声音的相关知识(采样率、奈奎斯特采样定理)

时间:2024-03-28 16:11:26

一、声音的相关知识

1、音频模数转换

声音是模拟信号,计算机系统存储的音频文件是01二进制格式,需要进行模数转换,模拟信号→采样→量化→编码→数字信号。

声音的相关知识(采样率、奈奎斯特采样定理)

2、传统的音频信号链路

传统的音频电路中有麦克风、前置放大器、模/数转换器ADC、数/模转换器DAC、输出放大器,以及扬声器,它们之间使用模拟信号连接。

声音的相关知识(采样率、奈奎斯特采样定理)

3、声音的定义

声音是由物体振动产生的声波。是通过介质(空气、固体、液体)传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象。最初发出振动的物体叫声源。声音以波的形式振动传播。声音是声波通过任何物质传播形成的运动。

我们人耳能听到的声音一般在20Hz-20KHz之间。

国家通信标准制定,人能发出的声音频率范围是300-3400Hz之间。

4、奈奎斯特采样定理

定义:采样频率fs大于信号中最高频率fmax的2倍时,采样之后的数字信号便能完整的反应真实信号。

因为人耳听见的最高声音频率是20KHz,所以44.1KHz成了最常见的采样率。

人能发出的最高的声音频率是3400Hz,采样频率就需要3400*2=6800Hz,通话时8KHz即可,手机计算能力强,也有16K。

如下是常见的音频采样率

声音的相关知识(采样率、奈奎斯特采样定理)

采样率

定义:也称为采样速度或者采样率,定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数,它用赫兹(Hz)来表示。采样频率的倒数是采样周期或者叫作采样时间,它是采样之间的时间间隔。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个信号样本。

一般来说,采样率越高,声音还原越真实,细节越多;数字音频中,采样率描述的是频率(横轴)。

比特率

定义:比特率指每秒传送的比特(bit)数。单位为bps(bit per second),比特率越高,每秒传送数据就越多,画质就越清晰,声音中的比特率是指将模拟声音信号转换成数字声音信号后,单位时间内的二进制数据量,是间接衡量音频质量的一个指标。

位深度

定义:位深度也叫采样位深,音频的采样位深决定音频的动态范围。

我们常见的16Bit,可以记录大概96分贝的动态范围。那么每一个比特大约可以记录6分贝的声音。同理,20Bit可记录的动态范围大概就是120dB,24Bit就大概是144dB。

在数字音频中,位深度描述的是振幅(纵轴),增加位深度可以提高声音振幅的解析度。

5、数字音频信号链路

随着技术的发展和对性能考虑,模拟电路逐渐被推到链路的两端(集成到设备内部),信号链中各集成电路间将出现更多的数字接口形式。DSP通常都是数字接口的;换能器(Mic&Speaker)、放大器一般而言只有模拟接口,但现在也正在逐渐集成数字接口功能。目前,集成电路设计人员正在将换能器内的ADC、DAC和调制器集成到信号链一端,这样就不必在PCB上走任何模拟音频信号,并且减少了信号链中的器件数量。

声音的相关知识(采样率、奈奎斯特采样定理)