声音如何转换为数字信号？

blaknblu

( {, h6 Q, |" Z, B声音如何转换为数字信号？
/ l5 p9 T2 \4 Q$ j! w今天，我们将探讨声音如何转换成数字信号。我们通常听到的声音是模拟信号，由空气中的振动组成。我们的耳朵可以检测到这些振动，因为它们以不同的频率和音量振荡，从而产生我们可识别的音调和响度。

那么，这些模拟声波如何转换成存储在计算机和其他存储设备上的数字声音呢？
' g' c* m6 z3 n. P! |' |5 z: r- f
转换过程涉及脉冲编码调制 (PCM)，它通过三个主要步骤将声音转换为数字信号：采样、量化和编码。
% c& q  C4 f: X# [8 m, s

让我们逐步分析一下。

. I5 c6 |. `6 ]& n1.采样
# B1 E& P3 l- K
- W3 ^- ?1 r: o3 v将声音波形想象成一条连续的曲线。为了捕捉这条曲线，我们必须以特定的间隔进行测量，这一过程称为采样。
. V8 b+ i% K5 x4 d, _
; g: E& i: I  B7 Q: f7 {) ?更高的采样频率使我们能够记录更多的测量值，从而捕捉声音更复杂的细节。在音频中，我们通常使用 44.1 kHz 的采样频率，这意味着每秒捕获 44,100 个测量值。此采样频率可有效再现人耳听力范围内的声音。

人类的听力范围大约为 20 Hz 至 20,000 Hz，44.1 kHz 的采样频率满足此标准。
: x3 M% _  Z8 c# A/ \" u! q
aperion-博客分隔符
2.量化

一旦我们对数据进行了采样，我们就会获得一系列反映模拟值的点。我们必须为每个点分配特定的值，以将其转换为计算机可以理解的数字信号。这个过程类似于将连续的颜色分割成不同的色块，其中根据每个点的高度分配相应的值。
8 T1 F  `+ ^$ j( B1 t$ ]# F5 X5 T
, \, \. q1 Q1 f( H' A* U: B这种方法称为量化。

3 G8 T; Y6 V5 z8 l: T量化位数影响我们捕捉每个采样点值的精度。典型的音频量化格式为 16 位和 24 位。16 位量化可以记录 65,536 种音量变化，而 24 位量化可以记录数千万种。
  T4 s, W6 n: p, ~: i
量化深度的这种变化解释了为什么 24 位音频可以在动态范围中提供增强的精细度。

3. 编码

量化后，我们得到不同的数值。然而，计算机无法直接解释这些数字，因此我们必须将它们转换为二进制格式，即编码。编码信号由计算机可以处理的 0 到 1 的数字组合序列组成。这种格式还便于直接存储和在需要时播放。
1 X: A2 [% H* Y& K6 `
一旦完成这三个基本步骤，模拟声音信号就有效地转换为数字声音信号。这种数字表示形式在转换过程中可以方便地存储、传输和处理。
8 T4 ]% K: m7 c, {* w6 A1 m8 M
PCM（脉冲编码调制）技术通过将空气中的声音振动转换为数字格式来发挥作用。它的无损编码特性使其在各种音频应用中非常受欢迎。例如，PCM 编码通常用于 CD 和高清音频格式，这就是为什么它通常与数字声音的高保真度相关。
4 [0 c2 m8 ^0 |  l) u3 x
9 [: l& ]4 c5 g+ q- ]& _0 c50 年来，PCM 技术一直是高品质数字音频的主要编码方法，也是当今最广泛接受的标准。