數位與類比訊號的簡介(1)

這系列的文章希望能把基本的數位和類比訊號，簡單的介紹一下。知道這些基本觀念有助於了解器材和聲音格式等規格，了解意義能夠幫助在製作過程中相關規格的選擇。

類比訊號是指某一個物理量，例如空間某處的溫度，隨著時間的函數是連續變化，例如現在是25度，一會兒後是25.123...度。這個函數的值域可以連續性的變化，或者說認知上我們把它當作連續變化，即為類比訊號。錄音帶就是一個例子，或者相機底片。

數位訊號就是隨著時間變化，訊號的構成被理解成數個較穩定狀態的表現，例如零和一，這麼一個Binary(二元)的表現。CD音樂和數位相機的CCD就是數位訊號的例子。

用一個極端的例子來說明數位和類比之間的關係；室內溫度是一個類比訊號，但是假設你設計一份問卷，讓回答者只能回答現在是 熱 還是 冷，一定要選一個來作答。這時溫度訊號就變成只有冷和熱(0,1)的差別。對於10度和9度對同一個人來說可能都是冷的，某種程度上數位訊號失去了精確度(Precision)，但是用另一方式來說他的答案不會受到微小擾動而破壞。

當然你也可以設計多重程度的問卷方式，例如 非常熱 有點熱 有點冷 非常冷，四種方式(00,01,10,11)來表示溫度。而不同時間點的答案也會不同。

數位音訊以PCM(Pulse Code Modulation)來說(副檔名wav)，就是要表達電壓和時間的訊號關係，電壓就如同我們前面所提到溫度的概念，在數位格式當中變成離散的形式，而常見的格式是電壓用16bits來表示(16個0或1)，而每隔(1/44100)秒就必須要有一筆資料，44100即為取樣率(Sampling Rate)。因此數位音樂的PCM格式可以直接想成是一個網子狀的東西，分成時間軸，和電壓軸。

(圖一) 常使用的音訊格式範例, PCM, 16bits/44.1kHz

(圖二)數位(左)、類比(右)訊號的差別

圖二左方把圖一兩個格子交錯，上面並存有咖啡色的資料點，藍色著色區域即是這筆資料想要表達的波形資料，經過數位類比轉換的步驟，如圖，向右還原成所想表示的類比訊號，進而用這個訊號去驅動喇叭或者耳機，來發出聲音。因此，網格的密度某種程度上會決定聲音的解析度，就像相機的畫素解析度概念類似。若點數不夠，會造成聲音失真，若點數過多，則是物理資源的浪費。

圖二中向右方向的轉變稱為數位/類比轉換(D/A conversion)，反之，從左而右稱為類比/數位轉換(A/D conversion)。

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