¿Qué es el sobremuestreo?

El sobremuestreo consiste en muestrear la señal de entrada a una frecuencia mucho mayor que la frecuencia de muestreo de Nyquist. Supongamos que la frecuencia de muestreo original del sistema de audio digital es fs, generalmente 44,1 kHz o 48 kHz. Si la frecuencia de muestreo aumenta a R×fs, R se denomina tasa de sobremuestreo, R > 1. En esta señal digital muestreada, debido a que el número de bits de cuantificación no ha cambiado, la potencia total del ruido de cuantificación no ha cambiado, pero en este momento la distribución espectral del ruido de cuantificación ha cambiado, es decir, el ruido de cuantificación originalmente se distribuyó uniformemente en la banda de frecuencia 0 ~ fs/2 Se ha dispersado en la banda de frecuencia 0 ~ Rfs/2. La imagen de la derecha muestra el espectro de potencia del ruido de cuantificación cuando se sobremuestrea. Si r >> 1, entonces Rfs/2 es mucho mayor que la frecuencia más alta fm de la señal de audio, de modo que la mayor parte del ruido de cuantificación se distribuye en el área de alta frecuencia fuera de la banda de frecuencia de audio, y el ruido de cuantificación se distribuye en la banda de frecuencia de audio se reducirá en consecuencia. Por lo tanto, filtrar los componentes de ruido por encima de fm a través de un filtro de paso bajo puede mejorar la relación señal-ruido del sistema. En este momento, la relación señal-ruido cuantificada máxima del sistema de sobremuestreo se muestra en la figura de la derecha.

Entre ellos, fm es la frecuencia más alta de la señal de audio, R fs es la frecuencia de sobremuestreo y n es el número de bits de cuantificación.

Se puede ver en la fórmula anterior que cuando se sobremuestrea, cada vez que se duplica la frecuencia de muestreo, la relación señal-ruido del sistema aumenta en 3 dB. En otras palabras, el número de bits de cuantificación. aumenta en 0,5 bits. Se puede ver que aumentar la tasa de sobremuestreo puede mejorar la precisión del convertidor A/D.

Sin embargo, el efecto de mejorar la relación señal-ruido basándose únicamente en este método de sobremuestreo no es obvio y debe combinarse con tecnología de modelado de ruido.