于方军 贾刚

声音文件可以简单看是一组频率、响度、音色构成的数据，这些数据遵从一定的规律按照时间维度组织起来，就构成了音乐和语言，由于增加了时间维度，所以它不像图像那样用一张纸就能保存下来。在物理学中，关于声音的描述是它由物体振动产生的，振动的本质是位移关于时间的函数。在现实生活中，听到的声音信号都是随时间连续变化的，这种信号叫模拟信号，而计算机存储和使用的都是数字信号，所以需要把模拟信号转化成数字信号后才能在计算机中使用。

本文将以声音数据为核心，探寻如何对声音进行数字表示与处理，并通过开源硬件实验让学生体验音乐的构成。

● 声音编码：模拟声音的数字化过程

模拟声音转化为数字信号分为采样、量化、编码三个过程，如图1所示。在计算机上录音就是把模拟声音信号转换成数字信号，而播放时则是把数字信号还原成模拟信号输出，这两个过程一般通过计算机上配置的声卡来实现。采样过程是按照一定的时间间隔在连续的波上进行间隔取值，如图1取了10个样。1秒钟采样次数称为采样频率，常用采样频率有8kHz、11.025kHz、32kHz、44.1kHz、48kHz等，8kHz就是1秒钟采样8000次，采样频率越高，声音的还原就越真实越自然，但数据量就会越大。量化过程就是给纵坐标定一个刻度，记录每个采样的纵坐标值。编码过程是将每个量化后的样本值转换成二进制编码。而整个数字化过程就是将所有样本二进制编码连起来存储在计算机上，这样就把模拟信号转换成了数字信号。……