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CH14 多媒體： 聲音

CH14 多媒體： 聲音. 認識聲音的原理 認識聲音的形式 認識聲音的儲存格式 學習聲音的處理工具 建立聲音處理的能力. 14.1 聲音的原理. 14.1.1 聲音的 形式. 多媒體 的 重要性. 人們靠耳朵聽到外在聲音. 聲音的形式. 聲音是如何產生的 ？ 聲音是如何傳到我們耳朵裡 ？ 人耳如何聽到聲音？. 聲音是如何產生的 ？. 聲音的產生起因於物體振動 。 鼓聲 由鼓面 振動 人聲 是聲帶 振動 如果 一切都是靜止的 ，就 不會有聲音 了. 聲音是如何傳到我們耳朵 裡 ？. 空氣. 需要介質. 甚麼可以當作介質？.

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CH14 多媒體： 聲音

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Presentation Transcript

  1. CH14 多媒體：聲音 認識聲音的原理 認識聲音的形式 認識聲音的儲存格式 學習聲音的處理工具 建立聲音處理的能力

  2. 14.1 聲音的原理

  3. 14.1.1 聲音的形式

  4. 多媒體的重要性 人們靠耳朵聽到外在聲音

  5. 聲音的形式 聲音是如何產生的？ 聲音是如何傳到我們耳朵裡？ 人耳如何聽到聲音？

  6. 聲音是如何產生的？ • 聲音的產生起因於物體振動。 • 鼓聲由鼓面振動 • 人聲是聲帶振動 • 如果一切都是靜止的，就不會有聲音了

  7. 聲音是如何傳到我們耳朵裡？ 空氣 需要介質

  8. 甚麼可以當作介質？ • 甚麼可以當作介質？ • 空氣 • 液體 • 水 • 固體 • 木材 • 鋼鐵 • 密度越高，傳遞速度越快 • 用鐵軌聽火車 快過 用聲音聽火車

  9. 人耳如何聽到聲音？ 放大聲音震動 聽覺神經解讀 傳遞到耳膜 收集聲波 傳到大腦 • 資料來源：Simens

  10. 人耳如何聽到聲音？ 耳朵運作說明 (YouTube)

  11. 14.1.2 電腦聲音的定義

  12. 電腦聲音的定義 左圖的聲音來源(YouTube) Karajan - Beethoven Symphony No. 5 in C minor Part 1 聲波樣式圖 • 聲音的基本樣式 • 一段時間內，聲波的形式

  13. 聲音如何儲存在電腦裡? 由於聲音屬於連續類比訊號，而電腦只能接受0與1的數位訊號，因此聲音必須經過數位化才能儲存於電腦。 聲音數位化的過程

  14. 聲音如何儲存在電腦裡? • 取樣(sampling) • 連續的音響訊號(聲波) 數位的音訊 • 取樣頻率的設定 • 取樣頻率(Sampling Rate) • 一秒取多少個聲音資料，才不會失真

  15. 奈奎斯定理 • 取樣時的頻率要求？ • 一秒取多少個聲音資料，才不會失真 • 奈奎斯定理(Nyquist sampling theorem) • 取樣頻率大於原始訊號頻率的兩倍以上，即可達到和原始聲音極為類似的音訊

  16. 奈奎斯定理 • 人類聽覺頻率範圍大約是20KHz • 需要40KHz以上的取樣頻率來對聲音作取樣 • 聲音通常使用44.1KHz/s為取樣頻率 • 最近的趨勢是使用更高的取樣頻率(大約是基本需求的兩倍或四倍) • 尚未有理論支持 • 在吹毛求疵的聆聽環境下，也難以聽到聲音的差異

  17. CD的取樣頻率為何是44.1KHz • CD的取樣頻率是44.1KHz有下列幾種說法 • 說法一 • 為了顧及重建過程中的資訊冗餘問題 •  說法二 • CD發明前的主要數位音訊儲存媒體是錄影帶，以0與1記錄 • 錄影帶格式為每秒30張，每張分為490條線，每條線儲存三個取樣訊號，因此每秒有30*490*3=44100個取樣點 • CD繼承了這個規格

  18. CD的取樣頻率為何是44.1KHz • CD的取樣頻率是44.1KHz有下列幾種說法 • 說法三 • Sony及Philips兩大集團妥協的產物 • 規格分別是43及47，妥協後決定44.1KHz • 說法四 • 當時的儲存光碟的技術，最大只有74mins

  19. 聲音如何儲存在電腦裡? • 量化(Quantization) • 在每個x軸的取樣點下，將其y軸的高度以一個最接近的量化數字表示 • 量化誤差(Quantization Error) • 在每個x軸的取樣點下，其y軸的量化數字高度與真正數值的差

  20. 聲音如何儲存在電腦裡? (a) 線性量化法(b) 對數量化法 線性與對數量化的對應圖示

  21. 常見的音訊格式列表

  22. 聲音儲存在電腦的格式 • 一般CD的音樂品質 • 44100Hz • 16bits量化 • 左右聲道的取樣頻率 • CD audio 規格 • 一分鐘的聲音容量大小 =44100(44.1KHz)2(16 bits)2(左右聲道)60(秒) =10584000(Bytes)10MB

  23. 不同樂器的音色差異 • 音色的差別在不同的樂器上很明顯 • 以Ａ（La）這個音為例 • 小提琴拉奏、鋼琴彈奏 • 相似之處(週期相近) • 明顯的差別(週期內的波形不同)

  24. 14.1.3 數位聲音的種類 單聲道(Mono) 立體聲(Stereo) 5.1聲道

  25. 單聲道(Mono) • 一個麥克風錄製 • 僅能錄製單一聲音資訊 • 一個喇叭發聲 • 即使使用多個喇叭，因聲音來源僅有一個，仍只有一個訊號，無法感受聲音左右移動的特性 • 單聲道在娛樂上 • 已被立體聲或更多的聲道取代 • 單聲道使用價值 • 在不須強調立體聲效果，又要降低頻寬的系統上 • 無線電系統、電話

  26. 立體聲(Stereo) • 利用二支麥克風收音 • 1950年代末期，研發立體聲錄音方式 • 立體聲比起單聲道 • 多了一個聲道以營造出左右音效不同 • 可以產生動態變化的立體音效 • 比起單聲道而言 • 有兩個聲道 • 資訊量多一倍 • 檔案大小也多一倍

  27. 單聲道能否經由處理轉成立體道？ • 利用音頻分離技術 • 從單聲道中取出不同的音頻，再依立體聲的產生方式，獲得模擬立體聲的效果 • 用在古典音樂上 • 可增加1950年代以前錄音的立體感 • 此技術能增加單聲道的位置立體感 • 但比起直接採立體聲錄製的技術，仍有一段差距

  28. 不同聲音品質的差異 Karajan 1963 - Beethoven Symphony No. 5 in C minor First movement: Allegro con brio (40秒) 取樣頻率：8000Hz 單聲道 取樣頻率：44100Hz 單聲道 取樣頻率：8000Hz 立體聲 取樣頻率：44100Hz 立體聲

  29. 不同聲音品質的檔案差異 Karajan 1963 - Beethoven Symphony No. 5 in C minor First movement: Allegro con brio

  30. 5.1聲道 • 立體聲可以增加聲音的動態表現 • 立體聲的缺點 • 真實世界的聲音來自前後左右上下 • 立體聲仍少了一些真實性 • 多媒體業者致力於以更多的聲道來提高聽者的音響視聽效果 • 產生5.1聲道 • 資料來源：http://shopping.udn.com

  31. 5.1聲道 • 運用於各類家庭影院中 • 常見的聲音錄製壓縮格式 • AC-3(Dolby Digital) • DTS • 5 聲道 • 左、右、後左、後右、中置聲道 • 中置聲道負責傳送低於80Hz的聲音信號，提供在欣賞影片時，優良的人聲效果，並可以把對話集中在整個聲場的中間 • .1聲道 • 專門設計的超低音聲道 • 產生頻率範圍在20～120Hz的超低音 • 資料來源：http://hardware.mydrivers.com

  32. 5.1聲道是環繞身歷聲的最高規格嗎？ • 比5.1聲道更強大的7.1系統已經出現 • 在5.1聲道上，增加中左和中右兩個發聲位置 • 缺點 • 成本比較高 • 比5.1聲道增加的效果又很有限 • 目前並沒有廣泛的應用 • 資料來源：http://premiersupport.dell.com/support/edocs/systems/xlob/mmd/ct/setup_7_1audio.htm

  33. 14.1.4 數位聲音的格式

  34. Wave、MIDI、與MP3的格式差異 • Wave • 微軟公司所制定的聲音規格 • 電腦的標準聲音格式之一 • 進入Windows • 離開Windows • 附檔名為.wav • 以取樣及量化的方式記錄 • 未經壓縮處理，音質方面保留最詳細的數位音效 • 檔案體積大

  35. Wave、MIDI、與MP3的格式差異 • 資料來源：http://iwritethemusic.com/midi.html • MIDI • Musical Instrument Digital Interface的縮寫 • 不是直接記錄聲音取樣資料 • 記錄發聲樂器的種類與樂曲等音符資訊 • 通常為純音樂 • 檔案非常小 • 檔案副檔名為.mid • 藉由專門彈奏MIDI的電子琴，透過連接線與介面卡，可直接將彈奏的內容記錄到電腦內變成MIDI檔案

  36. Wave、MIDI、與MP3的格式差異 • MP3 • MPEG Audio Layer 3的壓縮技術 • MPEG I(VCD規格)格式中，用來壓縮聲音的技術 • 利用破壞性壓縮技術，壓縮Wave檔案 • 還原成Wave檔案與原始的檔案略有不同，但人耳聽起來卻沒有什麼差別 • 壓縮率為十倍左右 • 一首五分鐘的歌曲 • Wave檔約50MB左右 • MP3檔只要5MB

  37. 無失真聲音格式 • MP3是有失真的聲音壓縮格式 • 無失真的聲音壓縮格式 • APE • 常見於大陸 • FLAC • 縮寫為Free Lossless Audio Codec • 無失真音頻壓縮編碼 • 常見於歐美

  38. 其他常見的數位聲音格式 • 資料來源：RealNetworks.com • AU • Unix系統上所採用的一種聲音格式 • 副檔名為.au • 應用在網路與Unix的系統上 • RA • 網路上撥放即時聲音檔 • RealNetworks公司發展的格式之一 • 副檔名為.ra • RealNetworks公司的音訊壓縮格式 • rm 或 rmvb

  39. 其他常見的數位聲音格式 • 資料來源：www.apple.com • AIFF • 麥金塔電腦自訂格式 • Audio Interchange File Format的縮寫 • 經由取樣與量化方式 • 與Wave的檔案格式類似

  40. 14.1.5 數位聲音的頻率、頻道與深度

  41. 數位聲音的頻率、頻道與深度 • 聲音檔案大小參數 • 頻率 • 44.1KHz、22.05KHz、11.025KHz、8KHz • 頻道 • 立體聲(兩個頻道)與單聲道(一個頻道) • 深度 • 每個聲音的量化參數(16bits 或 8bits)

  42. 數位聲音的頻率、頻道與深度 • 最常見的規格，一分鐘為10.6MB左右 • 44.1KHz、16bits、立體聲 • 採用單聲道因頻道數目減半 • 只有一半大小的5.29MB左右 • 以低品質的11KHz單聲道音訊 • 一分鐘只要0.66MB • 經過Mp3壓縮，容量會縮小成十分之一左右

  43. 14.2 聲音的處理

  44. 聲音的處理(使用GoldWave) • 使用GoldWave • 開啟狀態

  45. 聲音的編輯 • 編輯 • 剪輯一段聲音

  46. 聲音的處理：平滑處理(Smooth) 平滑處理後聲音形式 原聲音形式 參數設定

  47. 聲音的處理：回音處理(Echo) 回音處理後聲音形式 原聲音形式 參數設定

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