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数字音频大揭秘
 
慧聪网   2006年4月12日14时22分   信息来源:赛因网    

    数字录音系统作为一种普遍的音乐制作系统设施已经有将近二十年的历史了,在上个世纪80年代,专业录音棚的用户便开始使用这样的系统。但究竟什么是数字录音,它是如何工作的,是不是所有关于它声音完美的说法都是真实的呢?

    数字录音第一次引起人们的注意是在80年代早期,当时用数字抓取音频被认为是录制、保存和回放声音最完美的方法。发展到现在,数字音频已经在很多方面成为了这个时代的标志,在音频系统里必须使用数字的方式,然而现在的数字音频系统还没有达到像销售人员吹嘘的那样能够提供“有史以来最完美的声音”。数字的声音区别于模拟不是它声音有多完美,而是它的信号在传输过程中不会像模拟那样损失掉,传输过后能够图形化的显示出来以利于编辑,而在音质方面,这一直是数字音频的缺陷,数字音频追求的极限仍然是模拟的音质。

    在这个专题中,我们涉及到了大量的专业名词,这是撰稿人也无法避免的问题。在涉及数字系统录音的第一步——采样之前,这第一篇文章主要讲的是一些背景知识。需要我们记住的是,在当代数字音频高度发展的背后,最重要的因素是成本以及由此带来的利润,数字音频的使用带来了录音工业中成本的降低,有关于“质量”的争论只能位居第二。也许这看起来有些不尽如人意,但这是实话。

    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。

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数字音频原理

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    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。

 

 
 
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