現(xiàn)代通信系統(tǒng)徹底改變了音頻行業(yè)的前景。它們也改變了人們相互交流、互動(dòng)和溝通的方式。 隨著智能數(shù)字音頻技術(shù)的日益普及，人們開始傾向于在家中享受自動(dòng)化和聯(lián)網(wǎng)的音頻體驗(yàn)。智能揚(yáng)聲器和 Facebook 門戶網(wǎng)站等設(shè)備因其智能和智慧功能而受到追捧。語音識(shí)別、360 度音頻和無線音頻等技術(shù)走在了音頻行業(yè)的前沿。身臨其境的聲音概念讓聽眾的交流變得更加自然和超現(xiàn)實(shí)。在這些高品質(zhì)音頻體驗(yàn)的背后，有多種工具和技術(shù)可以增強(qiáng)音效，并在實(shí)現(xiàn)高音質(zhì)方面發(fā)揮重要作用。為了讓學(xué)生們更加了解數(shù)字和模擬音頻信號(hào)處理，我們撰寫了此文。

一、音頻信號(hào)處理簡(jiǎn)介

音頻信號(hào)處理是一種將密集算法和技術(shù)應(yīng)用于音頻信號(hào)的方法。音頻信號(hào)是以數(shù)字和模擬信號(hào)形式表現(xiàn)的聲音。其頻率范圍為 20 至 20,000 Hz，這是我們耳朵的下限和上限。模擬信號(hào)以電信號(hào)的形式出現(xiàn)，而數(shù)字信號(hào)則以二進(jìn)制的形式出現(xiàn)。這一過程包括通過轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)來消除不必要的噪音，平衡時(shí)間和頻率范圍。它側(cè)重于通過計(jì)算方法來修改聲音。它利用各種技術(shù)消除或盡量減少過度調(diào)制、回聲和不必要的噪音。

二、提高音頻質(zhì)量的技術(shù)

1.模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換

模擬音頻信號(hào)受噪聲和失真影響較大。將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，就可以在不降低質(zhì)量的情況下輕松地對(duì)其進(jìn)行處理、存儲(chǔ)和傳輸。使用固定的采樣率，并將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制位分辨率。采樣率和測(cè)量精度越高，質(zhì)量就越高。

ADC 的性能取決于其帶寬和信噪比 (SNR)。帶寬由采樣率決定，信噪比則隨分辨率、精度、混疊(當(dāng)編碼信號(hào)與原始信號(hào)不同時(shí)發(fā)生)等的變化而變化。如果 ADC 的信噪比大于輸入信號(hào)的信噪比，則認(rèn)為 ADC 是理想的。

2.音頻效果--音頻預(yù)處理和后處理方法

后處理算法用于抑制預(yù)處理階段產(chǎn)生的噪音和人工痕跡。主要重點(diǎn)是消除回聲和失真以及改善語音。平滑和過濾是常用的后處理技術(shù)，用于增加混響和控制噪音。

a.數(shù)據(jù)壓縮和/或解壓縮

壓縮是最強(qiáng)大的混音工具之一，是縮小音頻信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的過程。動(dòng)態(tài)范圍是音頻信號(hào)最大范圍和最小范圍之間的差值。

例如，當(dāng)我們大聲喊叫或低聲耳語時(shí)，聲音的音調(diào)要么過高，要么過低。如果不經(jīng)過壓縮就進(jìn)行錄制，聲音就會(huì)失真。壓縮器通過衰減最響亮的聲音和放大最緩慢的聲音來解決這個(gè)問題。它能幫助我們?cè)谂錁分姓业酵昝赖钠胶猓孤曇舾幼匀?，不?huì)失真。它還能減少數(shù)字音頻流的帶寬和文件大小，從而節(jié)省存儲(chǔ)空間并加快傳輸速度。

音頻壓縮有兩種類型，即無損壓縮和有損壓縮。無損音頻壓縮最常用，因?yàn)樗膲嚎s率比原始數(shù)據(jù)高得多。這可能會(huì)刪除無關(guān)信息并降低質(zhì)量。最流行的音頻壓縮技術(shù)是 MP3 和 AAC 壓縮。

b.自動(dòng)回聲消除器(AEC)

回聲消除器在音頻信號(hào)處理中發(fā)揮著重要作用。它能消除麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器之間的聲耦合引起的回聲、混響和不必要的噪音。由于聲學(xué)耦合，麥克風(fēng)會(huì)在一定距離外拾取語音。

假設(shè)您正在與某人進(jìn)行語音通話。與您通話的另一人的語音稱為遠(yuǎn)距離語音，將通過揚(yáng)聲器播放，而您自己的語音稱為近距離語音，將由麥克風(fēng)拾取。如果將遠(yuǎn)程語音傳輸給對(duì)方，對(duì)方聽到自己的語音時(shí)會(huì)有延遲(網(wǎng)絡(luò)延遲 + 處理延遲)。AEC 可防止遠(yuǎn)程語音傳輸?shù)酵ㄔ捔硪环健?/p>

c.重新采樣

過采樣是指每秒產(chǎn)生的采樣總數(shù)。這些采樣以千赫(kHz)為單位，一個(gè)單位相當(dāng)于每秒 1000 次。 不同的音頻系統(tǒng)使用不同的采樣率和幀頻。這就是測(cè)量音頻信號(hào)頻率的方法。它的工作原理是過采樣和轉(zhuǎn)碼，從而減少噪音和失真。采樣頻率越高越好，因?yàn)樗芴峁└鼫?zhǔn)確的信號(hào)起伏細(xì)節(jié)，從而改善音質(zhì)。

d.濾波

濾波器被認(rèn)為是任何信號(hào)處理中最基本的電路，幾乎用于所有處理過程。它能去除不需要的噪音、回聲和失真，并允許濾波后的數(shù)據(jù)通過。討論帶通濾波器，它只通過某些頻率，而拒絕其他頻率。

e.均衡

均衡器用于改變或調(diào)整頻率，使發(fā)射器的音頻頻譜與接收器的音頻頻譜相匹配。使用低通濾波器、高通濾波器或帶通濾波器可將頻率范圍調(diào)高或調(diào)低。頻率成分之間的延遲被消除，從而獲得所需的輸出。

f.自動(dòng)增益控制(AGC)或音量控制

在輸入信號(hào)不同的情況下提供恒定的輸出。指定應(yīng)用于輸入信號(hào)的增益或衰減量，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)輸入信號(hào)。如果輸入信號(hào)高于目標(biāo)信號(hào)，則 AGC 會(huì)減去增益;如果輸入信號(hào)低于目標(biāo)信號(hào)，則 AGC 會(huì)增加增益。增益表示控制聲音的通道輸入的音量。

g.波束成形

波束成形又稱空間濾波，是麥克風(fēng)陣列處理中使用的一種信號(hào)處理技術(shù)。波束成形利用陣列中麥克風(fēng)的空間多樣性來檢測(cè)和提取所需的聲源信號(hào)，并抑制不需要的干擾。 波束成形用于根據(jù)聲源信號(hào)的方向?qū)?fù)合麥克風(fēng)陣列的定向波束引向特定方向。這項(xiàng)技術(shù)有助于增加復(fù)合傳聲器的范圍，提高信噪比 (SNR)。

3.數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)

如今的音頻信號(hào)大多以 MP3 等數(shù)字形式存在，但如果要通過揚(yáng)聲器收聽，就需要將其轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。它將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)，然后將轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)發(fā)送到放大器。然后由揚(yáng)聲器和音樂播放器等輸出設(shè)備使用。這一過程可改善整體音質(zhì)，增強(qiáng)聽覺體驗(yàn)。帶有 DAC 的設(shè)備包括數(shù)字揚(yáng)聲器、CD 播放器、音樂播放器等。

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