模擬信號轉化為數字信號是如何保證細節丟失較少?

我一直很佩服這個轉換,在電腦上聽到的音樂或者某些聲音,就算是MP3也聽起來損失不大(可能由於我是外行= =,但卻是比較接近真實的聲音),這究竟是怎麼做到的?另外想問一下不同的音樂格式的音質是不同的,什麼格式是細節丟失最少的?如何深入了解模擬信號和數字信號的轉換以及音樂格式的相關知識?謝謝大家!


樓上兩位其實說得很詳細了,我再以外行的水平說一點簡單的。以前照相還是膠片的時代,那個就是模擬信號,現在數碼時代了,就是數字了,但是如果你細心,你會發現,把數字照片放大幾十倍,那你眼裡的就是一片片馬賽克,這就是細節丟失,問題是普通人能看出來?所以如何保證細節丟失減少,就像照片一樣,加大採樣頻率就可以啦!


聽起來損失不大是因為耳機的問題。人耳可以聽到的聲音範圍是20-20kHz ,而耳機或者音響可以播放出來的範圍遠小於這個範圍。舉個例子,為什麼很多音箱上有好幾喇叭呢?因為每個喇叭都負責不同頻率範圍的聲音才能儘可能還原出原來的歌曲。高音用的喇叭直徑小,低音用的喇叭大。(頻率越低,波長就會越長)

耳機只有一個線圈喇叭,所以在很多頻率上是有失真的。既然硬體播放能力有限,那麼無論是多好的音樂格式,也會聽不出差別。但是如果你有hifi設備的話就一定可以聽出差別。而且一旦聽習慣了,過去的聲音就再也聽不進去了。

扯得有點遠,現在說模數轉換的問題,模擬信號轉為數字信號時損失的細節可以說是無窮大。比如一段模擬聲音,它的時間長度就蘊含著無窮多的信息,因為他的長度你可以用一個無窮小數來表達。但是對於數字信號,每一個信號對應的量化間隔決定了數字信號只能包含有限的信息量。所以無論如何都會損失信息,只不過當信息損失的精度小於人的辨別能力時人就無法辨認出來了。

從數學角度來說,如果用衝擊函數(無窮大能量無窮小時間內)對原信號抽樣,那麼是可以通過sa函數完整還原的,但是衝擊函數在物理上是不可實現的。所以在抽樣這一環節就會產生失真。

接下來在還原為模擬信號的時候,由於不存在理想濾波器,所以不需要的頻帶信號就會滲入需要的頻帶干擾原信號。

另外,電子設備內部產生的雜訊,信號線受空間中電磁波干擾產生的雜訊都會干擾原信號,造成聲音失真。所以再好的設備都不如音樂會現場來的逼真。


  • 採樣頻率,模擬值是連續變換的,而數字值只能是一定間隔采一個樣,因此看你秒鐘采多少次樣,採樣頻率越高,月接近原來的聲音。電話的採樣頻率是8KHz,而DVD可以高達192KHz

(圖片來源:File:Signal Sampling.png)

  • 採樣精度,由於模擬值是連續的,數字值是離散的,因此看你用多少位的AD轉換器,位數越多,越接近原來的聲音

例如2位精度的:

(圖片來源:http://www.microcontrollerboard.com/analog-to-digital-converter.html)

3位精度的:

(圖片來源:http://www.microcontrollerboard.com/analog-to-digital-converter.html)


請百科sigma-delta converter。

模數轉換的採樣頻率現在可以達到mhz級以上,對於大多數模擬信號而言,採樣已經足夠多,多到存儲時只用選取其中一些或者他們的平均值就可以了。


抽樣 量化 編碼 從這三個角度入手。詳細了解可以去看看 通信原理 ,資訊理論和DSP。


實際上不是細節丟失較少。

按照奈奎斯特採樣定律,理論上是可以完全恢復出原始信號的~~

也就是說,不會丟失任何細節~


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