【数码时代】PCM：取样率 + 位元率 最常见的模拟转换数码编码方式

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有使用 DAP、DAC 等数码音响器材的朋友，可能在规格表上面都会见过「PCM」这个字，「支援 PCM 16bit/48kHz」、「最高 PCM 24bit/384kHz」等等，代表了模拟音乐讯号转换成数码讯号的方法以及规格，也是最常用的数码音讯编码方式。WAV、FLAC、AIFF、ALAC 以至 MP3、WMV 等虽然是不同的音乐格式，不过实际上都采用了 PCM 的编码。

由 CD 音质的 44.1kHz/48kHz 到 Hi-Res 的 96kHz - 768kHz

PCM 的全称是 Pulse Code Modulation（脉冲编码调变），通过将声波（音乐、音讯）依相同的间距来取样，然后以二进制的方式记录每次取样的波幅，通过连续不断的记录将模拟声波讯号转换成数码的形式「描绘」下来。当中取样的密度也就是取样率（Sampling Rate），以每秒的次数 Hz 作为单位，常见的 CD 44.1kHz、数码音乐 48kHz、Hi-Res 音乐的 96kHz 或者 192kHz，甚至现时部分 DAC 已经支援高达 768kHz 解码。这些数字分别代表了每秒取样 44,100 次、48,000 次、96,000 次、192,000 次以至 768,000 次。就是最基本的 44.1kHz 貌似已经相当是相当频密的取样，不过由于普通人耳的聆听范围最高可以去到 20kHz 的频率，根据取样定理（Nyquist theorem），需要的 2 倍取样率（e.g. 20kHz × 2 = 40kHz），即最少要 40kHz 的取样率才可以重现到 20kHz 的音频，所以 44.1kHz、48kHz 也成为了无损音乐的最低取样率了。

由于需要用数码的方式来描述模拟的连续不断音讯，所以理论上取样率愈高，声音的还原就准确。

由 CD 音质的 16bit 到 Hi-Res 的 24bit

另一样需要记录的就是声波的波幅/振幅，以 bit-rate（位元率）表示。由于数码化采用的是 2 进制记录，所以 1bit（一位数字）可以代表 0 和 1 两级；2bit（两位数字）就有 00、01、10、11 共四级；CD 音乐的 16bit 则是 2 的 16 次方、达到 65,536 级，可以代表 96dB 的动态范围和讯噪比，对比传统磁带和黑胶唱片大约 60dB 已经相当高。而 1 分钟 16bit/44.1kHz 的音乐大约需要 10MB 容量，普通一只 650/700MB 容量的 CD 实际可以储存大约 70 - 80 分钟的音乐，所以选择 16bit 位元率除了音质之外，也考虑到了 CD 的容量限制。DVD-Audio 和 Blu-ray 则可以支援 24bit 音讯，近年 Hi-Res 音乐也开始使用 24bit 的更高位元率。理论上 24bit 可以获得 144dB 的动态范围、声音更细致、失真更少，虽然实际上应用上并不会这么完美，听感上与 16bit 差距有时也不明显，不过对于音乐制作却提供了动态和细节的额外缓冲空间，而部分中高阶 DAC 更加已经支援高达 32bit 位元率。

近年无损音乐甚至 Hi-Res 音乐串流的兴起，平台宣传上也强调了 192kHz 对比 48kHz 提高的细致度，还有 24bit 对比 16bit 提高的动态范围。

当然，高音质也换来音乐档案的高容量，以 5:07 的 19MB CD 音乐为例，如果采用 24bit/96kHz 规格就变成 72MB，24bit/352.8kHz 更达到 330MB，传统 CD 只能装两首歌。