模拟和数字音频的根本区别在于信号表示方式。模拟信号是连续的——任何时刻都有值,幅度可以无限细分。数字信号是离散的——仅在采样时刻有值,幅度被量化到有限比特级。这种差异决定了两种介质截然不同的衰减特性和信噪比表现。
模拟信号每次复制和播放都增加噪声和失真。数字信号可以实现完美的1:1拷贝。
黑胶信噪比约55-65dB(受唱片噪音限制),磁带约50-65dB(带杜比降噪可到70-80dB)。CD的16bit提供约96dB理论动态范围。关于模拟和数字的音质之争是音频界最持久的争论之一。客观事实是:现代高分辨率数字音频在理论指标和盲听测试中已全面超越模拟格式。但模拟格式——尤其是黑胶——因其独特声音特性和仪式感仍拥有忠实受众。
采样与量化
数字音频将连续模拟信号转换为离散数据包含两个步骤。采样率决定每秒测量次数,量化比特决定幅度分辨率精度。CD标准44.1kHz/16bit可以完美覆盖人耳听觉范围。高解析音频的24bit/96kHz提供更大录音余量和更宽容的滤波器设计空间。
录音环节的比特深度比回放更重要——32-bit float录音提供极大避免削波空间,但回放端16-24bit已足够。
奈奎斯特定理与混叠
奈奎斯特-香农采样定理是数字音频最基础的理论:要完整恢复模拟信号,采样频率必须至少是信号最高频率成分的2倍。输入信号中包含超过奈奎斯特频率的成分会折叠回可听频带内产生混叠。
抗混叠滤波器在ADC之前滤除奈奎斯特以上频率成分。经典CD时代抗混叠滤波器在20kHz到22.05kHz之间仅2.05kHz过渡带内需衰减80dB以上——这种苛刻要求是早期CD"数字味"的来源。现代方案采用过采样,将信号过采样数倍后用数字滤波器处理,大幅降低模拟滤波器压力。
两种"抖动"别搞混
Dither和Jitter在中文里都叫"抖动",但完全是两回事。
Dither是在量化之前向信号添加微弱噪声,将量化失真随机化为不相关噪声,改善低电平信号质量。好的抖动算法在噪声分布上做了精心优化。
Jitter是采样时钟的时间不稳定性,导致采样点在时间轴上位置偏差,表现为相位噪声和失真。时钟抖动是数字音频传播和DA转换中最重要的失真源之一。高端DAC通过飞秒时钟和时钟再生电路降低抖动。
在影响实际听感的因素中,抖动控制比采样率和比特深度更关键,但不显示在规格表中。这就是为什么两台参数相同的DAC听感可以完全不同——时钟设计是看不见的战场。