数字录音

数字音频记录是将音频或视频信号存储为二进制数字序列，可以存储在磁带、光盘或其他介质上。这项技术广泛应用于音乐行业和许多其他领域。

为了录制声音，模数转换器将来自麦克风的电声波或模拟视觉图像转换为信息。自出现以来，数字技术因其价格低廉且易于使用而缓慢而坚定地取代了模拟设备。如今，数字音频已成为几乎所有工作室（无论是专业工作室还是业余工作室）的标准。然而，令人惊讶的是很少有人真正理解它是如何工作的。因此，今天我们将讨论音乐录制的数字音频基础知识。

创作历史

从第一个录音设备的发现到数字录音的引入已经过去了一百年。在此期间，技术的不断进步和科学家和技术人员的不断创新，产生了机械声音捕捉、处理和再现的几波不同浪潮。随着计算机和数字声音的发明，唱片业向前迈出了一大步。它从简单的锡箔和蜡筒开始，通过留声机的录音膜片收集声音信息并仔细雕刻。然后，录音带的发展继续下去，让听众能够享受多声道的声音。

日本人是数字录音的先驱，他们早在六十年代末就能够用磁带保存这样的录音并向公众展示。十年后，索尼录音机问世。它能够从模拟声音中产生数字声音，并将其存储在 VHS 上。尽管如此，音乐仍然以黑胶唱片形式出售。

20 世纪 70 年代末，情况开始发生变化，索尼和松下开始展示 CD，这是一种真正的数字媒体，能够存储长达 150 分钟的高品质声音。 CD 使用一层薄薄的铝箔来存储信息，铝箔上刻有数百万位的数据，这些数据可以通过激光读取并以电子方式转换为模拟信号。

CD的出现终于让工程师能够消除因针与存储材料之间的摩擦而产生的噪音。这一优点和许多其他优点使 CD 成为 20 世纪末和 21 世纪初最受欢迎的音频载体之一。然而，音乐行业对 CD 持怀疑态度，因为它们提供近乎完美的音质，而且很容易被用户盗版。为了解决这些问题，他们于 1987 年创建了另一种数字媒体，称为数字录音带 (DAT)。这种新格式在北美取得了一定的成功，并作为处理专业音频录音的首选方式之一保留至今。

21 世纪初，不依赖于物理媒体的数字声音得到了发展。压缩编解码器（主要是 MP3）、互联网基础设施和个人数字播放器小型化的进步使用户可以随身携带数字录音。尽管 20 世纪 90 年代末出现了一些有影响力的 MP3 播放器，但随着 Apple iPod 的推出，音乐行业发生了重大变化。这是非常流行的音频播放器，为当今的数字音乐商店和客户的互联网分发基础设施奠定了基础。

与模拟录音的比较

在 20 世纪 70 年代数字革命之前，模拟录音是唯一广泛使用的录音。他们使用了现在已经过时的各种方法，例如长播放（LP）唱片、八轨磁带（金属或磁带）和录音带。从二十世纪初期到 20 世纪 70 年代，模拟系统似乎非常适合录音，但随着世纪末的计算机革命，数字处理的高速等特性使得数字录音不仅成为可能，而且越来越适合许多领域。应用程序。

由于计算机、光盘、激光播放器和其他设备的大规模生产而导致的成本稳步下降也发挥了重要作用。数字录音更容易实现高保真播放，因为它通过正确的实现提供了宽动态范围以及低噪声和失真。

数字记录格式

可以以多种格式创建数字音频文件。一般来说，它们分为两类——压缩的和未压缩的。

压缩格式（例如 MP3）的文件大小比未压缩格式小得多，但它们会牺牲音质。便携式设备（例如 MP3 播放器）需要在较低质量和存储数千个文件的能力之间进行权衡。如果您使用 Wi-Fi 或拥有良好的数据连接，则可以提高流媒体服务（例如 Spotify）的质量。

可以使用音序器创建声音文件。有付费和免费服务，例如 Amped Studio，它允许您在线创建和编辑音乐、制作复杂的混音、录制语音等等。在此程序中创建的曲目可以以不同的数字格式保存，这将在下面讨论。您还可以与朋友分享您的录音并一起编辑。

未压缩格式

这种格式被认为是存储高质量播放数据的最佳方式，因为生成音频数据只需要很少的处理。更多压缩格式可能会导致某些系统上的音频崩溃。

AIFF – 苹果标准

WAVE （或 WAV） – Windows 系统上使用 PCM 格式录制的未压缩 CD 质量音频的标准。 CD 品质录音的采样率为 44.1 kHz，分辨率为 16 位。

文件大小：每分钟约 10.1 MB。该数字对于所有 CD 品质的 WAV 文件都是相同的，因为文件大小仅取决于文件长度，而不取决于其音频内容。

BWF （广播波形格式）——用于便携式录音机和广播数字音频工作站。

无损压缩

此类别中的格式包含完整的音频信息。但是，文件大小的减小是以更高效的数据存储为代价的。

无损 WMA (Windows Media Audio) – 设计具有数字版权管理 (DRM) 功能，可防止复制。

ALAC （Apple 无损音频编解码器）——自 2011 年起开源并免费使用（尽管它最初由 Apple 所有）。

FLAC （免费无损音频编解码器）——开源、自由格式许可。

有损压缩

MP3 – 由电影专家组 (MPEG) 开发的压缩音频文件格式，作为其 MPEG1 视频标准的一部分，后来扩展到 MPEG2 第 3 层标准。

通过消除音频文件中几乎听不见的部分，mp3 文件被压缩到等效 PCM 文件大小的大约十分之一，同时保持良好的音质。

您可以调整 2 个参数来更改 MP3 文件的质量和大小：

比特率；
采样频率。

MP4或 M4A – 基于 AAC 压缩的 MP3 的后继者。

M4P – MP4 格式的 AAC 专有版本，具有数字版权管理，由 Apple 开发，用于从 iTunes 音乐商店下载的音乐。

OGG Ogg Vorbis – 一种无专利的开源压缩音频格式。

数字录音的优点和缺点

数字技术给了用户很多机会。例如，以前为了录音，必须使用录音室，占用很大的空间，而且要花很多钱。现在您所需要的只是一台功能强大的计算机，它比工作室强大许多倍，而且成本低得多。

这种可访问性不仅允许专业人士而且也允许业余爱好者进行录音。今天使用的程序为您提供了几乎无限的声音处理可能性，而以前，真正的工具用于此目的。现在，您只需在 Amped Studio 中单击几下即可创建独特的效果。

对于普通用户来说，数字录音也有很多优点：

许多存储介质非常紧凑，可以在闪存驱动器、CD 等上存储数字录音多年；
特殊的软件可以让您清理旧录音并消除噪音；
此外，所有声音都可以编辑以添加效果、音量、频率等。

借助互联网，用户可以互相发送自己喜欢的音乐作品，聆听数以万计的不同曲目，并发布自己的音乐作品。

此外，模拟系统的缺点是随着播放和重新录制，失真会增加。每一个连续的副本都会听起来更糟。在数字录音系统中，不会发生这种失真。母带录音可能具有最小的量化误差，但它们不会因复制而变得更糟。数字母版可以制作数千份不失真的副本。同样，CD 上的数字媒体可以播放数千次而不会失真。

当然，数字技术也有其缺点。随着它们的发展，很多人开始注意到模拟录音具有更“现场的声音”。但这不仅仅是对过去的怀念。这一切都与数字化有关，这有时会增加声音的错误。此外，“晶体管噪声”可以自行调整。这个概念没有单一的解释，但它的含义是高频水平的混沌振动。虽然人耳的设计目的是感知不高于 20 kHz 的频率，但我们的大脑似乎也能够感知更高的频率。这个特性让我们认为模拟声音比数字声音更干净。

此外，所有记录载体都是不完美的，因为灰尘或其他污染物会阻止设备捕获介质上的数据。在模拟录音中，缺陷表现为可听噪声，而在数字录音中，它们会导致比特流中出现错误，从而导致噪声或播放失败。为了解决这个问题，在数据流中嵌入纠错码。其中一些代码可能非常复杂，而且还会导致数据占用更多的存储空间。然而，其结果是光盘播放高度可靠，灰尘和划痕水平合理。

数字录音中的关键术语

位和字节

位是计算机内存中包含数据的最小元素。八位组成一个字节，计算机将其作为一个整体进行处理。

高密度

这意味着能够在较小的空间中存储大型音频、视频或数据文件。

数字记录参数

影响数字录音质量的参数包括：

模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的分辨率；
ADC和DAC的采样率；
ADC和DAC的抖动（信号失真）；
过采样。

此外，以下设置也发挥着重要作用：

与信号相关的噪声有多少；
非线性型的失真量；
互调干扰；
幅度和频率不规则；
渠道相互渗透的过程；
范围动态。

数字录音过程的描述

录制过程如下：

模拟信号传输至ADC；
该信号的转换，在此期间模拟波被多次测量。之后将具有位数（字长）的二进制值分配给它；
然后是采样，就是ADC测量模拟波电平的频率；
预设字长是声音的数字样本，代表一秒声音级别；
字长的大小决定了声音波形电平显示的准确性；
数字信号的频率取决于采样率的基调；
生成的数字音频样本是恒定的数字流，被输出到 ADC；
然后可以将所得的二进制数存储在各种媒体载体上。

播放发生的方式：

数字从介质载体发送到 DAC，DAC 通过合并电平数据将其转换回模拟值。这会将模拟波形恢复到之前的形式；
信号被放大并开始发送到扬声器或屏幕。

结论

数字录音彻底改变了音乐行业及其他领域，使其模拟前身成为历史。由于其优势和经济性，该技术已在许多领域得到应用，很难想象当今世界没有它。