将奈奎斯特定理应用于数字与模拟音频质量

信息处理 采样 奈奎斯特 数字的 混叠 模拟
2022-02-22 15:45:40

我最近与一位朋友就模拟与数字录音进行了交谈。他分享了他的观点,即以模拟技术录制的音乐比以数字技术录制的音乐具有更高的音质。他的理由是,只要将音乐转换为数字音乐,就不会捕获所有信息,因此会丢失一些音乐。

我最近参加了 DSP 课程并了解了一些关于 Nyquist-Shannon 定理的知识,因此我不太确定他的陈述。由于人类的听力通常在 20 Hz 到 20 kHz 的范围内,我的印象是 44.1 kHz 的常见采样率应该足以捕获再现我们可以听到的声音所需的所有信息。因此,我认为从数字和模拟再现的音乐之间的差异对人耳来说应该是不明显的。

谁是正确的?如果有人能对此有所了解并消除任何误解,我将不胜感激。非常感谢你。

顺便说一句,我是 Stack Exchange 的新手,我已经尝试过寻找类似的问题但无济于事。希望这不是转发。

3个回答

我的判断比 Fat 或 hot 的判断更具争议性。

考虑到当今 ADC 和 DAC 的分辨率,我相信最好的模拟录音没有理由在忠实地捕捉原始声音方面与数字录音相提并论。

现在的 ADC 和 DAC 有 24 位字和 20 位或 21 位。也就是说,数字录音中音频的动态范围(动态范围的 dB 加上 S/N 的 dB 之和)约为 125 dB。我只是认为即使是最高质量的模拟录音设备也无法接近这一点。

关于频率响应,模拟录音可以随着更高的磁带速度变得越来越好。比如每秒 15 英寸。数字录音的对应物是采样率。

在我看来,一个录制好的 24 位转换器以 96 kHz 运行,通过非常好的线性放大器和扬声器播放,对于蒙眼的听众来说,与原来的相比可能无法区分。带宽高达近 48 kHz 和诚实的 125 dB 动态范围非常接近电线。我认为录制相同源并通过相同放大器和扬声器播放的模拟录音环境甚至不会在 20 dB 范围内。

当你比较同等的透明度和成本时,模拟无法与数字竞争。如果你想要一些相当干净且相当便宜的东西,你不能同时使用模拟录音。

也就是说,我有点理解人们对“温暖的模拟声音”的意思,因为我不相信魔法,所以温暖的模拟声音是一种数学现象。可能与真空管特性有关。如果我们对数学有足够的了解,我们应该能够在 DSP 链中模拟那种温暖的模拟声音。我们越来越近了。

Nyquist-Shannon 重建定理适用于完美的带限信号和完美平坦的重建滤波器。不幸的是,现实世界中都不存在。每个样本使用无限位数来避免量化噪声的数字系统也没有。

使用高于 44.1k 的采样率所允许的余量可能允许更接近所需的完美值(对于带限和重构滤波器响应)。使用超过 16 位来减少量化噪声也是如此。

但模拟记录也不是完美的,因为不存在无噪声模拟记录介质和前置放大器(因为存在原子和非零 K 温度)。

所以可以进行取舍。选择您喜欢的声音再现工件。

没有简短的答案。当正确实施时,除了提供记录数据的无与伦比的持久性外,数字音频还应保留捕获的音频的初始可用质量。数字信息以数学方式表示,而模拟信息以物理方式表示。这就是为什么数字格式优于模拟格式的原因。采集、存储、传输和播放是与音频相关的最重要的问题,而数字音频提供了最便捷的解决方案。尽管如此,模拟也有一些优点,例如早期的简单性或低功耗。