PCM (Pulse Code Modulation)
原理與工作機制
模擬訊號取樣：PCM 的工作流程始於對模擬訊號的取樣。在固定的時間間隔內，對模擬訊號的幅度進行測量，這個過程稱為取樣。取樣的頻率稱為取樣率。
量化：將每個取樣點的幅度值轉化為一個離散的數字值。量化過程中會引入一定的誤差，稱為量化誤差。量化位數越高，誤差越小。
編碼：將量化後的值轉換為二進位制碼，以便進行儲存或傳輸。
詳細要素
取樣率（Sample Rate）：
44.1kHz：常用於CD音質，每秒鐘取樣44100次。
48kHz：常用於專業音訊和影片製作。
96kHz及以上：用於高解析度音訊，提供更高的音質細節。
量化位數（Bit Depth）：
8位：每個樣本使用8個二進位制位，動態範圍有限。
16位：每個樣本使用16個二進位制位，提供CD質量的音訊。
24位及以上：每個樣本使用24個或更多的二進位制位，用於專業音訊製作，動態範圍更大。
聲道數（Channels）：
單聲道（Mono）：只有一個聲道。
立體聲（Stereo）：有兩個聲道（左聲道和右聲道）。
多聲道（Surround Sound）：用於家庭影院和環繞聲系統，有更多的聲道，如5.1、7.1等。
PCM的應用
音訊CD：CD音訊通常使用44.1kHz取樣率和16位量化。
專業音訊裝置：錄音裝置和數字音訊工作站（DAW）通常使用更高的取樣率和量化位數。
傳輸協議：如電話系統中的PCM編碼，通常使用8kHz取樣率和8位量化。
WAV（Waveform Audio File Format）
詳細結構
WAV 檔案是一種基於RIFF（資源互換檔案格式）的檔案結構，包含多個塊（chunks），每個塊都有特定的功能和資料。
RIFF頭：
ChunkID：標識為 "RIFF"。
ChunkSize：整個檔案的大小減去8位元組（不包括ChunkID和ChunkSize本身）。
Format：標識為 "WAVE"。
格式塊（fmt chunk）：
Subchunk1ID：標識為 "fmt "。
Subchunk1Size：16位元組（PCM格式）。
AudioFormat：音訊格式程式碼，1表示PCM。
NumChannels：聲道數（1=單聲道，2=立體聲）。
SampleRate：取樣率（如44100）。
ByteRate：每秒鐘傳輸的位元組數（SampleRate * NumChannels * BitsPerSample/8）。
BlockAlign：每個取樣塊的位元組數（NumChannels * BitsPerSample/8）。
BitsPerSample：每個樣本的位數（如16）。
資料塊（data chunk）：
Subchunk2ID：標識為 "data"。
Subchunk2Size：音訊資料的大小（檔案總大小減去44位元組）。
Data：實際的音訊樣本資料。
WAV檔案的優缺點
優點：
高質量：由於通常儲存未壓縮的PCM音訊資料，音質極高。
簡單的結構：容易解析和處理，相容性強。
靈活性：可以儲存不同取樣率和量化位數的音訊資料。
缺點：
檔案大：未壓縮的PCM資料導致檔案非常大，不適合網路傳輸或便攜裝置儲存。
不適合長時間錄音：大檔案尺寸不適合長時間的音訊錄製和儲存。
實際應用示例
- CD音訊格式
取樣率：44.1kHz
量化位數：16位
聲道數：立體聲 - 專業錄音
取樣率：96kHz或192kHz
量化位數：24位或32位
聲道數：立體聲或多聲道 - 語音通話
取樣率：8kHz
量化位數：8位
聲道數：單聲道
結論
PCM和WAV在音訊技術中扮演著重要角色。PCM是基礎的數字音訊編碼技術，提供了高質量的音訊表示方法，而WAV是廣泛使用的音訊檔案格式，利用PCM技術儲存音訊資料，具有高音質和相容性的優點。兩者的結合在許多音訊應用中廣泛使用，從音樂製作到語音通話，都能見到它們的身影。