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计算机是怎样听声音的?

声音本质上是空气的振动。声音听起来是尖细的还是粗犷的,与空气振动的频率是高还是低有关;而声音大还是小,则与空气振动的强度大小有关我们之所以能听到声音,就是因为我们耳朵中的鼓膜被空气振动带动,把振动变成了电信号,通过神经传递给我们大脑

那么,计算机没有耳朵,它又是怎么听到声音的呢?这就要靠几样东西了。一个是麦克风,它里面有一片薄膜,像我们耳朵的鼓膜一样,把空气的振动转换成电信号。另一个就是声卡,它会处理这些电信号,把它转换成计算机可以识别的二进制数据,即许多“1”和“0”组成的字符串。

然而,声波是一种连续的波(称为模拟信号),而“1”和“0”则是不连续的数字信号。怎样才能把声波“不间断”地记录下来呢?这个问题就交给声卡来处理了。当它接收到计算机“听声音”的命令后,就会每隔一定时间对收到的变化电流(也就是声波的信息)做一个记录,记录下声波的振动频率和振动幅度。这个过程称为采样。采集样本的间隔时间越短,即采样频率越高,失真度就越小。如果我们仅仅要求“听得清”的语音效果,那么每秒进行11000次的采样就够了,如果我们要听音乐效果,则需要22000次采样,而高保真的效果每秒需要44000多次采样。这个频率足以覆盖人耳所能听到的音频范围,甚至还能接收到人耳听不到的超声波呢。

采样以后,声卡中的A/D转换器,也就是一种将模拟信号转换为数字信号的器件,就会把采样记录得到的电流(声波)信息转变成数字信号

一次采样得到的声波振幅信息,经过A/D转换器的转换,就变成了一段“台阶”。“台阶”的高低就表示了不同频率声波的不同振幅。振幅的分辨率是由A/D转换器的位数决定的,位数越高,其能够分辨的声波振幅就越精细。比如8位声卡可以分辨的声音从最低到最高可以达到28共256个级别,而16位声卡则可以分辨216共65536个级别。这些信息最终都被声卡转为用“0”和“1”表示的信号,供计算机存储和处理。计算机也就这样“听”到了声音

计算机能“听见”声音后,录音就变得更容易了。由于是用“0”和“1”这样的数字信息来存储声音,录音信息放多少年也不会失真。利用它还可以做很多以前难以想象的事。比如,用它来看大门,回家的时候只要说一句话,门就会打开;用它来侦听海里的潜艇,可以迅速分辨出潜艇的型号,甚至精确到是哪一艘,因为不同舰船的声音都各不相同,聪明的计算机就会拿“听”到的声音数据和以前存储的声音数据作比较,来判断是不是同一个对象。这种工作就叫作“模式识别”,正在被越来越广泛地应用到我们生活中。