旋轉(zhuǎn)一些曲調(diào)! 秘密特工邁克/蓋蒂圖片社

　　什么時(shí)候 光盤 它們于 1980 年代初首次推出，它們生活中的唯一目的是以數(shù)字格式保存音樂(lè)。為了了解CD的工作原理，您需要首先了解數(shù)字錄音和播放的工作原理以及模擬和數(shù)字技術(shù)之間的區(qū)別。

　　在本文中，我們將研究模擬和數(shù)字錄音，以便您完全了解這兩種技術(shù)之間的區(qū)別。

　　開(kāi)始：蝕刻錫

　　愛(ài)迪生 被認(rèn)為在 1877 年創(chuàng)造了第一臺(tái)用于錄制和播放聲音的設(shè)備。他的方法使用一種非常簡(jiǎn)單的機(jī)制來(lái)機(jī)械地存儲(chǔ)模擬波。在愛(ài)迪生的原著中 留聲機(jī)，隔膜直接控制一根針，針頭在錫紙筒上劃傷模擬信號(hào)：

　　你在旋轉(zhuǎn)圓筒時(shí)對(duì)著愛(ài)迪生的設(shè)備說(shuō)話，針頭將你說(shuō)的話“記錄”到罐子上。也就是說(shuō)，當(dāng)隔膜振動(dòng)時(shí)，針也會(huì)振動(dòng)，這些振動(dòng)會(huì)壓在罐子上。為了回放聲音，指針在錄制過(guò)程中劃傷的凹槽上移動(dòng)。在播放過(guò)程中，壓入錫中的振動(dòng)導(dǎo)致指針振動(dòng)，導(dǎo)致振膜振動(dòng)并播放聲音。

　　該系統(tǒng)由以下人員改進(jìn) 埃米爾·柏林納 1887年生產(chǎn) 留聲機(jī)，這也是使用針和隔膜的純機(jī)械裝置。留聲機(jī)的主要改進(jìn)是使用帶有螺旋槽的平面唱片，使唱片的批量生產(chǎn)變得容易?，F(xiàn)代留聲機(jī)的工作方式相同，但指針讀取的信號(hào)以電子方式放大，而不是直接振動(dòng)機(jī)械振膜。

　　模擬波

　　點(diǎn)擊這里聽(tīng)這個(gè)詞。愛(ài)迪生留聲機(jī)里的針在錫筒上劃傷的是什么?這是一個(gè) 模擬波 代表你的聲音產(chǎn)生的振動(dòng)。例如，下圖顯示了通過(guò)說(shuō)“hello”一詞而產(chǎn)生的模擬波：

　　該波形是用電子方式而不是錫紙記錄的，但原理是相同的。這張圖顯示的基本上是 麥克風(fēng)的 隔膜 (Y 軸) 隨時(shí)間推移 (X 軸).振動(dòng)非?？?- 振膜的振動(dòng)量級(jí)為 每秒 1，000 次振蕩.這是在愛(ài)迪生設(shè)備的錫紙上劃傷的那種波浪。請(qǐng)注意，單詞“hello”的波形相當(dāng)復(fù)雜。純音只是以特定頻率振動(dòng)的正弦波，例如此 500 赫茲波(500 赫茲 = 每秒 500 次振蕩)：

　　單擊此處收聽(tīng)提示音。

　　您可以看到模擬波的存儲(chǔ)和回放可以非常簡(jiǎn)單 - 刮到錫上當(dāng)然是一種直接而直接的方法。簡(jiǎn)單方法的問(wèn)題在于 保真度 不是很好。例如，當(dāng)您使用愛(ài)迪生的留聲機(jī)時(shí)，會(huì)與預(yù)期信號(hào)一起存儲(chǔ)大量刮擦噪聲，并且信號(hào)以幾種不同的方式失真。此外，如果你反復(fù)播放留聲機(jī)，最終它會(huì)磨損——當(dāng)指針經(jīng)過(guò)凹槽時(shí)，它會(huì)稍微改變它(并最終擦除它)。

　　數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

　　在一個(gè) 光盤 (以及任何其他數(shù)字錄音技術(shù))，目標(biāo)是創(chuàng)建具有非常 高保真度 (原始信號(hào)和再現(xiàn)信號(hào)之間的高度相似性)和 完美再現(xiàn) (無(wú)論您播放多少次，每次播放錄音時(shí)聽(tīng)起來(lái)都一樣)。

　　為了實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目標(biāo)，數(shù)字錄音將模擬波轉(zhuǎn)換為數(shù)字流，并記錄數(shù)字而不是波。轉(zhuǎn)換由稱為 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。為了播放音樂(lè)，數(shù)字流通過(guò) 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (發(fā)援會(huì))。DAC產(chǎn)生的模擬波為 放大 并喂給 揚(yáng)聲器 來(lái)產(chǎn)生聲音。

　　DAC產(chǎn)生的模擬波每次都是相同的，只要數(shù)字沒(méi)有損壞。如果模數(shù)轉(zhuǎn)換器以高速率采樣并產(chǎn)生準(zhǔn)確的數(shù)字，則DAC產(chǎn)生的模擬波也將與原始模擬波非常相似。

　　如果您更好地了解模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程，您就可以理解為什么 CD 具有如此高的保真度。假設(shè)您有一個(gè)聲波，并且您希望用ADC對(duì)其進(jìn)行采樣。這是一個(gè)典型的波浪(假設(shè)水平軸上的每個(gè)刻度代表千分之一秒)：

　　使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)波形進(jìn)行采樣時(shí)，可以控制兩個(gè)變量：

　　這 采樣率 - 控制每秒采集多少樣本

　　這 采樣精度 - 控制取樣時(shí)可能有多少種不同的漸變(量化水平)

　　在下圖中，假設(shè)采樣率為每秒 1，000，精度為 10：

　　綠色矩形表示示例。每隔千分之一秒，ADC查看波，并選擇0到9之間最接近的數(shù)字。所選數(shù)字顯示在圖的底部。這些數(shù)字是原始波的數(shù)字表示。當(dāng)DAC從這些數(shù)字重新創(chuàng)建波時(shí)，你會(huì)得到下圖所示的藍(lán)線：

　　你可以看到藍(lán)線丟失了紅線中最初發(fā)現(xiàn)的相當(dāng)多的細(xì)節(jié)，這意味著再現(xiàn)波的保真度不是很好。這是 采樣誤差.您可以通過(guò)提高采樣率和精度來(lái)減少采樣誤差。在下圖中，速率和精度都提高了 2 倍(以每秒 2，000 個(gè)樣本的速率進(jìn)行 20 個(gè)漸變)：

　　在下圖中，速率和精度再次翻倍(每秒 4，000 個(gè)樣本的 40 個(gè)漸變)：

　　您可以看到，隨著速率和精度的提高，保真度(原始波與DAC輸出之間的相似性)有所提高。在CD聲音的情況下，保真度是一個(gè)重要的目標(biāo)，因此采樣率為每秒44，100個(gè)樣本，漸變數(shù)為65，536。在這個(gè)級(jí)別上，DAC的輸出與原始波形非常匹配，以至于聲音基本上是“完美的”。 人耳.

　　光盤存儲(chǔ)容量

　　關(guān)于CD的采樣率和精度的一件事是它會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。在CD上，ADC產(chǎn)生的數(shù)字存儲(chǔ)為： 字節(jié)，表示 65，536 個(gè)漸變需要 2 個(gè)字節(jié)。正在錄制兩個(gè)聲流(立體聲系統(tǒng)上的每個(gè)揚(yáng)聲器一個(gè))。CD 最多可以存儲(chǔ) 74 分鐘的音樂(lè)，因此必須存儲(chǔ)在 CD 上的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總量為：

　　44，100 個(gè)樣本/(通道*秒)* 2 字節(jié)/樣本 * 2 個(gè)通道 * 74 分鐘 * 60 秒/分鐘 = 783，216，000 字節(jié)

　　那是很多字節(jié)!將這么多字節(jié)存儲(chǔ)在一塊足夠堅(jiān)固的廉價(jià)塑料片上，以在大多數(shù)人放CD的濫用中幸存下來(lái)，這不是一件小事，尤其是當(dāng)你考慮到第一張CD是在1980年問(wèn)世時(shí)。讀 光盤的工作原理 完整的故事!

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　　數(shù)字聽(tīng)起來(lái)比模擬更好嗎?

　　一些發(fā)燒友認(rèn)為，數(shù)字錄音在準(zhǔn)確再現(xiàn)聲音方面存在不足。他們使用充滿行話的復(fù)雜語(yǔ)言來(lái)描述音頻系統(tǒng)的功能或缺點(diǎn)。他們的大多數(shù)批評(píng)都涉及聲音 頻率.

　　人類可以聽(tīng)到從20赫茲(Hz)到20千赫茲(kHz)的聲音[來(lái)源： 超物理].聲波的頻率對(duì)應(yīng)于我們對(duì)聲音音高的感知。頻率越高，我們聽(tīng)到的音調(diào)就越高。

　　發(fā)燒友通過(guò)使用以下術(shù)語(yǔ)來(lái)描述音頻系統(tǒng)在不同頻率下的音質(zhì)： 滿, 溫暖 和 通風(fēng).飽滿或溫暖的聲音來(lái)自能夠很好地再現(xiàn)低頻的系統(tǒng)。輕快的聲音意味著再現(xiàn)的音樂(lè)給聽(tīng)眾的印象是樂(lè)器處于寬敞的環(huán)境中，通常是指高頻范圍內(nèi)的聲音。

　　一些發(fā)燒友說(shuō)，黑膠唱片在較低頻率下表現(xiàn)更好，這意味著它們提供溫暖的聲音。他們認(rèn)為，光盤在這個(gè)范圍內(nèi)再現(xiàn)聲音并不準(zhǔn)確。其他人堅(jiān)持認(rèn)為，制作精良的數(shù)字文件和未損壞的黑膠唱片之間沒(méi)有可檢測(cè)的區(qū)別。

　　發(fā)燒友可能會(huì)指出，聽(tīng)音樂(lè)時(shí)，您的音響系統(tǒng)將是最重要的因素，而不是您放入其中的媒體。但是，假設(shè)您已經(jīng)建立了一個(gè)非常強(qiáng)大的系統(tǒng)，可以處理模擬和數(shù)字格式，那么在購(gòu)買新專輯時(shí)應(yīng)該選擇哪種格式?

　　這取決于錄制方法。如果錄音藝術(shù)家使用模擬格式來(lái)創(chuàng)建主錄音，發(fā)燒友會(huì)爭(zhēng)辯說(shuō)音樂(lè)的模擬副本是最好的。這是因?yàn)椴恍枰獙⒙曇魪哪M轉(zhuǎn)換為數(shù)字。副本應(yīng)準(zhǔn)確表示原始曲目。

　　但是，如果藝術(shù)家使用數(shù)字錄音，那么最好在 光盤.為了從數(shù)字錄音中按下黑膠唱片，音頻工程師必須首先將數(shù)字信號(hào)中的音樂(lè)轉(zhuǎn)換回模擬聲波。每當(dāng)工程師必須將錄音從一種格式轉(zhuǎn)換為另一種格式時(shí)，質(zhì)量都有可能受到影響。

　　最后，對(duì)音樂(lè)質(zhì)量的感知有些主觀。兩個(gè)人站在同一個(gè)房間里聽(tīng)同樣的音樂(lè)，可能對(duì)錄音的質(zhì)量有非常不同的看法。有人可能會(huì)說(shuō)音樂(lè)溫暖而通風(fēng)，而另一個(gè)人可能會(huì)說(shuō)它刺耳而平淡。無(wú)論聽(tīng)眾使用數(shù)字媒體還是模擬媒體，都可能發(fā)生這種情況。

　　所以底線：哪個(gè)更好?經(jīng)過(guò)大量研究并讓自己聽(tīng)了幾個(gè)小時(shí)的音樂(lè)，我們得出了一個(gè)答案。我們將不得不稱這為平局。