第二节 数字音频信息处理设备和工具
一、数字音频录制设备
1.硬盘录音机
固定磁头数字磁带录音机DAT和旋转磁头数字录音机RDAT是常见的磁带录音设备，其外形和操作方法与模拟磁带录音机差不多。磁带录音机的音质虽然没有问题，但是毕竟没有脱离磁带、磁头这些易磨损的介质，而且磁带的顺序性使操作非常麻烦。因此，近年来硬盘录音设备发展很快，使用较多的是8轨和l6轨硬盘机。硬盘机读取时间快，而且具备剪切（CUT）、移动（MOVE）、合并（COMBINE或PASTE）、删除（DELETE）、消除（ERASE）、复制（COPY）、撤销（UNDO）等编辑功能，使用更灵活。有些硬盘机除有8个真实轨外，每一轨里还有许多条虚拟轨。如果原来的节目被洗掉了，重新录制的效果可能还不如原来的，这时硬盘机里提供了虚拟轨，只要硬盘空间允许，就可以在同一真实轨里录制多个虚拟轨，然后比较哪一遍最好，再做出选择。
硬盘机一般提供简单的调音台、跳线盘等功能，较高级的硬盘机还可以加装显示卡，把各轨信号的波形与相应的操作在电脑显示器上显示出来，很像一部数字音频工作站。
硬盘录音机多采用16bit量化，采样频率有48KHz、44.1KHz、22.05KHz等多种选择，线性不压缩，这对硬盘的存储量要求较大，540MB的硬盘8轨可录2分钟；如果换上2GB的硬盘，8轨可以录到50分钟左右。
2.数字音频工作站
数字音频工作站DAW（Digital Audio Workstation）主要由计算机、声卡和音频编辑软件三部分组成。在系统组织方面，音频工作站比硬盘录音机有更大的灵活性，除了像Triple DAT和Protools这类音频软件和声卡是由一家公司提供、必须搭配使用外，大部分音频工作站可由用户根据需要来选择音频软件、声卡和计算机。比如，使用模拟调音台，可以选择模拟输入输出的音频接口，使用数字调音台，就可以选择数字输入输出的音频接口。如果想在计算机内部混音，可以选择自带DSP芯片并且输入输出口不用太多的声卡。如果想利用外部的调音台和效果器来混音，则必须选择输入输出口在16对以上的声卡。而主要用于文艺类节目制作的音频工作站则需要配置专门的音频输入、输出和信号处理器件，以及控制键盘。
数字音频工作站是目前最先进的数字录音编辑设备，其编辑功能比硬盘机更强大，除了剪切、粘贴、复制、删除等功能外，还增加了过去靠周边设备才能完成的音频信号加工处理功能，如延时、混响、镶边、压缩、限幅、扩张、噪声门、均衡等，还可提供输入信号的时间压扩功能，即可以做到变速不变调、变调不变速。这种功能特别适合广告制作，如32秒的广告压缩至30秒。最新的数字音频工作站还提供了更特别的音频处理功能，如对噪音的处理，过去一直使用dbx或DolbyA这些互补型原理的降噪器，对一些有声历史资料、老唱片、老磁带等的降噪处理，就无法胜任。而在数字音频工作站里，可以先将老唱片上的炒豆声、老磁带上的刷刷声采样下来，再按该采样摘除这些噪声，经过几次这样的处理后，噪音就会明显减弱。
音频工作站中文件的存储格式有多种，主要分为压缩和非压缩两种。目前在音频工作站中采用较多的压缩编码是MUSICAM（MP2），互联网上则多采用MP3编码。
对于那些有高质量要求的音频工作站，音频文件则多为非压缩格式。
3.数字音频网络
数字音频工作站不仅单机的编辑功能日臻完善，而且正向网络化发展，融存储、制作、播出于一体的数字音频网络已经被许多广播电台采用。数字音频网络打破了以往一台录音机、一个编辑系统、一套播出系统的传统结构，而代之以录制工作站、编审工作站和播出工作站的结构，便于操作和管理，是数字广播发展的必然趋势。
把每个音频工作站作为一个网络用户，再辅以必需的管理站、播出站等，就可以建立起数字音频网络。广播电台过去做一个节目，编辑人员要找很多音响、音乐资料带，然后录音、合成，再复制到播出带。在数字音频网络中，音响、音乐资料可以从网络的服务器或资料库中直接调用，实现资源共享；节目在录制工作站上完成后也直接发送到服务器，审编后由播出工作站播出。网络除了可以处理声音信号外，还可以同时传送文本信息。
整个数字音频网络可分为：网络系统和应用（数字音频处理）系统。网络系统又包括布线子系统和网络设备子系统。应用系统也进一步分为录制子系统、播出子系统及管理子系统。
（1）录制子系统
语言类节目的录制在普通工作站上完成，主要进行声音剪辑、简单的声效处理、多轨合成、时间轴缩放、即录即播、波形幅度调整、插入式录音以及覆盖式录音等工作。
对大型文艺类节目的制作，应采用高性能的音频工作站。为了保证节目质量，这类工作站均不对音频信号进行压缩，有的工作站采用高分辨率的A/D、D/A转换器，量化位数可达20bit甚至24bit。为了满足文艺类节目的制作，其声效处理功能比较强大，一般包括EQ调整、延时器、混响器、均衡器、降噪处理器等多种信号处理模块，并且支持多轨输入和输出，其内部虚拟轨的数量也很多，可达数百轨。
（2）播出子系统
播出子系统一般由多台播出工作站组成，必须有较高的可靠性和安全性。应具备的功能为：根据事先编排的节目表，按照标准时间自动播放已制作好的节目；也可由播音主持人或操作人员根据需要切换到手动状态，并可随时插播紧急通告或新闻，点播所需节目以及插播音乐和广告。播出工作站的操作界面需简洁明了，便于操作，同时应提供播出监控信息，如播出状态、标准时间、倒计时等。
有些播出工作站可同时播放多个通道的立体声节目，或者对一套节目可进行淡入淡出混播及待播节目的预听。有的播出工作站还能控制周边设备，如CD-JUKEBOX等，并能显示广播文字稿。
为了提高播出子系统的可靠性和安全性，一般每套播出节目配备主播、备播工作站各一台，并在双机热备的情况下工作。当主机因故障停播时，自动切换备用机播出。一般来说，系统中存放音频数据的硬盘故障率较高，因此硬盘常采用冗余阵列（RAID），并在阵列中放置一块热备硬盘。一旦阵列出现故障，热备盘可自动补上，保证硬盘始终处于冗余状态。为提高速率，硬盘阵列需要使用高速接口，如SCSI、光纤接口。
（3）管理子系统
管理子系统的功能包括：播出节目的编排、播出节目的审批、广告管理、人员管理、系统备份和恢复以及音频资料管理等。
节目编排一般包括栏目设置和节目设置，主要由软件实现。节目编排既可以在播出工作站直接实现，也可以由一台专门的管理工作站完成。播出节目的审批一般包括对节目的审听和播出确认。广告管理一般包括广告节目的编排、播出广告的查询和统计以及广告计费等功能。人员管理要有身份认证和工作组划分，并按级别设置各自的权限。同时应考虑一旦系统发生故障，应有系统备份，并尽快恢复。
音频资料管理一般采用数据库来完成。音频资料库可由一中心服务器来管理，凡是联网的音频工作站都可在线调用音频资料库中的资料。为了保证系统的可靠性和安全性，中心服务器也应采用双机热备方式。由于硬盘较贵，可以在硬盘阵列上存放常用资料，而将大量的后备资料存储在光盘或磁带上，以增大总存储量。
4.计算机声卡
（1）声卡的功能
声卡又称音频卡、音效卡，多以板卡的形式安装在计算机主板的I/O扩展槽里，通过多种接口与外部声源和回放设备连接。也有的与主板集成在一起。声卡是多媒体计算机接收、处理、播放各类音频信息的重要部件，也是多媒体计算机不可缺少的组成部分。
声卡的主要功能包括：录制与播放、编辑与合成处理、MIDI接口等。
录制与播放
通过声卡，可以将外部声音信号录入计算机，并以文件形式保存，需要时调出相应文件播放即可。使用不同声卡和软件录制的声音文件格式可能不同，但它们之间可以相互转换。在录制、播放时，还要对数字音频文件进行压缩和解压缩。
编辑与合成处理
高级的声卡可以对声音文件进行多种特技效果的处理，包括加入回声、混响、和声、倒放、淡入淡出、往返放音以及左右两个声道交叉放音等等。
MIDI接口
声卡大都带有MIDI接口，用于外部电子乐器与计算机之间的通信，实现对多台带MIDI接口的电子乐器的控制和操作。MID文件也能被编辑和播放，甚至可以在计算机上作曲，通过音箱播放或控制电子乐器。
部分声卡还可以通过语音合成技术使计算机朗读文本，通过采用语音识别功能，让用户通过语音指挥计算机等。
（2）声卡的结构
声卡已经历了多个阶段的发展，种类很多，结构也不尽相同，但其工作原理和基本组成相近。现在的声卡结构越来越趋于简单化，许多逻辑芯片都集成于几个大的功能芯片之中。概括地讲，声卡可以分为混合信号处理器（音效芯片/芯片组）、数字信号处理器（数字信号编解码器CODEC芯片）、功率放大芯片和MIDI音乐合成器（波表音色库）、接口等几部分。
其中，音效芯片/芯片组是声卡的核心，它的功能是对数字化的声音信号进行各种处理。音效芯片能够使用的数字音源有以下几种：首先是普通音频信号（包括WAV文件、CD唱片）或由CODEC芯片或S/PDIF接口送来的信号，因为未经压缩处理，数据量十分惊人；其次是MIDI，MIDI是一系列生成音乐的指令，由芯片接收后运用FM或波表等方式合成音乐，数据量较少，易于存储、传输；其他的数据格式，如杜比AC-3和DTS（数字影院系统）数据流等，也得到部分芯片的支持。音效芯片的处理功能有：一是混音，即将多个不同的音频数据流合成为一路信号，再通过CODEC转变为模拟音频播放出来；二是特殊音效的处理，如简单的高低音调调节功能或较复杂的3D声像扩展功能，至于3D声源定位和环境音效的处理更是运算密集型工作。所有这些数据处理工作都由芯片上的控制核心配合DSP（Digital Signal Processing数字信号处理）电路来完成。近年的音效芯片还往往集成了S/PDIF数字信号接口。另外，很多芯片还具有ACAPI、APM等高级电源管理功能。
音频CODEC芯片是声卡的另一个重要组成部分，它负责将模拟信号转换为数字信号的A/D转换和数字信号转换为模拟信号的D/A转换。声卡上的CDIn、LineIn、MicIn等线路电平输入和Line Out等线路电平输出都是通过CODEC来实现的，所以声卡音质的高低很大程度上取决于它的品质，比如声音的幅值和相位的准确度、信噪比、动态范围等。
功率放大芯片则是廉价声卡常常省略的部分。声卡上的功放一般功率都不太大（2W～10W），由于电源功率不足和空间、散热等的限制，音质也不会太出色，但高档声卡上的功放并不比普通有源音箱内的功放差，有条件的用户可以选用高效率的优质无源音箱。
MIDI使用的波表音色库是可选部件，因为波表数据既可存储在卡上，也可以存储在系统内存中。
声卡的接口除了常见的游戏杆/MIDI插口（用于连接游戏杆/手柄/方向盘等外界游戏控制器或MIDI键盘/电子琴）、后置输出插孔（将音频信号输出到有源音箱或功率放大器）、线路输出插孔LINE OUT（将音频信号输出到有源音箱/耳机或功率放大器）、话筒输入插孔（MICIN）、线路输入插孔LINEIN（用于将随身听或影碟机等外部设备的声音信号输入计算机）、辅助设备接口AUX-IN（用于将电视卡、解压卡等设备的声音信号输入声卡并通过音箱播放）等接口外，还有的带有S/PDIF、AES/EBU等数字接口。
拥有多个接口的声卡一般使用“辫子”来提供输入输出端口，再多的，则使用外置盒。
还有一些多功能的外置声卡，Novation X-Station25，集合成器、声卡功能、MIDI键盘、MIDI控制器、效果器功能于一身。
二、数字调音台
调音控制台，简称调音台，是一种对多路输入信号进行放大、音质修饰以及特殊音响效果加工处理，然后按不同音量将其进行混合，产生一路或几路信号输出的专用设备。调音台既能美化声音，又可抑制噪声、控制音量，是对声音进行艺术处理必不可少的核心设备。按信号处理方式，调音台可分为模拟调音台和数字调音台。目前，专业调音台正在向数字化、通用化、多功能的方向发展。
数字调音台是一种利用计算机实现多种自动控制和存储功能的音频设备，它既包含模拟调音台的功能，也有自己的特点，综述如下：