3.1.1　音频基础知识

1.声音与音频

声音是指由物体引起空气的振动而产生的，是一种机械振动波，声源实际上是一个振动源，它使周围的媒介如空气、液体、固体等产生振动，并以波的形式从声源向四周传播，如图3-1所示。而音频专指人耳可以听到的频率在20Hz～20kHz之间的声音。

①频率。频率是指波形信号每秒变化的次数，称为频率，单位是Hz。一般来说，频率范围越宽，声音质量越高。

②周期。周期是指相邻声波的波峰之间的时间间隔。

③幅度。幅度是指波形振幅的大小，用来表示声音信号强弱的程度。

④单音和复音。单音是指做简谐振动的发声体发出的声音，也称纯音，一般只能由专用的设备产生。自然界的声音、各种乐器所发出的声音，一般都是由多个不同频率和振幅的单音所组成的，称为复音。

⑤基音和谐音。在复音中，最低频率的单音称为基音，其他频率的单音称为谐音。基音和谐音组合起来，才决定了声音的音色。

2.声音的三要素

①音量。音量又称音强或者响度，用来描述声音的强弱，与声波的振幅成正比，振幅越大，音量越大，单位为分贝（dB）。

②音调。音调又称音高，用来描述声音的高低，与声波的频率有关，频率越高，音调越高，反之亦然，单位为赫兹（Hz）。

③音色。音色又称音品，用来描述声音的特色，表示音频的品质，由音频波形的谐波频谱和包络决定。

3.声音的数字化

由于原始的声音信号是模拟信号，而计算机内的所有信息均以二进制数0和1的数字形式存在，把声音信号保存在计算机中时也必须做数字化的处理，变成数字信号，即模数转换。声音信息的模数转换需要经过采样、量化和编码3个步骤来完成，如图3-2所示。

①采样。采样是将时间上、幅值上连续的模拟声音信号，在采样脉冲的作用下，转换成时间上离散（固定的时间间隔），但幅值上仍然连续的离散模拟声音信号，如图3-3所示。

②量化。采样后的信号，在时间上虽然是离散的，但其幅值仍是连续的模拟信号，量化就是将采样所得到的信号幅度的样本值从模拟量转换成数字量，如图3-4所示。表示采样信号幅值的二进制的位数称为量化位数，在相同的采样频率下，量化位数越高，采样值就越精确，音频的质量就越好，所占用的存储空间也越大。

③编码。编码是把量化后的声音信息按一定的数据格式表示。编码以后会丢失某些信息，但量化的精度越高，丢失的信息就越少，如图3-5所示。