旋轉一些曲調! 秘密特工邁克/蓋蒂圖片社

　　什么時候 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字格式保存音樂。為了了解CD的工作原理，您需要首先了解數字錄音和播放的工作原理以及模擬和數字技術之間的區別。

　　在本文中，我們將研究模擬和數字錄音，以便您完全了解這兩種技術之間的區別。

　　開始：蝕刻錫

　　愛迪生 被認為在 1877 年創造了第一臺用于錄制和播放聲音的設備。他的方法使用一種非常簡單的機制來機械地存儲模擬波。在愛迪生的原著中 留聲機，隔膜直接控制一根針，針頭在錫紙筒上劃傷模擬信號：

　　你在旋轉圓筒時對著愛迪生的設備說話，針頭將你說的話“記錄”到罐子上。也就是說，當隔膜振動時，針也會振動，這些振動會壓在罐子上。為了回放聲音，指針在錄制過程中劃傷的凹槽上移動。在播放過程中，壓入錫中的振動導致指針振動，導致振膜振動并播放聲音。

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

　　模擬波

　　點擊這里聽這個詞。愛迪生留聲機里的針在錫筒上劃傷的是什么?這是一個 模擬波 代表你的聲音產生的振動。例如，下圖顯示了通過說“hello”一詞而產生的模擬波：

　　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 麥克風的 隔膜 (Y 軸) 隨時間推移 (X 軸).振動非常快 - 振膜的振動量級為 每秒 1，000 次振蕩.這是在愛迪生設備的錫紙上劃傷的那種波浪。請注意，單詞“hello”的波形相當復雜。純音只是以特定頻率振動的正弦波，例如此 500 赫茲波(500 赫茲 = 每秒 500 次振蕩)：

　　單擊此處收聽提示音。

　　您可以看到模擬波的存儲和回放可以非常簡單 - 刮到錫上當然是一種直接而直接的方法。簡單方法的問題在于 保真度 不是很好。例如，當您使用愛迪生的留聲機時，會與預期信號一起存儲大量刮擦噪聲，并且信號以幾種不同的方式失真。此外，如果你反復播放留聲機，最終它會磨損——當指針經過凹槽時，它會稍微改變它(并最終擦除它)。

　　數字數據

　　在一個 光盤 (以及任何其他數字錄音技術)，目標是創建具有非常 高保真度 (原始信號和再現信號之間的高度相似性)和 完美再現 (無論您播放多少次，每次播放錄音時聽起來都一樣)。

　　為了實現這兩個目標，數字錄音將模擬波轉換為數字流，并記錄數字而不是波。轉換由稱為 模數轉換器 (ADC)。為了播放音樂，數字流通過 數模轉換器 (發援會)。DAC產生的模擬波為 放大 并喂給 揚聲器 來產生聲音。

　　DAC產生的模擬波每次都是相同的，只要數字沒有損壞。如果模數轉換器以高速率采樣并產生準確的數字，則DAC產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轉換過程，您就可以理解為什么 CD 具有如此高的保真度。假設您有一個聲波，并且您希望用ADC對其進行采樣。這是一個典型的波浪(假設水平軸上的每個刻度代表千分之一秒)：

　　使用模數轉換器對波形進行采樣時，可以控制兩個變量：

　　這 采樣率 - 控制每秒采集多少樣本

　　這 采樣精度 - 控制取樣時可能有多少種不同的漸變(量化水平)

　　在下圖中，假設采樣率為每秒 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之間最接近的數字。所選數字顯示在圖的底部。這些數字是原始波的數字表示。當DAC從這些數字重新創建波時，你會得到下圖所示的藍線：

　　你可以看到藍線丟失了紅線中最初發現的相當多的細節，這意味著再現波的保真度不是很好。這是 采樣誤差.您可以通過提高采樣率和精度來減少采樣誤差。在下圖中，速率和精度都提高了 2 倍(以每秒 2，000 個樣本的速率進行 20 個漸變)：

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

　　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，保真度是一個重要的目標，因此采樣率為每秒44，100個樣本，漸變數為65，536。在這個級別上，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.

　　光盤存儲容量

　　關于CD的采樣率和精度的一件事是它會產生大量數據。在CD上，ADC產生的數字存儲為： 字節，表示 65，536 個漸變需要 2 個字節。正在錄制兩個聲流(立體聲系統上的每個揚聲器一個)。CD 最多可以存儲 74 分鐘的音樂，因此必須存儲在 CD 上的數字數據總量為：

　　44，100 個樣本/(通道*秒)* 2 字節/樣本 * 2 個通道 * 74 分鐘 * 60 秒/分鐘 = 783，216，000 字節

　　那是很多字節!將這么多字節存儲在一塊足夠堅固的廉價塑料片上，以在大多數人放CD的濫用中幸存下來，這不是一件小事，尤其是當你考慮到第一張CD是在1980年問世時。讀 光盤的工作原理 完整的故事!

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　　數字聽起來比模擬更好嗎?

　　一些發燒友認為，數字錄音在準確再現聲音方面存在不足。他們使用充滿行話的復雜語言來描述音頻系統的功能或缺點。他們的大多數批評都涉及聲音 頻率.

　　人類可以聽到從20赫茲(Hz)到20千赫茲(kHz)的聲音[來源： 超物理].聲波的頻率對應于我們對聲音音高的感知。頻率越高，我們聽到的音調就越高。

　　發燒友通過使用以下術語來描述音頻系統在不同頻率下的音質： 滿, 溫暖 和 通風.飽滿或溫暖的聲音來自能夠很好地再現低頻的系統。輕快的聲音意味著再現的音樂給聽眾的印象是樂器處于寬敞的環境中，通常是指高頻范圍內的聲音。

　　一些發燒友說，黑膠唱片在較低頻率下表現更好，這意味著它們提供溫暖的聲音。他們認為，光盤在這個范圍內再現聲音并不準確。其他人堅持認為，制作精良的數字文件和未損壞的黑膠唱片之間沒有可檢測的區別。

　　發燒友可能會指出，聽音樂時，您的音響系統將是最重要的因素，而不是您放入其中的媒體。但是，假設您已經建立了一個非常強大的系統，可以處理模擬和數字格式，那么在購買新專輯時應該選擇哪種格式?

　　這取決于錄制方法。如果錄音藝術家使用模擬格式來創建主錄音，發燒友會爭辯說音樂的模擬副本是最好的。這是因為不需要將聲音從模擬轉換為數字。副本應準確表示原始曲目。

　　但是，如果藝術家使用數字錄音，那么最好在 光盤.為了從數字錄音中按下黑膠唱片，音頻工程師必須首先將數字信號中的音樂轉換回模擬聲波。每當工程師必須將錄音從一種格式轉換為另一種格式時，質量都有可能受到影響。

　　最后，對音樂質量的感知有些主觀。兩個人站在同一個房間里聽同樣的音樂，可能對錄音的質量有非常不同的看法。有人可能會說音樂溫暖而通風，而另一個人可能會說它刺耳而平淡。無論聽眾使用數字媒體還是模擬媒體，都可能發生這種情況。

　　所以底線：哪個更好?經過大量研究并讓自己聽了幾個小時的音樂，我們得出了一個答案。我們將不得不稱這為平局。