声音的本质是振动。

声音的重放,需要经过声电转换(录音),声音数字化存储,电声还原这三个过程。

声电转换,声音传输使空气往复挤压收缩,使录音头的振膜产生细微的振动,要将这种振动转换成电信号,有两种方式。

其一是电磁感应,振膜上安装(粘接)有微线圈,振膜振动使线圈同步运动,这就和线圈下面的磁铁形成电磁感应,产生相应的电信号;

其二是电容变换,声音使振膜振动,这时拾音头可以看做是一个可变电容,电容量跟随振膜的振动而变化,给拾音头通电后,电容电压也就随着振膜振动而变化,从而形成电信号。

声音的秘密ppt课件(声音的秘密)(1)

左电容式拾音头,右电磁感应式拾音头

声音数字化存储,得到声音的电信号后,那么存储也就是要把信号的波形数字化,通过芯片(A/D转换芯片)高速采样,把电信号任意一个时刻的电压大小变换成数值。采样的速度越高,声音的还原度也就越高。得到这些声音的电压采样数值,为了标准化存储并合理利用存储空间,还要按照统一标准进行运算处理,再保存成我们常见的各种数据格式WAV,MP3等等。

那么你们知道最早的留声机是怎么存储声音的呢?

电声还原,这时数字信号转换成电信号需要通过D/A模拟转换芯片。这个电信号最终经过放大后输送至喇叭,这时喇叭线圈可以看做是一个电磁铁,它产生的磁场跟随信号而变化,从而和磁铁产生相互作用(振动),通过空气传到耳朵里。

以上我们忽略了声音电信号的放大滤波的电路处理过程。

喇叭结构很简单,其本质和动圈拾音头一样,都是利用了电磁感应现象,录音头是线圈中变化的磁场产生电场,喇叭中变化的电场产生磁场。

声音的秘密ppt课件(声音的秘密)(2)

以上内容多半人都能整明白,大家最困惑的是,喇叭为什么可以还原人声,声音为何如此丰富!

回到最初,声音的本质是振动。振动的频率不同,幅度不同,这些千差万别的组合就形成了不同的声音。

把这种声音振动转换成具体的电信号。

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各种声音不同声调转换成电信号波形不同

每种声音的电信号波形都是不同的!耳朵也是通过检测这些声音在耳膜上的振动,来辨别。那振膜(包括我们的耳膜),能真实的还原声音振动吗?不一定,不同的人,不同的喇叭,对声音振动的敏感度不同。这样在任何一次声电信号转换的时候,会出现失真!

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人耳结构图

聪明的人类,发明了一种精细而复杂的方法去分析声音的电信号!这种方法可以精确的描述声音信号。

这是一种数学方法:声音振动任一时刻的电信号波形,可以拆解成多个标准正弦波信号波形的叠加。

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通过调整这些拆标准信号的强度比例,就可以去修饰声音的音色!那么这样,我们就可以校正声电信号转换过程中出现的失真问题,甚至可以通过删减不同的标准信号,来改变声音的特点!这就是音频DSP处理的一个过程。

实际上,当前流行的智能语音控制识别,也是利用了这种声学分析的底层原理。

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