目录

#️ 分贝(Decibel)

#️ 赫兹(Hertz)

#️ 声音频谱(Sound Spectrum)

#️ 采样率(Sampling Rate)

#️ 采样位(Sampling Bit)

在数字音频中，声音信号的可视化观测属性单位为响度(分贝)与频率(赫兹)。

分贝是量度两个相同单位之数量比例的计量单位，主要用于度量声音强度，常用dB表示。换句话说，在使用分贝时，表达的是对于两事物的比较，度量一个事物相对于另一个事物某一个量的比率。这个量即计量单位，可以是功率、场强或声压。

—————— ✨例子  ——————

例如枪声的响度是140dB，这表达的是子弹发射产生的声压之比，与其进行度量比较的是人类的听觉响度阈值(即门槛)0dB，相对于此，枪声的声压即为其的+140%。 

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在数字音频处理中，理论上声音信号的量程为[-∞,0]dB，我们常用音量表(VU meter)来观察声音的响度，使用推子(Fader)将声音信号进行增加和减弱。

1️⃣音量表(VU meter)

声音信号在0dB时为满量程(Full scale)，也称作DBFS(Decibel Full Scale) 或 LUFS(LU指响度)。在实际中，超出0dB(LU)的信号将会被削减(Clipping)，削减为一种失真形式，该失真与摇滚乐中的失真并不相同，我们在做音频处理时应尽量避免出现该类失真，有关为何会出现削减现象会在下文解释。

2️⃣推子(Fader)

在表盘中指的是对声音信号的响度进行增加或减弱，当推子位于0dB时，表示保持原声音信号响度输出，当推子大于0dB时，表示对信号进行增益，反之减弱。

赫兹，是国际单位制中的频率单位，它是每秒钟的周期性变动重复次数的计量，表示物体每秒钟震动多少次。一般人耳能听到的最低频率为20Hz。

次低频

Sub Bass

次底鼓

钢琴极低音

力量感

难以听到

低频

Bass

底鼓、贝斯

低音提琴

中低频

Lo Mid

钢琴主区八度

人声

大部分

声音信息

中频

Mid

大多数乐器

人声

最详细

细节信息

中高频

Upper Mid

人声、乐器音色

打击乐音色

音色

信息

感知域

Presence

清晰度

信息

空气域

Air

谐波

信息

自然界中的声音在数字音频上的可视化是通过声音频谱来实现的，在声音频谱显示器中，水平轴方向表示的是频率(Hz)，垂直轴方向表示响度(振幅)(dB)。声音由基频(Fundamental frequency)和谐波(Harmonic wave)构成。

1️⃣基频(Fundamental frequency)

基频是声音的基准频率，一般为最低频率下振幅最高的点位(区位)。

2️⃣谐波(Harmonic wave)

谐波是在基频之外的高频率中的震动，能够帮助我们分辨乐器的音色

对于同一音调，不同乐器进行弹奏，其声音频谱基频相同，谐波不同。

—————— ✨例子  ——————

下图为使用钢琴和大提琴进行弹奏的A2(110Hz)音调频谱。红色框区域为基频，蓝色框区域为谐波。将两者频谱进行合并比较，可以发现其基频相同，故都是弹奏同一音调，但谐波不同，因为乐器的音色表现不同。

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采样频率，也称为采样速度或者采样率，定义了单位时间内从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹（Hz）来表示。采样频率的倒数是采样周期或者叫作采样时间，它是采样之间的时间间隔。通俗的讲采样频率是指计算机单位时间内能够采集多少个信号样本。

自然界中的声音信号为模拟信号，我们需要使用声卡将麦克风录制下来的模拟信号转换成数字信号，形成计算机可以识别的0和1数据。声卡中的模数转换器(ADC, Analog to Digital Converter)会以特定的时间或间隔对信号进行采样，这个间隔被称为采样率。一般家庭录音使用的采样率是44100Hz，即音频接口每秒对模拟信号进行44100次采样，然后将测量值样本转换为二进制数据并发送到计算机当中。播放计算机硬盘中存储的音频时，将二进制数据通过声卡进行数模转换，尽可能还原原始波形并输出。

即采样值或取样值，用来衡量量化的参数，是指声卡数字信号的二进制位数。声卡的位客观地反映了对输入信号描述的准确程度。 声卡的主要的作用之一是录制与回放，在这个过程中采样的位数决定了采集的质量。

在采样时，如果采样位为4bit，则其振幅的取样值由四位二进制数字组成，即采样样本可表达为个可能值，意味着样本的幅度只能表示为1到16的比例，声音频谱波形的垂直方向单位(幅度)最大值为16。采样位越高，则信号处理的分辨率和保真率也就越高，所以我们往往需要更高的采样率(次数)或采样位(深度)。大多数家庭录音的采样位为16bit，专业录音室往往使用32bit的采样位，来保证准确地重塑原始的音频信号。

在数字音频处理中，我们应尽量避免信号幅度超过采样位取样值的最大值，当信号幅度超出最大值时，系统将无法表达这些数据，并默认以最大值进行返回，因此，波形在超过最大值时将会被截断，即削波(Clipping)。

在大多数音量表中，出现削波的部分会用红色或橙色来表示。

End

参考数据：

百度百科-分别；百度百科-赫兹；百度百科-采样；Presonus Studio One。