声音转换成数字形式的关键步骤：取样、数值化与信息表示

声音转换成数字形式有三个关键步骤，分别是取样、数值化和信息表示，这些步骤在把模拟声响变成数字数据时作用非常关键，接下来我会逐一说明这三个步骤。

采样

把连续的模拟声音信号，以固定时间间隔分割，形成一系列分离的点，这个过程叫做采样。可以把它比作给声音定格，每个时间点都记录一个瞬间。决定采样效果的重要指标是采样率，它表示每秒钟获取的样本数。采样率越高，记录的瞬间就越频繁，恢复出来的声音就越像原来的声音。CD音频的录制标准是44.1千赫兹，这个数值能够确保声音效果非常出色。

确定声音信号的最高频率后，才能设定采样频率，这是必要的步骤。奈奎斯特采样定理指出，采样频率至少要达到信号最高频率的两倍，才能确保信号不失真。为了提升音质效果，实际操作中常常会选用比最低要求更高的采样频率。各类音响器材以及实际运用环境，对信号采集的速率设定有各自不同的标准，举例来说，在电话语音交流方面，考虑到对声音清晰度的标准不高，一般采用8000赫兹的速率进行采集。

量化

把采集到的连续模拟信号，变成一系列分离的数值，这个过程叫做量化，采集的原始信号是连续的，必须转变成有限个离散数值，这是量化的作用，量化的准确度，取决于使用的位数声音数字化三要素，位数越多，转换后的数值就越接近原始信号，声音听起来也就越真实。八位量化能够记录256种不同的数值，十六位量化则能够记录65536种不同的数值。

转换时难免出现偏差，偏差越小，音质损失就越少。为了降低偏差，常会选用更多的转换位数。各种音频文件类型对转换位数的兼容情况不一样，例如通用的MP3类型通常能够处理八位、十六位等转换位数。在音乐录制等对音效标准要求很高的行业，一般会使用二十四位或更高级别的转换位数。

编码

把量完的样本值换成二进制码，这就是编码。这样做是为了让存取和发送变得简单。常见的编码方法有脉冲编码调制、自适应差分脉冲编码调制等。脉冲编码调制是最基础的编码方法，它直接把量完的样本值变成二进制码。ADPCM是针对PCM的优化版本，它运用了预测和差异编码技术，以此压缩数据，同时提升了编码工作的成效。

编码工作还包括对信息进行压缩处理，目的是为了节省存储空间，同时加快信息传输的速度。各种不同的压缩技术，对声音的保真度和数据大小有着不同的作用效果。比如，有些压缩方法在不影响声音品质的情况下，能够减少数据所占的容量，例如FLAC格式就是这类技术的应用实例；而另一些压缩方法则需要在牺牲部分声音品质的前提下，才能实现更高的压缩程度，像MP3格式就属于这一类压缩技术的代表。

三者关系

声音的数字化包含三个关键步骤，分别是采集、数值化和信息转换。采集环节为后续步骤提供了原始资料，它决定了声音在时间轴上的分割方式。数值化环节对采集到的资料进行再加工，让它们变成可以表示的数值单位，以便进行信息转换。信息转换环节则把数值化的结果变成计算机可以识别的0和1组合声音数字化三要素，方便进行保存和发送。没有采集，就不能得到声音的片段；没有转换，片段的数值无法用确定的离散状态呈现；没有记录，转换后的数据就不能被方便地保存和传送。

三个部分需要一起配合，缺少任何一个都不行，某个步骤出了差错，都会影响声音转成数字的效果。比如，采样频率太低，就算后面处理得再仔细，声音也无法还原得很好。又比如，量化精度不够，即便编码技术再先进，声音也会有明显的变形。必须这三个步骤都做得不错，才能得到声音的数字化处理效果。

实际应用

音乐创作过程中，声音转换成数字形式有三个关键点非常重要。创作者要依据不同的乐曲类型和制作目标，挑选恰当的采样标准、数值精度和记录方法。像古典乐曲这类对音效标准很高的作品，一般会使用96kHz以上更精细的采样标准，24位更高的数值精度，以及FLAC这类不会损失音质的记录格式，以此来维护乐曲的原始韵味。对于流行歌曲这类音乐，为了方便分发和保留，可能会选用不太高的采样标准，并且使用压缩过的音频格式（比如MP3）。

影视制作里，声音的数字化处理非常重要。影片里的各种声音效果和背景音乐，都要依靠精确的声音数字化来完成。拍摄现场，工作人员会借助专业设备，调整恰当的采样和量化数值，从而采集到清楚、生动的声音资料。剪辑阶段，会依照影片的特性和要求，挑选适宜的编码方法来加工，这样就能得到令人印象深刻的视听体验。

发展趋势

科技持续进步，声音数字化的三个基本指标也在持续改善。采样频率和量化精度有持续提升的动向，来适应人们对更好听觉体验的要求。将来可能会出现采样频率更高（例如192千赫兹）、量化精度更高（例如32比特）的音频产品以及配套格式。编码技术持续进步，更新的编码方案在确保音质达标的同时，会持续提升数据压缩比率，从而降低对存储容量和传输通道的要求。

此外，声音的数字化进程会跟其他科技结合得更深。比如，和人工智能技术配合，能够完成智能的音频处理跟改进；和虚拟现实、增强现实技术配合，能够产生更真实的听觉场景。这些发展会让我们享受到更多样化、更强烈的听觉感受。

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