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

模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)是人類進(jìn)步的標(biāo)志，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的使用使諸多應(yīng)用成為可能。因此對(duì)于應(yīng)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，我們應(yīng)當(dāng)有所了解。為增進(jìn)大家對(duì)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)數(shù)字音頻中的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)加以講解。如果你對(duì)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(duì)一個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣的話，便可以將其轉(zhuǎn)換為與模擬信號(hào)信息相同的數(shù)字信號(hào)，通過一個(gè)低通濾波器，便可以獲得和您輸入的信號(hào)一模一樣，甚至分毫不差的內(nèi)容。

而事實(shí)上，大部分都認(rèn)為模擬信號(hào)“聽起來更好“。但如果數(shù)字信號(hào)更加精確的話，為什么還會(huì)有這么多人認(rèn)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(duì)于音樂信號(hào)的失真以及壓縮，會(huì)比精準(zhǔn)的晶體管更讓人感到舒服一樣，模擬磁帶同樣會(huì)使得聲音變得更加豐滿溫暖。

當(dāng)然，僅憑這一點(diǎn)也無法構(gòu)成人們忽略數(shù)字音頻的便利性的理由。因?yàn)槿绻胍@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(shí)在于，奎斯特定理中所沒有告訴我們的，一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。首先，現(xiàn)實(shí)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(shí)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(diǎn)附近會(huì)產(chǎn)生大量的相位干涉作用。并且，一些混疊現(xiàn)象必然會(huì)在極高頻點(diǎn)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(gè)問題，便是所謂的有限字長(zhǎng)效應(yīng)——我們一般都會(huì)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(shí)是可以轉(zhuǎn)換為高達(dá)96dB的動(dòng)態(tài)范圍，但是這也是絕對(duì)頂點(diǎn)——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(gè)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(gè)無法避免的問題。

除此之外，任何的增益變化(不論是因?yàn)檐壍蜡B加還是單純的音量調(diào)整)都會(huì)導(dǎo)致采樣自動(dòng)四舍五入到最接近比特值的電平，從而造成失真。不過幸運(yùn)的是，一種名為高頻振動(dòng)的技術(shù)可以解決這個(gè)問題。但是，時(shí)鐘抖動(dòng)卻又導(dǎo)致了另一個(gè)問題。

如果采樣時(shí)鐘的定時(shí)不夠完美的話，則會(huì)產(chǎn)生另外一種失真。對(duì)于一個(gè)獨(dú)立的單元來說，解決方案是更換一個(gè)更加精確的定時(shí);減少定時(shí)的誤差可以將失真降低到一個(gè)可以忽略不計(jì)的水平。但是，當(dāng)和其他的單元進(jìn)行數(shù)字連接的時(shí)候，問題會(huì)變得更復(fù)雜一些，不過只要能正確處理，便不會(huì)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(xì)節(jié)，便是奎斯特的采樣是瞬時(shí)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(hào)，并保持當(dāng)前采樣的電平，直到下一個(gè)采樣輸入之后才會(huì)有變化。這就導(dǎo)致了頻率成分的下降，并且會(huì)損失高頻信號(hào)——而脈沖所含的高頻能量，要比階梯狀信號(hào)多得多。這個(gè)問題的解決方案，當(dāng)然不是去產(chǎn)生一個(gè)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(hào)和數(shù)字信號(hào)”相關(guān)內(nèi)容，希望大家對(duì)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!