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蓝牙音响IC-数字音频基本原理
^16=65536份;而24位则分成2^24=16777216份。现在我们来进行一个计算,看看一个数字音频文件的数据量到底有多大。假设我们是用44.1kHz、16bit来进行立体声(即两个声道)采样,即采样成标准的CD音质(也称作红皮书音频)。那么就是说,一秒钟内采样44.1千次,每次的数据量是16×2=32bit(因为立体声是两个声道)。 而大家知道,一个字节(Byte)含有8个位(Bit),那么一秒钟内的数据量便是44.1k×32bit /(8bit / Byte)=176.4 kByte。一个汉字在电脑里占用两个字节,那么176.4kB的空间可以存储 176.4k / 2=88200个汉字,也就是说一秒钟的数字音频数据量与近九万个汉字(一部中篇小说)的数据量相当。由此可见,数字音频文件的数据量是十分庞大的。 也许有人会问,为什么要把CD音质的采样频率规定成44.1kHz而不是其他的频率呢?44.1kHz意味着每秒采样四万多下,这会不会太多了点呢?究竟每秒采样多少次才算合理呢?请看下图。图中,上半部分表示原始音频的波形;下半部分表示录制后的波形;红色的点表示采样点。 大家可以发现,上下波形之所以不吻合,是因为采样点不够多,或严谨一点说,是采样频率不够高。这种情况,我们称之为低频失真。 一个常见的低频失真的例子便是电影上车辆行驶时车轮转动的情况(一个典型的“马车轮”效应的例子)。你也许早已发现,飞快转动的车轮有时看起来似乎是静止不动甚至会向反方向转动(类似的情况也发生在直升飞机的翼片和螺旋浆上面)。 关于合理的采样频率这一问题在Nyquist(奈奎斯特)定理中早已有明确的答案:要想不产生低频失真,则采样频率至少是录制的最高频率的两倍(上图中,采样频率只是录制频率的4/3倍)。这个频率通常称作Nyquist极限。 在正常的音乐中,最高的音符也只不过7kHz-8kHz,这似乎意味着16kHz的采样频率便已足够。其实这7、8kHz仅仅表示基音的音高,还有大量的泛音未包括在内,故用这种方法来定采样频率是十分不科学的。其实,所谓“不失真”,换句话说便是“人们听不到失真”。人类的听力范围是20Hz-20kHz,所以采样频率至少得是20k×2=40kHz便可保证不产生低频失真。CD音质的44.1kHz正是这样制定出来的(略高于40kHz是为了留有余地)。按照Nyquist定理,这样的采样频率可以保证即使是22.05kHz的超声波也不会产生低频失真。而音频的工业标准所规定的48kHz采样频率(如DAT,Digital Audio Tape)则有更高的Nyquist极限,满足更苛刻的要求。 那么数字音频又是如何播放出来的呢?首先,将这些由大量数字描述而成的音乐送到一个叫做数/模转换器(Digital to Analog Converter,即DAC)的线路里。它将数字回放成一系列相应的电压值,然后通过有助于稳定的保持线路,最后将信号由低通滤波器输出。这样,比较平缓的具有脉动电压的模拟信号可继续发送至放大器和扬声器,电流经过放大再转变成声音。 相对应的模拟音频又是怎样录制与播放的呢?首先,声波通过麦克风,空气分子的振动转变为电信号的波动(数字录音也必需经过这一步)。录音磁头的电磁铁根据通过电流的大小而产生大小不同的磁场,磁场的变化情况会相应的记录在磁带上(实际上是磁带上的磁粉排列发生
 
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