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数字音频精简术语
3.2采样
采样是指将时间轴上连续的信号每隔一定的时间间隔抽取出一个信号的幅度样本,把连续的模拟量用一个个离散的点表示出来,使其成为时间上离散的脉冲序列。
每秒钟采样的次数称为采样频率,用f表示;样本之间的时间间隔称为取样周期,用T表示,T=1/f。
例如:
CD的采样频率为44.1kHz,表示每秒钟采样44100次。
在对模拟音频进行采样时,取样频率越高,音质越有保证;若取样频率不够高,声音就会产生低频失真。
采样定理(Nyquist定理)中给出有明确的答案:
要想不产生低频失真,采样频率至少应为所要录制的音频的最高频率的2倍。
例如,电话话音的信号频率约为3.4kHz,采样频率就应该≥6.8kHz,考虑到信号的衰减等因素,一般取为8kHz。
信号
模拟信号
音频信号是典型的连续信号,不仅在时间上是连续的,而且在幅度上也是连续的。
在时间上“连续”是指在任何一个指定的时间范围里声音信号都有无穷多个幅值;在幅度上“连续”是指幅度的数值为实数。
我们把在时间(或空间)和幅度上都是连续的信号称为模拟信号(analogsignal)。
数字信号
在某些特定的时刻对这种模拟信号进行测量叫做采样(sampling),在有限个特定时刻采样得到的信号称为离散时间信号。
采样得到的幅值是无穷多个实数值中的一个,因此幅度还是连续的。
把幅度取值的数目限定为有限个的信号就称为离散幅度信号。
我们把时间和幅度都用离散的数字表示的信号就称为数字信号(digitalsignal)。
从模拟信号到数字信号的转换为模数转换,记为A/D(Analog-to-Digital);转换器称之为ADC
从数字信号到模拟信号的转换为数模转换,记为D/A(Digital-to-Analog)。
转换器称之为DAC
3.4编码
采样和量化后的信号还不是数字信号,需要把它转换成数字编码脉冲,这一过程称为编码。
最简单的编码方式是二进制编码,即将已经量化的信号幅值用二进制数表示,计算机内采用的就是这种编码方式。
模拟音频经过采样、量化和编码后所形成的二进制序列就是数字音频信号,我们可以将其以文件的形式保存在计算机的存储设备中,这样的文件通常称之为数字音频文件。
PCM编码
PCM(PulseCodeModulation),即脉冲编码调制,指模拟音频信号只经过采样、模数转换直接形成的二进制序列,未经过任何编码和压缩处理。
PCM编码的最大的优点就是音质好,最大的缺点就是体积大。
在计算机应用中,能够达到最高保真水平的就是PCM编码,常见的WAV文件中就有应用。
3.5音频压缩
音频压缩属于数据压缩的一种,是减小数字音频信号文件大小(数据比率)的过程。
一般数据的压缩方法对于音频数据不利,很少能将源文件压缩到87%以下。
音频压缩算法:
无损压缩算法和有损压缩算法
无损压缩是对未压缩音频进行没有任何信息/质量损失的压缩机制。
有损压缩是尽可能多得从原文件删除没有多大影响的数据,有目的地制成比原文件小多的但音质却基本一样。
实物载体
CD
索尼和飞利浦公司联手研制的一种数字音乐光盘,有12cm直径和8cm直径两种规格,以前者最为常见,它能提供74分钟的高质量音乐。
CD-ROM
用于存储电脑数据的只读型CD。
VCD
采用MPEG-1压缩编码技术的影音光盘,其图像清晰度和VHS录像带差不多。
超级VCD
VCD的改进产品,采用MPEG-2编码,图像清晰度得到了提高。
DVD
一种外型类似CD的新一代超大容量光盘,它将广泛应用于高质量的影音节目记录和用作电脑的海量存储设备。
DVD
指用作家庭娱乐用的一种视频光盘。
DVD碟片需用DVD播放机来播放。
声像将在配有相应硬件的大彩电的荧屏或配装有DVD-ROM的台式计算机的监视器上显示。
DVD-ROM
指与CD-ROM相类似,但比CD-ROM更好的只读光盘,专供电脑使用,DVD-ROM可以有不同的存贮容量,单面单层的4.7GB和双层双面的17GB。
DVD-Audio
DVD音频唱片,目前为1.0版本,以24bit/192kHz为标准。
目前尚另有一些按DVD-Video(DVD-视频)制作的音乐DVD碟,但与DVD-Audio不是一码事。
DVD-R
DVD家族中的一员,为可一次写入多次读出数据的DVD,DVD-R可以是单层的(3.95GB),也可以是双层的(7.9GB)。
DVD-RW
由日本索尼公司和荷兰飞利浦公司及美国HP公司联合推出的一种存贮容量为3GB的可擦除和可重写的DVD光盘,与DVD-RAM类似。
目前尚在研制容量达12GB,从而可录入5小时电视节目的DVD-RW。
DVD-RAM
供计算机专用的一种可擦除可重写的DVD光盘,规定的存贮容量为2.6GB(单层)和5.2GB(双层)。
三大音效公司
杜比
杜比B,C,S
美国杜比公司研制的系列磁带降噪系统,用于降低磁带录音产生的“嘶嘶声”,扩展动态范围。
B型降噪系统能降噪10dB,C型增加到20dB,S型则可达24dB。
杜比HXPro
不是降噪系统,而是一种改善磁带高频记录失真的技术,通常也称为“上动态余量扩展”。
杜比环绕声(DolbySurround)
一种将后方效果声道编码至立体声信道中的声音。
重放时需要一台解码器将环绕声信号从编码的声音中分离出来。
杜比定向逻辑
(DolbyPro-Logic)
在杜比环绕声的基础上增加了一个前方中置声道,以便将影片中的对白锁定到屏幕上。
杜比数字(DolbyDigital)
也称为AC-3,杜比实验室发布的新一代家庭影院环绕声系统。
其数字化的伴音中包含左前置、中置、右前置、左环绕、右环绕5个声道的信号,它们均是独立的全频带信号。
此外还有一路单独的超低音效果声道,俗称0.1声道。
所有这些声道合起来就是所谓的5.1声道。
DTS
DTSPremiumSuite技术
该技术引领着PC数字音频升级,DTSPremiumSuite技术是针对PC产品设计的整套数字音频播放解决方案,包括DTS-HDMasterAudio、DTSConnect、DTSSurroundSensationUltraPC、DTSSymmetry和DTSBoost五部分组成,为笔记本电脑、上网本、台式电脑及相关周边产品带来更细致、更具环绕感的音频播放效果。
简介如下:
DTS-HDMASTERAUDIO:
无损的大师级完美音频针对采用7.1声道音频的蓝光影音设计,是一种最佳的高清音频解码技术,能够带来与录音母带逐位一致的音频。
DTS-HDMasterAudio让消费者能够享受到最美妙的7.1声道环绕声。
DTSCONNECT:
让PC与家庭影院互连互通该技术可以使笔记本电脑及PC与家庭娱乐系统进行高品质的数字音频互联互通,通过家庭影院系统,实现将任何立体声数字音频流转换成环绕声,并通过5.1系统进行播放。
DTSSURROUNDSENSATIONULTRAPC:
PC专用DTS环绕声DTSSurroundSensationUltraPC使用先进的后处理技术,仅用两个扬声器或耳机就能产生奇妙的环绕声效果。
这项技术能够让消费者无论是欣赏立体声节目还是环绕声节目,即便在最普通的喇叭或是耳机上也能听到最好的环绕声效果。
DTSSYMMETRY:
不同节目内容之间实现最佳的音量一致性
不同的媒体源由于不稳定的声音响度,可能会导致音频传输间的损失,以至于音量也会忽大忽小突变;例如每个网络视频上的声音片段,都有着不同的音量大小。
DTSSYMMETRY平衡了各个节目间音频的声音响度,让消费者在欣赏任何节目时不必因媒体源的不同而受到音量突变的烦扰。
DTSBOOST:
增强目标系统的响度
这项技术利用先进的音频处理,增强现有的笔记本电脑内置扬声器所产生,可感知的不失真响度。
DTSBOOST可以帮助消费者摆脱大多数笔记本电脑在声音功率上受到的限制,提升音频体验效果。
DTSEnvelo技术
DTSEnvelo技术能让便携式娱乐产品(如iPod或iPhone等)听者感受到身临其境的环绕体验;
DTSEnvelo技术令消费者通过便携式娱乐产品(如iPod或iPhone等)可体验到音质大为提升并富有包围感的娱乐感受,无论收听的是单声道、双声道还是5.1环绕声的内容。
扩展坞采用了DTSEnvelo技术之后可创造出清晰的对白,清脆的高频及低频,使听者感受到身临其境的环绕体验。
THX
美国卢卡斯影业公司制定的一种环绕声标准,它对杜比定向逻辑环绕系统进行了改进,使环绕声效果得到进一步的增强。
THX标准对重放器材例如影音源、放大器、音箱甚至连接线材都有一套比较严格而具体的要求,达到这一标准并经卢卡斯认证通过的产品,才授予THX标志。
THX5.1
基于杜比数字系统的THX。
放大器及音响系统
分频器
音箱内的一种电路装置,用以将输入的音乐信号分离成高音、中音、低音等不同部分,然后分别送入相应的高、中、低音喇叭单元中重放。
双放大器分音(Biamping)
音箱的每一只喇叭单元由一个独立的放大器通道来进行驱动的一种连接方式。
一对两分频的的音箱需要使用两台立体声功放和两对喇叭线。
见“双线分音”。
双线分音(Biwiring)
用两套喇叭线分别传送音乐信号的高、低音部分的一种接线方式。
双线分音需要使用具备两对接线端子的专门设计的音箱。
放大器
前置放大器和功率放大器的统称。
功率放大器
简称功放,用于增强信号功率以驱动音箱发声的一种电子装置。
不带信号源选择、音量控制等附属功能的功率放大器称为后级。
前置放大器
功放之前的预放大和控制部分,用于增强信号的电压幅度,提供输入信号选择,音调调整和音量控制等功能。
前置放大器也称为前级。
额定功率
对功放来说,额定功率一般指能够连续输出的有效值(RMS)功率;对音箱来说,额定功率通称指音箱能够长期承受这一数值的功率而不致损坏,这不意味着一定需要这么大功率的功放才推得动,音箱的驱动难易主要由其灵敏度和阻抗特性来决定。
也不意味着不能配输出功率大于音箱额定功率的功放。
正如开汽车一样,驾驶300公里时速的跑车不等于就会发生车祸,你可以不开那么快。
同样,只要音量不盲目加大,大功率功放一样可以配小功率音箱。
峰值音乐输出功率(PMPO)
以音乐信号瞬间能达到的峰值电压来计算的输出功率,其商业意义大于实际作用。
PMPO功率可以比国际公认的有效值额定输出功率(RMS)高出3至4倍,例如早期的手提式收录机每声道RMS功率仅4、5瓦,但采用PMPO来标示,数值一下就可以增大到20W左右。
单端放大
功放的输出级由一只放大元件(或多只元件但并联成一组)完成对信号正负两个半周的放大。
单端放大机器只能采取甲类工作状态。
独立单声道功放
指完全独立的单声道功率放大器,因此,双声道立体声系统得用二台这种单独的功放。
其好处是通道间完全没有交连之类干拢。
推挽放大
功放的输出级有两个“臂”(两组放大元件),一个“臂”的电流增加时,另一个“臂”的电流则减小,二者的状态轮流转换。
对负载而言,好象是一个“臂”在推,一个“臂”在拉,共同完成电流输出任务。
尽管甲类放大器可以采用推挽式放大,但更常见的是用推挽放大构成乙类或甲乙类放大器。
甲类
又称为A类,在信号的整个周期内(正弦波的正负两个半周),放大器的任何功率输出元件都不会出现电流截止(即停止输出)的一类放大器。
甲类放大器工作时会产生高热,效率很低,但固有的优点是不存在交越失真。
单端放大器都是甲类工作方式,推挽放大器可以是甲类,也可以是乙类或甲乙类。
乙类
又称为B类,正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大器,每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。
乙类放大器的优点是效率高,缺点是会产生交越失真。
甲乙类
又称AB类,界于甲类和乙类之间,推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。
甲乙类放大有效解决了乙类放大器的交越失真问题,效率又比甲类放大器高,因此获得了极为广泛的应用。
双极式音箱(BipolarLoudspeaker)
指发声单元分别指向音箱前方和后方且同相馈送信号的那种音箱装置。
由于推动的信号为同相位的,故声信号不会有反相位的抵消,侧向的声辐射也不会有急剧地衰减。
双极式音箱通常需摆放在离前墙较远处,以便让其后向指向的声波能有适当的反射。
偶极式音箱(DipolarLoudspeaker)
跟双极式音箱在构造上相同,但前向及后向喇叭反相馈以信号,因此其声辐射图形呈倒“8"字形。
多用作环绕声音箱。
THX推荐环绕声音箱选用偶极式。
超低音音箱(Subwoofer)
指用于重放那些深沉的而由普通小型音箱所无法予以重放出来的低频段的特制音箱。
录音机
DAB(DigitalAudioBroadcasting)
指数字音频广播。
不论是调频(FM)还是调幅(AM)广播,皆为数字立体声,英国BBC电台正在某些地区试播,我国近年来也在广东、北京等地开始试播。
DAB需用专门的接收机(收音机)来收听。
DAC(数模变换器,也称解码器)
指将接通/断开的脉冲信号变换为模拟声信号的数模(D/A)变换器。
在CD唱机内均已装有DAC,但外装的DAC可让CD唱机或其它数字播放机音质升级。
DAT(数字音频磁带机)
DigitalAudioTape的缩写。
指主要用于专业录音的一种数字录音装置,采用了同录像机(VCR)相似的旋转磁头。
数据压缩(DataReduction)
指设法减少存储音乐所需要的数据量的一种技术。
日本索尼公司在其MD磁光盘录音机中即采用了ATRAC压缩编码技术,而荷兰飞利浦公司则在其开发的DCC数字盒式磁带机中采用了类似的PASC(精确自适应子带编码)技术。
此二种方法皆系采用数据压缩的方法来设法去掉那些人耳所听不到的数据。
DCC(DigitalCompactCassette)
由荷兰飞利浦公司开发的一种家庭用数字盒式磁带录音机,音质听起来已跟CD唱机的接近,但使用上不甚方便。
由于与索尼公司的MD相互竞争而以失败告终,目前已逐渐在市场上消失。
DDD
指CD唱片的录音、编辑和母带制作均采用了数字处理的方式。
数码输出(DigitalOutput)
指可用外附的DAC来进行存贮或处理的数字信号输出,可以是电信号输出也可以是光学(光纤)输出。
失真
设备的输出不能完全复现其输入,产生了波形的畸变或者信号成分的增减。
谐波失真
由于放大器不够理想,输出的信号除了包含放大了的输入成分之外,还新添了一些原信号的2倍、3倍、4倍……甚至更高倍的频率成分(谐波),致使输出波形走样。
这种因谐波引起的失真叫做谐波失真。
削波失真
每个电路和音响单元都有一定的动态,这是由于电子电路本质决定的,若信号电平过强,超过电路允许范围(阈值),信号就不能顺利通过,而其波形被削掉一部分,就产生了削波失真。
削波信号进入扬声器后,其电流通过扬声器音圈,由于削波信号中的直流成分不能使音圈运动,其电能无法转换成机械能,从而产生大量热能,致使音圈发热,若该削波失真非常严重,其直流电流则较大,有可能损坏扬声器高音单元,使其单元音圈开胶、开裂或振断等严重损坏现象,使其声音变形,使高音单元损坏,有时甚至彻底烧毁。
声压
表示声音强弱的物理量。
声压级
以分贝数表示的声压。
灵敏度
对放大器来说,灵敏度一般指达到额定输出功率或电压时输入端所加信号的电压大小,因此也称为输入灵敏度;对音箱来说,灵敏度是指给音箱施加1W的输入功率,在喇叭正前方1米远处能产生多少分贝的声压值。
电平
电子系统中对电压、电流、功率等物理量强弱的通称。
电平一般以分贝(dB)为单位来表示。
即事先取定一个电压或电流数作为参考值(0dB),用待表示的量与参考值之比取对数,再乘以20作为电平的分贝数(功率的电平值改乘10)。
动态范围
信号最强的部分与最微弱部分之间的电平差。
对器材来说,动态范围表示这件器材对强弱信号的兼顾处理能力。
频率响应
简称频响,衡量一件器材对高、中、低各频段信号均匀再现的能力。
对器材频响的要求有两方面,一是范围尽量宽,即能够重播的频率下限尽量低,上限尽量高;二是频率范围内各点的响应尽量平坦,避免出现过大的波动。
瞬态响应
器材对音乐中突发信号的跟随能力。
瞬态响应好的器材应当是信号一来就立即响应,信号一停就嘎然而止,决不拖泥带水。
信噪比(S/N)
又称为讯噪比,信号的有用成份与杂音的强弱对比,常常用分贝数表示。
设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。
正弦波
频率成分最为单一的一种信号,因这种信号的波形是数学上的正弦曲线而得名。
任何复杂信号――例如音乐信号,都可以看成由许许多多频率不同、大小不等的正弦波复合而成。
赫兹(Herz)
频率的单位,1赫兹表示信号每秒有一次周期性的变化。
波长
声波在一个周期内的行程。
波长在数值上等于声速(344米/秒)除以频率。
逼人感(aggressive)
用于表示象要把音乐给抛投到聆听者面前的那种前推型演出的声学术语。
空气感(air)
用于表示高音的开阔,或是声场中在乐器之间有空间间隔的声学术语。
此时,高频响应可延伸到15kHz-20kHz。
反义词有“灰暗(dull)”和“厚重(thick)”。
环绕感(ambience)
也称包围感。
指电影伴音所产生的那种有一定规模和空间的包围感。
通常是由环绕音箱来营造的。
接线方式及接口
平衡连接(balancedconnection)
指音响器材间的一种连接方式,在单根电缆中有3根导线,一根用来传送音频信号,另一根用于传送极性相反的音频信号,而另一根则为地线。
非平衡连接
由屏蔽网和芯线组成,大二芯和荷花插头属于非平衡传输。
非平衡传输抗干扰能力略逊于平衡传输,适用于线路电平音频信号传输和对抗干扰要求不十分高的场合,由于连接方法简单,在音响系统中(尤其在民用音响系统中)非平衡连接被普遍采用。
模拟接口
TRS接口
说到TRS接口,一般人初听可能不知道它是什么,不过只要把实物放在面前,大家就都知道它是什么了。
其实日常生活中我们见得最多的就是TRS接口,它的接头外观是圆柱体形状,通常有三种尺寸1/4"(6.3mm)、1/8"(3.5mm)、3/32"(2.5mm),我们最常见的是3.5mm尺寸的接头。
2.5mm的TRS接头以前在手机耳机上比较流行,但现在已经不多见了,耳机接口基本被3.5mm接口一统江湖。
而6.3mm的接头在很多专业设备和高档耳机上比较常见,但现在有不少高档耳机也逐渐开始改用3.5mm接头。
TRS的含义是Tip(signal)、Ring(signal)、Sleeve(ground),分别代表了这种接头的3个触点,我们看到的就是被两段绝缘材料隔离开的三段金属柱。
因此,3.5mm接头和6.3mm接头也被人称为“小三芯”和“大三芯”。
“大三芯”的构造
TRS接口就是一个圆孔,其内部与接头对应,也有三个触点,彼此之间也被绝缘材料隔开。
有的人说不还有四芯的插头吗?
没错,我们在耳机或随身听上见到的四芯插头,多出来的那一芯是用来传送语音信号或控制信号。
此外,还有一种用于耳机的四芯3.5mm插头则是用来传输平衡信号的。
6.3mm的“大三芯”插头可用来传输平衡信号或非平衡立体声信号,也就是说它可以和我们后面要讲的XLR平衡接口一样,能够传输平衡信号,但因制作这样的平衡线成本比较高,所以一般只用在高档专业音频设备上。
二芯6.3mmTRS电吉他线
当然,既然能加芯,那也可以减芯。
二芯的TRS接头可以用来传送非平衡的单声道音频信号,比如电吉他用的线就是二芯的TRS线。
所以,单从TRS接口外观来看,我们不会知道它是否支持平衡传输;单从芯数来看,我们也不能确定四芯及以上的TRS接头是否支持平衡传输,具体情况需要看设备。
RCA接口
RCA接口在我们日常生活中也非常常见,音箱、电视、功放、DVD机等设备上基本都有。
它得名于美国无线电公司的英文缩写(RadioCorporationofAmerica),上世纪40年代的时候,该公司将这种接口引入市场,用它来连接留声机和扬声器,也因此,它在欧州又称为PHONO接口。
我们对它更熟悉的接头称呼则是“莲花头”。
RCA接口在我们日常生活中非常常见
被称为“莲花头”的RCA接头
RCA接口采用同轴传输信号的方式,中轴用来传输信号,外沿一圈的接触层用来接地。
每一根RCA线缆负责传输一个声道的音频信号,因此,可以根据对声道的实际需要,使用与之数量相匹配的RCA线缆。
比如要组双声道立体声就需要两根RCA线缆。
XLR接口
XLR接口又被称为“卡农口”,这是因为JamesH.Cannon创立的CannonElectric公司是它最初的生产商。
它们最早的产品是“cannonX”系列,后来改进产品增加了一个锁定装置(Latch),于是在“X”后面增加了一个“L”;再后来又围绕着接头的金属触点增加了橡胶封口(Rubbercompound),于是又在“L”后面增加了一个“R”。
人们就把三个大写字母组合在一起,称这种接头为“XLRconnector”。
我们通常见到的XLR插头是3脚的,当然也有2脚、4脚、5脚、6脚的,比如在一些高档耳机线上,我们也会看到四芯XLR平衡接头。
XLR接口与“大三芯”TRS接口一样,可以用来传输音频平衡信号。
这里我们简单说一下平衡信号与非平衡信号。
声波转换成电信号后,如果直接传送就是非平衡信号,如果把原始信号反相180度,然后同时传送原始信号和反相信号,这就是平衡信号。
平衡传输就是利用相位抵消原理,将音频信号传输过程中受到的其他干扰降至最低。
当然,XLR接口也跟“大三芯”TRS接口一样,可以传输非平衡信号,因此光从接口看,我们是看不出来它到底传输的是哪种信号。
数字信号
数字音频接口之AES/EBU接口
数字音频接口方面,我们其实讲的更多的是传输协议或标准。
在接口的物理外观上看,你很难看出它是哪类型的接口。
我们首先说一下AES/EBU。
AES/EBU是AudioEngineeringSociety/EuropeanBroadcastUnion(音频工程师协会/欧洲广播联盟)的缩写,是现在较为流行的专业数字音频标准。
它是基于单根绞合线对来传输数字音频数据的串行位传输协议。
无须均衡即可在长达100米的距离上传输数据,如果均衡,可以传输更远距离。
AES/EBU提供两个信道的音频数据(最高24比特量化),信道是自动计时和自同步的。
它也提供了传输控制的方法和状态信息的表示(channelstatusbit)和一些误码的检测能力。
它的时钟信息是由传输端控制,来自AES/EBU的位流。
它的三个标准采样率是32kHz、44.1kHz、48kHz,当然许多接口能够工作在其它不同的采样率上。
AES/EBU的物理接口有多种,最常见的就是三芯XLR接口,用来进行平衡或差分连接;此外还有后面要讲的使用RCA插头的音频同轴接口,用来进行单端非平衡连接;以及使用光纤连接器,进行光学连接。
S/PDIF接口
S/PDIF是Sony/PhilipsDigitalInterconnectFormat的缩写,它是索尼与飞利浦公司合作开发的一种民用数字音频接口协议。
由于被广泛采用,它成为事实上的民用数字音频格式标准。
S/PDIF和AES/E
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