數(shù)字音頻技術(shù)2章

1、聲音、聲波、音調(diào)聲音、聲波、音調(diào)0.0000.0050.0100.0150.020-4-3-2-101234初相位、振幅相同，振動(dòng)頻率分別為初相位、振幅相同，振動(dòng)頻率分別為200Hz、300Hz的兩個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)合成結(jié)果的兩個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)合成結(jié)果電磁波產(chǎn)生和傳播電磁波產(chǎn)生和傳播 電場(chǎng)發(fā)生變化電場(chǎng)發(fā)生變化產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng) 產(chǎn)生新的變化電場(chǎng)產(chǎn)生新的變化電場(chǎng)變化的電場(chǎng)與變化的磁場(chǎng)交替變化，由近及遠(yuǎn)傳播變化的電場(chǎng)與變化的磁場(chǎng)交替變化，由近及遠(yuǎn)傳播出去，出去，這種變化的電磁場(chǎng)在空間以一定的速度傳播這種變化的電磁場(chǎng)在空間以一定的速度傳播的過(guò)程，就是電磁波的過(guò)程，就是電磁波。演示演示電磁波譜電磁波譜無(wú)線

2、電波：長(zhǎng)波：無(wú)線電波：長(zhǎng)波： 31033104m，遠(yuǎn)洋長(zhǎng)距離通訊與導(dǎo)航遠(yuǎn)洋長(zhǎng)距離通訊與導(dǎo)航中波：中波： 2003103m， 航海，航空定向，無(wú)線電廣播航海，航空定向，無(wú)線電廣播短波：短波： 10200m， 無(wú)線電廣播，電極通訊等無(wú)線電廣播，電極通訊等。超短波：超短波：110m， 電視，雷達(dá)電導(dǎo)航電視，雷達(dá)電導(dǎo)航微波：微波： 0.1cm1m， 電視，雷達(dá)電導(dǎo)航電視，雷達(dá)電導(dǎo)航紅外線：紅外線： 0.76600mm 熱效應(yīng)熱效應(yīng)可見(jiàn)光：可見(jiàn)光： 0.400.76mm紫外光：紫外光： 0.4m50 A0 生理作用，殺菌，誘殺昆蟲(chóng)，醫(yī)療生理作用，殺菌，誘殺昆蟲(chóng)，醫(yī)療x射線：射線： 500.4 A0 穿透

3、能力強(qiáng)，人體透視晶體結(jié)構(gòu)分析穿透能力強(qiáng)，人體透視晶體結(jié)構(gòu)分析g g 射線：射線： 0.4A0 與研究原子核結(jié)構(gòu)與研究原子核結(jié)構(gòu)演示演示真空中各種電磁波具有相同傳播速度。將各種電磁波按照頻真空中各種電磁波具有相同傳播速度。將各種電磁波按照頻率或波長(zhǎng)的大小順序排列起來(lái)，就形成了電磁波波譜。率或波長(zhǎng)的大小順序排列起來(lái)，就形成了電磁波波譜。 聲波、超聲波、次聲波聲波、超聲波、次聲波在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波稱為在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波稱為聲波聲波2、聲波的分類、聲波的分類頻率低于頻率低于20赫茲的叫做赫茲的叫做次聲波次聲波；20到到20000赫茲之間能引起聽(tīng)覺(jué)的稱為赫茲之間能引起聽(tīng)覺(jué)的稱為可聽(tīng)聲可聽(tīng)聲，

4、簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱聲波聲波；也稱為也稱為音頻信號(hào)音頻信號(hào)（audio）；）；頻率高于頻率高于20000赫茲的叫做赫茲的叫做超聲波超聲波。聲波聲波20000Hz20Hz超聲波超聲波次聲波次聲波1、聲波的概念、聲波的概念3、聲強(qiáng)、聲強(qiáng)聲強(qiáng)聲強(qiáng)就是聲波的就是聲波的平均能流密度。平均能流密度。即單位時(shí)間內(nèi)即單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于傳播方向單位面積的聲波能量。通過(guò)垂直于傳播方向單位面積的聲波能量。聲強(qiáng)與頻率的平方和振幅的平方成正比。聲波的頻率高，聲強(qiáng)與頻率的平方和振幅的平方成正比。聲波的頻率高，振幅越大，聲強(qiáng)越大。振幅越大，聲強(qiáng)越大。超聲波：頻率高超聲波：頻率高 聲強(qiáng)大聲強(qiáng)大炮炮 聲：振幅大聲：振幅大 聲強(qiáng)大聲強(qiáng)大2

5、2 21vAI 一、一、 聲波聲波聲強(qiáng)太小，不引起聽(tīng)覺(jué)聲強(qiáng)太小，不引起聽(tīng)覺(jué) 下限下限聲強(qiáng)太大，不引起聽(tīng)覺(jué)，只引起痛覺(jué)聲強(qiáng)太大，不引起聽(tīng)覺(jué)，只引起痛覺(jué) 上限上限對(duì)于不同頻率的聲波，引起聽(tīng)覺(jué)的上下限值是不同的：對(duì)于不同頻率的聲波，引起聽(tīng)覺(jué)的上下限值是不同的：各頻率上限連接而成的曲線各頻率上限連接而成的曲線痛覺(jué)閾痛覺(jué)閾各頻率下限連接而成的曲線各頻率下限連接而成的曲線可聞閾可聞閾電話機(jī)電話機(jī)演示演示 引起人的聽(tīng)覺(jué)的聲波，還有一定的聲強(qiáng)范圍。大約為引起人的聽(tīng)覺(jué)的聲波，還有一定的聲強(qiáng)范圍。大約為1012瓦瓦/米米2 1瓦瓦/米米2。聲強(qiáng)太小聽(tīng)不見(jiàn)，太大會(huì)引起痛覺(jué)。聲強(qiáng)太小聽(tīng)不見(jiàn)，太大會(huì)引起痛覺(jué)。定義聲強(qiáng)級(jí)

6、定義聲強(qiáng)級(jí)L L為：為：0lgIILI單位為貝耳單位為貝耳(Bel)(Bel) 1Bel=10dB 0lg10IILI 單位為分貝單位為分貝(dB)(dB)4、聲強(qiáng)級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)規(guī)定聲強(qiáng)規(guī)定聲強(qiáng) I I0 0=10=10-12-12瓦瓦/ /米米2 2作為測(cè)定聲強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)作為測(cè)定聲強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)超聲波是超聲波是頻率高于頻率高于20000Hz20000Hz的的聲波，波聲波，波長(zhǎng)極短。長(zhǎng)極短。2、特點(diǎn)、特點(diǎn)能流密度大能流密度大方向性好方向性好穿透力強(qiáng)穿透力強(qiáng)聲納：聲納：定位、測(cè)距、探傷、顯象定位、測(cè)距、探傷、顯象超聲波探傷：超聲波探傷：能在不透明的材料中傳播，能在不透明的材料中傳播，可以用來(lái)檢查金屬零件內(nèi)部的

7、缺陷可以用來(lái)檢查金屬零件內(nèi)部的缺陷醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)B超：超：用以探測(cè)人體內(nèi)部的病變用以探測(cè)人體內(nèi)部的病變焊接：焊接：由于能量大而集中可用來(lái)切削、焊由于能量大而集中可用來(lái)切削、焊接，鉆孔，接，鉆孔，清洗機(jī)件還可用來(lái)處理種子和催化。清洗機(jī)件還可用來(lái)處理種子和催化。非聲學(xué)量的聲學(xué)測(cè)量：非聲學(xué)量的聲學(xué)測(cè)量：超聲波的傳播速超聲波的傳播速度對(duì)于介質(zhì)的密度、濃度、成分、溫度、壓度對(duì)于介質(zhì)的密度、濃度、成分、溫度、壓力的變化很敏感，利用這些可間接測(cè)量其他力的變化很敏感，利用這些可間接測(cè)量其他有關(guān)物理量。有關(guān)物理量?？栈饔茫嚎栈饔茫撼暡梢砸鹨后w的疏密變超聲波可以引起液體的疏密變化，使液體時(shí)而受壓、時(shí)而受拉。形

8、成近似化，使液體時(shí)而受壓、時(shí)而受拉。形成近似真空的小空穴。真空的小空穴。超聲延時(shí)：超聲延時(shí)：近來(lái)在超聲延時(shí)方面有新的發(fā)近來(lái)在超聲延時(shí)方面有新的發(fā)展，因?yàn)樗牟ㄋ俦入姶挪ㄋ俚汀Ｕ?，因?yàn)樗牟ㄋ俦入姶挪ㄋ俚汀?、概念、概念3、應(yīng)用、應(yīng)用二、二、 超聲波超聲波科學(xué)研究：科學(xué)研究：研究地球、海洋、大氣等大規(guī)模運(yùn)動(dòng)；研究地球、海洋、大氣等大規(guī)模運(yùn)動(dòng)；對(duì)自然災(zāi)對(duì)自然災(zāi)害性事件（如火山爆發(fā)、地震等）進(jìn)行預(yù)報(bào)，深入認(rèn)害性事件（如火山爆發(fā)、地震等）進(jìn)行預(yù)報(bào)，深入認(rèn)識(shí)自然規(guī)律。識(shí)自然規(guī)律。軍事應(yīng)用：軍事應(yīng)用：軍事偵察；軍事偵察；次聲波有殺傷性。次聲波有殺傷性。頻率在頻率在10104 420Hz(20Hz(波長(zhǎng)長(zhǎng)波

9、長(zhǎng)長(zhǎng)) )之間的機(jī)械波，人耳聽(tīng)不到。之間的機(jī)械波，人耳聽(tīng)不到。由于它具有由于它具有衰減極小的特點(diǎn)衰減極小的特點(diǎn)，可以，可以遠(yuǎn)距離傳播遠(yuǎn)距離傳播。1、次聲波的特性、次聲波的特性2、次聲波的波源、次聲波的波源大氣湍流、火山爆發(fā)、地震、隕石落地、雷暴、磁暴等大大氣湍流、火山爆發(fā)、地震、隕石落地、雷暴、磁暴等大規(guī)模自然活動(dòng)中，都有次聲波產(chǎn)生。規(guī)模自然活動(dòng)中，都有次聲波產(chǎn)生。3、次聲波的用途、次聲波的用途三、三、 次聲波次聲波fs(t)樣值序列信號(hào)及其樣值序列信號(hào)及其Fs()信號(hào)的頻率函數(shù)，信號(hào)的頻率函數(shù)，m原信號(hào)的最高角頻率，原信號(hào)的最高角頻率，s采樣信號(hào)的角頻率采樣信號(hào)的角頻率s=2fs=2Ts，T

10、s采樣間隔，采樣間隔，fs采樣頻率采樣頻率000)(ttt0000)(tttttt采樣保持電路原理圖采樣保持電路原理圖它是用控制信號(hào)使模擬開(kāi)關(guān)的接通與斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)采樣它是用控制信號(hào)使模擬開(kāi)關(guān)的接通與斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)采樣保持功能的。開(kāi)關(guān)電路可以用場(chǎng)效應(yīng)晶體管保持功能的。開(kāi)關(guān)電路可以用場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)、二極管電橋等構(gòu)成。二極管電橋等構(gòu)成。圖圖2-6 孔徑效應(yīng)孔徑效應(yīng)a)采樣脈沖系列采樣脈沖系列 b)樣值序列頻譜樣值序列頻譜實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)采樣脈沖寬實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)采樣脈沖寬度為采樣周期的度為采樣周期的14時(shí)，時(shí)，孔徑效應(yīng)所產(chǎn)生的高頻衰孔徑效應(yīng)所產(chǎn)生的高頻衰減約為減約為0.2dB人耳對(duì)此人耳對(duì)此覺(jué)察不到，不會(huì)

11、成為問(wèn)題覺(jué)察不到，不會(huì)成為問(wèn)題量化判決電平量化判決電平 量化輸出電平量化輸出電平 xk+1 yk xk圖圖2-7 量化示意圖量化示意圖(k=1,2,L)nnNS22222312)22(21 )(76. 102. 623lg102lg210223lg102dBnnNqSndB 圖圖2-8 二進(jìn)制數(shù)各個(gè)位的名稱二進(jìn)制數(shù)各個(gè)位的名稱逐次比較式逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖轉(zhuǎn)換器的原理圖 圖圖2-10 逐次比逐次比較式較式AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的工作過(guò)程器的工作過(guò)程圖圖 2-11 積分式積分式A/D轉(zhuǎn)換器的原轉(zhuǎn)換器的原理圖理圖圖圖2-12 級(jí)級(jí)聯(lián)積分式聯(lián)積分式AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的原理圖的原理圖圖圖2-13 級(jí)聯(lián)

12、積分式級(jí)聯(lián)積分式AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的工作過(guò)程的工作過(guò)程圖圖2-14 A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的積分線性誤差器的積分線性誤差該圖的積分線性度是在該圖的積分線性度是在1/4LSB之內(nèi)。之內(nèi)。圖圖2-15 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的差分線性誤差差分線性誤差圖圖2-16 A/D轉(zhuǎn)換器的絕轉(zhuǎn)換器的絕對(duì)精度誤差對(duì)精度誤差2.4.1 D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理圖圖2-17 D/A轉(zhuǎn)換器中的轉(zhuǎn)換器中的運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器圖圖2-18 權(quán)電阻式權(quán)電阻式DA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)圖換器的電路結(jié)構(gòu)圖圖圖2-19 R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)式梯形網(wǎng)絡(luò)式DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器圖圖2-20 R-2R2-20 R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)式梯形網(wǎng)絡(luò)式D D

13、A A轉(zhuǎn)換器的等效電路轉(zhuǎn)換器的等效電路圖圖2-2l級(jí)聯(lián)積分式級(jí)聯(lián)積分式D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的原理圖換器的原理圖圖圖2-22 級(jí)聯(lián)積分式級(jí)聯(lián)積分式D/A轉(zhuǎn)換器的工作情況轉(zhuǎn)換器的工作情況圖圖2-23過(guò)采樣與量化噪過(guò)采樣與量化噪聲功率譜之間的關(guān)系聲功率譜之間的關(guān)系)(2lg1076. 102. 6dBfRfnNSmSq圖圖2-24 1階噪聲整形電路階噪聲整形電路2sin2)1()(1TZH sfffH sin2)( 圖圖2-25 1階噪聲整階噪聲整形電路的頻率響應(yīng)形電路的頻率響應(yīng)圖圖2-26 1階階-調(diào)制器調(diào)制器圖圖2-27 2階階-調(diào)制器調(diào)制器圖圖2-28 兩級(jí)兩級(jí)MASH電路電路依此類推，可以依此類推，可以3級(jí)、級(jí)、4級(jí)地增加級(jí)數(shù)級(jí)地增加級(jí)數(shù)來(lái)進(jìn)行高