音频信号处理

音频信号处理是信号处理的一个子领域，涉及到音频信号的电子操作。音频信号是声波的电子表示--在空气中传播的纵波，由压缩和稀疏组成。音频信号中包含的能量通常以分贝为单位进行测量。由于音频信号可以用数字或模拟格式表示，处理可以发生在任何一个领域。模拟处理器直接对电信号进行操作，而数字处理器对其数字表示进行数学操作。

音频信号处理的动机开始于20世纪初的电话、留声机和无线电等发明，这些发明允许传输和存储音频信号。音频处理对于早期的无线电广播是必要的，因为演播室到发射器的链接存在许多问题。信号处理的理论及其在音频方面的应用主要是在20世纪中期的贝尔实验室发展起来的。克劳德-香农和哈里-奈奎斯特在通信理论、采样理论和脉冲编码调制（PCM）方面的早期工作为该领域奠定了基础。

1957年，马克斯-马修斯成为第 一个用计算机合成音频的人，诞生了计算机音乐。

数字音频编码和音频数据压缩的主要发展包括：

1950年贝尔实验室的C.ChapinCutler的差分脉冲编码调制（DPCM）、1966年FumitadaItakura（名古屋大学）和ShuzoSaito（日本电报电话公司）的线性预测编码（LPC）、P.Cummiskey的适应性DPCM（ADPCM）。

Cummiskey、NikilS.Jayant和JamesL.Flanagan于1973年在贝尔实验室提出，NasirAhmed、T.Natarajan和K.R.Rao于1974年提出离散余弦变换（DCT）编码，以及J.P.Princen、A.W.Johnson和A.B.Bradley于1987年在萨里大学提出修改的离散余弦变换（MDCT）编码。

LPC是感知编码的基础，被广泛用于语音编码，而MDCT编码被广泛用于现代音频编码格式，如MP3和高级音频编码（AAC）。

模拟音频信号是一种由电压或电流表示的连续信号，与空气中的声波类似。模拟信号的处理包括通过电路改变电压或电流或电荷来物理地改变连续信号。

历史上，在广泛的数字技术出现之前，模拟是操纵信号的唯 一方法。从那时起，随着计算机和软件的能力越来越强，价格越来越低，数字信号处理已经成为首选的方法。然而，在音乐应用中，模拟技术往往仍然是可取的，因为它经常产生非线性响应，而这些响应是数字滤波器难以复制的。

数字表示法将音频波形表达为一连串的符号，通常是二进制数字。这允许使用数字电路进行信号处理，如数字信号处理器、微处理器和通用计算机。

大多数现代音频系统使用数字方法，因为数字信号处理的技术比模拟域信号处理要强大和有效得多。

处理方法和应用领域包括存储、数据压缩、音乐信息检索、语音处理、定位、声学检测、传输、噪声消除、声学指纹、声音识别、合成和增强（如均衡、过滤、电平压缩、回声和混响的去除或增加等）。

音频信号处理是在广播音频信号时使用的，以提高其保真度或优化带宽或延时。在这个领域，最重要的音频处理就发生在发射器之前。

这里的音频处理器必须防止或尽量减少过调制，补偿非线性发射器（中波和短波广播的一个潜在问题），并将整体响度调整到所需水平。

有源噪声控制是一种旨在减少不需要的声音的技术。通过创造一个与不需要的噪音相同但极性相反的信号，这两个信号由于破坏性的干扰而抵消。

音频合成是音频信号的电子生成。完成这一工作的乐器被称为合成器。合成器可以模仿声音或产生新的声音。音频合成也被用来用语音合成生成人类的语言。

音频效果可以改变乐器或其他音源的声音。常见的效果包括失真，在电蓝调和摇滚乐中经常使用电吉他；动态效果，如音量踏板和压缩机，影响响度。