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自電腦發明以後，資訊的數位化是不可阻擋的潮流，也是二十世紀人類文明的重大革命，影響所及，深入現代生活各個層面，反映在音樂方面最常見的產物就是CD。自音樂CD在九零年代成為主流音樂儲存媒體，數位音樂已與你我生活密不可分。本篇文章希望以深入淺出的方式，帶領讀者探索數位音樂的各類儲存格式與訊號處理技巧。
何謂數位化？
從字面上來說，數位化(Digital)就是以數字來描述事物。例如用數字紀錄一張桌子的長寬高尺寸以及各木料間的角度，這就是一種數位化。跟數位常常一起被提到的字是類比(Analog/Analogue)。類比的意思是用相似的東西去表達，例如將桌子用傳統相機將三視圖拍下來，就是一種類比的紀錄方式。
音樂如何數位化？
將音樂數位化，首先必須將音訊數位化。將音訊數位化的方式有很多，最常見的方式是透過PCM(Pulse Code Modulation)。音樂CD即是紀錄此種格式的數位訊號，轉換原理如下。首先我們考慮聲音經過麥克風，轉換成一連串電壓變化的訊號，如圖一所示，我們現在開始將這聲音波型的類比訊號數位化(Analog to Digital)。這張圖的橫坐標為秒，縱坐標為電壓大小。要將這樣的訊號轉為PAM(Pulse Amplitude Modulation)格式的方法，是先以等時距分割橫坐標。假設用每0.01秒分割，則得到圖二。
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接著我們把分割線與訊號圖形交叉處的座標位置紀錄下來，就完成了PAM。我們把橫坐標數字紀錄下來，得到如下資料，(0.01,11.65)、(0.02,14.00)、(0.03,16.00)、(0.04,17.74)…..(0.18,15.94)、(0.19,17.7)、(0.20,20)。現在我們已經把這個波形以數字紀錄下來了，也就是完成了來源訊號的PCM。由於我們已經知道時間間隔是固定的0.01秒，因此我們只要把縱座標紀錄下來就可以了，得到的結果就是11.65 14.00 16.00 17.74 19.00 19.89 20.34 20.07 19.44 18.59 17.47 16.31 15.23 14.43 13.89 13.71 14.49 15.94 17.70 20.00這一數列。這一串數字就是將以上訊號數位化的結果。看，我們確實用數字紀錄了事物。在以上的範例中，我們的取樣頻率是100Hz(1/0.01秒)。其實電腦中的.WAV檔的內容就是類似這個樣子，檔頭紀錄了取樣頻率和可容許最大紀錄振幅等資訊，內容就是一連串表示振幅大小的數字，有正有負。前面提到音樂CD是以PCM格式紀錄，而它的取樣頻率(Sample Rate)是44100Hz，振幅紀錄精度是16Bits，也就是說振幅最小可達-32768(-2^16/2)，最大可達+32767(2^16/2-1)。在這裡我們可以發現無論使用多麼高的紀錄精度，紀錄的數字跟實際的訊號大小總是有誤差，因此數位化無法完全紀錄原始訊號。我們稱這個數位化造成失真稱為量化失真。
以上是PCM理論上的運作方式，但是實際上我們的電路沒有辦法紀錄瞬間的振幅大小，而是紀錄取樣時距內的振幅最大值，也就是Sample/Hold的運作方式。這樣的運作方式會造成波型的偏移，且很難用事後的運算來補償，為PCM的一大缺點。
為什麼要數位化？
數位化的最大好處是方便資料傳輸與保存，使資料不易失真。只要紀錄資料的數字大小不改變，紀錄的資料內容就不會改變。傳統類比的方式紀錄訊號，如使用LP表面的凹凸起伏或是錄音帶表面的磁場強度來表達振幅大小，在我們複製資料時，無論電路設計多麼嚴謹，總是無法避免雜訊的介入。這些雜訊會變成複製後資料的一部份，造成失真，且複製越多次訊噪比(訊號大小與雜訊大小的比值)會越來越低，有意義的資料細節也越來越少。如果讀者曾經複製過錄音帶或是錄影帶，一定有過發現拷貝版雜訊較大的經驗。在數位化的世界裡，數字轉換為二進位，以電壓的高低判讀1與0，並可加上各種檢查碼，使得出錯機率大大降低，因此在一般的情況下無論資料複製多少次，都可以達到不失真的目標。
或許讀者會問，既然CD是數位化的儲存媒體，為什麼用燒錄機複製的燒片放到CD Player中音質往往比原版片來得差呢？數位化的複製不是不會失真嗎？這個問題我們留到後面再解答。
那麼，數位化的資料如何轉換回原來的音樂訊號呢？這時候我們需要一項裝置叫做DAC(Digital to Analog Converter)，中文叫數類轉換器。DAC的功能如其名是把數位訊號轉換回類比訊號，在我們的CD Player，音效卡中都有這裝置，而在許多電路中也經常被用到，例如顯示卡的RAMDAC。我們可以把CD Player中以PCM運作的DAC想像成16個小電阻，各個電阻值是以二的倍數增大。當DAC接受到來自CD讀取機構的二進位PCM訊號，遇到0時相對應的電阻就接上電路，遇到1相對應的電阻不作用，如此每一批16Bits數位訊號都可以轉換回相對應的電壓大小。這些電壓大小看起來會像階梯一樣一格一格，跟原來平滑的訊號差異，因此再輸出前還要通過一個低通濾波器，將高次諧波濾除，這樣聲音就會變得比較平滑。在Hi-Fi音響術語中，我們將讀取CD且輸出類比音訊的器材叫做CD唱盤，單純讀出CD資料輸出數位訊號的器材叫做CD轉盤。我們可以把CD唱盤當作CD轉盤+DAC。在Hi-End音響的領域大部分傾向將CD讀取分成轉盤+DAC。值得一提的是，雖然CD轉盤和DAC間傳遞的是純粹的數位訊號，但是我們往往可以發現更換之間的線材(常用規格S/PDIF為阻抗75歐姆的同軸電纜或是Toslink塑膠光纖)，卻可以影響音質，這部分的問題我們也留到後面再說明，而這裡有相關實驗結果
(http://www.dearhoney.idv.tw/phpBB/article/viewtopic.php?forum=1&topic=18877&start=70)。
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