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Das Prinzip des Klangs
Schall ist eine Art Schallwelle, die durch Vibration erzeugt wird und durch Medium (Luft oder Feststoff oder Flüssigkeit) übertragen wird und von menschlichen oder tierischen Hörorganen wahrgenommen werden kann. Die Schallfrequenz wird im Allgemeinen in Hertz ausgedrückt und als Hz aufgezeichnet, was sich auf die Anzahl der periodischen Schwingungen pro Sekunde bezieht. Dezibel sind Einheiten zur Darstellung der Schallintensität, die als dB aufgezeichnet wird.
Sound ist eine Art Fluktuation. Wenn Sie ein Instrument spielen, gegen eine Tür schlagen oder auf den Tisch klopfen, verursacht die Schallschwingung die rhythmische Schwingung der mittleren Luftmoleküle, wodurch sich die Dichte der Luft ändert und eine dichte und dichte Longitudinalwelle entsteht, die Schall erzeugt Wellen, die so lange andauern, bis die Vibration verschwindet.
Die Schallfrequenz, die von einer Orgel empfangen wird, ist in ihrer Reichweite begrenzt. Menschliche Ohren hören im Allgemeinen nur Geräusche im Bereich von 20 Hz bis 20000 Hz (20 kHz), und die Obergrenze nimmt mit zunehmendem Alter ab. Andere Arten haben auch andere Hörfrequenzen, wie z. B. Hunde, die Geräusche über 20 kHz, jedoch nicht unter 40 Hz hören können. Der Bereich der Hörfrequenzen verschiedener Tierarten ist wie folgt:
① Fledermaus: 1000-120000 Hz
② Delphin: 2000-1000000hz
③ Katze: 60-65000hz
④ Hund: 40-50000hz
⑤ Person: 20-20000 Hz
⑥ Rot: Infraschall, Blau: hörbarer Ton, Grün: Ultraschall
1. Mikrofonaufnahme
Das vom englischen Mikrofon übersetzte Mikrofon (auch als Mikrofon oder Mikrofon bekannt, auf Chinesisch offiziell als Mikrofon bezeichnet) ist ein Wandler, der Schall in elektronisches Signal umwandelt. Nach dem Prinzip der Mikrofonherstellung kann es in folgende Kategorien unterteilt werden:
(1) Bewegliches Mikrofon
Die Grundstruktur des dynamischen Mikrofons besteht aus Spule, Membran und Permanentmagnet. Wenn Schallwellen in das Mikrofon eintreten, vibriert die Membran unter dem Druck von Schallwellen. Die mit der Membran verbundene Spule beginnt sich im Magnetfeld zu bewegen. Nach dem Faradayschen Gesetz und dem Lenzschen Gesetz erzeugt die Spule Induktionsstrom.
Aufgrund der Spule und des Magneten ist das dynamische Mikrofon nicht leicht und empfindlich und der Hoch- und Niederfrequenzgang ist schlecht. Der Vorteil ist, dass der Klang weicher und für die Aufnahme menschlicher Stimme geeignet ist.
1. Schallwelle 2. Vibrationsfilm 3. Spule 4. Magnet 5. Ausgangssignal
(2) Kondensatormikrofon
Das Kondensatormikrofon enthält keine Spule oder keinen Magneten, und die Spannungsänderung wird durch die Änderung des Abstands zwischen den beiden Platten des Kondensators erzeugt. Wenn die Schallwelle in das Mikrofon eintritt, vibriert der Vibrationsfilm, da das Substrat fixiert ist, so dass sich der Abstand zwischen dem Vibrationsfilm und dem Substrat mit der Vibration ändert. Entsprechend den Eigenschaften der Kapazität ändert sich der Kapazitätswert C, wenn sich der Abstand zwischen den beiden Partitionen ändert, und die Leistung Q ändert sich, wenn sich C ändert. Da die feste Plattenspannung V im Kondensatormikrofon benötigt wird, wird zusätzliche Leistung benötigt, damit dieses Mikrofon funktioniert. Die übliche Stromversorgung ist Batterie. Aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit wird das Kapazitätsmikrofon häufig für Aufnahmen in hoher Qualität verwendet.
1. Schallwelle 2. Vibrationsfilm 3. Substrat 4. Batterie 5. Widerstand 6. Ausgangssignal
(3) Elektret-Kondensatormikrofon
Das Kondensatormikrofon benötigt normalerweise eine zusätzliche Stromversorgung, um zu arbeiten, aber das Elektret-Kondensatormikrofon kann keine zusätzliche Energie benötigen. Elektret wird auch als "permanenter elektrischer Körper" bezeichnet, der eine feste Anzahl von Ladungen aufweist. Die gesamte Leitung hat keinen Stromverbrauch (die Leitung entfernt den Akku und den Widerstand, wie in der obigen Abbildung gezeigt). Gemäß der Formel: q = Cu ändert sich bei einer Änderung von C zwangsläufig die Spannung u an beiden Enden des Kondensators, wodurch das elektrische Signal ausgegeben wird, um die Schallstromtransformation zu realisieren. Da der tatsächliche Kondensator eine kleine Kapazität hat, ist das elektrische Ausgangssignal sehr schwach, die Ausgangsimpedanz ist sehr hoch und kann mehr als 100 Megaohm erreichen. Daher kann es nicht direkt mit der Verstärkerschaltung verbunden werden und muss mit einem Impedanzwandler verbunden werden. Eine spezielle Feldeffektröhre und eine Diode werden üblicherweise zur Bildung von Impedanzwandlern verwendet. Da die Feldeffektröhre ein aktives Gerät ist, benötigt sie eine bestimmte Vorspannung und einen bestimmten Strom, um im Verstärkungszustand zu arbeiten. Daher muss dem Elektretmikrofon eine Gleichstromvorspannung hinzugefügt werden, um zu funktionieren.
(4) MEMS-Mikrofon
MEMS-Mikrofon bezeichnet ein Mikrofon aus MEMS-Technologie, das auch als Mikrofonchip oder Siliziummikrofon bezeichnet wird. Der Druckmessfilm des MEMS-Mikrofons wird direkt durch die MEMS-Technologie auf einen Siliziumchip geätzt. Der IC-Chip ist normalerweise in einige verwandte Schaltungen integriert, beispielsweise in einen Vorverstärker. Der größte Teil des MEMS-Mikrofondesigns ist im Prinzip eine Art Wechsel des Kondensatormikrofons. Das MEMS-Mikrofon verfügt häufig auch über einen Analog-Digital-Wandler, der direkt digitale Signale ausgeben und zu einem digitalen Mikrofon werden kann, um eine Verbindung mit der aktuellen digitalen Schaltung herzustellen. Das MEMS-Mikrofon wird hauptsächlich in einigen kleinen mobilen Produkten wie Mobiltelefonen und PDAs verwendet.
Es gibt andere Arten von Mikrofonen, über die hier nicht viel gesprochen wird.
2. Mikrofon-Rauschunterdrückung
Mit der Entwicklung der Technologie kann die andere Seite auch in einer sehr lauten Umgebung das Telefon deutlich hören, was hauptsächlich auf die Entwicklung der Rauschunterdrückungstechnologie zurückzuführen ist. In den aktuellen Mobiltelefonen sehen wir oft, dass es nicht nur ein Mikrofon gibt, sondern zwei oder sogar drei, und der Schlüssel zur Rauschunterdrückung ist der größere.
(1) Mikrofon-Rauschunterdrückung
Im Allgemeinen verfügt das Telefon über zwei Mikrofone, eines oben und eines unten. Beide sehen sehr klein aus, aber die beiden haben einen deutlichen Unterschied, bei dem die Unterseite für klare Anrufe verwendet wird, während die Oberseite zur Beseitigung von Rauschen verwendet wird.
Da sich der Abstand zwischen oben und unten von der Quelle der Stimme während des Anrufs unterscheidet, ist die Lautstärke, die von den beiden Weizen aufgenommen wird, unterschiedlich. Mit diesem Unterschied können wir das Rauschen herausfiltern und die menschliche Stimme behalten. Wenn Sie einen Anruf tätigen, ist die Lautstärke der Hintergrundgeräusche, die von den beiden Mikrofonen aufgenommen wird, im Wesentlichen gleich, während die aufgezeichnete Stimme einen Lautstärkeunterschied von etwa 6 dB aufweist. Nachdem der oberste Weizen Rauschen gesammelt hat, kann er verwendet werden, um Rauschen nach dem Erzeugen eines Kompensationssignals durch Decodieren zu beseitigen.
(2) Echos
Echo (oder Echo) bezieht sich auf die Reflexion des Geräusches durch Hindernisse. Wenn ein Hindernis angetroffen wird, passiert ein Teil der Schallwellen das Hindernis, während der andere Teil reflektiert wird, um ein Echo zu bilden. Wenn das Hindernis eine harte und glatte Oberfläche hat, kann leicht ein Echo erzeugt werden. Andernfalls ist es leicht, Schall mit weicher Oberfläche zu absorbieren. Darüber hinaus ist raue Oberfläche leicht Schall zu streuen. Das Echo ist länger als die direkt übertragenen, sodass es später als der direkte Ton zu hören ist. Wenn der Abstand zwischen zwei Schallwellenlinien weniger als 0.1 Sekunden beträgt, kann das menschliche Ohr nicht unterscheiden und nur der erweiterte Schall ist zu hören. Da die Schallgeschwindigkeit im Gas bei Raumtemperatur (343 ° C) 20 m / s beträgt, müssen Personen, die an der Schallquelle stehen, das Echo hören, und der Abstand vom Hindernis zur Schallquelle beträgt mindestens 17 m.
(3) Echounterdrückung
Oft besteht die Notwendigkeit, Weizen an eine Live-Übertragung anzuschließen, und die Echokompensation des gesammelten Tons ist erforderlich. Wenn sich das Mobiltelefon in der Situation befindet, Weizen anzuschließen, spielt das Mobiltelefon die Stimme des anderen Teilnehmers ab, sammelt sie mit einem Mikrofon und überträgt dann den gesammelten Ton an den anderen Teilnehmer. Auf diese Weise hört die andere Partei ihr eigenes Echo. Da die Schleife die ganze Zeit läuft, wird das Echo immer mehr und schließlich wird es ein Summen geben.
Bei der Echokompensation wird die vom Telefon selbst abgespielte Stimme entfernt, wenn der externe Ton des Mikrofons aufgezeichnet wird, sodass die Stimme des anderen Teilnehmers aus dem gesammelten Ton herausgefiltert wird, wodurch die Echogenerzeugung vermieden wird. Das folgende Bild zeigt den Mechanismus der Echokompensation.
Echounterdrückung
Am nahen Ende sammelt das Mikrofon den Remote-Ton vom Lautsprecher. Angenommen, der Ton ist y (n). Da es notwendig ist, den Remote-Sound zu senden, können wir natürlich das Sound-Signal vom Remote-Ende erhalten, vorausgesetzt, der Sound ist x (n). Es ist nicht schwer zu finden, dass x (n) von Lautsprechern gespielt, dann per Luft übertragen und schließlich per Mikrofon gesammelt und dann in y (n) geändert wird, wobei X (n) und Y (n) eine offensichtliche Korrelation aufweisen. Unter der Annahme, dass das vom Mikrofon gesammelte Gesamtschallsignal Z (n) ist, muss y (n) in Z (n) durch adaptives Filtern gemäß X (n) gefunden werden, und dann wird y (n) aus Z (herausgefiltert) n).
3 、 Tonaufnahme
Das Prinzip des Mikrofons wurde bereits beschrieben. Nachdem das Mikrofon in Ton umgewandelt wurde, wird es in ein analoges elektrisches Signal umgewandelt. Danach ist es notwendig, ein analoges elektrisches Signal in ein vom Computer erkanntes analoges Signal umzuwandeln.
Die Audioaufnahme kann in Android zum Aufnehmen von Ton verwendet werden, und der aufgenommene Ton kann als PCM-Ton eingestellt werden. Um Ton in Computersprache auszudrücken, muss Ton digitalisiert werden. Die gebräuchlichste Art, Ton zu digitalisieren, besteht darin, PCM (Pulscodemodulation) durch Pulscode zu modulieren. Der Ton wird durch das Mikrofon geleitet und in eine Reihe von Spannungsänderungssignalen umgewandelt. Um ein solches Spannungsänderungssignal in ein PCM-Signal umzuwandeln, sind drei Prozesse erforderlich: Abtastung, Quantifizierung und Codierung. Um diese drei Prozesse zu implementieren, werden drei Parameter benötigt: Abtastfrequenz, Anzahl der Abtastbits und Anzahl der Kanäle.
Pulscodemodulation
(1) Abtastfrequenz
Die Abtastfrequenz ist die Abtastfrequenz, die sich auf die Häufigkeit bezieht, mit der Tonabtastungen pro Sekunde erhalten werden. Je höher die Abtastfrequenz, desto besser die Klangqualität, desto realer ist die Klangwiederherstellung, sie beansprucht aber auch mehr Ressourcen. Da die Auflösung des menschlichen Ohrs sehr begrenzt ist, kann eine zu hohe Frequenz nicht unterschieden werden. Es gibt 22 kHz, 44 kHz und andere Pegel in 16-Bit-Soundkarten, von denen 22 kHz der Klangqualität eines normalen FM-Rundfunks entsprechen, 44 kHz der CD-Klangqualität entsprechen und die derzeit häufig verwendete Abtastfrequenz nicht mehr als 48 kHz beträgt.
(2) Probennummer
Die Anzahl der Abtastbits ist der Abtastwert oder der Abtastwert (dh die Abtastamplitude wird quantifiziert). Mit diesem Parameter wird die Tonschwankung oder die Auflösung der Soundkarte gemessen. Je größer der Wert, desto höher die Auflösung, desto stärker ist die Fähigkeit des erzeugten Klangs.
Im Computer wird die Abtastnummer im Allgemeinen in 8 Bit und 16 Bit unterteilt. 8 Bits bedeuten nicht, dass die vertikalen Koordinaten in 8 Teile unterteilt sind, sondern in 8 mal 2, nämlich 256; Aus dem gleichen Grund teilen 16 Bits die vertikalen Koordinaten in 65536 Teile der 16-er Ordnung von 2.
Je größer die Abtastrate und die Abtastgröße sind, desto näher ist die aufgezeichnete Wellenform dem ursprünglichen Signal.
(3) Anzahl der Kanäle
Es versteht sich von selbst, dass es eine Unterteilung von Mono und Stereo gibt und Mono-Sound nur von einem Lautsprecher erzeugt werden kann (von denen einige auch verarbeitet werden können, wenn zwei Lautsprecher denselben Soundkanal ausgeben). Das PCM von Stereo kann beide Lautsprecher klingen lassen (im Allgemeinen gibt es eine Arbeitsteilung zwischen dem linken und dem rechten Kanal) und es kann einen räumlicheren Effekt spüren.
Jetzt können wir also die Formel für die Kapazität der PCM-Datei erhalten:
Speichermenge = (Abtastfrequenz, Abtastnummer, Kanalzeit) / 8 (Einheit: Bytes)
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