音频基础
1.1 声音的产生
相对于视频,可观察这个现象.音频在学习过程,就缺乏了想象的空间.但是如果从原理出发,就不会那么难了.
声音是什么?
声音是波,靠物体的振动产生
1.2 声波的3要素
声波的三要素,是频率,振幅,波形.频率代表音阶的高低,振幅代表响度,波形则代表音色.
波长与频率成反比，即λ=u/f，其中λ是波长，u是波速，f是频率。
- 频率越高,波长就会越短.而低频声响的波长则较长.所以这样的声音更容易绕过障碍物,能量衰减就越小.声音就会传播的越远.
- 响度,就是能量大小的反馈.用不同的力度敲打桌面,声音的大小势必发生变换.在生活中,我们用分贝描述声音的响度.
==小贴士==
- 分贝(decibel),是度量声音的强度单位,常用dB表示.是由美国发明家亚历山大.格雷厄姆.贝尔 名字命名的.
长期在夜晚接受50 分贝的噪音， 容易导致心血管疾病； 55 分贝， 会对儿童学习产生负面影响； 60分贝， 让人从睡梦中惊醒； 70 分贝，心肌梗死的发病率增加30%左右； 超过110 分贝， 可能导致永久性听力损伤.
- 音色,在同样的频率和响度下,不同的物体发出的声音不一样.比如钢琴和古筝声音就完全不同.波形的形状决定了声音的音色.因为不同的介质所产生的波形不同.就会产生不一样的音色.
1.3 声音传播
声音的发生,来源于振动.人类说话,从声带振动发生声音之后,经过口腔,颅腔等局部区域的反射,在经过空气传播到别人耳朵中.这是我们说话到听到的过程.
声音的传播,可以通过空气,液体,固定传播.介质不同,会影响声音的传播速度.
- 吸音棉:通过声音反射而产生的嘈杂感,吸音材料选择使用可以衰减入射音源的反射能量,从而对原有声音的保真效果.比如录音棚墙壁上就会使用吸音材质
- 隔音:主要解决声音穿透而降低主体空间的吵闹感,隔音棉材质可以衰减入射声音的透射能量.从而达到主体空间安静状态,比如KTV墙壁上就会安装隔音棉材料.
二.数字音频
2.1 模拟信号数字化过程
将模拟信号转换为数字信号的过程,分别是采样,量化和编码.
音频采样
对模型信号进行采样,采样可以理解为在时间轴上对信号进行数字化.
而,根据奈斯特定理(采样定理),按比声音最高频率高2倍以上的频率对声音进行采样.这个过程称为AD转换.
比如,前面提到高质量音频信号,其频率范围是20Hz-20KHz.所以采样频率一般是44.1KHz.这样可以保证采样声音达到20KHz也能被数字化.而且经过数字化处理后的声音,音质也不会降低.44.1KHZ,指的是1秒会采样44100次
量化
量化,指的是在幅度轴上对信号进行数字化.简单的说,就是声音波形的数据是多少位的二进制数据，通常用bit做单位.比如16比特的二进制信号来表示声音的一个采样.它的取值范围[-32768,32767].一共有65536个值.如16bit、24bit。16bit量化级记录声音的数据是用16位的二进制数，因此，量化级也是数字声音质量的重要指标。我们形容数字声音的质量，通常就描述为24bit（量化级）、48KHz采样，比如标准CD音乐的质量就是16bit、44.1KHz采样.
既然每个量化都是一个采样,那么声音这么多采样,该如何将这些数据存储起来?
编码
什么叫编码?
按照一定格式记录采样和量化后的数据.
音频编码的格式有很多种,而通常所说的音频裸数据指的是脉冲编码调制(PCM)数据.
如果想要描述一份PCM数据,需要从如下几个方向出发:
- 量化格式(sampleFormat)
- 采样率(sampleRate)
- 声道数(channel)
举例:
以CD音质为例,量化格式为16bite,采样率为44100,声道数为2.这些信息描述CD音质.那么可以CD音质数据,比特率是多少?44100 * 16 * 2 = 1378.125kbps
那么一分钟的,这类CD音质数据需要占用多少存储空间?1378.125 * 60 /8/1024 = 10.09MB
如果sampleFormat更加精确或者sampleRate更加密集,那么所占的存储空间就会越大,同时能够描述的声音细节就会更加精确.
存储在这些二进制数据即可理解为将模型信号转化为数字信号.那么转为数字信号之后,就可以对这些数据进行存储\播放\复制获取其他任何操作.
