給新手的聲音常識(一)

Henry Chou
5 min readJul 31, 2018

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這一篇要來跟大家簡介一下,好聲音是怎麼來的,以及針對常見的一些名詞做一個解釋。

在開始之前…

首先先跟大家簡單放下一張小弟目前實習公司產品的規格圖。

平常我們在買東西的時候,詳細的資訊都是必需要附上的。比如說我們在買食物的時候會附上產地在哪,熱量多少…

同樣地,如果今天的產品是音效類產品的話,都會有一連串的專有名詞,來說明這款耳機呈現聲音的能力有多厲害,轉換的聲音的能力是不是能接近真實的轉換。

很多數據看不懂嗎?沒關係,這系列的文章就是要讓你看理解這些數據在說什麼

何謂類比訊號?

在一開始要先來從訊號的類型開始。聲音的訊號分成類比數位兩種不同類型的訊號概念。類比的訊號指的是真實的聲波,屬於真實的,你可以聽到的聲音。

類比訊號示意圖

這邊簡單補充一下,震幅表示的是聲音的能量大小,換句話說就是音量的概念。從圖中可以看到整個波共有兩個高點與低點,從原點經過高、底點再回到平衡點這個過程,我們稱作一個波;一秒內的波的數量,稱做頻率,以赫茲(HZ)表示一秒內波的數量越多,則頻率越高,音高也越高。通常人耳的頻率是能聽到20~20,000 HZ之間。

聲音的波都會具有不同的形狀,造成每個聲音雖然擁有相同的音高,但卻聽起來都不太一樣。這就是我們一般所稱的“音色”。不同的音色,會有不同的波型,造成聽起來的感覺不同。

相同的音高產生不同音色的波型圖(來源:https://www.nani.com.tw/nani/jlearn/natu/ability/a1/3_a1_3_3.htm)
實際上的聲波可沒有上面那張圖這麼簡單,而是像這樣的圖一樣複雜

從類比到數位

這樣真實的聲波,只能透過如空氣、水之類的介質傳遞,若要在電腦、資訊產品傳遞的話需其轉換成機器能理解的語言,也就是數位訊號。數位訊號把這樣的聲音訊息變成0101的方式來儲存,並將之傳遞。然而,類比與數位訊號最大的差別在於數位訊號是一段不連續的訊號。下面這張圖就是簡單的數位訊號的範例。

典型的數位訊號模型

可以看到,不同於類比訊號豐富多變的數值,數位訊號只有“0”跟“1”兩種可能性。問題在於,該怎麽轉換這兩種不同的訊號呢?科學家想到一個方法,就是將這樣的波切割成非常多非常細微的不連續斷點,並把每個不連續的斷點以”0101”的組合方式表示。當每個斷點切的越細微、越密集,就會越逼近原來的聲音。這樣把每個點分割成細微的動作,就叫做取樣(Sample),而這樣將類比訊號切割成數位訊號的機器,稱作類比數位轉換器(Analog to Digital converter , ADC)。這樣經由數位的原檔經過傳送後,若要重新還原成人類聽得到的聲音,則會須要數位類比轉換器(Digital to Analog converter , DAC) 來轉換。

取樣示意圖,紅線為類比的連續訊號,藍色為數位訊號的每個點(本圖採用創用CC 姓名標示-相同方式分享,圖片原始作者為Aquegg)

如果在市面上看DAC與ADC,會發現價格的差異非常巨大,從幾千到幾萬都有。其最主要的差異是將訊號轉換的能力。價格差的可能僅能將訊號80%轉換,價格好的,甚至可以將訊號的轉換至精確的99.99%。

一秒取樣的次數,稱作取樣率(Sample Rate)。當取樣率越高,代表每秒取樣的越精細,相對地也需要更多的空間來儲存這樣的資料。取樣率通常會與取樣深度(bit rates)擺在一起比較,代表每秒能呈現聲音的變化度。以上面這張圖來說,取樣深度為4 bits,代表共有2的四次方,也就是16種聲音的變化。當取樣率與取樣深度越高,代表聲音能呈現細緻與豐富的聲音變化。日本的音響協會定義當取樣率/取樣深度達到 96kHz/24bit 或 192kHz/24 bit 或以上的檔案,稱做高解析音樂(Hi-Res Audio)。

註:這邊的 Hi-res 指的是聲音訊號標準,市面上常見的喇叭耳機的Hi-res認證是硬體設備的標準喔,這部分會在第三篇詳細說明

為了讓大家更能理解取樣深度的概念,可以看看下免這張圖。

圖片來源:http://eggapple-dry.blogspot.com/2016/04/blog-post.html

取樣深度又稱作位元深度,如圖所示,在同樣的取樣率下(每秒8次取樣),取樣深度越高,聲音的表現範圍越豐富。

下一篇我們來談談,當今天訊號轉換成數位訊號後,機器又對這樣的數位訊號做什麼事情。

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Henry Chou
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Written by Henry Chou

亨利,周。有個機械學士與科管碩士,現於 CoolBix 加入 Web 3.0 的世界。曾Appier 擔任Campaign Analyst,過著爆肝加班的生活。雖為工程背景,卻意外掉入數位行銷的世界。一路走來顛顛簸簸,希望能用簡單的文字,讓大家在這複雜的世界走得更加穩重。在我的空間裡我們將會聊趨勢、聊人性、聊人生。

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