数字音频

数字音频的图像

数字音频（英语：Digital audio）是指使用脉冲编码调制、数字信号来录音。其中包含了数字模拟转换器、模拟数字转换器、贮存以及传输。实际上，是因为相对于静电模拟的离散时间及离散程度的模拟方式才可称数字。这个现代化的系统以微妙且有效的的方式，来达到低失真的存储、补偿及传输。

数字音频概观

数字音频的出现是基于能够有效地录音、制作、量产。现在音乐广泛地在网络及网络商店流传都仰赖数字音频及其编码方式，音频以文件的方式流传而非实体，这样一来大幅节省了生产与传播的成本。

在模拟信号的系统中，声音由空气中传递的声波透过转换器（例如麦克风）转存成电流信号的电波。而重现声音则是相反的过程，透过放大器将电子信号转成物理声波，再借由扩音器拨放。经过转存、编码、复制以及放大或许会丧失声音的真实度，但仍然能够保持与其基音、声音特色相似的波形。模拟信号容易受到噪音及变形的影响，相关器材电路所产生的电流更是无可避免。在信号较为纯净的录音里，整个过程里仍然存有许多噪音及失真。当音频数码化后，失真及噪音只在数字及模拟间转换时产生。

数字音频从模拟信号中采样并转换，转换成二进制（1/0）的信号，并以二进制式的电子、磁力或光学信号存储，而非连续性的时间、连续的电子或机电信号。这些信号之后会更进一步被编码以便修正存储或传输时产生的错误，然而在数码化的过程中，这个为了校正错误的编码步骤并非严谨的一部分。在广播或者所录制的数字系统中，以这个频道编码的处理方式来避免数字信号的流失是必要的一环。在信号出现错误时，离散的二进制信号中允许编码器拨出重建后的模拟信号。频道编码的其中一例就是CD所使用的八比十四调制。

转换过程

数字音频透过ADC将模拟信号转换成数字信号 ADC对于音频频率进行采样并转换成特定的比特分辨率。例如，CD audio的采样率为44.1 kHz（即每秒采样44,100次），每个声道都以16位解析。以双声道而言，它就具有“左”和“右”两个声道。如果模拟信号的带宽未受限，那就必须在转换前使用降噪滤波器以避免声音产生失真。（在前述情形下，失真会出现在奈奎斯特频率未受带限时，会可被听见的较低频率取代。） 这样子的数字音频是可被存储和传输的。数字音频的文件能够被存储在一片CD、数字音频播放器、硬盘、U盘、CompactFlash或其他任何的存储装置里。数字信号可以被数字信号处理的音频滤波器或是音效所改变。 MP3、AAC、Vorbis、FLAC等音频压缩技术经常被使用来替音频档案减少容量，而且可以透过流媒体传输到各种装置上。

最后，数字音频档案还能透DAC转换回模拟信号。如同ADC的技术一样，DAC会在特定的采样频率及采样比特底下运作，但是经过了oversampling，upsampling，downsampling的过程难保音频的采样频率能够和原始的采样频率相同。

数字音频于商业上的历史流变

1930年代，早在被商业传播及录音之前，脉冲编码调制在贝尔实验室就被研发出来并被应用于远程通讯，1960年间，日本的NHK、Nippon Columbia（a.k.a Denon）等公司率先应用于商业上。第一个数字录音产品于1971年首度公开。

BBC也于1960年间尝试使用数码化系统。1970年代前期他们发展出一套2声道的录音系统，并在广播中心与操作间部署数字音频的传输系统。

1976年在美国，Thomas Stockham利用Soundstream的录音器材在Santafe Opera录制了首支16-bit的PCM录音。1978年，Telarc更利用一套较为进步的Sounsstream系统录制了许多经典的录音。同时，3M公司和BBC合作研发一套多声道录音装置。第一张全数字录音的专辑是Ry Cooder在1979年发行的"Bop 'Til You Drop"。1978年时有一个紧急的项目，英国唱片公司迪卡唱片公司研发了自己的双轨数字录音装置，迪卡于1979年在欧洲发行了第一支录音。

在Sony的Digital Audio Stationary Head及Mitsubishi的ProDigi技术帮助之下，数字式录音在80年代迅速的成为主流。1982年，Sony和Philips引进了CD，使得数字音频获得消费者的青睐。

参考资料

• Borwick, John, ed., 1994: Sound Recording Practice（Oxford: Oxford University Press）
• Ifeachor, Emmanuel C., and Jervis, Barrie W., 2002: Digital Signal Processing: A Practical Approach（Harlow, England: Pearson Education Limited）
• Rabiner, Lawrence R., and Gold, Bernard, 1975: Theory and Application of Digital Signal Processing（Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, Inc.）
• Watkinson, John, 1994: The Art of Digital Audio（Oxford: Focal Press）
• Bosi, Marina, and Goldberg, Richard E., 2003: Introduction to Digital Audio Coding and Standards（Springer）