模拟和数字录音如何工作

托马斯·爱迪生创建了第一个用于录制和播放声音的设备在1877年被认为。他的方法使用了一种非常简单的机制来机械存储模拟波。在爱迪生的原始留声机，隔膜直接控制着针，针头将模拟信号刮在锡箔缸上：

您在旋转圆柱体时向爱迪生的设备讲话，并将针头“记录”到锡罐上。也就是说，随着隔膜的振动，针头也是如此，这些振动印象深刻。为了播放声音，针头在录制过程中划痕的凹槽上移动。在播放期间，压入锡的振动导致针头振动，导致隔膜振动并播放声音。

该系统通过埃米尔·柏林纳1887年生产留声机这也是使用针和隔膜的纯机械装置。留声机的主要改进是使用螺旋凹槽的平坦记录，使记录的大规模生产变得容易。现代留声机的工作方式相同，但是针头读取的信号是电子上放大的，而不是直接振动机械隔膜。

爱迪生留声机中的针头刮在锡缸上是什么？它是一个模拟波表示您的声音创造的振动。例如，这是一个图表，显示了通过说“ Hello”一词来创建的模拟波：

该波形是通过电子方式记录的，而不是在锡箔上记录的，但是原理是相同的。该图显示的是，本质上是麦克风膜片y轴） 随着时间的推移 （x轴）。振动非常快 - 隔膜正在振动下每秒1,000个振荡。这是Edison设备中的锡箔纸上的波浪。请注意，“ Hello”一词的波形相当复杂。纯音只是在一定频率下振动的正弦波，例如这个500-Hertz波（500赫兹= 500振荡每秒500个振荡）：

您会看到模拟波的存储和播放可能非常简单 - 刮擦锡无疑是一种直接而直接的方法。简单方法的问题是忠诚不是很好。例如，当您使用爱迪生的留声机时，会有很多带有预期信号的刮擦噪声，并且信号以几种不同的方式变形。另外，如果您反复播放留声机，最终它将磨损 - 当针穿过凹槽时，它会稍微改变它（最终擦除）。

在一个光盘（以及任何其他数字录制技术），目标是创建一个非常高保真度（原始信号和再现信号之间的相似性非常高）和完美的繁殖（无论您播放多少次，录制听起来都一样）。

为了实现这两个目标，数字记录将模拟波转换为数字流并记录数字而不是波。转换是由称为一个设备完成的模数转换器（ADC）。为了播放音乐，数字流通过数字到分析转换器（DAC）。DAC产生的模拟波为放大并喂给演讲者产生声音。

只要数字没有损坏，DAC产生的模拟波就会相同。如果以高速率采样并产生准确的数字，则DAC产生的模拟波也将与原始类似波非常相似。

如果您更好地了解类似物到数字的转换过程，那么您可以理解为什么CD具有如此高的保真度。假设您有声波，您希望用ADC对其进行采样。这是一个典型的波（在这里假设水平轴上的每个刻度代表千分之一秒）：

当您用模数转换器采样波时，您将控制两个变量：

在下图中，让我们假设采样率为每秒1,000，精度为10：

绿色矩形代表样品。每千秒钟，ADC都会查看波浪，并在0到9之间选择最接近的数字。所选的数字沿图的底部显示。这些数字是原始波的数字表示。当DAC从这些数字中重新创建波浪时，您将在下图中显示蓝线：

您会看到，蓝线损失了最初在红线中发现的细节，这意味着复制波的保真度不是很好。这是采样错误。您可以通过增加采样率和精度来减少采样误差。在下图中，速率和精度均已提高了2倍（20级，每秒2,000个样本的速率）：

在下图中，速率和精度再次加倍（以每秒4,000个样本为40个等级）：

您可以看到，随着速率和精度的提高，忠诚度（原始波和DAC输出之间的相似性）有所改善。在CD声音的情况下，保真度是一个重要的目标，因此采样率为每秒44,100个样本，等级的数量为65,536。在此级别上，DAC的输出与原始波形非常匹配，以至于声音本质上是“完美”的人耳。

关于CD的采样率和精度，它会产生大量数据。在CD上，ADC生产的数字存储为字节，并且需要2个字节来代表65,536个等级。有两个声流正在录制（立体声系统上的每个扬声器）。CD最多可以存储74分钟的音乐，因此必须在CD上存储的数字数据总量为：

44,100样品/（频道 *第二） * 2个字节/样本 * 2频道 * 74分钟 * 60秒/分钟= 783,216,000字节

这是很多字节！将许多字节存储在一块廉价的塑料上，足以幸免于虐待大多数人通过CD进行的虐待，这并不是一件很小的任务，尤其是当您认为第一个CD在1980年发布时。CD如何工作完整的故事！

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