24、量子声学：声音与量子的交融

量子声学：声音与量子的交融

1. 从信号处理到量子计算及其逆向

在数字音频领域，量化并非指量子理论，而是将连续的信号幅度值范围缩减为有限的离散值集合，其基数取决于用于表示每个离散时间样本的比特数。信号量化会引入一种噪声，这种噪声具有一种频谱 - 时间结构，在一定程度上会跟随信号变化，因此在低幅度信号中会表现为可听的失真。

1.1 量化噪声的解决方法 - 抖动

解决量化噪声的方法是抖动，即在量化之前向音频信号本身添加一些微小的宽带噪声，使量化噪声在频谱上更加均匀，在感知上更易于接受。向信号和系统中注入抖动噪声能增强人类和机器处理的鲁棒性，这一事实早已为人所知，并广泛应用于包括音频和图像处理在内的多个领域。在受量子启发的声音处理中，抖动可用于控制在竞争声源的听觉场景中主音高归属的不稳定程度。

1.2 高低幅度噪声对声音的影响

与低幅度噪声可能使音素的音高演变更加稳定不同，当遇到高幅度噪声突发时，它实际上会使音素状态发生旋转，旋转角度为θ。一系列的噪声突发类似于不同重量的台球之间的一系列碰撞。最近研究表明，重量比为 100 的幂次方的球的经典力学行为与基于状态空间中酉反射的量子搜索 Grover 算法的核心完全类似。

1.3 量子演化转化为量子算法的步骤

在相关示例中，量子演化由从正在处理的音频中导出的势驱动。要将这些演化转化为量子算法，需要按以下步骤操作：
1. 冻结一个参考音频片段。
2. 从时频表示中提取基于特征的势。
3. 将基本的酉变换转换为沿从左到右的线路排列的量子门。

只要算子与量子力学的公设一致，量子算法的每个阶段就代表音素空间中