信号模拟与数字化有什么区别?信号
模拟信号可以精确地反映出原声发生变化的特点,而数字音频信号最大的优势则在于它们的大小、形状及改变的速度方面都会有明确的限制。
赛因技术:模拟信号得名的原因是因为要使用一些物理特性来保存和再现一个声波引起的空[在赛因网搜索更多结果>>]气震动的原始改变。 比如说,一个音频设备内部的录音带的凹槽或是一个由磁带录音机所产生的电压伏特数都可以精确地反映出原声发生变化的特点。换句话说,录音凹槽或电子信号就是对气压变化引起的电流信号的模拟。
一个模拟信号是连续的,虽然它每时每刻都在变化,但是这种变化是平滑的,没有断裂或跳跃。 此外,它的容量也没有什么限制,它的频率(从理论上说,它的频响范围没...全部
模拟信号可以精确地反映出原声发生变化的特点,而数字音频信号最大的优势则在于它们的大小、形状及改变的速度方面都会有明确的限制。
赛因技术:模拟信号得名的原因是因为要使用一些物理特性来保存和再现一个声波引起的空[在赛因网搜索更多结果>>]气震动的原始改变。
比如说,一个音频设备内部的录音带的凹槽或是一个由磁带录音机所产生的电压伏特数都可以精确地反映出原声发生变化的特点。换句话说,录音凹槽或电子信号就是对气压变化引起的电流信号的模拟。
一个模拟信号是连续的,虽然它每时每刻都在变化,但是这种变化是平滑的,没有断裂或跳跃。
此外,它的容量也没有什么限制,它的频率(从理论上说,它的频响范围没有限制)和大小(动态范围也没有限制)可以任意改变。可是物理是与实际相联系的科学,我们人类的听觉系统也要求我们,一般要将频率和动态范围限制在某个区域内,这样才能与录音手段、传输格式及设备本身相匹配。
但值得注意的是,对于一个模拟信号来说,这种限制(或操作规则)并不是绝对的。
但模拟信号最大的缺陷就在于没有规则,这样它就会受到各种各样的影响而使音质降低。最明显的两个例子就是噪声和失真,人耳可以轻易地察觉出它们产生的信号波形的改变,但是却察觉不出那些“规则”。
其实,有些我们认为是乐声的声音也带有噪音(比如钹和小军鼓)和失真(比如由吉他放大器引起的),而这些都是我们想要的效果,并不会导致音质的降低。
遗憾的是,虽然我们的耳朵能够轻易地区分出这些音质的降低,但是真正想要制作一台能够从一个模拟信号中自动检测和消除不必要的噪声和失真的设备却几乎是不可能的,因为它不会像人类一样区别出什么是我们想要的,也就是我们觉得好听的,什么是不需要的。
对于音高失真和颤音也是如此——这是困扰模拟系统领域很久的一个问题。一台设备如何能区分出我们想要的颤音效果和不想要的音高失真和颤音之间的区别呢?
而数字音频信号最大的优势则在于它们的大小、形状及改变的速度方面都会有明确的限制。
但是相对模拟信号来说,它们是不连续的,因为在数字录音环境中,每隔一定的时间就会对原始模拟波形进行测量,而这些点上的振幅也会被保存起来。这样就会产生能够描述波形随时间变化而变化的一系列数据,而不是在一个模拟录音设备上再现它的持续变化。
用数字方法再现模拟信号是不连续的,这看起来似乎有些奇怪,你也许会认为这其中肯定少了些什么。有时确实是这样,比如在一个CD的录制中,所有高于20kHz的频率都消失了。下文中还将会对此详细介绍。
由于数字信号有明确的限制,所以那些由于违反这些规则而引起的音质的降低(比如波形失真、附加噪声或计时失真)都会被检测出来,而且在不改变信号的音频内容的条件下被清除掉。
虽然目前有许多不同的系统可供选择(在以后的文章中我们会选择其中一些加以介绍),但大部分数字音频系统都要对那些表征原始声音的二进制数据进行解码,这个过程就叫做PCM(脉冲编码调制),在后面我们会做详细介绍。
把所有重要的数据都用一种完全不同的计算系统来记录,而不用我们都熟悉的十进制,这看起来也许有一些故弄玄虚,但这么做的原因在于:在二进制计数中,只有两个数值:0和1,所以所有的数据都用一系列的0和1来表示。
二进位特别适合于我们现有的技术,因为只有两个状态需要描述(0和1),比如晶体管的开和关,磁带上磁性的南极和北极,CD上的凸起与光滑,电子电路电压的高和低,还有光学设备的明与暗。PCM中使用的是方形波,在上行波的中间有一点,规定在这一点下方的归为0,上方的归为1。
这样即使PCM信号有失真或噪声,只要音质的降低不太明显,它还是可以表述出来的,所以代表实际音频波形的数据就能够完整地再现出来。这种方法可以将经过编码的音频第一次采样时的质量准确地保留下来。
数字系统的这一基本特点说明,数字音频信号的质量主要并不取决于存储或传输它的物理媒介,而在于从模拟信号到数字信号的首次转换,以及此后用于回放的模拟信号。
一个数字音频系统最重要的部分就是模数转换器,因为音频的质量就是在模数转换器上确定和固定下来的。如果在这个阶段信息有所缺失,那么以后就再也弥补不了了。数模转换器在从数字数据群中还原模拟信号的工作性能要好一些,但这些工作都是在首次模数转变所提供的数据基础上进行的,这就是为什么第一阶段如此重要。
脉冲编码调制是一种所有数字音频系统都在使用的二进制编码形式。它所涉及到的“调制”或一个参数状态的改变(比如一个电路里的电压)是根据由一系列二进制数字组成的编码信号组产生的。这些概念其实是我们不需要了解的,如果一句话来解释的话,就是把电信号表达的声音用0101数字来表示。
PCM是于1937年由一位英国的工程师Alec Reeves发明的,但一直到电子晶体管行业兴起的时候他的想法才真正派上了用场。和以前一样,这项技术与60年代早期最先应用于电信行业,这样才最终产生了我们今天所使用的PCM3002。
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