数字音响系统的原理与组成

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　CD唱片唱机和数字磁带录音机都是数字音响系统，这是与传统的电唱机、盒式磁带录音机等的模拟音响系统完全不同的一种新颖系统。对于数字音响系统，一般要解决两个主要问题。
　　
　　第一，模拟音频信号数字化。既然是数字音响，自然首先必须把模拟的声音信号转变为“O”、“1”两值的数字信号，然后再进行数字处理和传输（包括记录）等。这里所谓的模拟信号数字化，就是进行信号的取样、量化和编码，亦即通常所谓的PCM编码，或更简略地说为模一数转换（A/D转换）。’
　　
　　第二，还要进行抗干扰编码处理。倘若将数字化了的数字音频信号直接记录在唱片或磁带(统称为记录媒介）上，则不可避免地会受到噪声的干扰而使重现的数码发生差错，这些噪声干扰包括梁华在录制过程或使用过程中产生的信号失落（如唱片缺陷、划伤、表面灰尘或指印、磁粉脱落等）以及驱动机构的抖晃等，在数字音响系统中，这些干扰引起的数码差错（误码）往往成为影响音质和特性的主要因素。因此，还要对数字信号进一步进行处理和再编码，以克服由于干扰的存在而出现的误码，这就是所谓纠码编码。利用纠错编码可以发现数字信号的数码在记录过程中的错误，而且还能纠正此错误．当然，经过上述编码后，在重放时上述的PCM编码和纠错编码都要分别进行相应的解码，然后才能恢复重现原来的模拟声音信号。由此可见，CD唱片唱机和数字磁带录音机等的数字音响系统的组成，可以画成下图所示的模型。
　　
　　在这里，信源编码就是前面所述的模拟信号数字化，亦即将信号源（信源）送来的模拟信号进行取样、量化、编码（即PCM编码过程）．然后输出由“O”和“l”组成的二进制PCM信号。
　　
　　信道就是传输或记录信号的媒介，在这里就是记录用的唱片（或磁带）。由于它常受到各种噪声干扰而弓起错码，为了进一步提高抗干扰性，在录音的信源编码器之后增加信道编码器进行纠错编码．相应地在放音的信源解码器之前增加相应信道解码器（纠错解码）。纠错编码的任务是将信源编码器送来的数字信号（pcM信号）作某些变换，使原来彼此独立或相关性甚少的码元经变换后产生某些规律性，用以发现和纠正编码传送时可能产生的错误。经过变换处理后的数字信号再经过调制器，以合理的调制方法送入信道，亦即记录在唱片或磁带上。放音时，作相应的逆过程处理（解码）即可恢复原来的模拟声音信号。



　　下图是数字录音和放音系统的各部分相应信号的波形。下图(a)即输入的模拟声音信号，声音信号的数字化包括取样、量化和编码三个过程。首先是取样，如下图(b)所示每隔一定时间间隔（即取样周期）Ts．在t1、t2、t3…检出输入信号的电平，使连续的输入信号在时间上离散化。接着是量化，即幅度分级取整过程，所分级数N一2n,n为量化位数（量化比特效）。下图(c)的量化比特效n=3，即分8级电平。然后将对应各级的整数电平值变换成二进制数，用脉冲电平“O”或“l”示出，这个过程即PCM编码，如下图(d)所示。这时已是数字化的声频信号。
　　
　　为了增强数字信号在信遘（记录媒介）中的抗干扰能力，接着还进行纠错编码。例如，如下图(e)所示利用奇偶校验码（一种最简单纠错检错码），即加入奇偶脉冲使各取样值的脉冲总数为偶数，然后经过调制记录在媒介（唱片或磁带）上，如下图(f)所示。
　　
　　在重放时，由录制和重放过程中的干扰可能同时被接收下来，使解调器输入出现如下图(g)所示的失真。因此，经全波整流或同步检波解调出的信号如图(h)所示。如果用眼幅电平将图中的虚线部分整形，就可得到接近原来下图(e)的波形见下图(h)。但因在记录过程中受到干扰可能会出现差错，这时可通过奇偶校验方法找出其中的差错。例如，下图(h)中的第2个取样值的脉冲个数不为偶数(1101)，可知它是差错。此时，可通过电路技术，用该值前后的两个取样值即和1、3取样值的平均值进行补正。然后，通过数模转换器(D/A)变换成图Z(i)的PAM脉冲信号，再经低通滤波器平滑，还原为原来的声音模拟信号。

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