【数字音频】采样率、声道与采样深度

前言

最近因为项目需要，接触了一些简单的数字音频知识，内容来源于网络(百度百科及相关博客)，这里做一个简单的记录，方便以后查阅。

1.采样率

采样频率，也称为采样速度或者采样率，定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹（Hz）来表示。采样频率的倒数是采样周期或者叫作采样时间，它是采样之间的时间间隔。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个信号样本。
通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个信号样本，比如声音信号，此时采样频率可以是描述声音文件的音质、音调，衡量声卡、声音文件的质量标准。采样频率越高，即采样的间隔时间越短，则在单位时间内计算机得到的样本数据就越多，对信号波形的表示也越精确。采样频率与原始信号频率之间有一定的关系，根据奈奎斯特理论，只有采样频率高于原始信号最高频率的两倍时，才能把数字信号表示的信号还原成为原来信号。在数字音频领域，常用的采样率有：
8000Hz 电话所用采样率，对于人的说话已经足够
11025Hz 获得的声音称为电话音质，基本上能让你分辨出通话人的声音
22050Hz 无线电广播所用采样率，广播音质
32000Hz miniDV数码视频camcorder、DAT(LPmode)所用采样率
44100Hz 音频CD，也常用于MPEG-1音频（VCD，SVCD，MP3）所用采样率
47250Hz NipponColumbia(Denon)开发的世界上第一个商用PCM录音机所用采样率
48000Hz miniDV、数字电视、DVD、DAT、电影和专业音频所用的数字声音所用采样率
50000Hz 二十世纪七十年代后期出现的3M和Soundstream开发的第一款商用数字录音机所用采样率
50400Hz 三菱X-80数字录音机所用所用采样率
96000或192000Hz DVD-Audio、一些LPCMDVD音轨、BD-ROM（蓝光盘）音轨、和HD-DVD（高清晰度DVD）音轨所用所用采样率
28224MHz SACD、索尼和飞利浦联合开发的称为DirectStreamDigital的1位sigma-deltamodulation过程所用采样率
总之当前声卡常用的采样频率一般为44.1KHz（每秒采集声音样本44.1千次）11KHz、22KHz、和48KHz。采样频率越高，获得的声音文件质量越好，占用存储空间也就越大。一首CD音质的歌曲会占去45M左右的存储空间。

可以看到，所谓采样率就是就是计算机对声音信号的采集频率，频率越高，说明信号采集的越频繁，从而得到的数据也越完整。
音频在计算机中是作为一个数字序列来存储的，声音信号与这个序列之间存在映射关系，采样率越高，音频也越“精致”，声音的细节得到了更好的刻画，当然占用的存储空间也越大。

2.声道

声道(Sound Channel) 是指声音在录制或播放时在不同空间位置采集或回放的相互独立的音频信号，所以声道数也就是声音录制时的音源数量或回放时相应的扬声器数量。

立体声

Stereo
单声道缺乏对声音的位置定位，而立体声技术则彻底改变了这一状况。声音在录制过程中被分配到两个独立的声道，从而达到了很好的声音定位效果。这种技术在音乐欣赏中显得尤为有用，听众可以清晰地分辨出各种乐器来自的方向，从而使音乐更富想象力，更加接近于临场感受。立体声技术广泛运用于自Sound Blaster Pro以后的大量声卡，成为了影响深远的一个音频标准。时至今日，立体声依然是许多产品遵循的技术标准。

四声环绕

四声道环绕规定了4个发音点：前左、前右，后左、后右，听众则被包围在这中间。同时还建议增加一个低音音箱，以加强对低频信号的回放处理(这也就是如今4.1声道音箱系统广泛流行的原因)。就整体效果而言，四声道系统可以为听众带来来自多个不同方向的声音环绕，可以获得身临各种不同环境的听觉感受，给用户以全新的体验。如今四声道技术已经广泛融入于各类中高档声卡的设计中，成为未来发展的主流趋势。

5.1声道

5.1声道已广泛运用于各类传统影院和家庭影院中，一些比较知名的声音录制压缩格式，譬如杜比AC-3（Dolby Digital）、DTS等都是以5.1声音系统为技术蓝本的，其中“.1”声道，则是一个专门设计的超低音声道，这一声道可以产生频响范围20～120Hz的超低音。其实5.1声音系统来源于4.1环绕，不同之处在于它增加了一个中置单元。这个中置单元负责传送低于80Hz的声音信号，在欣赏影片时有利于加强人声，把对话集中在整个声场的中部，以增加整体效果。相信每一个真正体验过Dolby AC-3音效的朋友都会为5.1声道所折服。

7.1声道

7.1声道系统的作用简单来说就是在听者的周围建立起一套前后声场相对平衡的声场,不同于5.1声道声场的是,它在原有的基础上增加了后中声场声道,同时它也不同于普通6.1声道声场,因为7.1声道有双路后中置,而这双路后中置的最大作用就是为了防止听者因为没有坐在皇帝位而在听觉上产生声场的偏差。

对于声道的理解个人感觉并不到位。在我看来，就是为了声音的最终效果，录制过程中同时在不同位置进行采样，收集不同位置的声音信号，在播放时再通过不同的扬声器将其体现出来，得到一个声音混合的效果，例如左右耳、前后左右等。这里理解上的偏差还请大家批评指正。

3.采样深度

采样率和采样深度是数字音频技术里两个重要的参数。
采样深度代表取样中对声音强度记录的精细程度。
采样深度可以理解为采集卡处理声音的解析度。这个数值越大，解析度就越高，录制和回放的声音就越真实。电脑中的声音文件是用数字0和1来表示的。连续的模拟信号按一定的采样频率经数码脉冲取样后，每一个离散的脉冲信号被以一定的量化精度量化成一串二进制编码流，这串编码流的位数即为采样深度，也称为量化精度。

采样深度是对声音强度记录的精细程度，比如24bits的采样深度表示对声音强弱分为2的24次方个等级。采样深度越高说明采样时对声音的分级越精细，最终得到的效果也越真实。

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