模擬信號和數(shù)字信號講堂(四)，數(shù)字音頻中的模擬信號和數(shù)字信號

模擬信號和數(shù)字信號是人類進步的標志，模擬信號和數(shù)字信號的使用使諸多應(yīng)用成為可能。因此對于應(yīng)模擬信號和數(shù)字信號，我們應(yīng)當有所了解。為增進大家對模擬信號和數(shù)字信號的認識，本文將對數(shù)字音頻中的模擬信號和數(shù)字信號加以講解。如果你對本文即將要探討的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

大部分人在學(xué)習(xí)奎斯特定理之前，就已經(jīng)接觸過數(shù)字音頻了。如果您以高于最高頻率至少兩倍的頻率，對一個模擬信號進行采樣的話，便可以將其轉(zhuǎn)換為與模擬信號信息相同的數(shù)字信號，通過一個低通濾波器，便可以獲得和您輸入的信號一模一樣，甚至分毫不差的內(nèi)容。

而事實上，大部分都認為模擬信號“聽起來更好“。但如果數(shù)字信號更加精確的話，為什么還會有這么多人認為模擬的聽起來更好呢?首先，我們的耳朵已經(jīng)逐漸變得習(xí)慣并喜歡模擬錄音的一些缺陷部分。正如電子管放大器對于音樂信號的失真以及壓縮，會比精準的晶體管更讓人感到舒服一樣，模擬磁帶同樣會使得聲音變得更加豐滿溫暖。

當然，僅憑這一點也無法構(gòu)成人們忽略數(shù)字音頻的便利性的理由。因為如果想要這種模擬的溫暖音色的話，完全可以通過其他的方式，比如電子管壓縮器等等。真正的原因其實在于，奎斯特定理中所沒有告訴我們的，一個現(xiàn)實問題。首先，現(xiàn)實里并不存在奎斯特定理中所要求的，完美的低通濾波器。

現(xiàn)實存在的濾波器都有著斜率的限制，因此我們需要將其滾降數(shù)值設(shè)定得比理論中提出的更低才行。而且，斜率過于陡峭的濾波器在濾波頻點附近會產(chǎn)生大量的相位干涉作用。并且，一些混疊現(xiàn)象必然會在極高頻點處引發(fā)聲泄露。不過現(xiàn)在，有一種名為“過采樣”的技術(shù)被發(fā)明出來，可以有效減少以上問題。

另一個問題，便是所謂的有限字長效應(yīng)——我們一般都會使用16位采樣，而不是奎斯特定理中所提出的純數(shù)。因此，我們必須在采樣樣本值上有所妥協(xié)。

首先，16bit并不像看起來那么便利。雖然它確實是可以轉(zhuǎn)換為高達96dB的動態(tài)范圍，但是這也是絕對頂點——不能再高了。因此這也導(dǎo)致了平均的音樂電平都必須保持在一個較低的水平，才能為峰值留出足夠的余量。但是在低振幅的區(qū)域，本底噪聲卻又是一個無法避免的問題。

除此之外，任何的增益變化(不論是因為軌道疊加還是單純的音量調(diào)整)都會導(dǎo)致采樣自動四舍五入到最接近比特值的電平，從而造成失真。不過幸運的是，一種名為高頻振動的技術(shù)可以解決這個問題。但是，時鐘抖動卻又導(dǎo)致了另一個問題。

如果采樣時鐘的定時不夠完美的話，則會產(chǎn)生另外一種失真。對于一個獨立的單元來說，解決方案是更換一個更加精確的定時;減少定時的誤差可以將失真降低到一個可以忽略不計的水平。但是，當和其他的單元進行數(shù)字連接的時候，問題會變得更復(fù)雜一些，不過只要能正確處理，便不會出現(xiàn)太大問題。

最后，在數(shù)字音頻相關(guān)的討論中，最常被忽略的細節(jié)，便是奎斯特的采樣是瞬時值——也就是脈沖。

我們的數(shù)字系統(tǒng)通常向轉(zhuǎn)換器和低通濾波器輸出的是一種階梯狀的信號，并保持當前采樣的電平，直到下一個采樣輸入之后才會有變化。這就導(dǎo)致了頻率成分的下降，并且會損失高頻信號——而脈沖所含的高頻能量，要比階梯狀信號多得多。這個問題的解決方案，當然不是去產(chǎn)生一個根本不可能完美產(chǎn)生的脈沖，而是要通過濾波器來調(diào)整頻率響應(yīng)。

以上便是此次小編帶來的“模擬信號和數(shù)字信號”相關(guān)內(nèi)容，希望大家對本文講解的內(nèi)容具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!