【聲學】脈衝編碼調變 (Pulse Code Modulation, PCM)

脈衝編碼調變 (Pulse Code Modulation，簡稱PCM) 是一種類比訊號的數位化方法，將訊號的強度依照相同的間隔距離分成數個小段，再透過二進位或是其他數位記號的方式來量化。PCM常被用於數位電子系統上，也是電腦和CD紅皮書中的標準格式。將聲音從類比訊號轉換成數位訊號的過程稱為「調變」，轉換過程如下：

(1) 首先將聲音的波動透過介質進入到收音麥克風。

(2) 這些聲音波動轉換成一連串高低變化的電壓波，然後傳入電腦。

(3) 將此電壓波透過一低通濾波器濾除一般聲音訊號中常見的高頻雜訊。

(4) 透過類比數位轉換器(analog-to-digital converter，簡稱ADC) 將聲音波形數位化。

(5) 將數位化後的音訊存入記憶體。

數位化後的音訊資料要變成聲音播放出來，則必須先重新還原為類比訊號，再輸出至揚聲器（喇叭)，此過程稱為「解調變」。其轉換過程如下：

(1) 將數位化音訊讀出記憶體。

(2) 透過數位類比轉換器（digital-to-analog converter，簡稱DAC)將數位訊號還原。

(3) 還原波再經過一低通濾波器將高次諧波濾除，聲音波形就會比較平滑。

(4) 透過擴大線路輸出至揚聲器。

聲音數位化的過程中，最重要的是針對類比訊號進行取樣。ADC會記錄每一個波形的值，稱之為樣本，其儲存單位為bit (或稱為聲音解析度)，常見者有8 bits及16 bits，使用的bit數越高，取樣結果便越接近原始的類比聲音，聲音的解析度也就越好，但也越佔儲存空間。兩次取樣的間隔時間為取樣的週期，而週期的倒數即為頻率，通常以赫茲 (Hz) 或千赫 (kHz) 為單位。取樣頻率越高，亦即取樣間隔時間越短，所擷取的數位音訊資料也就越接近原始類比聲音品質。