數(shù)字聲頻技術(shù)（數(shù)字聲頻技術(shù)）

簡(jiǎn)史

數(shù)字聲頻技術(shù)是從60年代初開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的。M.R.施羅德提出用數(shù)字全通濾波網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成人工混響器的方案。60年代后期和70年代初研制成功脈碼調(diào)制（PCM）磁帶錄音機(jī)，在一些國(guó)家建成了高質(zhì)量節(jié)目的數(shù)字傳輸網(wǎng)。70年代后期和80年代初研制成功數(shù)字聲頻唱片系統(tǒng)和數(shù)字調(diào)音臺(tái)，演播室所需的主要設(shè)備已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。

60年代和70年代數(shù)字聲頻技術(shù)的主要特點(diǎn)是用數(shù)字式設(shè)備代替模擬式設(shè)備，而80年代的特點(diǎn)則是以小型計(jì)算機(jī)為中心組合成綜合性的數(shù)字聲頻信號(hào)處理系統(tǒng)。數(shù)字聲頻設(shè)備已從專業(yè)應(yīng)用進(jìn)入了家用的普及階段。

結(jié)構(gòu)

數(shù)字聲頻設(shè)備或系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)與PCM系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)類似，但聲頻信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍通常在80分貝以上，所以模-數(shù)和數(shù)-模轉(zhuǎn)換器要用高精度的變換器，一般要求12～ 14比特線性PCM編碼，專業(yè)用的變換器要求達(dá)到16比特的精度。聲頻帶寬通常取20赫～20千赫，比通信中的語(yǔ)言信號(hào)為寬。

數(shù)字信號(hào)比模擬信號(hào)占據(jù)的帶寬寬得多。為了壓縮頻帶，已研究出一些壓縮比特率的技術(shù)。在數(shù)字聲頻技術(shù)中常用的有浮點(diǎn)PCM編碼、準(zhǔn)瞬時(shí)壓擴(kuò)PCM編碼和ADM編碼等。

性能

數(shù)字錄音機(jī)和數(shù)字唱片等數(shù)字聲頻系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍和信噪比均可達(dá)到90分貝以上，而模擬錄音機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍最大為65～70分貝，且由于存在調(diào)制噪聲，其信噪比只有40分貝左右。

數(shù)字聲頻錄音機(jī)的非線性失真可小于0.05%，抖晃率極小，而模擬錄音機(jī)的非線性失真約為1%，抖晃率最小為0.03%左右。

數(shù)字系統(tǒng)是以電脈沖的“0”和“1”兩個(gè)狀態(tài)來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼和傳輸?shù)?，最后只須識(shí)別出“0”和“1”兩個(gè)狀態(tài)就可以進(jìn)行解碼，恢復(fù)出原信號(hào)，再加上適當(dāng)?shù)牟铄e(cuò)控制編碼便能檢出和糾正傳輸中產(chǎn)生的錯(cuò)誤。因此數(shù)字系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，適于遠(yuǎn)距離傳輸和長(zhǎng)期儲(chǔ)存。例如數(shù)字錄音磁帶可長(zhǎng)期存放，性能不會(huì)變壞，沒(méi)有模擬錄音磁帶特有的復(fù)印效應(yīng)。數(shù)字錄音經(jīng)多次轉(zhuǎn)錄后信噪比幾乎不變，而模擬錄音，每轉(zhuǎn)錄一次信噪比將下降2～3分貝。

數(shù)字設(shè)備可以復(fù)用、編制程序、加密，能用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。例如數(shù)字調(diào)音臺(tái)就是一個(gè)專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它除能完成普通調(diào)音臺(tái)的一切功能之外還能把參數(shù)存儲(chǔ)起來(lái)，可實(shí)現(xiàn)“個(gè)人化”均衡，精確重復(fù)前面的操作，并可立即分析和顯示處理結(jié)果等。

應(yīng)用

數(shù)字聲頻技術(shù)的典型應(yīng)用包括數(shù)字錄音、節(jié)目傳輸、人工混響和混錄等。

把模-數(shù)變換后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)信道編碼差錯(cuò)控制后記錄在錄音載體(如磁帶)上的過(guò)程。記錄在磁帶上的信號(hào)實(shí)際上是代表“0”和“1”的兩個(gè)電平，只需約20分貝的信噪比就足以把它們可靠地識(shí)別出來(lái)。因此，磁帶層間的復(fù)印信號(hào)不會(huì)影響重放聲音的質(zhì)量，而模擬錄音機(jī)則要求復(fù)印信號(hào)在60分貝以下。同樣，在轉(zhuǎn)錄時(shí)只需識(shí)別“0”和“1”兩個(gè)電平，再加上糾錯(cuò)碼，即便經(jīng)過(guò)多次轉(zhuǎn)錄也不會(huì)有明顯的誤差積累，所以對(duì)重放信號(hào)的信噪比沒(méi)有明顯的影響。另外，記錄器本身的抖晃雖然與模擬錄音機(jī)一樣仍然存在，但在數(shù)字錄音機(jī)中可加入一個(gè)緩沖存儲(chǔ)器把它平滑掉，所以能達(dá)到一般抖晃儀測(cè)不出來(lái)的程度。在數(shù)字錄音機(jī)中，用旋轉(zhuǎn)磁頭視頻磁帶記錄器(VTR)和多磁跡固定磁頭磁帶記錄器，一般采用PCM編碼，故常稱PCM錄音機(jī)。

演播中心和其他地方交換節(jié)目時(shí)可通過(guò)光纜、電纜、微波中繼和衛(wèi)星信道進(jìn)行。

用適當(dāng)設(shè)備模仿出特定聲學(xué)環(huán)境（如音樂(lè)堂）的聲學(xué)效果。人工混響一般可以用混響室、彈簧混響器、鋼板混響器和金箔混響器等來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這些模擬混響器在性能上都有一定的限制。即數(shù)字混響器的性能好，功能多，使用靈活，反射延遲時(shí)間、混響時(shí)間和頻響等參數(shù)的調(diào)整極為方便。

數(shù)字混錄是以專用計(jì)算機(jī)作為中央控制處理器，配有硬、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、PCM錄音機(jī)、控制臺(tái)、顯示器和鍵盤(pán)等，其特點(diǎn)是各種操作可以編成程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，從而減輕錄音師的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高操作的精確性和增加節(jié)目處理的靈活性與創(chuàng)造性。

數(shù)字信號(hào)處理中的同態(tài)技術(shù)可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)幅度壓擴(kuò)，消除回聲和進(jìn)行舊唱片的處理。時(shí)間壓擴(kuò)器可用來(lái)改變錄音的重放時(shí)間或音調(diào)。

現(xiàn)代數(shù)字聲頻設(shè)備已采用大規(guī)模集成電路，不僅便于生產(chǎn)，而且穩(wěn)定性和可靠性都顯著提高。在70年代人們就提出實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化系統(tǒng)的設(shè)想，即由傳聲器直接輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)字的傳輸、存儲(chǔ)、記錄和加工處理之后仍以數(shù)字形式送入揚(yáng)聲器。這種全數(shù)字系統(tǒng)可以保證非常高的聲音質(zhì)量。80年代初貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出數(shù)字式耳機(jī)，同時(shí)在一些國(guó)家開(kāi)始研制數(shù)字式傳聲器和數(shù)字式揚(yáng)聲器，為實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化聲頻系統(tǒng)創(chuàng)造條件。