旋转一些曲调! 秘密特工迈克/盖蒂图片社

　　什么时候 光盘 它们于 1980 年代初首次推出，它们生活中的唯一目的是以数字格式保存音乐。为了了解CD的工作原理，您需要首先了解数字录音和播放的工作原理以及模拟和数字技术之间的区别。

　　在本文中，我们将研究模拟和数字录音，以便您完全了解这两种技术之间的区别。

　　开始：蚀刻锡

　　爱迪生 被认为在 1877 年创造了第一台用于录制和播放声音的设备。他的方法使用一种非常简单的机制来机械地存储模拟波。在爱迪生的原著中 留声机，隔膜直接控制一根针，针头在锡纸筒上划伤模拟信号：

　　你在旋转圆筒时对着爱迪生的设备说话，针头将你说的话“记录”到罐子上。也就是说，当隔膜振动时，针也会振动，这些振动会压在罐子上。为了回放声音，指针在录制过程中划伤的凹槽上移动。在播放过程中，压入锡中的振动导致指针振动，导致振膜振动并播放声音。

　　该系统由以下人员改进 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带有螺旋槽的平面唱片，使唱片的批量生产变得容易。现代留声机的工作方式相同，但指针读取的信号以电子方式放大，而不是直接振动机械振膜。

　　模拟波

　　点击这里听这个词。爱迪生留声机里的针在锡筒上划伤的是什么?这是一个 模拟波 代表你的声音产生的振动。例如，下图显示了通过说“hello”一词而产生的模拟波：

　　该波形是用电子方式而不是锡纸记录的，但原理是相同的。这张图显示的基本上是 麦克风的 隔膜 (Y 轴) 随时间推移 (X 轴).振动非常快 - 振膜的振动量级为 每秒 1，000 次振荡.这是在爱迪生设备的锡纸上划伤的那种波浪。请注意，单词“hello”的波形相当复杂。纯音只是以特定频率振动的正弦波，例如此 500 赫兹波(500 赫兹 = 每秒 500 次振荡)：

　　单击此处收听提示音。

　　您可以看到模拟波的存储和回放可以非常简单 - 刮到锡上当然是一种直接而直接的方法。简单方法的问题在于 保真度 不是很好。例如，当您使用爱迪生的留声机时，会与预期信号一起存储大量刮擦噪声，并且信号以几种不同的方式失真。此外，如果你反复播放留声机，最终它会磨损——当指针经过凹槽时，它会稍微改变它(并最终擦除它)。

　　数字数据

　　在一个 光盘 (以及任何其他数字录音技术)，目标是创建具有非常 高保真度 (原始信号和再现信号之间的高度相似性)和 完美再现 (无论您播放多少次，每次播放录音时听起来都一样)。

　　为了实现这两个目标，数字录音将模拟波转换为数字流，并记录数字而不是波。转换由称为 模数转换器 (ADC)。为了播放音乐，数字流通过 数模转换器 (发援会)。DAC产生的模拟波为 放大 并喂给 扬声器 来产生声音。

　　DAC产生的模拟波每次都是相同的，只要数字没有损坏。如果模数转换器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模拟波非常相似。

　　如果您更好地了解模数转换过程，您就可以理解为什么 CD 具有如此高的保真度。假设您有一个声波，并且您希望用ADC对其进行采样。这是一个典型的波浪(假设水平轴上的每个刻度代表千分之一秒)：

　　使用模数转换器对波形进行采样时，可以控制两个变量：

　　这 采样率 - 控制每秒采集多少样本

　　这 采样精度 - 控制取样时可能有多少种不同的渐变(量化水平)

　　在下图中，假设采样率为每秒 1，000，精度为 10：

　　绿色矩形表示示例。每隔千分之一秒，ADC查看波，并选择0到9之间最接近的数字。所选数字显示在图的底部。这些数字是原始波的数字表示。当DAC从这些数字重新创建波时，你会得到下图所示的蓝线：

　　你可以看到蓝线丢失了红线中最初发现的相当多的细节，这意味着再现波的保真度不是很好。这是 采样误差.您可以通过提高采样率和精度来减少采样误差。在下图中，速率和精度都提高了 2 倍(以每秒 2，000 个样本的速率进行 20 个渐变)：

　　在下图中，速率和精度再次翻倍(每秒 4，000 个样本的 40 个渐变)：

　　您可以看到，随着速率和精度的提高，保真度(原始波与DAC输出之间的相似性)有所提高。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，渐变数为65，536。在这个级别上，DAC的输出与原始波形非常匹配，以至于声音基本上是“完美的”。 人耳.

　　光盘存储容量

　　关于CD的采样率和精度的一件事是它会产生大量数据。在CD上，ADC产生的数字存储为： 字节，表示 65，536 个渐变需要 2 个字节。正在录制两个声流(立体声系统上的每个扬声器一个)。CD 最多可以存储 74 分钟的音乐，因此必须存储在 CD 上的数字数据总量为：

　　44，100 个样本/(通道*秒)* 2 字节/样本 * 2 个通道 * 74 分钟 * 60 秒/分钟 = 783，216，000 字节

　　那是很多字节!将这么多字节存储在一块足够坚固的廉价塑料片上，以在大多数人放CD的滥用中幸存下来，这不是一件小事，尤其是当你考虑到第一张CD是在1980年问世时。读 光盘的工作原理 完整的故事!

　　有关模拟/数字技术和相关主题的更多信息，请查看下一页上的链接。

　　数字听起来比模拟更好吗?

　　一些发烧友认为，数字录音在准确再现声音方面存在不足。他们使用充满行话的复杂语言来描述音频系统的功能或缺点。他们的大多数批评都涉及声音 频率.

　　人类可以听到从20赫兹(Hz)到20千赫兹(kHz)的声音[来源： 超物理].声波的频率对应于我们对声音音高的感知。频率越高，我们听到的音调就越高。

　　发烧友通过使用以下术语来描述音频系统在不同频率下的音质： 满, 温暖 和 通风.饱满或温暖的声音来自能够很好地再现低频的系统。轻快的声音意味着再现的音乐给听众的印象是乐器处于宽敞的环境中，通常是指高频范围内的声音。

　　一些发烧友说，黑胶唱片在较低频率下表现更好，这意味着它们提供温暖的声音。他们认为，光盘在这个范围内再现声音并不准确。其他人坚持认为，制作精良的数字文件和未损坏的黑胶唱片之间没有可检测的区别。

　　发烧友可能会指出，听音乐时，您的音响系统将是最重要的因素，而不是您放入其中的媒体。但是，假设您已经建立了一个非常强大的系统，可以处理模拟和数字格式，那么在购买新专辑时应该选择哪种格式?

　　这取决于录制方法。如果录音艺术家使用模拟格式来创建主录音，发烧友会争辩说音乐的模拟副本是最好的。这是因为不需要将声音从模拟转换为数字。副本应准确表示原始曲目。

　　但是，如果艺术家使用数字录音，那么最好在 光盘.为了从数字录音中按下黑胶唱片，音频工程师必须首先将数字信号中的音乐转换回模拟声波。每当工程师必须将录音从一种格式转换为另一种格式时，质量都有可能受到影响。

　　最后，对音乐质量的感知有些主观。两个人站在同一个房间里听同样的音乐，可能对录音的质量有非常不同的看法。有人可能会说音乐温暖而通风，而另一个人可能会说它刺耳而平淡。无论听众使用数字媒体还是模拟媒体，都可能发生这种情况。

　　所以底线：哪个更好?经过大量研究并让自己听了几个小时的音乐，我们得出了一个答案。我们将不得不称这为平局。