數(shù)模轉(zhuǎn)換器如何將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)

在任何的數(shù)字音頻系統(tǒng)中，模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)化器都是其中的重要組成部分，但通常情況下，它們都得不到應(yīng)有的關(guān)注。在您的聲卡將音頻傳輸?shù)侥腄AW時(shí)，您可以能不會(huì)去想是模數(shù)轉(zhuǎn)化器或者是數(shù)模轉(zhuǎn)化器驅(qū)動(dòng)的您的監(jiān)聽音箱；并且當(dāng)您在演奏數(shù)字合成器時(shí)，是數(shù)模轉(zhuǎn)化器將您的音頻傳輸給音箱的這點(diǎn)可能也沒有得到過(guò)您的過(guò)多關(guān)注。

不幸的是，跟樂隊(duì)成員一樣，模擬音頻也有局限性。例如，黑膠唱片的爆裂聲、滴答聲、扭曲的聲音和表面噪聲會(huì)作為不受歡迎的音頻“瑕疵”被添加到原始聲音中。錄音磁帶會(huì)添加音染，磁帶上的灰塵會(huì)導(dǎo)致砰砰聲和滴答聲，磁帶錄音會(huì)有嘶嘶聲，等等。因此，盡管揚(yáng)聲器輸出的信號(hào)與原始錄制的信號(hào)相似，但由于模擬錄制、處理和回放中固有的錯(cuò)誤，也不太可能和原始聲音一模一樣。

我們以將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在塑料材質(zhì)的圓盤上的光盤為例：當(dāng)我們把光盤放進(jìn)CD機(jī)后，激光就會(huì)讀取這些數(shù)據(jù)，然后將其發(fā)送到數(shù)模轉(zhuǎn)化器，之后數(shù)模轉(zhuǎn)換器就會(huì)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換回模擬信號(hào)。 因?yàn)镃D都帶有糾錯(cuò)功能，所以即使光盤上有輕微的劃痕，它也能識(shí)別出來(lái)并對(duì)丟失的數(shù)據(jù)進(jìn)行替換，因此通常不會(huì)有跳讀的情況發(fā)生。 在您下載音樂時(shí)，即使您的互聯(lián)網(wǎng)連接中斷了，下載引擎也會(huì)將這些部分組合成一個(gè)可以不間斷播放的文件。

對(duì)音樂家來(lái)說(shuō)，更重要的是，使用數(shù)字音頻可以讓音頻在通過(guò)信號(hào)鏈后的音質(zhì)保持不變。 在模擬多軌錄音機(jī)的時(shí)代，當(dāng)您將您的歌曲混縮到一個(gè)模擬雙軌錄音帶時(shí)，會(huì)引入了額外的嘶嘶聲和失真。 當(dāng)您對(duì)磁帶進(jìn)行母版制作時(shí)，會(huì)引入更過(guò)的雜音，將音頻傳輸?shù)揭粋€(gè)可以壓制唱片的金屬壓模上時(shí)，也會(huì)引入砰砰聲、研磨聲和扭曲的聲音。 在每個(gè)音頻傳輸階段，信號(hào)質(zhì)量都會(huì)更加惡化。

使用數(shù)字錄音，您可以將數(shù)字信號(hào)混合到立體聲或環(huán)繞立體聲中，從而創(chuàng)建另一組數(shù)字。 （當(dāng)然，這些數(shù)字也會(huì)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行監(jiān)聽，因此您可以聽到正在混縮的內(nèi)容。）因此，最終的立體聲混音將代表您混縮歌曲時(shí)所聽到的內(nèi)容。 接下來(lái)，您可以將通過(guò)數(shù)字化混合的數(shù)字串傳到網(wǎng)上（希望是無(wú)損的），或?qū)⑵鋸?fù)制到智能手機(jī)的內(nèi)存中，或者將這些數(shù)字信號(hào)壓入光盤，等等。

您可以在信號(hào)鏈的最初想象模數(shù)轉(zhuǎn)化器把聲音“風(fēng)干”了起來(lái)，聲音直到回到播放系統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)化器時(shí)才會(huì)被重構(gòu)。 這也是數(shù)字音頻聽起來(lái)如此純凈的原因：它沒有遭受模擬信號(hào)所遭受的那些修整。

轉(zhuǎn)換器的采樣率是由高精度、穩(wěn)定的系統(tǒng)時(shí)鐘所控制的，是數(shù)字音頻系統(tǒng)最重要的特性之一。如果轉(zhuǎn)換器的采樣率比較高的話，那么您也可以向下使用較低的采樣率，但如果轉(zhuǎn)換器的采樣率比較低的話，您卻不能使用較高的采樣率了。大多數(shù)低成本的轉(zhuǎn)換器的采樣率都是96kHz，不過(guò)隨著技術(shù)的發(fā)展，192kHz的采樣率在現(xiàn)代已經(jīng)越來(lái)越普遍了。

轉(zhuǎn)換過(guò)程的另一個(gè)方面是位分辨率（通常稱為字長(zhǎng)），它表示的是模數(shù)轉(zhuǎn)化器測(cè)量輸入信號(hào)的準(zhǔn)確程度。 由于每個(gè)樣本在那個(gè)時(shí)刻都會(huì)測(cè)量信號(hào)的電壓，因此測(cè)量越精確，從模擬音頻到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換就越準(zhǔn)確。 就如同尺子的刻度一樣，以英寸為刻度的尺子只能只能確切地用英寸測(cè)量長(zhǎng)度，但是，用十六分之一英寸刻度的尺子來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度的話，那么分辨率就可以提高16倍。 位數(shù)越高，分辨率也就越高。

采樣率問(wèn)題。如果系統(tǒng)不能以足夠高的采樣頻率對(duì)信號(hào)電平進(jìn)行采樣的話，就很難準(zhǔn)確地再現(xiàn)信號(hào)。采樣率必須至少是進(jìn)入系統(tǒng)的最高音頻頻率的兩倍，因此44.1kHz是錄音的最低的采樣率。輸出濾波器音染。如上所述，post-DAC低通濾波器會(huì)將階梯采樣轉(zhuǎn)換為平滑連續(xù)的信號(hào)。 但是，濾波器可能會(huì)添加自己的音染。

非線性。非線性是用來(lái)描述如果不同的量化級(jí)別之間的間隔不是均等的，那么就會(huì)出現(xiàn)誤差的情況。讓我們回顧下前面的例子，我們假設(shè)能夠測(cè)量到1毫伏的精度?；氐角懊娴睦?，我們假設(shè)能夠測(cè)量到1毫伏的精度。但如果存在非線性，轉(zhuǎn)換器可能會(huì)將1毫伏信號(hào)轉(zhuǎn)換為1.001毫伏，2毫伏信號(hào)轉(zhuǎn)換為1.978毫伏，等等。這些誤差會(huì)改變波形形狀，從而導(dǎo)致失真。

動(dòng)態(tài)范圍限制。從理論上講，24位分辨率具有大約144dB的動(dòng)態(tài)范圍（每位大約6dB）。但在現(xiàn)實(shí)世界中，由于噪聲，電路板布局問(wèn)題，電源限制和制造公差等因素的影響，24位的轉(zhuǎn)換超出了轉(zhuǎn)換器解決高動(dòng)態(tài)范圍的能力，所以實(shí)際分辨率更可能是20到22位。

抖動(dòng)。如果提供采樣率的系統(tǒng)時(shí)鐘不穩(wěn)定，則不會(huì)以相同的時(shí)間間隔捕獲或回放表示數(shù)字音頻的樣本。您可以將其視為“時(shí)間失真”，因?yàn)槟鷽]有在正確的時(shí)間聽到正確的樣本。這會(huì)導(dǎo)致細(xì)微的失真，這也是在兩個(gè)不同的數(shù)模轉(zhuǎn)換器上回放相同的數(shù)字音頻可能聽起來(lái)不同的原因之一 -- 一個(gè)可能具有更高的抖動(dòng)，而另一個(gè)具有更低的抖動(dòng)。

好在現(xiàn)代的轉(zhuǎn)換器芯片的質(zhì)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于80年代和90年代。即使是低成本的音頻接口也會(huì)有可觀的規(guī)格參數(shù)，所以我們?cè)诂F(xiàn)在很難能找到“糟糕”的專業(yè)音頻接口，但如果您有足夠的預(yù)算來(lái)購(gòu)置高端的轉(zhuǎn)換器的話，那么您就能得到開放度更高、聲音更通透、更具空氣感的聲音。 雖然數(shù)字音頻優(yōu)勢(shì)多多，但它還是要在模擬世界來(lái)回轉(zhuǎn)換 - 而這也是用來(lái)區(qū)分高端轉(zhuǎn)換器與“所謂好的”轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵。