數字聲頻技術
正文
簡介
對聲頻信號進行數字處理的有關技術,包括模-數和數－模變換、數字數據的傳輸、記錄、存儲、混合及其他處理技術。這裡聲頻信號主要指與音樂和語言有關的信號。這些信號在處理過程中須滿足高保真要求，而通信技術中的語言處理則須滿足可懂度準則。數字聲頻技術的主要優點是能提高聲頻信號的質量，增強抗干擾能力。數字聲頻設備使用靈活，便於大規模生產。發展
數字聲頻技術是從60年代初開始發展起來的。M.R.施洛德提出用數字全通濾波網路構成人工混響器的方案。60年代後期和70年代初研製成功脈碼調製 (PCM)磁帶錄音機，在一些國家建成了高質量節目的數字傳輸網。70年代後期和80年代初研製成功數字聲頻唱片系統和數字調音台，演播室所需的主要設備已實現了數位化。60年代和70年代數字聲頻技術的主要特點是用數字式設備代替模擬式設備，而80年代的特點則是以小型計算機為中心組合成綜合性的數字聲頻信號處理系統。數字聲頻設備已從專業套用進入了家用的普及階段。
結構
數字聲頻設備或系統的一般結構（見圖）與PCM系統的一般結構類似,但聲頻信號動態範圍通常在80分貝以上，所以模-數和數-模變換器要用高精度的變換器，一般要求12～14比特線性PCM編碼,專業用的變換器要求達到16比特的精度。聲頻頻寬通常取20赫～20千赫，比通信中的語言信號為寬。
數字聲頻技術性能
數字錄音機和數字唱片等數字聲頻系統的動態範圍和信噪比均可達到90分貝以上，而模擬錄音機的動態範圍最大為65～70分貝，且由於存在調製噪聲，其信噪比只有40分貝左右。數字聲頻錄音機的非線性失真可小於0.05％，抖晃率極小，而模擬錄音機的非線性失真約為1％,抖晃率最小為0.03％左右。
數字系統是以電脈衝的“0”和“1”兩個狀態來對信號進行編碼和傳輸的，最後只須識別出“0”和“1”兩個狀態就可以進行解碼，恢復出原信號，再加上適當的差錯控制編碼便能檢出和糾正傳輸中產生的錯誤。因此數字系統具有很強的抗干擾能力，適於遠距離傳輸和長期儲存。例如數字錄音磁帶可長期存放，性能不會變壞，沒有模擬錄音磁帶特有的複印效應。數字錄音經多次轉錄後信噪比幾乎不變，而模擬錄音，每轉錄一次信噪比將下降2～3分貝。
數字設備可以復用、編製程序、加密，能用計算機進行控制，實現自動化操作。例如數字調音台就是一個專用計算機系統，它除能完成普通調音台的一切功能之外還能把參數存儲起來，可實現“個人化”均衡，精確重複前面的操作，並可立即分析和顯示處理結果等。
分類
數字錄音 把模－數變換後的數位訊號經信道編碼差錯控制後記錄在錄音載體（如磁帶）上的過程。記錄在磁帶上的信號實際上是代表“0”和“1”的兩個電平，只需約20分貝的信噪比就足以把它們可靠地識別出來。因此,磁帶層間的複印信號不會影響重放聲音的質量,而模擬錄音機則要求複印信號在60分貝以下。同樣，在轉錄時只需識別“0”和“1”兩個電平,再加上糾錯碼,即便經過多次轉錄也不會有明顯的誤差積累，所以對重放信號的信噪比沒有明顯的影響。另外，記錄器本身的抖晃雖然與模擬錄音機一樣仍然存在，但在數字錄音機中可加入一個緩衝存儲器把它平滑掉，所以能達到一般抖晃儀測不出來的程度。在數字錄音機中，用旋轉磁頭視頻磁帶記錄器(VTR)和多磁跡固定磁頭磁帶記錄器,一般採用PCM編碼，故常稱PCM錄音機。高質量節目傳輸 演播中心和其他地方交換節目時可通過光纜、電纜、微波中繼和衛星信道進行。
人工混響 用適當設備模仿出特定聲學環境（如音樂堂）的聲學效果。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實現，但這些模擬混響器在性能上都有一定的限制。即數字混響器的性能好，功能多，使用靈活，反射延遲時間、混響時間和頻響等參數的調整極為方便。數字式混響器在原理上是用許多帶反饋的延遲網路並聯、串聯構成的。
混錄及其他 數字混錄是以專用計算機作為中央控制處理器,配有硬、軟碟驅動系統、PCM錄音機、控制台、顯示器和鍵盤等，其特點是各種操作可以編成程式，實現自動化控制，從而減輕錄音師的勞動強度，提高操作的精確性和增加節目處理的靈活性與創造性。
數位訊號處理中的同態技術可以用來實現幅度壓擴，消除回聲和進行舊唱片的處理。時間壓擴器可用來改變錄音的重放時間或音調。
有關國際組織正在進行數字聲頻標準化的研究工作，推薦的取樣頻率對專業數字聲頻產品為48千赫，家用產品為44.1千赫，與傳輸有關的產品為32千赫。
現代數字聲頻設備已採用大規模積體電路，不僅便於生產，而且穩定性和可靠性都顯著提高。在70年代人們就提出實現全數位化系統的構想，即由傳聲器直接輸出數位訊號，經過數字的傳輸、存儲、記錄和加工處理之後仍以數字形式送入揚聲器。這種全數字系統可以保證非常高的聲音質量。80年代初貝爾實驗室研製出數字式耳機，同時在一些國家開始研製數字式傳聲器和數字式揚聲器，為實現全數位化聲頻系統創造條件。
