數位音樂之形成原理
摘要
音源基本上皆走類比訊號,人類二次世界大戰以前,皆是以類比音源做資料之交換或儲存,直至二次世界大戰,美、德雙方之工程師為了間諜戰而開始研究如何將類比式音源格式轉換成數位,其做法大多是將方向朝向如何將類比聲波調變成數位格式。在各家之調變技術中,其實皆隱藏了「切分取樣」與「模擬振幅」兩個步驟。
「模擬振幅」意味利用數位位元之數值大小,描述原本類比音源之振幅高低,若以16bits為基礎,32767為最大振幅音量。「切分取樣」則指的是先將其波長切分為數個細小單位,然後再以其高於波長頻率之取樣頻率數,對這些細小單位作取樣,被取樣的單位,即依其「模擬數值」之大小被儲存於數位音源中;根據後期衍生之理論,要在數位音源之環境下避免失真,其取樣頻率之設定要超越原本聲波波長頻率之兩倍以上。
1970年代,經過近20年之發展,Philips與SONY依據過往各學派之研究所得,以超越人耳接受最高頻率2倍有餘之44Khz做頻率取樣,並利用16位元(bits)之數值做振幅模擬,發展出音質最完美、也是最早期之數位音源標準格式;發展此標準數位音源格式之調變技術即為Pulse Code Modulation (PCM)。由PCM所發展出之音源格式即為目前CD之標準規範,在此音源格式規範下之音樂,常人除非靠專業設備,否則很難察覺其與真實類比音樂間之不同。
除了PCM,Philps與SONY稍後也發展出ADPCM(Adaptive Differential PCM)調變技術,ADPCM與PCM最大差異之處在於後者是對每一個取樣頻率做正確之振幅精確值計算,而ADPCM則是比較前後取樣頻率間之差異做誤差判斷,並依此誤差值做後序取樣時之估計參數(不論頻率或是振幅)。