我們熟悉生活中的各種聲音。當(dāng)我們放松時或在旅途中，會使用家里或者車?yán)锏母鞣N播放器和個人設(shè)備來收聽我們喜歡的音樂。音樂伴隨著我們成長，而且我們也將音樂視作生活的一個重要組成部分，共同的音樂喜好，把我們和朋友、家人聯(lián)系起來，我們一同欣賞，一同跳舞，一同歌唱。

從黑膠唱片到如今的數(shù)碼錄音，音頻技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了較大的變化。時至今日，很多人都見證了這個無所不在的技術(shù)在品質(zhì)、便利性以及普及性方面的重大發(fā)展。

追溯歷史

盡管也存在其他更早的音頻采集技術(shù)，但黑膠唱片是第一個廣泛使用的技術(shù)，并且持續(xù)時間超過了一個世紀(jì)。它提供了相對簡單的音頻捕獲流程，不過播放帶寬、音量、清晰度和分辨率都較為有限。可用帶寬主要由轉(zhuǎn)動速度決定，而轉(zhuǎn)動速度則依不同國家而異，主要基于同步電機(jī)和電源線頻率。錄音裝置甚至還具備一定的可移動性，這一點我們可以從1916年Chief Blackfoot（見圖1）的早期記錄看出。

圖1：早期的黑膠唱片和回放技術(shù)，早于麥克風(fēng)、放大器和電機(jī)出現(xiàn)。

來源：維基百科

記錄的保真度與轉(zhuǎn)速相關(guān)，主要轉(zhuǎn)速分為每分鐘78轉(zhuǎn)、45轉(zhuǎn)和33 1/3轉(zhuǎn)。在黑膠唱片之前，也使用了幾種其它材料，例如蟲膠漆、玻璃和鋁，但最終黑膠唱片成為了大眾的主要音頻媒介。（一個有趣的備注：黑膠唱片最初被吹捧為牢不可破。）

盡管黑膠唱片可允許多次錄制記錄單聲道音頻，但也帶來了一些音頻質(zhì)量問題，如爆聲，嘶嘶聲和劃痕，這可能導(dǎo)致記錄的音頻出現(xiàn)跳躍現(xiàn)象。但是，黑膠唱片易于購買、儲存和使用，播放器也相對便宜，這是第一次為大眾提供了真正的錄制音樂。

早期的黑膠唱片是機(jī)械式而非電子式。最早的是無馬達(dá)基于動量的固定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)器，并且沒有麥克風(fēng)，沒有晶體管，沒有膽管，也沒有放大器。不過電子技術(shù)的開發(fā)和發(fā)展永遠(yuǎn)改變了這一切。

下一代記錄媒介——磁帶

磁帶大大地改變了唱片業(yè)。在纖維素化合物涂上氧化鐵，這種物質(zhì)組成的磁帶緊貼著一個記錄頭走過，創(chuàng)建能夠被擦除和重新記錄的聲音備份。磁帶幾乎作為唯一的捕捉和記錄專業(yè)音樂和音頻的媒介已經(jīng)存在了幾十年，并且目前仍然有模擬音頻發(fā)燒友在使用。

但磁帶也會導(dǎo)入誤差。因為這種塑性媒介的拉伸以及壓縮會導(dǎo)致磁帶出現(xiàn)失真和抖動問題。此外，保真度受限于磁帶傳送速度，使用英寸每秒來度量。然而，磁帶也帶來了一些創(chuàng)新，如立體聲、配音和多音軌。

早期的開盤式錄音磁帶占據(jù)并持續(xù)主導(dǎo)了專業(yè)音頻領(lǐng)域。對于普通大眾，則引入了盒式錄音帶和八軌音帶系統(tǒng)。這些磁帶便于使用，價格低廉，并且可以配備一個記錄標(biāo)簽，從而防止音頻被抹掉。盡管如此，高保真受限于磁帶速度，最終更高奧斯特評級的DAT磁帶可以捕捉非常高的帶寬并回放更高頻率的波形。

更佳的技術(shù)——數(shù)字記錄

當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器可用于捕獲波形以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器可用重建這些音頻時，人們便進(jìn)入了音頻記錄的數(shù)字新時代。通過使用麥克風(fēng)、濾波器和微控器，可以采樣音頻并進(jìn)行存儲。這一過程并不牽涉任何物理移動部件（除了麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器膜片）。

數(shù)碼錄音消除了機(jī)械運動導(dǎo)致的磁帶失真和抖動，也避免了黑膠唱片物理媒介缺陷導(dǎo)致的爆聲和咝咝聲。但正如其它任何技術(shù)，這里也存在著權(quán)衡。

不同于機(jī)械模式下移動速度是限制主因，數(shù)字技術(shù)中頻率分辨率取決于采樣率，并且動態(tài)范圍取決于總線寬度。標(biāo)準(zhǔn)采樣速率應(yīng)用于各式應(yīng)用中（見表1）。采樣率直接影響再現(xiàn)波形的精度。此外，模數(shù)波形的數(shù)字本質(zhì)生成了一個帶有尖銳基波頻率轉(zhuǎn)換的階梯波形，這也導(dǎo)致了失真現(xiàn)象（參照圖2）。特殊過濾器可以減少失真。

圖2：雖然抗矩齒濾波器凈化了模數(shù)輸入端信號，數(shù)模輸出端也需要一個濾波器來補(bǔ)償可能導(dǎo)致帶外噪音和失真的尖銳梯形轉(zhuǎn)換。

來源：維基百科

同步數(shù)字采樣捕獲的輸入數(shù)據(jù)也會出現(xiàn)采樣率相關(guān)失真。奈奎斯特采樣定理表明，采樣頻率必須至少兩倍于你想捕捉和/或再現(xiàn)信號的頻率。任何周期性波形具有一個向上的電壓擺幅和一個相應(yīng)的負(fù)電壓擺動。為了捕獲了合理的可重現(xiàn)信號，你需要在高點和低點采樣以獲取整個電壓擺幅。如果采樣時隙無法與最大頻率的高峰和低谷同步，你將無法在數(shù)字域中真實重現(xiàn)模擬波形。這就是為什么更高采樣率可以提升捕獲數(shù)據(jù)精度的原因。

音頻愛好者可以辨別出欠采樣時的帶寬受限效果，并且認(rèn)為采樣率過低時，即使它們滿足奈奎斯特采樣定理，實際波形呈現(xiàn)的豐富諧波將會缺失。這就是為什么更高的采樣率正將極限推進(jìn)至超聲波區(qū)域，這時物理上基本上聽不出任何損失。

由于半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，更小的工藝線寬帶來位寬更大的模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，并且它們的速度可以更快。使用的采樣率五倍于最低奈奎斯特極限的現(xiàn)象并不少見，這可以更好地捕獲和再現(xiàn)波形，同時生成更大的動態(tài)范圍。采樣位寬在32位甚至更高的情況也并不少見，采樣寬度越寬，動態(tài)范圍越大（參見圖3）。

圖3：動態(tài)范圍決定響度步進(jìn)分辨率，并直接受到模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率的影響

來源：Soundbooth CS4/ CS5/數(shù)字音頻

模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)也直接關(guān)系著動態(tài)范圍。早期的低分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以使用閃存轉(zhuǎn)換器技術(shù)，提供8位左右的較快采樣。由于分辨率每增加一位需要將電路元件的數(shù)量提升一倍，這種做法無法適用于早期線寬較大的半導(dǎo)體工藝。

隨著半導(dǎo)體速度的增加，逐次逼近型架構(gòu)通過使用采樣和保持來提供音頻范圍內(nèi)的位寬更大的轉(zhuǎn)換總線。隨著工藝尺寸的微細(xì)化，使用閃存轉(zhuǎn)換器技術(shù)來實現(xiàn)10、12、16和18位分辨率又變得可行。現(xiàn)代的24位轉(zhuǎn)換器可以使用各種新型和改進(jìn)結(jié)構(gòu)，比如過采樣，采樣率每秒192K已成為新的高端音頻標(biāo)準(zhǔn)。

影響從輸入到輸出音頻質(zhì)量的另外一個因素是數(shù)字流水線內(nèi)實現(xiàn)的編解碼器類型。編解碼器（CODEC，源自COmpresor-DECompressor，壓縮-解壓）對數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼以進(jìn)行傳輸或者存儲，采用的壓縮技術(shù)可以是有損的也可以是無損的。顯而易見的是，有損編解碼器效率更高，但不會完全重現(xiàn)原始波形。