声音的数字化过程是模拟信号转换为数字信号的关键步骤，主要包括以下三个核心环节：

一、采样（Sampling）

定义与作用

采样是指在时间域上以固定间隔对连续的模拟声音信号进行离散化处理，获取不连续的样本值。

关键参数

- 采样频率：

需满足奈奎斯特定理，即不低于信号最高频率的两倍（例如人耳可听范围20Hz~20kHz，需至少40kHz采样率）。 - 采样周期：相邻两个采样点的时间间隔，与采样频率互为倒数。

示例

若某声音信号最高频率为10kHz，则需每10μs采样一次，共需100,000个样本点。

二、量化（Quantization）

定义与作用

量化是将连续的模拟幅度值映射为有限个离散的数字值。由于数字系统无法精确表示连续信号，量化通过分级的方式近似模拟信号。

关键参数

- 量化位数：

表示每个样本可用的二进制位数（如8bit可表示256个等级，16bit可表示65,536个等级）。 - 分辨率：量化级别越多，分辨率越高，声音保真度越好，但数据量增大。

示例

若采用16bit量化，8000Hz的模拟信号可精确表示为2^16个不同幅度等级。

三、编码（Encoding）

定义与作用

编码将量化后的二进制数据转换为适合存储或传输的格式，如PCM（脉冲编码调制）或压缩格式（如MP3、AAC）。

常见格式

- PCM：

直接存储量化后的二进制数据，但数据量较大。 - 压缩格式：通过算法减少数据冗余（如MP3采用频域压缩）。

四、其他关键概念

动态范围：设备输出最大响度与最小响度的比值，反映信号失真程度。- 保真度：由采样频率、量化精度和编码效率共同决定。- 数模转换器（ADC）：完成采样和量化的核心设备。

总结流程图

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模拟声音信号 → 采样（离散化）→ 量化（二值化）→ 编码（格式化）→ 数字音频信号

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通过以上步骤，模拟声音被高效转换为数字形式，兼顾音质与存储效率。