数模转换器如何将数字信号转换为模拟信号

在任何的数字音频系统中，模数和数模转化器都是其中的重要组成部分，但通常情况下，它们都得不到应有的关注。在您的声卡将音频传输到您的DAW时，您可以能不会去想是模数转化器或者是数模转化器驱动的您的监听音箱；并且当您在演奏数字合成器时，是数模转化器将您的音频传输给音箱的这点可能也没有得到过您的过多关注。

不幸的是，跟乐队成员一样，模拟音频也有局限性。例如，黑胶唱片的爆裂声、滴答声、扭曲的声音和表面噪声会作为不受欢迎的音频“瑕疵”被添加到原始声音中。录音磁带会添加音染，磁带上的灰尘会导致砰砰声和滴答声，磁带录音会有嘶嘶声，等等。因此，尽管扬声器输出的信号与原始录制的信号相似，但由于模拟录制、处理和回放中固有的错误，也不太可能和原始声音一模一样。

我们以将数字信号存储在塑料材质的圆盘上的光盘为例：当我们把光盘放进CD机后，激光就会读取这些数据，然后将其发送到数模转化器，之后数模转换器就会将数字信号转换回模拟信号。 因为CD都带有纠错功能，所以即使光盘上有轻微的划痕，它也能识别出来并对丢失的数据进行替换，因此通常不会有跳读的情况发生。 在您下载音乐时，即使您的互联网连接中断了，下载引擎也会将这些部分组合成一个可以不间断播放的文件。

对音乐家来说，更重要的是，使用数字音频可以让音频在通过信号链后的音质保持不变。 在模拟多轨录音机的时代，当您将您的歌曲混缩到一个模拟双轨录音带时，会引入了额外的嘶嘶声和失真。 当您对磁带进行母版制作时，会引入更过的杂音，将音频传输到一个可以压制唱片的金属压模上时，也会引入砰砰声、研磨声和扭曲的声音。 在每个音频传输阶段，信号质量都会更加恶化。

使用数字录音，您可以将数字信号混合到立体声或环绕立体声中，从而创建另一组数字。 （当然，这些数字也会通过数模转换器进行监听，因此您可以听到正在混缩的内容。）因此，最终的立体声混音将代表您混缩歌曲时所听到的内容。 接下来，您可以将通过数字化混合的数字串传到网上（希望是无损的），或将其复制到智能手机的内存中，或者将这些数字信号压入光盘，等等。

您可以在信号链的最初想象模数转化器把声音“风干”了起来，声音直到回到播放系统的数模转化器时才会被重构。 这也是数字音频听起来如此纯净的原因：它没有遭受模拟信号所遭受的那些修整。

转换器的采样率是由高精度、稳定的系统时钟所控制的，是数字音频系统最重要的特性之一。如果转换器的采样率比较高的话，那么您也可以向下使用较低的采样率，但如果转换器的采样率比较低的话，您却不能使用较高的采样率了。大多数低成本的转换器的采样率都是96kHz，不过随着技术的发展，192kHz的采样率在现代已经越来越普遍了。

转换过程的另一个方面是位分辨率（通常称为字长），它表示的是模数转化器测量输入信号的准确程度。 由于每个样本在那个时刻都会测量信号的电压，因此测量越精确，从模拟音频到数字数据的转换就越准确。 就如同尺子的刻度一样，以英寸为刻度的尺子只能只能确切地用英寸测量长度，但是，用十六分之一英寸刻度的尺子来测量长度的话，那么分辨率就可以提高16倍。 位数越高，分辨率也就越高。

采样率问题。如果系统不能以足够高的采样频率对信号电平进行采样的话，就很难准确地再现信号。采样率必须至少是进入系统的最高音频频率的两倍，因此44.1kHz是录音的最低的采样率。输出滤波器音染。如上所述，post-DAC低通滤波器会将阶梯采样转换为平滑连续的信号。 但是，滤波器可能会添加自己的音染。

非线性。非线性是用来描述如果不同的量化级别之间的间隔不是均等的，那么就会出现误差的情况。让我们回顾下前面的例子，我们假设能够测量到1毫伏的精度。回到前面的例子，我们假设能够测量到1毫伏的精度。但如果存在非线性，转换器可能会将1毫伏信号转换为1.001毫伏，2毫伏信号转换为1.978毫伏，等等。这些误差会改变波形形状，从而导致失真。

动态范围限制。从理论上讲，24位分辨率具有大约144dB的动态范围（每位大约6dB）。但在现实世界中，由于噪声，电路板布局问题，电源限制和制造公差等因素的影响，24位的转换超出了转换器解决高动态范围的能力，所以实际分辨率更可能是20到22位。

抖动。如果提供采样率的系统时钟不稳定，则不会以相同的时间间隔捕获或回放表示数字音频的样本。您可以将其视为“时间失真”，因为您没有在正确的时间听到正确的样本。这会导致细微的失真，这也是在两个不同的数模转换器上回放相同的数字音频可能听起来不同的原因之一 -- 一个可能具有更高的抖动，而另一个具有更低的抖动。

好在现代的转换器芯片的质量要远远优于80年代和90年代。即使是低成本的音频接口也会有可观的规格参数，所以我们在现在很难能找到“糟糕”的专业音频接口，但如果您有足够的预算来购置高端的转换器的话，那么您就能得到开放度更高、声音更通透、更具空气感的声音。 虽然数字音频优势多多，但它还是要在模拟世界来回转换 - 而这也是用来区分高端转换器与“所谓好的”转换器的关键。