数码录音机原理

数字录音机设计方案：

一个使用统一建模语言（UML）设计嵌入式系统的实例

， 着， 译

摘要

本文内容是采用统一建模语言（UML）对一个嵌入式系统进行面向对象分析和设计的实例。被分析的系统是一个数字录音机或称口授留声机。设计实现采用一个嵌入式微处理器和C++编码。

关键字：面向对象的设计，UML，嵌入式系统

1 简介

统一建模语言(Unified Modeling Language-UML)[BJR1,BJR2]提供了一套标准的符号来表示面向对象的软件分析和设计方法[CY90,MO92,SS95]。使用UML 图表能够对很复杂的系统建模，包括实时嵌入式系统。

然而，UML并不是软件开发过程，也没有严格区分软件工程中各开发阶段。

UML定义了一套由不同图表组成的标记符号，但是并没有描述怎样创建和应用这些图表。[Dou98] 介绍了使用UML和面向对象的分析设计技术建造实时嵌入式系统。本文由Douglass撰写，描述了使用UML对一个数字录音机（或口授留声机）系统进行面向对象设计和实现的过程。 目前市场上已经有一些数字录音机商业化产品。本文我们描述的模型参照了一家著名厂商的类似产品的设计。相关需求说明参见本文第二节。第三节讨论系统的对象模型给出主类图。第四节继续进行面向对象的分析，但是主要讨论每个对象内部的行为。第五节进行系统结构设计。包括数字录音机的硬件结构，以及并行处理模型，在该模型内，为每个对象将分配一个可执行的线程。第六节将定义不同对象之间的合作关系。并通过设计模式[GHJV95]

将分析阶段定义的类整合。详细设计在第七节进行讨论。最后，第八节讨论系统实现。我们使用C++进行软件的开发，硬件平台采用一个32位RISC(精简指令集计算机)嵌入处理器。

2 需求分析

数字录音机是一个电子消费产品，用来录制和回放语音。通过内置的麦克录制语音信息，然后将信息保存在数字内存中。使用者可以很方便的在任何时候回放任意录制好的信息，声音将通过设备前端的扬声器播放。该产品将具有体积小、重量轻、使用方便等特点。图 2.1

录音技术基础知识

基本录音/多轨录音

无论是盒式磁带录音机、数码多轨录音机、硬盘录音机,还是其它录音媒体,其录音过程大致相同,目的都是将声音获取到缩混带上;

做此工作,录音工程师采用两个步骤：

1、 多轨录音——各种乐器和人声的录音与叠加录音的过程,每种录音都有各自的“音轨”;

2、 多轨缩混——将这些多轨内容同步录在一组立体声轨上“母带录音”,可以用某种播放系统如CD播放机或磁带卡座等进行再制作;

录音基础/多轨录音

多轨录音指多种乐器或人声的互相“叠加”,以便在播放任意一种音色时,同时听到其它的音色;有的录音设备具备将不同乐器录在每个“轨”上的能力;多轨录音好比将16个盒带录音机的磁带并列在一起;就成为16轨磁带实际32轨,因为盒式磁带是立体声,有两个轨,从而具备了每轨录制不同乐器的潜力;

换言之,假如您为一个鼓手、一个贝司和一个伴奏吉他手弹奏的曲子录音,用一台多轨录音机将每种乐器录在各自轨上;由于是一起演奏的曲子,音符要互相合拍,播放时,听起来仍好象几个乐手在一起演奏一般;如果您要在歌曲中加入一个主音吉他,既然每个乐器都录在各自音频上,就要先播放前三个轨,使吉他手在第四轨上录制主音吉他时,能与其它乐器“合拍”;这个过程就叫叠加;

按传统方式,录音师要先录制“节奏轨”,包括：鼓、贝司、伴奏吉他、键盘以及一个将被替换的主音人声,所有都录在一起;下一步,录音师开始做叠加,加入其它节奏,主声部,背景人声,所有其它乐器,最后录制主音人声;而现代录音方式通常是一次制作一个轨,按排序的乐器、鼓的循环,或者人声开始录音;

关键点是最终你的乐器必须被同时录制在一起;一旦完成后,混音过程才能开始;

录音基础/多轨缩混

缩混的目的是将你所录制的轨道缩到两个轨道立体声上或一个轨单声上;这样就可以在传统的播放系统如卡带或CD播放机上今昔播放了;

按传统方法,多轨录音机连在多通道的调音台上,这样每一个轨在调音面板上都可以被单独进行处理了;换句话说,多轨录音机的每一个输出都连接到调音台的每一个输入通道上,从那里再进行合并,成为单一的立体声输出;这个立体声的输出可以连接到母带处理机上录制立体声信号;

录音笔原理

录音笔是一种便携式的录音设备，它可以将声音转换成电信号并保存在内部存储器中。在实际使用中，录音笔可以帮助人们记录会议、讲座、采访等各种场合的声音，为人们的工作和生活提供了很大的便利。那么，录音笔是如何实现录音的呢？接下来，我们将从录音笔的原理入手，为大家详细介绍。

首先，录音笔的原理是基于声音信号的转换和存储。当我们使用录音笔进行录音时，录音笔的麦克风会接收到声音信号，并将其转换成电信号。这个过程类似于人耳接收声音并将其转化成神经信号的过程。接下来，录音笔会将这些电信号转换成数字信号，并保存在内部存储器中。这样，我们就可以在需要的时候，通过播放器或者电脑等设备来回放这些录音内容。

其次，录音笔的麦克风是实现录音的重要组成部分。麦克风是一种声音传感器，它可以将声音转换成电信号。在录音笔中，麦克风的选择和设计对于录音效果有着至关重要的影响。一般来说，录音笔会采用高灵敏度的麦克风，以确保能够准确捕捉到各种声音信号。同时，为了提高录音的质量，一些高端的录音笔还会采用降噪技术，以减少环境噪音对录音效果的影响。

另外，录音笔的数字转换技术也是实现高质量录音的关键。在录音笔中，声音信号首先会被转换成模拟信号，然后再经过模数转换器转换成数字信号。这样的数字信号可以更好地保存在内部存储器中，并且可以通过数字信号处理技术进行后期处理，以提高录音的清晰度和还原度。

此外，内部存储器和电池也是录音笔的重要组成部分。内部存储器的大小决定了录音的时长，一般来说，录音笔的内部存储器容量越大，可以录制的时长就越长。而电池则提供了录音笔所需的电力，保证了录音笔的正常工作。一些高端的录音笔还会采用可充电电池，以减少电池更换的频率，提高使用便利性。 总的来说，录音笔是通过将声音信号转换成电信号，并保存在内部存储器中来实现录音的。录音笔的麦克风、数字转换技术、内部存储器和电池等组成部分共同协作，为用户提供高质量的录音体验。希望通过本文的介绍，大家对录音笔的原理有了更深入的了解。

声音：声音是有物体振动产生的。当震动在一定频率和强度范围内，人耳就能听到，振动发声的物体称为声源，有声传播的空间称为声场。

声波：空气中，声源振动使周围空气质点产生疏密变化，并以一定速度传播出去形成声波。

人耳听觉范围：在频率和声压级方面都有一定范围，频率为20—20kHz之间，当1000Hz时，0dB为听阈，120dB为痛阈。

主观听感三要素：音调：人耳对声音高低的感觉，主要与声音频率有关，随频率增大而增高。响度：人耳对声音强弱的感觉。音色：人们区分具有同样响度和音调的两个声音的主观感觉。

等响曲线说明听觉对响度的特点：①响度级与声强有关，声强提高响度增加。②与声音频率有关频率不同即使声压级一样响度级也会不同。③在3400HZ附近的声音听起来比较响是由外耳道共鸣引起的。④随着云值增大等响频率随频率的变化减小，即曲线变得较平直。

主观音：当声音变强时，人耳主观感到的原来声音中没有的频率的声音。

掩蔽效应：由于第一个声音存在而使第二个声音提高听阈的现象。双耳效应：用一只耳朵听声与用两只耳朵听声在许多效果方面的不同。哈斯效应：哈斯发现的人们不能分辨出某些延迟声的现象。鸡尾酒效应：从嘈杂环境中分辨出特别人的声音效应。耳壳效应：耳壳对不同方向传来的声音频响曲线不同。

立体声的特点：A有声像的临场感。B有较高的清晰度和信噪比C可人为进行声部平衡的改进。

听觉定位机理：涉及声波传播的物理过程和人的听觉系统，人耳是对称分布在两侧，当声源偏离正前轴级偏左或右时，距离差导致到达两耳的声音在声级、时间、相位上存在差异的现象。

声像：在听音者听感中所展现的各声部空间位置，并由此而形成的画面。

声音信号的动态范围：电声设备所产生的电信号的下限受噪声所制约，上限则受系统的非线性畸变影响(通常称为过载失真)。这样就形成了一个动态范围，也就是最强于最弱信号电平的差值。

声频技术特性及指标：频率特性：即频率响应曲线。信噪比：对它加以一定阻抗输入信号时它的输出电压与断开输入信号，以同样阻抗连接到输入端时的噪声电压之比的dB值。谐波畸变：一种非线性畸变。互调畸变（互调失真）相位畸变（相位失真）瞬态失真：由于惯性产生的失真。瞬态互调失真：反馈设备中输出信号与输入信号之间产生一定的时延和相位滞后产生的失真。