数字音频论文

数字音频技术的研究进展学号：1112270222班级：电科112姓名：黄宋华摘要：随着经济的快速发展，人们对科技产品的要求越来越高。在音响行业，许多音响发烧友更是要求苛刻。模拟音响的技术经过多年的发展，已是相当的成熟，甚至达到了巅峰。但人们对音响功能要求越来越高，而模拟音响已发展到极限，很难有新的突破，所以功能强大、使用方便的音响便变得炙手可热了。关键字：数字音响、音频技术、PCM、DSD前言：音响技术是研究声音信号的转换、记录、传送和重放的专门综合性技术。数字音响技术是指在音响技术的基础上，对原声信号(合乐、声乐等)进行一系列数字处理后，再恢复成高质量的模拟声音信号的技术。数字音响技术已深入到日常生活的各个方面，从家庭影院、汽车音响到个人音乐播放器，无不体现出数字音响的优越性。伴随着信息技术的不断发展，数字音响技术不断发展和创新，其核心关键技术不断完善，使得音响行业的数字化、智能化前景美好。一．数字音响发展过程在日常生活中人们听到的各种声音，其信号强度都是随时间连续变化的，我们称这种信号为模拟信号。传统的声音记录方式是将这种模拟信号直接记录下来，例如磁带录音和密纹昌片（也称LP唱片）就是将声音拾取处理后以磁记录或机械刻度的方式记录下来，此时磁带上剩磁的变化或密纹，唱片音槽内的纹路起伏变化都是与声音信号的变化相对应、成正比的。记录储存这种模拟声音信号的载体，诸如密纹唱片、盒式磁带等，称为模拟音响软件，而能够播放和（或）记录这些软件的信号处理设备，诸如电唱机、磁带录音机等，则称为模拟音响设备或模拟音响系统。模拟信号在录制、传输、处理和放大过程中，很容易产生失真和噪声，使得模拟音响软件和硬件的电声技术指标难以大幅度提民为了克服模拟音响技术的缺陷，数字音响技术应运而生，并从本世纪80年代起获得了引人注目的发展。【1】数字音响是指对原始的声音信号进行一系列的数字化处理，将模拟声音信号变换成一系列由二进制码表示的数字比特流之后，再进行记录、传输和加工处理，最后再恢复成高保真的模拟信号，重放出声音。记录储存数字音。向信号的载体，称为数字音响软件，而能够播放和（或）记录这些软件的数字信号处理设备，则称为数字音响设备或数字音响系统。典型的数字音响软件和音源设备就是CD唱片和播放这种唱片的CD唱机。【2】二．数字音响的主要特点1.信噪比高数字音响记录形式是二进制码,重放时只需判断“0”或“1”。因此,记录媒介的噪声对重放信号的信噪比几乎没有影响。而模拟音响记录形式是连续的声音信号,在录放过程中会受到诸如磁带噪声的影响,要叠加在声音信号上而使音质变差。尽管在模拟音响中采取了降噪措施,但无法从根本上加以消除。2.失真度低在模拟音响录放过程中,磁头的非线性会引入失真,为此须采取交流偏磁录音等措施,但失真仍然存在。而在数字音响中,磁头只工作在磁饱和及无磁两种状态,表示1和0,对磁头没有线性要求。3.重复性好数字音响设备经多次复印和重放,声音质量不会劣化。传统的模拟盒式磁带录音,每复录一次,磁带所录的噪声都要增加,致使每次复录要降低信噪比约3dB,子带不如母带,孙带不如子带,音质逐次劣化。4.抖晃率小数字音响重放系统由于时基校正电路作用,旋转系统,驱动系统的不稳不会引起抖晃,因而不必要求像模拟记录中那样的精密机械系统。5.适应性强数字音响所记录的是二进制码,各种处理都可作为数值运算来进行,并可不改变硬件,仅用软件操作,便于微机控制,故适应性强。6.便于集成由于数字化,因而便于采用超大规模集成电路,并使整机调试方便,性能稳定,可靠性高,便于大批量生产,可以降低成本。三．数字音频的研究发展方向1、模拟与数字音频技术的关系和互补性把握数字音频技术发展的方向，我们必须对数字音频与模拟音频技术之间有一个科学的认识，并清楚这样一个概念：数字化是一种手段，但我们始终离不开这个模拟的世界，所以我们要清楚模拟与数字音频技术的优势和弱点。对音频的质量上来说，数字音频通过模数/数模转换后，越接近模拟音质就越好。但是，数字化技术在音频的编辑、合成、效果处理，存储、传输和网络化，以及在价格等方面，有极大的优势。半导体技术高速发展的今天，在专业音频领域，为了得到温暖的模拟音质，仍旧需要采用电子管器件，如电子管话筒、电子管前置放大器和压缩器，以及功率放大器。为了与数字化音频系统配合使用，不少最新的音频专业电子管产品带有了数字接口。所以，数字化时代的音频技术，并不是弃模变数，而是两者有机的结合，取长补短，用数字化技术去追求模拟的音质，用数字化手段来弥补传统音频设备的弱点。目前世界上公认音质最好的调音台，如AMEK9098和SSL9000J系列，就是模拟数控台，即模拟信号流，数字化的控制系统，另外还配置了模数转换接口，这就是模拟音频技术与数字技术结合的实例。【3】电脑技术已将人们带入了一个虚拟世界。音频领域也不例外，音频工作站的发展已越来越成熟，人们已称它为虚拟录音棚。虚拟音频制作系统中，包括了录音机、调音台、周边信号发生器、非线性编辑和数据库等。这种虚拟系统不仅有价格的优势，而且功能齐全，符合数字化，网络化发展的要求，其音频的质量可与一些高级传统音频设备抗衡。它符合数字化、网络化的要求，其价格与传统设备相比，则更有优势。近年来，虚拟音频制作系统对界面的外控操作上，正逐步向传统设备的操作概念发展。还与传统调音台有机结合。除Protools音频工作站已有了ProControls外控操作台外，索尼公司已将DMX-100调音台与Pyramix虚拟音频制作系统结合，DMX-100调音台的48路数字音频通道可通过MADI模数/数模转换器与Pyramix连接，Pyramix可通过DMX-100的24个电动马达推子实现外部自动化控制。另外SSL9000J系列高级模拟数控台也可与Pyramix虚拟音频制作系统配合使用，音频信号可通过PCM/MADI转换器或DSD转换器与Pyramix连接，SSL9000J系列调音台上的控制键钮和推子可通过索尼422协议与Pyramix连接。上述种种可以看到，数字时代音频的发展，从音质上讲，数字与模拟的追求是一致的；从数字技术在音频领域的应用来看，它仍然依托着传统的模拟设备而向前发展。2、数字音频格式PCM和DSD的发展状况PCM脉码调制数字音频格式是70年代末发展起来的，记录媒体之一的CD，80年代初由飞利浦和索尼公司共同推出。PCM的音频格式也被DVD-A所采用，它支持立体声和5.1环绕声，1999年由DVD讨论会发布和推出的。PCM的比特率，从14-bit发展到16-bit、18-bit、20-bit直到24-bit；采样频率从44.1kHz发展到192kHz。到目前为止PCM这项技术可以改善和提高的方面则越来越来小。只是简单的增加PCM比特率和采样率，不能根本的改善它的根本问题。其原因是PCM的主要问题在于：1）任何PCM数字音频系统需要在其输入端设置急剧升降的滤波器，仅让20Hz-22.05kHz的频率通过（高端22.05kHz是由于CD44.1kHz的一半频率而确定），这是一项非常困难的任务。2）在录音时采用多级或者串联抽选的数字滤波器（减低采样率），在重放时采用多级的内插的数字滤波器（提高采样率），为了控制小信号在编码时的失真，两者又都需要加入重复定量噪声。这样就限制了PCM技术在音频还原时的保真度。【4】为了全面改善PCM数字音频技术，获得更好的声音质量，就需要有新的技术来替换。近年来飞利浦和索尼公司再次联手，共同推出一种称为直接流数字编码技术DSD的格式,其记录媒体为超级音频CD即SACD，支持立体声和5.1环绕声。DSD音频格式简化了信号流程，去掉了PCM使用的多级滤波器，将模拟音频直接以2.8224MHz的高采样频率，按1-bit的数字脉冲来记录。虽然DSD格式表示的声音信号是数字化数据，但是它又与真正的声波非常接近，可完整的记录当今最佳模拟系统的信息。最好的30ips半英寸模拟录音机能记录的频率能超过50KHz，而DSD格式的频率响应指标为从DC到100KHz。能覆盖高级模拟调音台的动态范围，通过其音频频段的剩余噪声功率，保持在-120dB。DSD的频率响应和动态范围，是任何数字和模拟的录音系统无法与之比拟的。从声音的质量上来说,数字音频技术是为了接近模拟声音的质量。DSD音频格式的发展将更有利的与模拟音频系统配合。四、结论：在广播影视领域大规模数字化进程中，我们已感受到音频制作手段的快速更新，工作效率大大提高，但对数字化后的音频质量，还须有更高的追求，高清晰度电视和数字电影更需要有与之相适应的高质量音频。在数字化规划中，应当逐步将DSD技术应用于实际，真正走在广播影视数字化进程的前列。参考文献：【1】李广田.数字音响的发展[N].中国电子报,2002-07-13【2】王乐【渐成主流?市售主流数字音响优势解析】【3】“电子音响工业”告刊，2005年第5期，P16【4】“音响世界”2007年第9期，P25