數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的工作原理是什么

在任何的數(shù)字音頻系統(tǒng)中，模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)化器都是其中的重要組成部分，但通常情況下，它們都得不到應(yīng)有的關(guān)注。在您的聲卡將音頻傳輸?shù)侥腄AW時，您可以能不會去想是模數(shù)轉(zhuǎn)化器或者是數(shù)模轉(zhuǎn)化器驅(qū)動的您的監(jiān)聽音箱；并且當(dāng)您在演奏數(shù)字合成器時，是數(shù)模轉(zhuǎn)化器將您的音頻傳輸給音箱的這點可能也沒有得到過您的過多關(guān)注。

但轉(zhuǎn)換器其實真的非常重要——將筆記本電腦直接發(fā)出的聲音與通過數(shù)字端口(如USB)連接了優(yōu)質(zhì)的外置轉(zhuǎn)換器的筆記本電腦所發(fā)出的聲音進行比較，會聽到非常明顯的區(qū)別，連接了外置轉(zhuǎn)換器的聲音聽起來肯定會好很多。

想要弄明白模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，我們就需要先了解一些基本的音頻基礎(chǔ)知識。聲音由氣壓的變化組成，有像海浪一樣的波峰和波谷，與我們耳朵的聽覺機制相互作用。我們的耳朵會將接收到的聲波信息傳遞到大腦，大腦則負責(zé)處理這些信息。從惱人的狗吠聲到交響樂團的演奏聲等等所有的聲音，實質(zhì)上都是形狀和高度各異的波。通常情況下，聲音越復(fù)雜，波的形狀就越復(fù)雜。從視覺上看，在振幅(水平)與時間的關(guān)系圖中，音頻看起來像一條彎曲的線，我們稱之為波形。

在黑膠唱片上刻下波形的輪廓就形成了唱片的律動，當(dāng)我們播放這張唱片時，唱針會跟隨這個波形進行播放，這會使唱機匣產(chǎn)生電壓變化，產(chǎn)生類似于聲音的原始波形，最終驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。由于揚聲器音盆會跟隨波形運動，所以它能復(fù)制最初壓入黑膠唱片的波形。因為上述的每個階段都會傳輸一個模擬輸入信號的信號——因此便有了“模擬音頻”這個術(shù)語。

不幸的是，跟樂隊成員一樣，模擬音頻也有局限性。例如，黑膠唱片的爆裂聲、滴答聲、扭曲的聲音和表面噪聲會作為不受歡迎的音頻“瑕疵”被添加到原始聲音中。錄音磁帶會添加音染，磁帶上的灰塵會導(dǎo)致砰砰聲和滴答聲，磁帶錄音會有嘶嘶聲，等等。因此，盡管揚聲器輸出的信號與原始錄制的信號相似，但由于模擬錄制、處理和回放中固有的錯誤，也不太可能和原始聲音一模一樣。

數(shù)字音頻通過將音頻轉(zhuǎn)換為一串?dāng)?shù)字從錄制和播放過程中刪除了許多變量，之后通過音頻鏈傳遞這些數(shù)字（我們稍后會為大家解釋為什么這會改善聲音質(zhì)量）。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器會將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字。 最終將轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)的波形。

計算機每隔幾微秒就會抓拍一次信號，然后將這一系列抓拍或樣本轉(zhuǎn)換成代表信號電平變化的電壓電平。 之后，計算機會對電平進行測量并將它們轉(zhuǎn)換成一串?dāng)?shù)字（以數(shù)字數(shù)據(jù)的形式）來定義這些電壓變化。 轉(zhuǎn)換器每秒測量的次數(shù)就是采樣率，也稱為采樣頻率。

我們將其與典型的音頻系統(tǒng)結(jié)合起來進行說明。麥克風(fēng)會拾取音頻信號并將其發(fā)送到模數(shù)轉(zhuǎn)化器來將音頻信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號。計算機接收到這一串?dāng)?shù)字信息后會對其進行處理 - 例如，在播放之前將其延遲以創(chuàng)建數(shù)字延遲，或?qū)⑵浯鎯υ谟脖P上進行數(shù)字錄制。

到目前為止一切都沒有任何問題，但由于我們聽不了數(shù)字信號，所以必須將錄制或處理的數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回可以通過揚聲器或耳機播放的模擬信號。 因此，就需要數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字串轉(zhuǎn)換回一系列電壓電平。

到這兒也還沒結(jié)束，因為我們還需要將這一系列離散電壓平轉(zhuǎn)換成連續(xù)的波形。 我們將低通濾波器與數(shù)模轉(zhuǎn)換器配合使用，來對階梯信號進行過濾，從而使尖銳的波形邊緣變得平滑，之后我們就可以將轉(zhuǎn)換好的模擬信號發(fā)送到放大器/揚聲器組合中了。