声波的物理性质与信号处理流程
1. 声波的物理属性
- 属于物理信号：声波是机械波（纵波），通过介质（如空气、水）的振动传播，本质是气压的周期性变化，属于物理现象。
- 非电磁波：与电磁波（如无线电、光）不同，声波依赖介质传播，真空中无法传播。
2. 声波的采集与处理流程
（1）采集阶段：声波 → 模拟电信号
- 麦克风（传感器）：
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- 声波振动麦克风的振膜，通过电磁感应（动圈麦克风）或电容变化（电容麦克风）转换为连续的模拟电信号。
- 输出信号为电压波动，其频率和幅度对应声波的频率（音高）和振幅（音量）。
（2）模拟信号 → 数字信号（ADC转换）
- 抗混叠滤波： 先通过低通滤波器去除高频噪声（避免采样时的信号混叠）。
- 采样（Sampling）： 按固定频率（如44.1 kHz）采集模拟信号的瞬时值（奈奎斯特定理要求采样率≥2倍信号最高频率）。
- 量化（Quantization）： 将采样值离散化为二进制数字（如16-bit量化，将振幅分为65,536级）。
- 编码（Encoding）： 生成数字音频文件（如WAV、MP3），可能经过压缩（有损/无损）。
（3）存储与传输
- 数字信号以二进制形式存储（如硬盘、闪存）或传输（如网络流媒体）。
3. 播放流程：数字信号 → 声波
（1）数字信号 → 模拟信号（DAC转换）
- 解码：读取数字文件（如MP3解码还原PCM数据）。
- 数模转换（DAC）：将离散数字值转换为连续模拟电压信号。
- 平滑滤波：通过低通滤波器消除转换后的阶梯状波形，输出平滑模拟信号。
（2）模拟信号 → 声波
- 功率放大：放大模拟信号驱动扬声器。
- 扬声器振动：电流通过线圈产生磁场，推动振膜振动空气，重现声波。
4. 关键参数
- 采样率：常见44.1 kHz（CD）、48 kHz（影视）、96 kHz（高保真）。
- 位深度：16-bit（CD）、24-bit（专业录音），决定动态范围。
- 声道数：单声道、立体声（2声道）、环绕声（5.1/7.1）。
5. 应用示例
- 录音棚：麦克风 → 音频接口（ADC） → 电脑（数字处理） → DAC → 监听音箱。
- 手机通话：麦克风采集 → 芯片ADC → 数字压缩传输 → 接收端DAC → 听筒发声。
整个过程体现了物理信号→模拟信号→数字信号→物理信号的完整转换链。
