¿Por qué la frecuencia de muestreo de las señales de audio es generalmente de 44,1 KHZ?

Normalmente utilizamos codificación de modulación de código de pulso, es decir, codificación PCM. PCM convierte señales analógicas que cambian continuamente en códigos digitales mediante tres pasos: muestreo, cuantificación y codificación. \x0d\\x0d\　1. ¿Cuál es la frecuencia de muestreo y el tamaño de muestreo (bit/bit)? \x0d\\x0d\　La frecuencia corresponde al eje del tiempo y la amplitud corresponde al eje del nivel. La onda es infinitamente suave y se puede considerar que la cuerda está compuesta de innumerables puntos. Dado que el espacio de almacenamiento es relativamente limitado, los puntos de la cuerda deben muestrearse durante el proceso de codificación digital. El proceso de muestreo consiste en extraer el valor de frecuencia de un determinado punto. Obviamente, cuantos más puntos se extraen en un segundo, más rica se obtiene la información de frecuencia. Para restaurar la forma de onda, se deben muestrear dos puntos en una vibración. La frecuencia más alta que se puede sentir es 20 kHz. Por lo tanto, para cumplir con los requisitos auditivos del oído humano, se requieren al menos 40k muestras por segundo, expresadas como 40kHz. Estos 40kHz son la frecuencia de muestreo. Nuestro CD común tiene una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz. No basta con tener información de frecuencia. También debemos obtener el valor de energía de esa frecuencia y cuantificarlo para representar la intensidad de la señal. El número de niveles de cuantificación es una potencia entera de 2. Nuestro tamaño de muestreo de bits de CD común de 16 bits es 2 elevado a 16. El tamaño de muestreo es más difícil de entender que la frecuencia de muestreo porque debe ser abstracto. Tomemos un ejemplo simple: supongamos que se muestrea una onda 8 veces y los valores de energía correspondientes a los puntos de muestreo son A1-A8, pero. Solo usamos un tamaño de muestreo de 2 bits, como resultado, solo podemos retener los valores de 4 puntos en A1-A8 y descartar los otros 4. Si utilizamos un tamaño de muestreo de 3 bits se registrará toda la información de 8 puntos. Cuanto mayores sean los valores de frecuencia de muestreo y tamaño de muestra, más cercana estará la forma de onda grabada a la señal original. \x0d\\x0d\　2. Con pérdida y sin pérdida\x0d\\x0d\ Según la frecuencia de muestreo y el tamaño de muestreo, podemos saber que, en comparación con las señales naturales, la codificación de audio solo puede estar infinitamente cerca en el mejor de los casos, al menos con la tecnología actual. solo puedo hacer esto Sí, en comparación con las señales naturales, cualquier esquema de codificación de audio digital tiene pérdidas porque no se puede restaurar por completo. En aplicaciones informáticas, la codificación PCM puede alcanzar el nivel más alto de fidelidad, que se utiliza ampliamente para la conservación de materiales y la apreciación de la música. Se utiliza en CD, DVD y nuestros archivos WAV comunes. Por lo tanto, PCM se denomina convencionalmente codificación sin pérdidas, porque PCM representa el mejor nivel de fidelidad en audio digital. Esto no significa que PCM pueda garantizar una fidelidad absoluta de la señal. PCM solo puede lograr la máxima cercanía infinita. Habitualmente incluimos MP3 en la categoría de codificación de audio con pérdida, que es relativa a la codificación PCM. El propósito de enfatizar la relatividad de la codificación entre con y sin pérdidas es decirles a todos que es difícil no tener pérdidas, al igual que usar números para expresar pi, no importa cuán alta sea la precisión, es infinitamente cercana, no verdaderamente igual. al valor pi. \x0d\\x0d\ 3. ¿Por qué utilizar la tecnología de compresión de audio? \x0d\\x0d\ Es muy fácil calcular la velocidad de bits de un flujo de audio PCM, el valor de la frecuencia de muestreo × el valor del tamaño de muestreo × el número de canales bps. Un archivo WAV codificado en PCM de dos canales con una frecuencia de muestreo de 44,1 KHz, un tamaño de muestreo de 16 bits y una velocidad de datos de 44,1 K×16×2 = 1411,2 Kbps. A menudo decimos que el parámetro WAV correspondiente a 128K MP3 es 1411,2 Kbps. Este parámetro también se llama ancho de banda de datos. Es el mismo concepto que el ancho de banda en ADSL. Divida la velocidad del código por 8 para obtener la velocidad de datos de este WAV, que es 176,4 KB/s. Esto significa que almacenar una señal de audio codificada en PCM de dos canales con una frecuencia de muestreo de 44,1 KHz y un tamaño de muestreo de 16 bits durante un segundo requiere 176,4 KB de espacio, lo que equivale aproximadamente a 10,34 M por un minuto. Esto es inaceptable para la mayoría de los usuarios. Especialmente aquellos a quienes les gusta escuchar música en la computadora, solo hay dos formas de reducir el uso del disco: reducir el índice de muestreo o comprimir. Reducir el índice no es deseable, por lo que los expertos han desarrollado varios esquemas de compresión.

Debido a los diferentes usos y mercados objetivo, la calidad del sonido y las relaciones de compresión logradas por varias codificaciones de compresión de audio son diferentes. Las mencionaremos una por una en los siguientes artículos. Una cosa es segura: todos están comprimidos. \x0d\\x0d\ 4. La relación entre frecuencia y frecuencia de muestreo \x0d\\x0d\ La frecuencia de muestreo representa el número de veces que se muestrea la señal original por segundo. La frecuencia de muestreo de los archivos de audio más comunes que vemos es 44,1 KHz. ¿Qué significa esto? Supongamos que tenemos 2 segmentos de señales de onda sinusoidal, 20 Hz y 20 KHz respectivamente, cada uno con una duración de un segundo, correspondientes a la frecuencia más baja y la frecuencia más alta que podemos escuchar. Al muestrear estos dos segmentos de señales a 40 KHz respectivamente, podemos obtener lo que. es el resultado? El resultado es: la señal de 20 Hz se muestrea 40 K/20 = 2000 veces por vibración, mientras que la señal de 20 K se muestrea sólo 2 veces por vibración. Obviamente, a la misma frecuencia de muestreo, la información registrada en bajas frecuencias es mucho más detallada que en altas frecuencias. Esta es también la razón por la que algunos audiófilos acusan a los CD de tener sonidos digitales que no son lo suficientemente realistas. El muestreo de 44,1 KHz de los CD no puede garantizar que las señales de alta frecuencia se graben bien. Para grabar mejor señales de alta frecuencia, parece que se necesita una frecuencia de muestreo más alta, por lo que algunos amigos usan una frecuencia de muestreo de 48 KHz al capturar pistas de audio de CD. ¡Esto no es recomendable! En realidad, esto no es bueno para la calidad del sonido. Para el software de seguimiento, mantener la misma frecuencia de muestreo que los 44,1 KHz proporcionados por el CD es una de las garantías de la mejor calidad de sonido, en lugar de mejorarla. Una frecuencia de muestreo más alta sólo es útil cuando se compara con señales analógicas. Si la señal que se está muestreando es digital, no intente aumentar la frecuencia de muestreo. \x0d\\x0d\　Porque, según la teoría de muestreo de Nyquist, su frecuencia de muestreo debe ser el doble de la frecuencia más alta de la señal. Por ejemplo, la frecuencia de las señales de audio generalmente alcanza los 20 Hz, por lo que su frecuencia de muestreo generalmente requiere 40 Hz. El rango de escucha del oído humano sólo puede ser inferior a 23 Khz, por lo que la frecuencia de muestreo del CD es de 44,1 Khz. Los archivos de audio de 22 Khz se pueden reproducir mientras se leen, sin tener que leer el archivo completo y luego reproducirlo, para que pueda escucharlo sin descargarlo. También se puede codificar y reproducir al mismo tiempo. Es esta característica la que permite la transmisión en vivo en línea y la configuración de su propia estación de radio digital se ha convertido en una realidad.