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声音原理
声音是由振动产生的一种声波,它通过介质(空气,固体或液体)传播,并且可以被人或动物的听觉器官感知。 声音的频率通常以赫兹(Hertz)表示,并记录为Hz,它是指每秒的周期性振动数。 分贝是用于表示声音强度的单位,记录为dB。
声音是一种波动。 演奏乐器,敲门或敲桌子时,声音的振动会引起中等空气分子的有节奏的振动,从而使周围的空气密度发生变化并形成密集的纵波,从而产生声音波动,直到振动消失为止。
任何器官接收到的声音的频率都有其范围限制。 人耳通常只能听到20Hz至20000 Hz(20kHz)范围内的声音,并且上限会随着年龄的增长而降低。 其他物种也有不同的听觉频率,例如可以听到超过20kHz但不低于40Hz声音的狗。 不同动物的听觉频率范围如下:
①蝙蝠:1000-120000hz
②海豚:2000-1000000hz
③猫:60-65000hz
④狗:40-50000hz
⑤人:20-20000hz
⑥红色:次声,蓝色:声音,绿色:超声波
1.麦克风采集
麦克风(也称为麦克风或麦克风,正式称为中文麦克风),是英文麦克风的翻译,是一种将声音转换成电子信号的转换器。 根据麦克风制作的原理,可以分为以下几类:
(1)移动麦克风
动圈式麦克风的基本结构包括线圈,振膜和永磁体。 当声波进入麦克风时,振膜在声波的压力下振动。 与膜片相连的线圈开始在磁场中移动。 根据法拉第定律和伦茨定律,线圈将产生感应电流。
由于线圈和磁铁的原因,动圈麦克风不轻巧,不灵敏,高频响应和低频响应均较差。 优点是声音更柔和,适合录制人的声音。
1.声波2.振动膜3.线圈4.磁铁5.输出信号
(2)电容式麦克风
电容式麦克风中没有线圈或磁铁,并且电压的变化是由电容器两个极板之间的距离的变化产生的。 当声波进入麦克风时,由于固定了基板,所以振动膜振动,因此振动膜与基板之间的距离随着振动而变化。 根据电容的特性,当两个分区之间的距离改变时,电容值C将改变,并且当C改变时功率Q将改变。 由于电容式麦克风需要固定的板极电压V,因此该麦克风需要额外的功率才能工作。 普通电源是电池。 由于其高灵敏度,电容麦克风通常用于高质量的录音。
1.声波2.振动膜3.基板4.电池5.电阻6.输出信号
(3)驻极体电容麦克风
电容式麦克风通常需要额外的电源才能运行,而驻极体电容式麦克风则不需要额外的电源。 驻极体也称为“永久电体”,它将具有固定数量的电荷。 整条线没有功耗(该线去除了上图所示的电池和电阻)。 根据公式:q = Cu,当C发生变化时,电容器两端的电压u不可避免地发生变化,从而输出电信号来实现声电转换。 由于实际电容器的电容很小,因此输出电信号非常弱,输出阻抗非常高,可以达到100兆欧以上。 因此,它不能直接与放大电路相连,而必须与阻抗转换器相连。 通常使用特殊的场效应管和二极管来形成阻抗转换器。 由于场效应管是有源器件,因此需要一定的偏压和电流才能在放大状态下工作。 因此,需要将直流偏置电压添加到驻极体麦克风上才能工作。
(4)MEMS麦克风
MEMS麦克风是指由MEMS技术制成的麦克风,也称为麦克风芯片或硅麦克风。 MEMS麦克风的压力感应膜是通过MEMS技术直接蚀刻在硅芯片上的。 IC芯片通常集成到一些相关电路中,例如前置放大器。 从根本上讲,大多数MEMS麦克风设计是电容式麦克风的一种改变。 MEMS麦克风通常还具有模数转换器,其可以直接输出数字信号并成为数字麦克风,从而与当前的数字电路连接。 MEMS麦克风主要用于某些小型移动产品,例如手机和PDA。
还有其他类型的麦克风,此处不再赘述。
2.麦克风降噪
随着技术的发展,即使在非常嘈杂的环境中,另一端也可以清晰地听到电话,这主要是由于降噪技术的发展所致。 在当前的手机中,我们经常看到不仅有一个麦克风,而且有两个甚至三个,而降低噪音的关键就更多了。
(1)麦克风降噪
一般来说,电话有两个麦克风,一个在顶部,一个在底部。 两者看起来都很小,但是两者有明显的区别,其中底部用于发出清晰的声音,而顶部用于消除噪音。
由于通话过程中顶部和底部之间的距离与语音来源不同,因此两种小麦拾取的音量不同。 有了这种差异,我们就可以滤除噪音并保持人声。 拨打电话时,两个麦克风拾取的背景噪声音量基本相同,而录制的语音的音量差异约为6dB。 小麦收获后,经过解码产生补偿信号,可以用来消除噪声。
(2)回声
回声(或回声)是指障碍物对声音的反射。 当遇到障碍物时,一部分声波会穿过障碍物,而另一部分会反射回来形成回声。 如果障碍物具有坚硬且光滑的表面,则很容易产生回声。 否则容易吸收表面柔软的声音。 另外,粗糙的表面易于散射声音。 回声比直接传输的要长,因此回声比直接声音晚。 如果两行声波之间的间隔小于0.1秒,则人耳无法分辨,只能听到扩展的声音。 因为在室温(343℃)下气体中的声速为每秒20米,所以站在声源处的人们需要听到回声,并且从障碍物到声源的距离至少为17米。
(3)回音消除
很多时候,需要将小麦连接到现场广播,并且需要消除所收集声音的回声。 当手机处于连接小麦的状态时,手机播放对方的声音,用麦克风将其收集,然后将收集到的声音发送给对方。 这样,另一方将听到自己的回声。 因为循环一直在进行,所以回声会越来越多,最后会有嗡嗡声。
回声消除是在录制麦克风的外部声音时消除手机本身播放的声音,以便从收集的声音中滤除对方的声音,从而避免产生回声。 下图显示了回声消除的机制。
回声消除
在近端,麦克风将从扬声器收集远程声音。 假设声音为y(n)。 当然,由于有必要广播远程声音,因此我们可以肯定地从远程端获取声音信号,假设该声音为x(n)。 不难发现x(n)由扬声器播放,然后通过空中传输,最后由麦克风收集,然后变为y(n),X(n)和Y(n)具有明显的相关性。 假设麦克风采集的总声音信号为Z(n),则需要根据X(n)通过自适应滤波器找到Z(n)中的y(n),然后从Z中滤除y(n)( n)。
3,声音采集
麦克风的原理已经在前面描述过了。 麦克风收集到声音后,将其转换为模拟电信号。 之后,有必要将模拟电信号转换为计算机识别的模拟信号。
录音可以在Android中用于录制声音,并且录制的声音可以设置为PCM声音。 为了用计算机语言表达声音,有必要将声音数字化。 将声音数字化的最常见方法是通过脉冲代码调制PCM(脉冲代码调制)。 声音通过麦克风,并将其转换为一系列电压变化信号。 要将这种电压变化信号转换为PCM信号,需要三个过程:采样,量化和编码。 要实现这三个过程,需要三个参数:采样频率,采样位数和通道数。
脉冲编码调制
(1)采样频率
采样频率是采样频率,是指每秒获取声音采样的次数。 采样频率越高,声音质量越好,声音恢复越真实,但同时也占用更多资源。 由于人耳的分辨率非常有限,因此无法分辨出太高的频率。 22位声卡中有44khz,16KHz等级别,其中22khz相当于普通FM广播的声音质量,44KHz相当于CD的声音质量,当前常用的采样频率不超过48Khz。
(2)样品编号
采样位数是采样值或采样值(即采样幅度已量化)。 它是用于测量声音波动或声卡分辨率的参数。 值越大,分辨率越高,产生的声音的能力越强。
在计算机中,采样数通常分为8位和16位。 8位并不是说垂直坐标分为8个部分,而是分为8的2倍,即256; 相同的原因是16位将垂直坐标分为65536的16阶的2个部分。
采样率和样本量越大,记录的波形越接近原始信号。
(3)通道数
众所周知,单声道和立体声之间是有区别的,单声道声音只能由一个扬声器发出(某些声音也可以在两个扬声器输出相同声音通道的情况下进行处理)。 立体声的PCM可以使两个扬声器都发出声音(通常,左右声道之间存在分工),并且可以感受到更大的空间效果。
因此,现在我们可以得到PCM文件容量的公式:
存储量=(采样频率,采样号,通道时间)/ 8(单位:字节)
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