嵌入式audio基础（六）音量

声音是因物体的振动而产生的一种物理现象。振动使物体周围的空气绕动而形成声波，声波以空气为媒介传入人们的耳朵，于是人们就听到了声音。因此，从物理上讲，声音是一种波。用物理学的方法分析，描述声音特征的物理量有声波的振幅（Amplitude）、周期（Period）和频率（Frequency）。因为频率和周期互为倒数，因此，一般只用振幅和频率两个参数来描述声音。

其中，频率反映声音的高低，振幅反映声音的大小。声音中含有高频成分越多，音调就越高，也就是越尖，反之则越低；声音的振幅越大，声音则越大，反之则越小。需要指出的是，现实世界的声音不是由某个频率或某几个频率组成，而是由许多不同频率不同振幅的正弦波叠加而成。



这里选取了一段外挂音频的音量设置寄存器的截图，可以看出寄存器的设置step是２db。

db的出现是为了简化数字表达出现的，原理是利用对数表示。

db = 10*lg(放大倍数)

如果是增益放大十万倍：

X = 100000 = 10^5

Lx(dB) = 10*lg(10^5W/1W) dB= 10*lg(10^5) dB= 50 dB

如果衰减十万倍

X = 10^-5

Lx(dB) = 10*lg(X) dB= 10*lg(10^-5) dB= -50 dB

这里可以看出有几个好处：

１．简化书写　

１０００００的书写简化成５０ｄｂ

２．简化运算

一般音频都会分前端放大和后端放大，例如前端放大１０倍后端放大１０倍，计算起来就需要　１０＊１０=１００倍，如果利用ｄｂ来进行计算就将乘法简化成加减法，前端１０ｄｂ后端１０ｄｂ，直接１０ｄｂ＋１０ｄｂ＝１００ｄｂ。

３．符合人体对声音的感知。

这个就需要从一个心理学讲开。

Weber–Fechner law

韦伯-费希纳定律是表明心理量和物理量之间关系的定律。德国生理学家韦伯(1795－1878)发现同一刺激差别量必须达到一定比例，才能引起差别感觉。这一比例是个常数，用公式表示：Δr(刺激差别量)/r(刺激量)=k(常数)，这就是韦伯定律。

为了描述连续意义上心理量与物理量的关系，德国物理学家费希纳(1801－1887)在韦伯研究的基础上，于1860年提出了一个假定：把最小可觉差（连续的差别阈限）作为感觉量的单位，即每增加一个差别阈限，心理量增加一个单位，这样可推导出如下公式：S = k ln I + C（S为感觉量、K为常数、I为物理量，C是积分常数）……通式： S = k log I。其含义是感觉量与物理量的对数值成正比。也就是说感觉量的增加落后于物理量的增加，物理量成几何级数增长，心理量成算术级数增长，这个经验公式被称为费希纳定律或韦伯-费希纳定律。适用于中等强度的刺激。

举个例子就是：

昨天早上的报纸还卖五毛，今天涨到一块了，肯定觉得这个报摊的老板是疯了一次张这么多。

一套房子原来１００万的，现在１０１万了，就感觉这房子根本没涨啊。

报纸涨了五毛的涨幅肯定是远远小于房价一万元的涨幅，但是他的翻番的涨幅是远远大于房价１％的涨幅。给人的感觉也是涨幅大的感觉强烈。

同理引申到声音对人体的刺激，如果线性的增大声音幅度，肯定是前面变化太小无法感知增长，后期增长有太高。所以音量的调节页用了db单位作为step。