聲音的採集與存儲

        我們今天來看看聲音是怎麼採集以及怎麼進行存儲的。最早用於採集聲音的設備當屬留聲機了,那麼它的原理是怎樣的呢?留聲機是一種原始放音裝置,其聲音儲存在以聲學方法在唱片(圓盤)平面上刻出的弧形刻槽內。唱片置於轉檯上,在唱針之下旋轉。通過振動膜的震動帶動探針震動,最終在盤面上留下條紋以來記錄聲音。在播放聲音時,通過這些條紋以還原聲音。那麼刻出來的這張圓盤,我們稱之爲母盤。其他的唱片都是以複製這張母盤而得到,但是效果會有所下降。這是以模擬的方式來記錄聲音。

        那麼在現代是怎麼以數字的方式來記錄聲音呢?我們是通過測量一些電阻的電壓而得到的。因爲電阻受聲音的影響,因而電壓會有所改變。我們用時間和電壓來表示下,以時間 T 爲橫軸,電壓 V 爲縱軸。如果以一個正弦波表示一段聲音的高低的話,那麼我們時間間隔越小的話,記錄的波形就越接近正弦波。理論上無限小的話,就和正弦波是一樣的。這個時間間隔的倒數我們稱之爲採集頻率,而電壓誤差則稱之爲波形失真的大小。採集頻率越大,那麼波形失真就越小,存儲的數據也就會越多。

        下來我們再來介紹電壓位數的概念。我們如果一段電壓用 2 位表示的話,就有 4 種表示法(00, 01, 10, 11),那麼它的刻度就是 V/3。如果我們用 3 位表示的話,就有 8 種表示法,那麼它的刻度就是 V/7。同樣的,記錄電壓位數越多,精度也就越高,波形失真就越小,存儲數據就越多。記錄電壓我們通常稱之爲採樣精度。我們通過所見到的 .wav 文件一般來說就是原始的存儲聲音文件,我們一般稱它爲標準。所有的聲音格式到最後都是轉換爲 wav 格式來進行播放。我們通常所說的音頻解碼就是將別的格式(如 MP3)等每幀的數據轉換爲 pcm 格式,最後進行播放。這個轉換的過程就是解碼。 WAV 文件一般來說都是雙通道的,也就是左右兩通道都包含,如果只存在某個通道的數據,我們便稱之爲單聲道文件。關於 audio 的更多知識,我們將在以後慢慢來分析。


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