蕭尼克的Audio Sharing

　　這個篇章稍微往軟體走一步，我們來談談 DSP (Digital Signal Processing)，數位訊號處理在整個音訊架構扮演怎麼樣的角色。DSP在整個電聲領域的位置是在軟體與硬體之間，通常在DSP處理音訊有一些好處：較省電、較快速。下圖是簡單的比較表，可供開發人員參考。

    DSP的門戶是ADC \ DAC (Analog-to-Digital Convertor)，技術內容是取樣(Sampling)、量化(Quantization)與編碼(encoding)；工程技術細節網路上找就能看到許多，在此不多贅述。但是一定要知道的是他們的背後意義：

(1) Sampling是指時間軸上的數位化(切割成”點”, n個/s)，frame或slot是sample的更大集合，通常語音處理上會因為特性需求訂為16~32ms為1個frame，若sampling rate = 48kHz, 則 1 frame = 32ms = 48k*32m = 1536 samples。一般CD的取樣率是44.1kHz，另一常見的是48kHz，越高代表取樣越不失真。學理上講到的Nyquist rate，是不是真的可以還原出1/2 頻寬呢？運氣好取樣的曲線就像下圖：

運氣不好取樣的曲線就像下圖：

還覺得剛好兩倍頻寬是足夠的嗎？

(2) Quantization是指大小振幅上的數位化(切割成”位階”)，越高bit數代表可以量化的更細緻，好比說0.49876就比0.5要更精確，展現的細節就越多。

(3)Encoding跟常見的wav或mp3不同，學術上的encode指的是更底層NRZ等硬體介面傳輸的編碼。不過筆者在應用上傾向於檔案格式這個解釋，因為比較親民。除了.pcm檔以外，每個音檔標頭(header)都記載了這個音檔的取樣速度sampling rate、bit、聲道channel，甚至於作者、曲風等等資料。

接著本篇重點中的重點，學校沒教、只有DSP界才懂的核心概念是：數位最大的單位是0dBFS (Full Scale)。類比世界裡，我們習慣說這個電壓是幾伏特，無論大小或正負我們都很常見，要做加減乘除運算十分的流暢，那麼，數位只剩下0101的世界中我們該怎麼定義呢？別忘記我們在量化的段落裡講到，bit數越高能夠表達的就越精細，也就是說如下圖：

        我們將數位的最大訂為0dBFS，也就是量化單位的1，0dBFS在不同的運算器裡都代表111111…..1；而量化單位的0，在不同位元的運算裡面表達的就不同了，16位元裡是 -96dBFS，24位元裡則是 -144dBFS。別忘了，負的dB越多，是代表值越小，並不是負數。( 1 =  11111........1 = 0 dBFS，0 = 00000.......... = -96dBFS(16bit) = -144 dBFS(24bit))

        可能你會有一些疑惑：數位世界最大的0dBFS到底是多大聲呢？恭喜你問到另一個重點了。先前我們講到，DSP的門戶就是ADC\DAC，0dBFS多大聲就要從DAC身上來著手，DAC的full scale reference voltage就是數位的0dBFS大小。iPhone的耳機輸出，0dBFS大約是0.95Vrms左右，而在其他手機上，就不見得會這麼大了。

        我們下篇將進入到另一個主題：音量。