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CD唱片的采样频率为什么是44.1K，这个问题一直是CD音乐爱好者关注的话题。大部分都认为这个44.1kHz，是来自于奈奎斯特定律；但是奈奎斯特定律也只是说，如果要恢复数字化的信息成为模拟波形，其采样频率至少要达到其记录模拟信号最高频率的两倍。具体为：以人耳最高听音频率20000Hz计算，其采样频率用40kHz就够了，或者再打些余量，44kHz就可以了，可为什么是44.1kHz这么一个有整有零的奇葩的数呢？因此，奈奎斯特定律只决定了这个采样频率的大致范围，具体的数据是另有原因的。
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历史上，在CD诞生之前，就有很多专业机构和组织的技术人员在研究数字化录音问题。在上世纪70年代初期，PCM数字编码的理论和技术就成熟了，然而，音频信号数字化后，如何存储、拿什么储存是个问题。要知道当年没有这个大容量的硬盘，更没有现在动辄几十G的存储卡。因为音频信号数字化以后的数据量非常大，于是当年大家就把目光投向了模拟的磁带录像机。录像机由于使用的是旋转磁头记录磁迹信号，即便是家用录像机，其磁头与磁带的扫描速度都能达到3米每秒，而专业录像机更高。而同期录音机中盒式录音带的带速才4.75厘米每秒，开盘录音机也才38厘米每秒的速度（顶级专业开盘机有76厘米每秒的选项）。这么低的带速是不足以录制数字化的音频信号的，因此，录像机就成为民用设施中唯一可用的载体。要想把数字音频信号通过录像机记录在录像带上，则必须研发一个从数字音频到模拟视频的转换器。1975年SONY工程师根据这个思路研发了名叫“PCM信息处理器”的机器，这台机器配合一台录像机工作，可以将音频数字化并通过录像机记录在录像磁带上。1977年这款名叫“PCM-1”的机器正式商品化。
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; V7 x* q8 C: L( S. `* J0 L8 a为了让录像机能够记录数字化音频，数字化音频数据必须打包到模拟视频中，而模拟视频系统是有行、帧结构的，当年国际流行的电视制式有两种，一种是PAL制，另一种是NTSC制。我们以PAL制讲解记录过程。PAL制每秒有25帧图像，每帧有625行。由于每秒25帧会有闪烁感，因此，每帧被拆成两场，也就是所谓的奇偶场，奇场显示奇数扫描线即1,3,5,7,9....而偶场显示偶数扫描线即2,4,6,8,10.....当奇偶场合起来的时候就形成一个完整的帧。因此，数字化音频信号必须拆成每秒50场的形式，每场有312.5行。由于显像管电子枪在扫描图像的时候，正程（从上到下）扫完之后，必须要从下方回到上方以便扫下一场图像，因此312.5行不都在正程显示，在电子枪在回程的时候也会稀疏的扫几行，而且奇偶场回程的时间不对称，因此，并非这312.5行都能用于图像显示，于是名义上的312.5行真正能用于记录数字音频信号的，就剩下294行，而每行能记录3个数字段，如此计算下来，294X50X3=44100。这就是那个著名的44.1kHz采样频率的由来！
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' W. N& B1 `6 b) e5 P" u. g& p. c为什么是PAL制而不是NTSC制？NTSC的场频为59.94Hz，不是整数，而且其每帧扫描行数是525行，每场为262.5行，其有效行数为245行。按照NTSC制式算出的采样频率应该是：245X59.94X3=44056. 据说当时有这个格式，但是在SONY与PHILIPS共同研发CD的时候，由于PHILIPS是欧洲国家，他们用的是PAL制，而且，事实上，PAL制也的确比NTSC有优越性，于是44.1kHz就成为CD最终的标准。' Q" g& l. F) z* o
) |* @0 ?& h1 h3 C* X事实上，在CD被正式发表之前，采用录像机为载体的数字录音系统早已被很多录音室采用，不少黑胶唱片的母盘就是这种录像带为载体的数码录音。在我采集的不少PHILIPS的黑胶唱片中，很多都是这种母盘制作的。其频谱很明显的显现为20kHz以上被一刀切掉了，因此，有很多沉迷于黑胶唱片的玩家，说黑胶唱片的频响远高于CD云云，殊不知，不少黑胶唱片的母盘就是这种44.1kHz采样的数码录像带...
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2 h* k* I u8 y% D) S$ g- R) Z最后说说48kHz采样频率，这个明显更合理一些，也没有零碎的小数。这是SONY发布的数码录音机（DAT）里采用的数字采样标准，由于其采用的就是类似录像机的旋转磁头系统记录数字化音频，而且自成系统，无需向录像机体系靠拢，因此它可以使用更合理的参数（至少不是小数）。而后来的数字音频系统基本也是以48kHz为基础升级的，如96kHz与192kHz采样，都是48kHz的倍数。 O `6 t: \) y: g( i4 _
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发表于 2020-9-2 16:50:33
