数字音频技术

本书是数字音频相关知识的基础指南，以目前市场上主流视听音响系统为例，全面论述了数字音频技术。本书以通俗易懂的文字描述了当今音频设备及其背后的各种技术。根据知识的逻辑性与系统性，首先阐述了声学基本原理和电声技术的基本物理量，为后续学习奠定理论基础，然后介绍实际生活中人们对音质的评价和有关调音的技巧，并结合数字音频的特点和发展方向，由浅入深地讲述音频的数字化与音响系统的组成、操作、调教与保养，很后介绍有关录音的技术。这样的安排，体现了理论和实际相结合的理念，以适应不同层次读者的需要。对书中涉及的原理与技术的难点，给出了图表等实例，帮助读者加深理解。每章附有习题，便于读者深入学习和思考。
本书可作为高等学校电子信息类专业及相近专业（信息工程、数字媒体技术、影视艺术与技术等）的主干课教材，也可供从事音频技术、影视技术、多媒体技术等工作的工程技术人员阅读、参考。

第1章基本声学原理1
1.1声学的基本物理量1
1.1.1响度2
1.1.2音调3
1.1.3音色4
1.1.4频率与频谱4
1.1.5倍频程6
1.1.6相位6
1.1.7声压与声压级7
1.1.8反射7
1.1.9绕射8
1.1.10干涉9
1.2人耳的听觉效应9
1.2.1掩蔽效应9
1.2.2哈斯效应10
1.2.3双耳效应10
1.2.4颅骨效应11
1.2.5鸡尾酒会效应11
1.2.6回音壁效应11
1.2.7多普勒效应11
1.3电声技术中声音的物理量12
1.3.1分贝12
1.3.2信噪比14
1.3.3延时14
1.3.4混响15
1.3.5平均自由程151.3.6功率15
1.3.7平均功率、有效功率与最大功率16
1.3.8音乐功率16
1.4立体声概念16
习题19
第2章音质评价与调音技巧20
2.1音质的评价20
2.1.1音质的评价用语20
2.1.2音质的主观评价与技术指标的关系21
2.2声音三要素对调音的影响24
2.2.1响度对调音的影响24
2.2.2音调对调音的影响25
2.2.3音色对调音的影响25
2.3人耳的听觉对调音的影响25
2.3.1听力对调音的影响25
2.3.2掩蔽效应对调音的影响26
2.3.3哈斯效应对调音的影响27
2.4室内环境及其对调音的影响27
2.4.1室内环境声学27
2.4.2室内声场的组成对调音的影响32
2.4.3室内传输响应对调音的影响34
2.5厅堂音质的测量37
2.6厅堂扩声特性的测量40
2.6.1传输频率特性的测量40
2.6.2传声增益的测量42
2.6.3反馈系数的测量42
2.6.4最大声压级的测量43
2.6.5系统失真的测量44
2.7常见乐器的频率特性45
2.8乐队的布局及乐器的拾音48
2.8.1乐队的类型48
2.8.2乐队的布局49
2.8.3乐器的拾音51
2.9人声的拾音53
2.10对人声的调音53
2.10.1对主持人的调音53
2.10.2对歌手的调音54
2.10.3对童音的调音55
2.11伴奏音乐与歌声的比例56
2.12音乐酒廊与咖啡厅的调音57
2.13摇滚乐的调音57
2.14声像的统一协调59
习题60
第3章音频数字化61
3.1数字化基础61
3.1.1数制61
3.1.2二进制62
3.1.3二进制单位64
3.2模拟与数字64
3.3模数转换66
3.3.1采样66
3.3.2量化69
3.3.3编码71
3.4编解码器74
3.4.1音频压缩编码的基本原理74
3.4.2有损压缩75
3.4.3无损压缩76
3.4.4常见编解码器77
3.5数字音频格式83
3.6存储86
3.6.1存储介质分类86
3.6.2存储介绍87
3.6.3存储介质发展历史介绍89
第4章常用音响设备的操作使用91
4.1音响系统的组成91
4.2音响设备的操作使用92
4.2.1调音台92
4.2.2效果器100
4.2.3激励器106
4.2.4压限器108
4.2.5扩展器与噪声门111
4.2.6声反馈抑制器113
4.2.7均衡器118
4.2.8分频器123
4.2.9功率放大器126
4.2.10话筒、扬声器及音响130
4.3音响系统的基本操作143
4.4音响系统的配接144
4.4.1配接的原则144
4.4.2音响系统接插件及其接法145
4.4.3音响设备间的连接147
4.4.4设备间配接的灵活运用150
4.5音响系统连接实操152
4.5.1调音台152
4.5.2音响与功放机的连接158
4.6家庭AV系统161
4.7家庭影院系统161
4.7.1环绕声系统161
4.7.2THX家庭影院系统166
4.7.3DTS数字影院系统167
4.7.4多媒体家庭影院系统与双声道环绕声系统168
4.7.5DSP数字声场处理系统173
4.7.6HDCD技术174
习题175
第5章音响设备常用连接头及音视频线材的制作方法177
5.1模拟音频接口177
5.1.1TRS接头177
5.1.2RCA接头179
5.1.3XLR接头179
5.2数字音频接口180
5.2.1S/PDIF180
5.2.2HDMI181
5.3平衡信号和非平衡信号182
5.4常用的音频线材183
5.4.1话筒线183
5.4.2音频连接线183
5.4.3音频信号缆183
5.4.4音响线184
5.5线材的制作184
5.5.1卡侬(平衡)线的制作185
5.5.2大三芯(平衡)线的制作188
5.5.3大三芯对卡侬头(公、母)线材的制作188
5.5.4音源(非平衡)线的制作(大二芯对莲花头)189
5.5.5其他非平衡线材的制作190
5.5.6平衡转非平衡线材的制作190
5.5.7insert线的制作191
5.5.8便携式CD/MD/MP3的音源线材制作194
5.5.9音响线的制作194
5.5.10视频线的制作197
小结197
第6章音响系统的整体操作调校与保养198
6.1音响系统的系统调校198
6.1.1音量调控198
6.1.2压限调控201
6.1.3频率均衡调控202
6.1.4混响调控206
6.1.5立体声扩声的校准和调整209
6.1.6演出过程中调音员应注意的问题210
6.2普通重放音响系统现场录音的连接与调校211
6.3一般常见故障的判断213
6.3.1故障检查213
6.3.2常见故障213
6.3.3检修时应注意的问题214
6.3.4音响设备的维护保养措施216
6.4家庭影院的布局与调校217
6.4.1室内声学环境的影响217
6.4.2音响的摆放218
6.4.3家庭影院系统的音频和视频调校220
习题221
第7章录音技术223
7.1录音的概念223
7.2录音的发展历史223
7.3录音流程226
7.4录音分类226
7.4.1实况立体声录音226
7.4.2实况混录227
7.4.3多轨录音机和调音台的录音227
7.4.4独立的数字音频工作站(DAW、录音机调音台)录音228
7.4.5计算机DAW(数字音频工作站)录音228
7.4.6MIDI(乐器数字接口)音序录音228
7.5录音棚229
7.5.1概念229
7.5.2设计要求230
7.5.3主要设备231
7.5.4专业录音棚参考案例233
附录A电工基础知识235
参考文献238

前
言传统的声音记录方式就是将模拟信号直接记录下来，随着计算机技术的发展，特别是海量存储设备和大容量内存在计算机上的实现，对音频媒体进行数字化处理便成为可能。
近年来针对数字音频处理和编解码，国内外有着不少相关研究资料及著作，但略显不足的是，目前较常见到的都是关于编解码技术、数字音频制作与编辑、录音技术与数字音频制作等方面的书籍，它们大多是从一个角度介绍数字音频的理论和技术，还缺少一本适合不同学生专业背景，并突出实践的教材。同时，数字媒体技术的发展很快，一些声音处理方面的新技术、新设备，以及新的艺术潮流等不断涌现，以前选用的教材已经很难满足发展的需要，应尽快将新鲜知识纳入教学内容。此外，从社会需求来看，到底需要学生掌握哪些知识和技能，从已有教材来看，也很少有体现。
本书在编写的时候，遴选并吸纳了几位社会上从事音响技术与艺术创作的工程师，重点从用人单位的角度，对数字音频的知识点进行了取舍。本书涵盖数字音频技术基础和具体音响设备两大部分，共分为7章。第1章介绍了声音的基本原理和电声技术的基本物理量，重点讲述了人耳的7大听觉效应。第2章介绍了音质的评价，重点讲述了不同环境下，对不同声源的调音技术。第3章介绍了声音的编码和解码过程与技术，重点讲述了数字音频的格式与封装技术。第4章介绍了音响系统的组成和基本操作，重点讲述了音响设备的配接与操作。第5章介绍了音响设备的常见接口，重点讲述了常用的音频线材与制作技术。第6章介绍了音响系统的整体调教和保养，重点介绍了常见故障的判断与处理。第7章介绍了录音的发展，重点讲述了录音的分类和录音棚设计与设备应用。本书从数字音频技术的基本知识，到具体的音质评价、调音、音响设备连接和操作，论述全面、系统、详细、周全。不仅如此，本书从可读性和实用性出发，尽可能以市场上主流音响设备为例来进行介绍。期望读者能通过本书，特别是书中大量的图片和示例，对数字音频技术基础，主要是数字音频具体应用方面有比较全面的了解，掌握电声技术中的物理量、音质评价的基本理论；了解声音编码和解码的过程与方法；熟悉调音和音响设备的基本理论和操作方法以及音响系统的调教保养故障分析；了解录音的发展历史、当前的录音设备以及一些新的技术进展。
本书在编写过程中引用了很多数字音频领域的专家和前人的研究成果，参考了有关企业资料，在此谨向这些企业、专家、学者、作者表示衷心的感谢，他们的工作使我们的生活进入了数字音频时代。
由于编者水平有限，时间仓促，书中不足之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

编者2017年8月