坐标的坐标系中，声压级作为参变量，将频率不同，人们听起来却有同等响度的声压级分别连接起来组成一簇曲线。3、立体声

立体声是一个应用两个或两个以上的声音通道,使聆听者所感到的声源相对空间位置能接近实际声源的相对空间位置的声音传输系统.在音乐厅中,聆听者听到的立体声由三部分声音组成:直达声、反射声和混响声。直达声能够帮助人们确定声源的方位；反射声给人空间感，可以感到音乐厅空间大小；混响给人包围感，可以感受到声音在三维空间环绕。反射声和混响声共同作用，综合形成现场环境音响气氛，即产生所谓临场感。

具有方位感、深度感、展开感和空间感的声音称位立体声。⒈双声道立体声⒉环绕立体声双耳效应和耳壳效应双耳效应指人类利用自己双耳来判别声音方位的能力。由于人耳位于头部两侧，从声源发出来的声音到达两耳的时间t就不一样，相位也不同，声音的幅度也会因人头遮蔽效应影响而有差别量ΔP，人的双耳就是利用Δt、Δф、ΔP判断声音方位的。并产生双“通道”式的立体声效果。耳壳效应指人类依靠自己耳壳的形状特点来辅助判断声源方位的能力。当声源的声波传送到人耳时，由于人耳的形状特点，会使声波产生反射，经反射进人耳道的反射声与直达声之间就会产生了时间差Δt，反射声的延时一般在几微秒的范围内，这对双耳声定位也起着一定的辅助作用。3．声像定位立体声广播和单声道广播的区别在于：立体声接近真实现场，有着所谓空间感、临场感、方位感。优质立体声收录机重放立体声音乐时，甚至可以使你感到身临其境，处于演奏现场之中，感觉不出放声扬声器的存在，而不像单声，无论音色、音调多么优美，也只能觉得声音是来自扬声器。“其原因在于：立体声广播中保留有人耳能够对声源进行定位的因素，使人聆听后产生幻觉声源，也就是存在着声像。利用相互独立的两个通道放音，通过技术处理改变两个通道的放音强度差和放音时间差，就可以使声像的位置改变。预备二：声音的数字化录制与处理数字化实际上就是采样和量化声音数字化采样因素：①每秒钟需要采集多少个声音样本，也就是采样频率(fs)是多少；②每个声音样本的位数(bitpersample，bps)应该是多少，也就是量化精度。声音文件类型波形文件格式----用.wav为扩展名MP3MPEG3音频编码具有10：1~12：1的高压缩率，同时基本保持低音频部分不失真，但是牺牲了声音文件中12KHz到16KHz高音频这部分的质量来换取文件的尺寸，相同长度的音乐文件，用＊.mp3格式来储存，一般只有＊.wav文件的1/10，而音质要次于CD格式或WAV格式的声音文件。MP3格式压缩音乐的采样频率有很多种，可以用64Kbps或更低的采样频率节省空间，也可以用320Kbps的标准达到极高的音质。MIDI允许数字合成器和其他设备交换数据。MID文件并不是一段录制好的声音，而是记录声音的信息，然后在告诉声卡如何再现音乐的一组指令。这样一个MIDI文件每存1分钟的音乐只用大约5～10KB。MID文件主要用于原始乐器作品，流行歌曲的业余表演，游戏音轨以及电子贺卡等。＊.mid文件重放的效果完全依赖声卡的档次。＊.mid格式的最大用处是在电脑作曲领域。＊.mid文件可以用作曲软件写出，也可以通过声卡的MIDI口把外接音序器演奏的乐曲输入电脑里，制成＊.mid文件。WMA(WindowsMediaAudio)减少数据流量但保持音质的方法来达到比MP3压缩率更高的目的，WMA的压缩率一般都可以达到1：18左右WMA支持音频流(Stream)技术，适合在网络上在线播放使用方便，不需要安装额外的播放器，新出品的操作系统WindowsXP中，WMA是默认的编码格式WMA这种格式在录制时可以对音质进行调节。同一格式，音质好的可与CD媲美，压缩率较高的可用于网络广播。RealAudio流动的旋律RealAudio主要适用于在网络上的在线音乐欣赏real的音乐文件格式主要是RA（RealAudio）这种格式的特点是可以随网络带宽的不同而改变声音的质量，在保证大多数人听到流畅声音的前提下，令带宽较富裕的听众获得较好的音质。*.WAV、*.MP3格式转换成*.RA、*.WMACooleditProMacromedia公司出品的SoundForgeSamplitude*.MIDI格式转换成*.WAV、*.MP3格式Samplitude(德国Magix公司)Midi2Wav音频数字化录音与编辑1、录音机Windows自带的录音机使用音频输入选择采样频率、量化位数选择录音简单编辑2、CoolEditPro2002使用界面菜单导入编辑－－删除、混合、音调、混响、频率均衡等保存－－格式、参数选择3.2.1声频信号的处理声频信号的处理包括对信号的放大与衰减、信号电平调整、均衡处理、混响处理、声音合成等。1．信号的放大与衰减由于话筒输出的声音信号非常微弱，为了保证一定的信噪比，在进行各种声音效果处理之前需要将其送入前置放大器进行放大，在提升信号电平之后再送往其他调整处理电路。对于幅度过高的声频信号，为了避免非线性失真，必须对其进行一定的衰减。2．信号电平调整在音响制作系统中，声频信号源除了多路话筒之外，还有录音机、CD唱机等声频播放设备，它们输出的声音信号电平有高有低，不同节目对各种声音混合后的音量比例关系也有不同的要求，这就要求在音响制作过程中必须分别调整每路声频信号的电平，使它们按节目所要求的比例进行混合，以满足音响效果的实际需要。目前，完成声频信号电平调整任务的常用设备是调音台。3．均衡处理均衡处理的目的有两个：一是对各种因素引起的频率响应失真进行补偿，即频率均衡，这部分处理工作往往是由均衡处理电路自动完成的；二是按照编导的意图人为改变频率响应，即人为提升或降低某些频率成分，以改变音色并创造出特殊的音响艺术效果。完成均衡处理的常用设备是均衡器。4．混响处理通过音响设备聆听音乐时，混响现象的存在能给人以“身临其境”的感觉，因此音响制作系统也要通过电子手段来模拟出实际的混响效果，并能够根据节目的需要灵活调整混响时间。例如，对于语言，要尽可能减小混响时间，以保证语言的清晰度；而对于音乐类节目，则要适当增加混响时间，以产生真实感和层次感。完成混响处理的常用设备是混响器。5．声音合成声音合成是指将多路声音信号按电视节目的要求合成为一路信号，并将其作为最后的播出或记录的电视节目声频信号。完成声音合成的常用设备是声频混合器，即调音台。音频数字化编辑加工的特点

“多”——编辑加工技法多，处理花样多“快”——加工处理迅速，并及时反馈“好”——编辑质量高、精度高“省”——只需要普通计算机和音频编辑软件“简”——数字化编辑操作简单教学实践——数字录音及音频数字化加工实践实践目的（1）掌握数字录音的方法。（2）加深对数字录音质量多因素影响的理解。（3）掌握利用软件编辑加工音频的方法。实践器材

（1）计算机；（2）传声器、音箱或麦耳；（3）音频编辑软件。实践内容及要求数字化录音利用计算机和耳麦进行，或利用计算机与传声器进行对采样频率、量化位数、声通数、录音电平等进行控制数字音频编辑

思考题1．采样频率和量化位数对数字化音频的质量有哪些影响？这些指标的值多少为合适？2．常见的音频文件格式有哪些？不同的音频文件格式各有什么特点？3．如何进行数字化录音？影响数字化录音质量的因素有哪些？4．何谓混响时间？混响时间长短对听音效果有哪些影响？5．选择和使用传声器各应注意哪些问题？6．如何进行