🖖🏼 ☃️ 🤽🏻 重采样。反对阴谋论的数字式砖墙。恋人清晰的圣诞节故事 👨🏿‍🚒 👶🏿 📈

在用于再现声音的Hi-Fi和Hi-End设备领域，没有神话能够像神话一样积累。
击中其中之一的圣诞节故事！

当已经度过了旧的岁月时，首先在狭窄的家庭圈子中迎接新年，然后与更远的亲戚一起迎接新年，当新年的色拉结束或变得无法使用并开始释放宿醉...

那些不想~~或无法~~在国外庆祝新年的人开始了感受个人计算机的呼叫。

对他们来说，我的圣诞节故事是关于重采样的基础的，这项技术在千年初就大大提高了音频CD的播放质量。那时，18位甚至20位的数模转换器开始被用来播放16位的记录。乍一看，它看起来像是制造商的营销策略，旨在从毫无戒心的发烧友的钱包中提取更多的钱，但是这次阴谋论的支持者却可以抽烟。实际上，这是提高复制质量并降低昂贵的专业设备价格的成功尝试。这个故事很古老，但具有启发性，在许多方面都与今天有关。

数字-模拟转换器的数字到模拟DAC是使用作为源的CD任何audiovoproizvodyaschey系统的心脏。它承担着将16位数字序列解码并将其转换成人耳可感知的格式这一复杂而微妙的任务。

早在1983年，第一台具有标志性的Magnavox崇拜CD播放器就出现了带有双14位转换器的设备，但是到本世纪初，许多高质量的CD播放系统都具有18甚至20位转换器。怎么了

有点理论，几乎没有公式

数模转换的概念基于两个支柱：采样采样率和量化位深度。

要播放PCM格式的声音，我们必须定期将数字值转换为其相应的模拟电压或电流值。这些转换的频率就是采样频率。因此，根据奈奎斯特定理，可以再现频率不高于采样频率一半的信号。最常见的格式能够以人耳感知的频率再现信号，~~通常可接受的数字为20 kHz~~，采样频率为44.1和48 kHz。

第一种仍然广泛用于音频光盘（CDDA，英语紧凑型数字音频，也称为英语音频CD和红皮书），第二种诞生于许多专业录音设备标准中。

想象一下，在录制时，音频信号会到达理想的模数转换器。它没有自己的噪声和失真，并且按照音频CD格式的惯例，以给定的位深度（例如16位）将到达其的信号的瞬时值转换为数字。在这种情况下，信号的理论上可实现的动态范围（具有最高和最低电平的数字化信号之间的比率）将为98.1 dB。为了计算该值，通常使用近似公式，根据该公式，每个额外的位将6分贝添加到理论上可实现的动态范围。对于16位信号，我们得到：

6dB /位* 16位= 96dB。

真实的音乐信号通常不包含纯音，而是大量谐波的混合物，这些谐波会快速改变其频率和振幅。对于幅度小于ADC一位的谐波，不可能恢复与原始信号的相关性，并且由于编码-解码操作，它们变成白噪声。另外，噪声是通过快速改变幅度较大的信号而产生的，在流行音乐中我们会说很多。

从理想逼近到现实生活。首批CD播放机的问题

自开始在录音中使用数字技术以来，一直在不断提高其生产率并降低成本。首批CD播放器具有一个并行DAC和两个输入电路，分别从右或左声道向其馈送信号。使用专用电路记录两次读取之间的时间，以记录DAC输出处的模拟信号的瞬时电平，并将其交替馈送到左右声道的独立放大器中。这引起了额外的失真，其值取决于通道的瞬时声级的差异。在批评批评者的压力下，制造商被迫切换到每个通道使用单独的DAC的方案。

在DAC的输出处，有一个逐步信号，该信号与平滑源信号不太相似，存在一些令耳朵不适的失真。为简单起见，让我们想象一下，将频率为1 KHz的单个谐波应用于输入。实际上，重建数字化信号的操作会导致原始信号和采样频率之间出现互调失真，在本例中为44.1 KHz。（如果需要，可以在我的上一篇文章中找到互调失真发生的机理和关于谐波的教育程序）。

尽管寄生谐波位于人耳外部，但它们对放大道有不利影响，最好将其消除。

在用于再现数字内容的设备的早期模型中，为此使用了滤波器，滤波器具有高达20 kHz频率的平坦特性，然后该电平急剧衰减80 dB或更多。在英语术语中，此类过滤器称为砖墙，在俄语中有时也称为“砖墙”。问题在于，高阶模拟低通滤波器对其所包含的无源元件的值的精度非常敏感。所需的额定值~~超出标准范围~~，情况更加复杂以及对这些组件的质量的特殊要求，这对于实现对信号失真的最小贡献是必要的。结果，这些滤波器的成本被证明是高昂的，但是最可悲的是它们不能满足发烧友的要求，因为这些滤波器具有较大的相位失真，尤其是在再现范围的边缘。因此，~~尽管成本高昂，但~~早期CD播放机的音色却被发烧友形容为“ 坚韧不拔 ”。

数字滤波器急救。手指过采样

改善声音质量的一个重要步骤~~，最重要的是，它的可用性~~是引入了信号过采样技术，本文专门针对此技术。

为了阐明其本质，让我们想象一下以1 KHz受欢迎的GOST频率进行信号恢复的过程。图A显示了出现在DAC输出处的一系列信号分量样本，以及右侧显示了包含在DAC输出处的信号中的二阶和三阶频谱分量的样本。您可能会注意到，该信号仅仅是频率为1 KHz的初始音调与频率为44.1 KHz的频繁数字化之间互调失真的乘积。

我们将通过基本操作将信号采样率提高四倍-在两个相邻的采样之间添加三个额外的采样，每个采样都具有零值，如图C所示。同时，我们在每个采样中添加两个最低有效位，并用零填充它们。现在，我们获得了18位样本值。作为该操作的结果，信号频谱实际上没有改变，但是实际上已经发生了根本的改变。由采样频率引起的二次谐波已成为主信号频谱的一部分。导数谐波已移至44.1 kHz的频率之上。如图D所示。