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微信|音頻數字化：它是如何工作的

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如何將聲音翻譯成沒有靈魂的0和1？ 。 我們來看看熟悉的設備：計算機聲音、視頻、MP3、廣播和流媒體、各種算法等等是如何工作的 。

本文沒有實用價值 ， 純屬娛樂 。
一點點物理知識聲音是空氣中的振動 。 就像水面上的波浪 ， 在空氣中 。 氣壓進入耳朵 ， 耳朵里有敏感的部分 ， 可以微妙地感受到空氣的振動 。 這些振動被人們感知為聲音 。 外太空沒有聲音 ， 因為沒有空氣 。
頻率 。 振動越快 ， 我們感知到的聲音就越弱 。 一個人感知的振動從每秒 20 次到每秒大約 2 萬次不等 。 換句話說 ， 這被稱為振蕩頻率：赫茲 。 也就是說 ， 我們聽到的范圍是從 20 赫茲到 20 千赫茲 。
相比之下 ， 狗聽到的頻率為40 赫茲到 60 千赫茲 ， 因此狗的哨聲不會被人類感知 ， 但狗卻能聽到 。 狗哨的聲音只是在 23-54 kHz 的范圍內 。
振幅 。 振動越強 ， 聲音越大 ， 反之亦然 。 你可以想象這是池塘表面波浪的高度：可能有小的漣漪（安靜的聲音） ， 也可能有很大的強大波浪 。

將聲音分成幾段
現在讓我們這樣做：我們將第二個部分分成 4 個部分 ， 并為每個部分找到幅度值：

我們在一秒鐘內測量了四次波的狀態 。 這稱為采樣 。
我們測量了四個點中每個點的幅度值 ， 相對而言 ， 收到了四個數字：+30、-50、-50 和 -60 。 從理論上講 ， 如果我們通過電流并將這四個電壓施加到揚聲器上 ， 我們將能夠再現相同的聲音 。 但是有幾個問題：
? 由于我們只在四個地方測量 ， 錯過了整個振蕩 。
?我們最終會得到與原始聲音相比非常失真的聲音 。
以 4 的速率采樣 ， 對于聲音來說太少了 。 要獲得至少可以理解的語音 ， 需要將一秒分成 8000 段 ， 而對于音樂 ， 通常 41000 段就足夠了 。
讓我們提高采樣率：在同一單位時間內將聲音切成更小的片段：

現在測量會更加準確 ， 產生的聲音也會更加自然 。
轉換為數字在我們將聲音分成小段并測量每個小段的幅度值后 ， 我們可以用表格的形式記錄下來：
時間?????    振幅
0.01 秒 。 ????5
0.02 秒 。 ????7
0.03 秒 。 ????10
如果我們把整個聲音分成相等的段 ， 那么時間就不能寫了 ， 因為我們知道它是如何變化的 ， 在一行中寫振幅值就足夠了：
5 7 10 … ?21
為了讓計算機理解這些數字 ， 讓我們把這些數字翻譯成 二進制數系統 。 為簡單起見 ， 我們假設一個數字恰好占用 1 個字節的內存 ， 但實際上 ， 分配給該數字的字節越多 ， 測量和音質就越準確 。 翻譯后 ， 我們得到：
00000101
00000111
00001010
…
11101011
【微信|音頻數字化：它是如何工作的】計算機已經可以理解并以聲音的形式重現現這個序列 。
現在如何播放聲音? 使用揚聲器或耳機——任何可以“推動空氣”（即產生聲波）的東西 。 在揚聲器會產生空氣振動 。
? 對揚聲器施加一些電流 。 根據電流的強度 ， 揚聲器音圈會以不同的方式移動 。

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