分贝
物理学上使用了“分贝”的概念。对于声音,“分贝”是这样定义的:我们将某一个声压值定义为“标准值”(0分贝),这是一个固定的值;任何一个声音,都和这个标准值相除,取结果的对数(以10为底),再乘以20,这样算出来的就是这个声音的分贝。写成公式就是:
GdB(33)=20log10(V1/V0)
其中:GdB为分贝;V0为声压标准值;V1为声压测量值。
可以自己算下标准Vo:汽车的压强是0.2pa,分贝是80 由此20log10(0.2/V0) = 80,得到V0大小为
2∗10−5Pa(20μPa)
这个Vo也是0分贝时的值
通过上面对“分贝”的描述,我们会发现:
- “分贝”并不反映声音的绝对响度,它是以某一个声音为基准,描述声音响度的相对关系。科学一点说,它把一个指数增长的物理量转换成了线性增长的物理量,便于计算。
- “0分贝”并不代表“没有声音”,它只是一般认为人类能听到的最小声音而已。完全有可能有比0分贝还弱的声音(比如4米外的一只蚊子),那就是负分贝了。
- 上面提到的2∗10−5Pa,是用于计算“在空气或其它气体中传播的声音”时使用的标准值。当计算通过水下等液体介质传播的声音时,就要采用不同的标准值(1∗10−6Pa,1μPa)。这意味着,如果有同样分贝的空气中的声音和水下的声音,它们各自代表的声压强度是不一样的。
采样定理
奈奎斯特在1924年指出:一个带宽受限的连续信号可以用一个离散的采样点序列替代,这种替代不会丢失任何信息。
采样定理还明确指出:采样频率必须至少为信号最高频率的两倍。
也就是说,如果我们需要采集20Hz ~ 20kHz的声音,只要采样频率高于40KHz的话,声音就不会有任何损失。
为什么要是两倍呢,我们看下面的分析:
在40khz的信号下,如果按照48khz的采样,那么在一个时钟周期内,我们大约可以采到一个点,而一个周期是一个完整的正弦波,这会导致我们在连接采样点时出现混叠的情况
频域(frequency domain)
网上的一张gif图,表示了频域和时域的关系:
时域的坐标系里,横轴是时间,在频域的坐标系里,横轴是正弦曲线,或者说是每个给定频带内的信号量
频域主要是用于观察一个信号在不同频率下的分布,以频率为横轴时,可以统计出信号在低频,中频,高频的分布情况
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可以看到,当正弦函数在同一个周期时,也就是频率hz相同时,他们的振幅也可能不同,也就是频率相同,振幅不同
频域的纵轴时幅度,时域的纵轴是频率