Методы и средства Мультимедиа. Звук

Московский авиационный институт

(государственный TEXнический университет)

Факультет прикладной математики

Кафедра вычислительной математики и программирования

Методы и средства Мультимедиа. Звук

x(t)

t

Преподаватель: О. В. Казанцев Студент: И. К. Никитин

Москва, 2010

Содержание

1 Основные сведения о звуковых волнах 5 Характеристики ............................. 5 ЗаконВебера-Фехнерадлязвука .................. 6 Логарифмическаяшкала ....................... 6 Примеры ................................. 7 Спектральноепредставлениезвука ................. 7 Искажения и эффекты 10 2 Линейные искажения 10 Линейныеискажения ......................... 10 Искажениявмногоканальныхсистемах .............. 10 3 Нелинейные искажения. Помехи и шумы 12 Примерынелинейныхискажений .................. 12 Перегрузка ............................ 12 Интермодуляционные ..................... 12 Биение .............................. 13 Помехи .................................. 13 4 Цифровой способ представления звука 14 Аналогово-цифровоепреобразование ................ 14 Фильтрация ........................... 15 Дискретизация ......................... 15 Квантование ........................... 16 5 Динамическая обработка звука 17 Компрессорилимитер ......................... 18 Гейтиэкспандер ............................ 19 6 Частотная коррекция звукового сигнала 21 Частотныефильтры .......................... 21 Фильтрнизкихчастот ..................... 22 Фильтрвысокихчастот .................... 22 Полосовыйфильтр ....................... 23 Эквалайзер ................................ 24 7 Пространственные и модуляционные эффекты 25 Хорус,Фленджер,Фазер ........................ 25 Эхо ..................................... 27 Реверберация .............................. 28 Синтез звука 30 8 Аддитивный синтез звука 31 9 Субтрактивный синтез звука 32 10 Частотной модуляция 33 ................... 33 ......................... 34 10.3Синтез ................................... 34 11 Нелинейный синтез звука 36 12 Таблицы волн 37 ................................ 37 12.2Сэмплерныесинтезаторы ....................... 38 13 Физическое моделирование 39 14 Звуковые платы 40 ........................ 40 14.2Блокзаписиивоспроизведения ................... 41 14.3Блоксинтезатора ............................ 41 14.4БлокDSP ................................. 42 ........................... 42 14.6Блокмикшера .............................. 43 MIDI-интерфейс 44 15 MIDI-интерфейс 44 ............................ 44 15.2АппаратнаяреализацияMIDI ..................... 45 15.3РазъемDIN-5(СГ-5) ........................... 46 16 Протокол MIDI 47 16.1АдресациявMIDI ............................ 47 16.2ТипыMIDI-сообщений ......................... 48 ................ 48 16.2.2Канальныесообщенияорежиме ............... 49 16.2.3Системныесообщения ..................... 49 17 Стандарты MIDI-систем 50 17.1GeneralMIDI ............................... 50 ............................ 50 17.3ExtendedGeneralMIDI(XG) ...................... 51 ................................ 52 Запись и передача 53 18 Секвенсоры 53 18.1Простейшаястудия ........................... 53 18.2Студиядлязаписи«живого»исполнения .............. 53 18.3Студиядлямногоканальнойзаписи ................. 54 ....... 55 ................................ 56 .................... 56 18.5.2Линейные ............................. 57 19 Маскирование 58 .............................. 59 20 Формат MP3 60 ......................... 60 ........................... 60 20.3Режимыкодированиястерео ..................... 61 20.4Психоакустическиеформаты ..................... 62 Программирование звука 63 21 Основные программные интерфейсы 63 22 Программный интерфейс MME 63 ..................... 64 22.2Форматпотока .............................. 65 22.3Структурапотока ............................ 65 22.4Системныеособенности ........................ 66 22.4.1Несколькопроцессов ...................... 66 22.4.2WaveMapper ........................... 66 22.4.3Устройства ............................ 67 22.5Алгоритмвзаимодействия ....................... 69 23 Программный интерфейс DirectSound 71 ................ 71 ........................ 71 23.3Звуковыебуферы ............................ 72 ................. 72 ................... 73 23.4Уровнивзаимодействия ........................ 77 23.5Наборысвойств ............................. 78 ...................... 78 23.7Системныеособенности ........................ 78 23.8Алгоритмвзаимодействия ....................... 79 ........................ 79 23.8.2Запись ............................... 80 Предметный указатель 81

1. Основные сведения о звуковых волнах

1.1. Характеристики

Звуковая волна — процесс распространения в сплошной среде объемных деформаций.

Забавно, заметить, если длинна волны больше расстояния между ушами человека, то он не сможет определить откуда идет звук.

Порог слышимости — минимальное значение интенсивности звука, вос-

принимаемым человеческим ухом. Порог слышимости зависит от частоты звуковой волны. Минимальное зна- чение лежит в частоте 2 кГц и составляет 10−12 [ Вт ]

м2

Порог болевого ощущения — интенсивность звука вызывающего боле-

вые ощущения. Порог болевого ощущения не зависит от частоты звуковой волны. Значе- ние составляет 10 [ Вт ]

м2

1.2. Закон Вебера-Фехнера для звука

Теоремма 1 (Закон Вебера-Фехнера). Слух одинаково оценивает равные относительные изменения силы звука.

1.3. Логарифмическая шкала

I

L = log

I0

  • L — интенсивность в Беллах.
  • I — интенсивность.
  • I0 — порог.

1.4. Примеры

Шум Громкость
Фоновый 10 Дб
Транспорт 70 Дб
Оркестр 90 Дб
Наушники 100 Дб
Реактивный двигатель 120 Дб
Болевой порог 130 Дб

1.5. Спектральное представление звука

Звук представим в виде спектра: x(t) = X · sin (2 · t + φ) ;

π · f · x(t)

Даже белый шум представим как сумма гармоник, но не синусоидальных, а интегральных.

x(t)

∑ 1 Y (x) = sin (2 · (2n + 1) · πF x)

A ·

2k + 1 ·

n=0

  • A — амплитуда;
  • f — частота.

7

Изобразим первый член ряда:

x(t)

Изобразим два члена ряда:

x(t)

Изобразим три члена ряда:

x(t)

Изобразим четыре члена ряда:

x(t)

Изобразим десять членов ряда:

x(t)

Наблюдаемые горбы (осциляции) называются эффектом Гиббса. Таким образом можно изобразить звуковой спектр на графике: