什麼是數字音頻？ 這是我們很多人在某個時候問過自己的問題，而且這不是一個簡單的答案。
數字音頻是以數字格式表示聲音。 它是一種以數字形式而不是模擬形式存儲、處理和傳輸音頻信號的方式。 這是音頻技術的巨大進步。
在本文中，我將解釋什麼是數字音頻，它與模擬音頻有何不同，以及它如何徹底改變了我們錄製、存儲和收聽音頻的方式。
概述
什麼是數字音頻？
數字音頻是指以數字格式表示聲音。 這意味著聲波被轉換成一系列數字，可以使用數字技術進行存儲、操作和傳輸。
數字音頻是如何產生的？
數字音頻是通過定期對模擬聲波進行謹慎採樣而生成的。 然後將這些樣本表示為一系列數字，可以使用數字技術進行存儲和操作。
數字音頻的優勢是什麼？
現代技術的可用性大大降低了與錄製和分發音樂相關的成本。 這使得獨立藝術家更容易與世界分享他們的音樂。 數字錄音可以作為文件分發和出售，不再需要唱片或磁帶等物理副本。 消費者接收流行的流媒體服務，如 Apple Music 或 Spotify，提供對數百萬首歌曲的臨時訪問。
數字音頻的演變：簡史
從機械波到數字簽名
- 數字音頻的歷史可以追溯到 19 世紀，當時使用錫和蠟缸等機械設備來錄製和播放聲音。
- 這些圓柱體上精心刻有凹槽，以機械波的形式收集和處理氣壓變化。
- 留聲機和後來的盒式磁帶的出現，使聽眾無需觀看現場表演就可以享受音樂。
- 然而，這些錄音的質量有限，而且隨著時間的推移，聲音經常會失真或丟失。
BBC 實驗與數字音頻的誕生
- 在 1960 年代，BBC 開始試驗一種新的傳輸系統，將其廣播中心連接到偏遠地區。
- 這需要開發一種能夠以更簡單有效的方式處理聲音的新設備。
- 解決方案是在數字音頻的實施中找到的，它使用離散數字來表示氣壓隨時間的變化。
- 這使得能夠永久保存聲音的原始狀態，這在以前是無法獲得的，尤其是在低電平時。
- BBC 的數字音頻系統基於波形分析，波形以每秒一千次的速度採樣並分配一個唯一的二進制代碼。
- 這種聲音記錄使技術人員能夠通過構建可以讀取和解釋二進制代碼的設備來重現原始聲音。
數字音頻的進步和創新
- 1980 年代商用數字錄音機的發布標誌著數字音頻領域向前邁進了一大步。
- 這種模數轉換器以數字格式存儲聲音，可以在計算機上保存和操作。
- 後來的 VHS 磁帶格式延續了這一趨勢，數字音頻從此被廣泛用於音樂製作、電影和電視。
- 數字音頻的不斷技術進步和無窮無盡的創新導致了聲音處理和保存技術的獨特浪潮的產生。
- 如今，數字音頻簽名被用於以一種曾經無法獲得的方式保存和分析聲音，從而使享受以前無法實現的無與倫比的音質成為可能。
數字音頻技術
記錄和存儲技術
數字音頻技術徹底改變了我們錄製和存儲音頻的方式。 一些最流行的技術包括：
- 硬盤錄音：音頻被錄製並存儲在硬盤上，可以輕鬆編輯和操作音頻文件。
- 數字錄音帶 (DAT)：一種使用磁帶存儲音頻數據的數字錄音格式。
- CD、DVD 和藍光光盤：這些光盤可以存儲大量數字音頻數據，通常用於音樂和視頻分發。
- Minidisc：一種小型便攜式光盤格式，在 1990 年代和 2000 年代初期流行。
- 超級音頻 CD (SACD)：一種高分辨率音頻格式，使用特殊光盤和播放器獲得比標準 CD 更好的音質。
回放技術
可以使用多種技術回放數字音頻文件，包括：
- 計算機：可以使用媒體播放器軟件在計算機上播放數字音頻文件。
- 數字音頻播放器：iPod 和智能手機等便攜式設備可以播放數字音頻文件。
- Workstation 數字音頻工作站：用於錄製、編輯和混合數字音頻的專業音頻軟件。
- 標準 CD 播放器：這些播放器可以播放使用數字音頻技術的標準音頻 CD。
廣播和無線電技術
數字音頻技術也對廣播和無線電產生了重大影響。 一些最流行的技術包括：
- HD Radio：一種數字廣播技術，可提供更高質量的聲音以及歌曲和藝術家信息等附加功能。
- Mondiale：歐洲和世界其他地區使用的數字無線電廣播標準。
- 數字無線電廣播：許多廣播電台現在以數字格式廣播，以獲得更好的音質和歌曲和藝術家信息等附加功能。
音頻格式和質量
數字音頻文件可以以多種格式存儲，包括：
- MP3：一種廣泛用於音樂分發的壓縮音頻格式。
- WAV：一種常用於專業音頻應用程序的未壓縮音頻格式。
- FLAC：一種無損音頻格式，可在不犧牲文件大小的情況下提供高質量的聲音。
數字音頻的質量通過其分辨率和深度來衡量。 分辨率和深度越高，音質越好。 一些常見的分辨率和深度包括：
- 16 位/44.1kHz：CD 質量音頻。
- 24 位/96kHz：高分辨率音頻。
- 32 位/192kHz：錄音室品質的音頻。
數字音頻技術的應用
數字音頻技術具有廣泛的應用，包括：
- 製作完美的音樂會聲音：數字音頻技術可以精確控制音量和質量，從而可以在現場音樂會設置中獲得完美的聲音。
- 獨立藝術家：數字音頻技術使獨立藝術家無需唱片公司即可錄製和發行他們的音樂。
- 無線電和廣播：數字音頻技術為無線電和廣播提供了更好的音質和附加功能。
- 電影和視頻製作：數字音頻技術通常用於電影和視頻製作，以錄製和編輯音軌。
- 個人使用：數字音頻技術使人們可以輕鬆創建和共享自己的音樂和錄音。
數字採樣
什麼是採樣？
採樣是將音樂或任何其他聲波轉換為數字格式的過程。 此過程涉及在特定時間點定期拍攝聲波快照並將其轉換為數字數據。 這些快照的長度決定了生成的數字音頻的質量。
抽樣的工作原理
採樣涉及將模擬聲波轉換為數字格式的特殊軟件。 該軟件在特定時間點拍攝聲波快照，然後將這些快照轉換為數字數據。 生成的數字音頻可以存儲在各種介質上，例如光盤、硬盤驅動器，甚至可以從互聯網上下載。
採樣率和質量
採樣音頻的質量取決於採樣率，即每秒拍攝的快照數。 採樣率越高，生成的數字音頻的質量就越好。 然而，更高的採樣率也意味著在存儲介質上佔用更多空間。
壓縮和轉換
為了將大型音頻文件裝入便攜式媒體或從 Internet 下載它們，通常使用壓縮。 壓縮涉及選擇某些 頻率 和諧波來重新創建採樣聲波，為重新創建實際聲音留下足夠的擺動空間。 這個過程並不完美，在壓縮過程中丟失了一些信息。
抽樣的用途
採樣有多種用途，例如創作音樂、音效，甚至視頻製作。 它還用於為 FM 收音機、便攜式攝像機甚至某些佳能相機版本創建數字音頻。 建議臨時使用採樣，但對於關鍵用途，建議使用更高的採樣率。
接口
什麼是音頻接口？
音頻接口是將來自麥克風和樂器的模擬音頻信號轉換為可由計算機上的軟件處理的數字信號的設備。 它們還將數字音頻信號從計算機路由到耳機、錄音室監聽器和其他外圍設備。 有許多不同類型的音頻接口可用，但最常見和通用的類型是 USB （通用串行總線）接口。
為什麼需要音頻接口？
如果您在計算機上運行音頻軟件並希望錄製或播放高質量音頻，則需要一個音頻接口。 大多數計算機都有內置音頻接口，但這些接口通常非常基本，而且質量不佳。 外部音頻接口將為您提供更好的音質、更多的輸入和輸出以及對音頻的更多控制。
最新版本的音頻接口是什麼？
最新版本的音頻接口可在銷售音樂設備的商店購買。 這些天它們很便宜，你可以很快推出舊庫存。 顯然，您想要購物的速度越快，您就能以最快的速度找到最新版本的音頻接口。
數字音頻質量
簡介
對於數字音頻，質量是一個關鍵因素。 音頻信號的數字表示是通過稱為採樣的過程實現的，該過程涉及獲取連續的模擬信號並將其轉換為數值。 這個過程徹底改變了我們捕捉、操縱和再現聲音的方式，但它也為音頻質量帶來了新的挑戰和考慮。
採樣和頻率
數字音頻的基本原理是捕捉聲音並將其表示為一系列數值，這些數值可以使用軟件應用程序進行操作和處理。 數字音頻的質量取決於這些值代表原始聲音的準確程度。 這是由採樣率決定的，採樣率是每秒測量模擬信號並將其轉換為數字信號的次數。
現代音樂通常使用 44.1 kHz 的採樣率，這意味著模擬信號每秒被採集 44,100 次。 這與 CD 所用的採樣率相同，CD 是分發數字音頻的常用媒體。 也可以使用更高的採樣率，例如 96 kHz 或 192 kHz，它們可以提供更好的質量，但它們也需要更多的存儲空間和處理能力。
數字信號編碼
對模擬信號進行採樣後，將使用稱為脈衝編碼調製 (PCM) 的過程將其編碼為數字信號。 PCM 將模擬信號在每個採樣點的幅度表示為數值，然後將其存儲為一系列二進制數字（位）。 用於表示每個樣本的位數決定了位深度，這會影響數字音頻的動態範圍和分辨率。
例如，CD 使用 16 位的位深度，可以表示 65,536 個不同的振幅電平。 這提供了大約 96 dB 的動態範圍，足以滿足大多數聆聽環境的需求。 更高的位深度，例如 24 位或 32 位，可以提供更好的質量和動態範圍，但它們也需要更多的存儲空間和處理能力。
數字音頻處理
數字音頻的優勢之一是能夠使用軟件應用程序操縱和處理信號。 這可以包括編輯、混合、應用效果和模擬不同的環境。 但是，這些過程也會影響數字音頻的質量。
例如，對音頻信號應用某些效果或更改可能會降低質量或引入偽影。 了解所用軟件的限制和功能以及音頻項目的具體要求非常重要。
數字音頻獨立音樂製作
從厚實的甲板到負擔得起的設備
專業錄製音樂意味著投資厚實的甲板和昂貴的設備的日子已經一去不復返了。 隨著數字音頻的出現，世界各地的獨立藝術家現在每天都可以在自己的家庭工作室中創作音樂。 負擔得起的設備的可用性極大地改變了音樂產業，對現在可以在不破產的情況下製作自己的音樂的音樂家產生了積極影響。
了解數字音頻質量
數字音頻是一種將聲波記錄為數字數據的方法。 數字音頻的分辨率和採樣率會影響聲音的質量。 以下是多年來數字音頻質量如何發展的簡史：
- 在數字音頻的早期，採樣率很低，導致音質不佳。
- 隨著技術的改進，採樣率增加，從而產生更好的音質。
- 今天，數字音頻質量非常高，採樣率和位深度可以準確捕捉聲波。
錄製和處理數字音頻
為了錄製數字音頻，音樂家使用獨立的鍵盤、虛擬樂器、軟件合成器和 FX 插件。 記錄過程涉及使用模數轉換器將模擬信號轉換為數字數據。 然後將數字數據作為文件存儲在計算機上。 文件的大小取決於錄製的分辨率和採樣率。
延遲和生產
延遲是聲音輸入與其處理之間的延遲。 在 音樂製作，在錄製多軌或詞乾時，延遲可能是個問題。 為了避免延遲，音樂家依賴於低延遲音頻接口和處理器。 數字數據信號通過電路進行處理，生成聲音的波形圖像。 該波形圖像然後由播放設備重建為聲音。
失真和動態範圍
數字音頻具有很高的動態範圍，這意味著它可以準確地捕捉整個範圍的聲音。 然而，數字音頻也會遭受失真，例如削波和量化失真。 當輸入信號超過數字系統的餘量時，就會發生削波，從而導致失真。 當數字系統將信號四捨五入以適應剛性段時，就會發生量化失真，從而在某些時間點留下不准確的痕跡。
社交分發平台
隨著社交發行平台的興起，獨立音樂家現在可以在不需要唱片公司的情況下向全球觀眾發行他們的音樂。 這些平台允許音樂家上傳他們的音樂並與他們的追隨者分享。 音樂發行的民主化創造了一場真正的技術革命，讓音樂家可以自由創作並與世界分享他們的音樂。
結論
至此，您已經了解了有關數字音頻的所有知識。 數字音頻是將聲音表示為離散的數值，而不是連續的物理波。
數字音頻徹底改變了我們錄製、存儲、操作和聆聽音樂的方式。 所以，不要害怕潛入並享受這項驚人技術的好處！
我是 Joost Nusselder，Neaera 的創始人，也是一名內容營銷人員，父親，我熱愛以吉他為核心嘗試新設備，並與我的團隊一起，自 2020 年以來一直在撰寫深度博客文章幫助忠實的讀者獲得錄音和吉他技巧。
