数字声频技术

对声频信号进行数字处理技术

数字声频技术的英文名称：digital audio technique，是指对声频信号进行数字处理的有关技术，包括模-数和数-模变换、数字数据的传输、记录、存储、混合及其他处理技术。这里声频信号主要指与音乐和语言有关的信号。这些信号在处理过程中须满足高保真要求，而通信技术中的语言处理则须满足可懂度准则。数字声频技术的主要优点是能提高声频信号的质量，增强抗干扰能力。数字声频设备使用灵活，便于大规模生产。

简史

数字声频技术是从60年代初开始发展起来的。M.R.施罗德提出用数字全通滤波网络构成人工混响器的方案。60年代后期和70年代初研制成功脉码调制（PCM）磁带录音机，在一些国家建成了高质量节目的数字传输网。70年代后期和80年代初研制成功数字声频唱片系统和数字调音台，演播室所需的主要设备已实现了数字化。

60年代和70年代数字声频技术的主要特点是用数字式设备代替模拟式设备，而80年代的特点则是以小型计算机为中心组合成综合性的数字声频信号处理系统。数字声频设备已从专业应用进入了家用的普及阶段。

结构

数字声频设备或系统的一般结构与PCM系统的一般结构类似，但声频信号动态范围通常在80分贝以上，所以模-数和数-模转换器要用高精度的变换器，一般要求12～ 14比特线性PCM编码，专业用的变换器要求达到16比特的精度。声频带宽通常取20赫～20千赫，比通信中的语言信号为宽。

数字信号比模拟信号占据的带宽宽得多。为了压缩频带，已研究出一些压缩比特率的技术。在数字声频技术中常用的有浮点PCM编码、准瞬时压扩PCM编码和ADM编码等。

性能

数字录音机和数字唱片等数字声频系统的动态范围和信噪比均可达到90分贝以上，而模拟录音机的动态范围最大为65～70分贝，且由于存在调制噪声，其信噪比只有40分贝左右。

数字声频录音机的非线性失真可小于0.05%，抖晃率极小，而模拟录音机的非线性失真约为1%，抖晃率最小为0.03%左右。

数字系统是以电脉冲的“0”和“1”两个状态来对信号进行编码和传输的，最后只须识别出“0”和“1”两个状态就可以进行解码，恢复出原信号，再加上适当的差错控制编码便能检出和纠正传输中产生的错误。因此数字系统具有很强的抗干扰能力，适于远距离传输和长期储存。例如数字录音磁带可长期存放，性能不会变坏，没有模拟录音磁带特有的复印效应。数字录音经多次转录后信噪比几乎不变，而模拟录音，每转录一次信噪比将下降2～3分贝。

数字设备可以复用、编制程序、加密，能用计算机进行控制，实现自动化操作。例如数字调音台就是一个专用计算机系统，它除能完成普通调音台的一切功能之外还能把参数存储起来，可实现“个人化”均衡，精确重复前面的操作，并可立即分析和显示处理结果等。

应用

数字声频技术的典型应用包括数字录音、节目传输、人工混响和混录等。

数字录音

把模-数变换后的数字信号经信道编码差错控制后记录在录音载体(如磁带)上的过程。记录在磁带上的信号实际上是代表“0”和“1”的两个电平，只需约20分贝的信噪比就足以把它们可靠地识别出来。因此，磁带层间的复印信号不会影响重放声音的质量，而模拟录音机则要求复印信号在60分贝以下。同样，在转录时只需识别“0”和“1”两个电平，再加上纠错码，即便经过多次转录也不会有明显的误差积累，所以对重放信号的信噪比没有明显的影响。另外，记录器本身的抖晃虽然与模拟录音机一样仍然存在，但在数字录音机中可加入一个缓冲存储器把它平滑掉，所以能达到一般抖晃仪测不出来的程度。在数字录音机中，用旋转磁头视频磁带记录器(VTR)和多磁迹固定磁头磁带记录器，一般采用PCM编码，故常称PCM录音机。

高质量节目传输

演播中心和其他地方交换节目时可通过光缆、电缆、微波中继和卫星信道进行。

人工混响

用适当设备模仿出特定声学环境（如音乐堂）的声学效果。人工混响一般可以用混响室、弹簧混响器、钢板混响器和金箔混响器等来实现，但这些模拟混响器在性能上都有一定的限制。即数字混响器的性能好，功能多，使用灵活，反射延迟时间、混响时间和频响等参数的调整极为方便。

混录及其他

数字混录是以专用计算机作为中央控制处理器，配有硬、软盘驱动系统、PCM录音机、控制台、显示器和键盘等，其特点是各种操作可以编成程序，实现自动化控制，从而减轻录音师的劳动强度，提高操作的精确性和增加节目处理的灵活性与创造性。

数字信号处理中的同态技术可以用来实现幅度压扩，消除回声和进行旧唱片的处理。时间压扩器可用来改变录音的重放时间或音调。

现代数字声频设备已采用大规模集成电路，不仅便于生产，而且稳定性和可靠性都显著提高。在70年代人们就提出实现全数字化系统的设想，即由传声器直接输出数字信号，经过数字的传输、存储、记录和加工处理之后仍以数字形式送入扬声器。这种全数字系统可以保证非常高的声音质量。80年代初贝尔实验室研制出数字式耳机，同时在一些国家开始研制数字式传声器和数字式扬声器，为实现全数字化声频系统创造条件。

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