升频/比特处理释疑

妄世狂奴 · 发表于 2005-1-7 19:44:00

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不知道您注意到没有，那些失真频带的最低端已经“侵袭”到了 24.1kHz（44.1kHz减去20kHz）。毫无疑问，这一频带距离人耳的听音范围实在是太近了，必须要用滤波器将它们有效地过滤掉，以避免音质受到严重的损害，比如：IMD互调失真，高音单元过载（甚至烧坏），放大器接收到大量的超声波信号等。正因如此，Sony在它们的第一代CD机上使用了被称为“砖墙式滤波器”的滤波元件组：9－11 阶的模拟滤波器以极复杂的方式累加在一起，对音频信号进行滤波。在实际情况中，这一安排大大的劣化了音质，因为它会导致严重的相位漂移，以及频带内的涟波干扰等诸多问题。

　　相较而言，Philips的设计思路则是要欺骗数模转换器，让其以为它正在处理的是 176.4kHz的信号。这就意味着，那些具有重大失真的频带都被推到了176.4kHz和它的倍频附近。由于此时受影响的失真带宽仍然保持为±20 kHz，所以这些频段的最下端到 156.4 kHz时就已完全截止，距人耳最敏感的听音频段已非常遥远。而且这样一来还使得设计方可以采用结构更加简单、性能更加优异的模拟滤波器。Philips 的设计方案在此后相当长的一段时期内受到了全球厂商的广泛青睐。因为自 1982 年以来，为

　　了能够使用结构简单、性能优异的模拟滤波器，几乎每台CD 机都运用了超取样技术。近些年来，能够以更高的转换频率（4倍、8倍，甚至16倍超取样）还原出所有16bit信息的 DAC芯片已经能在国际市场上找到。而随着科技的发展，大量的18-bit DAC，20-bitDAC，以及24-bitDAC又陆陆续续的面世了，这些芯片均能够在非常高的转换频率下运作并保持极佳的精确度。现在，即便是市场上最便宜的DAC也在诸多方面超越了1982年最高技术所能提供的一切。

那问题的关键究竟是什么呢？

　　关键就在于：为了利于数模转换，对数字音响器材做“上变换”处理，已成为许多厂商在设计产品时的唯一主导思想。从1982年开始，这项技术就被某些人称作“超取样”，但不管是你把它叫做“oversampling（超取样）”，或者“upconversion（上转换）”，或者“upsampling（上取样）”，还是其它的什么东西，它们指的都是同一件事：为获得更高质量的数模转换而将原取样数据转换为取样频率/比特数更高的信号。
　　至今仍有人在向我们询问：“Mark Levinson何时会出一台能让我44.1kHz/16bit规格的CD，听起来具有 96kHz/24bit音效的上变换处理器？”要知道，现役的所有 Mark Levinson解码器都会根据原输入信号的特性，将数字信号超取样（也可以说是“升频”）至352.8或384kHz。那么，为何你还想要我们把重播标准降低到只有96kHz或192kHz呢？

　　人们对于“上变换”技术的理解偏差主要来自于这样一个事实：听音者可以（使用某些器材）即时改变“上变换”数字滤波器或是它的滤波特性，并通过比较来认定哪种状态的音质最好。不可否认，音质上的差异确实存在。我们自己在研发产品时，就已经觉察到了使用不同的数字滤波器在主观听感上所反映出来的巨大差异。倘若我们在自己的处理器上加装一个按钮，让您能对机内的数字滤波器做某种程度的改变，那您也一定会听出相当的差别。又或者，我们将该过程“机外”化，令它独立的成为一款产品，并放到市场上去大赚一笔。但是这样做对我们客户的利益没有任何好处。

WavePad · 发表于 2006-7-10 22:38:00

说到底，假如我们（或是其他的厂家）拥有一个运算能力极强的处理系统来进行这一工作的话（我们也的确拥有），那么，将产品研发过程中所淘汰掉的“失败技术”保留在机箱内，并通过比较来反衬出我们经过了甄选的“优越技术”如何的更好，是否有违追求原音重现的本意呢？再者，我们又是否应该为那些只被人们用来短暂地测验一下便弃置一旁的东西而收取消费者大量的金钱呢？

　　我们已认定了要不断地提高我们的先进科技，并确保产品中有且只有我们最尖端的技术。某些人可能会认为我们太过天真（或理想化），但实际上，我们只是不愿为了让经过优化的音响表现听起来更悦耳，而急于在我们的产品上提供一个非最佳音效的对比选择而已。

那噪声整形(noise shaping)又是怎么一回事呢?

　　首先，所有线性 PCM（脉码调制）数字录音里的信息量都是有限的。如果录音室里的整套录音乐信息记录的多寡与否便只受制于取样频率

　　（每秒钟从原模拟波形中提取多少个样本）和取样深度（用多少数据来描述那些样本。又称“量化精度”，以 bit为单位）。我们所熟悉的CD唱片的标准取样频率和取样精度，被规定为每秒44100次和16bit/样本。

　　噪声整形（又称：调制）的确在很大程度上限制着低bit数 DAC的性能，尤其是对于那些普通的廉价1比特DAC而言。这些被称为“Sigma Delta”或“Delta Sigma”的 DAC，将Sony/Philips设计中的数字交换发挥到了极至：它们用较高的取样频率来和大量的bit数做交换。但即便如此，它们也未能达到足够高的转换速率去补偿1比特与16比特之间所存在的巨大差距，更不用说是24比特了。所以，它们需要通过噪声整形来将大量的噪声挪移到人耳敏感的听觉范围以外。不过，就算是目前最好的1比特DAC，在略高于20-30kHz上面一点儿的频带内，仍存在着大量的噪声，并且统统需要被过滤掉。

　　当弄清楚了这些会导致声音听起来不一样的因素之后，专业唱片录音市场便采用了不同的噪声整形器创造出了不同的“声音”——就像使用均衡器之类的电子效果器。少数几家公司为一些录音室设计出了这样的外置式数字效果器。这部分器材必须要具备数字输出端，以便它们的“效果”信号能被送往其它器材做更进一步的处理。而且，那些输出信号还必须是拥有极高取样频率 /比特数的数字信号，原因很简单，如果没有增加数据信息量，你就不可能进行有效的噪声整形。

　　跟我们的产品一样，某些厂牌的数模转换器是能够接受高取样率 /比特数的音频信号的，而其中的一些厂家已把噪声整形和上变换功能，定位成了一种原理类似于视频倍线器那样的音质改善途径。不幸的是，部分消费者盲从的去购买某些器材，但却不知道它们究竟是怎样改善音质的。

　　倍受争议的“上变换”产品乃用户可调式超取样滤波器。（对于一个好的超取样滤波器来说，噪声整形仅仅是众多影响它性能表现的参数之一。）为什么要为制造商已经包含在他们解码器中的那些东西再花去数千美金呢？外置的超取样解码器是为唱片录音室所设计。因为在那儿，作为整个录音技术处理的其中一个环节，它们会被用来改变唱片录音的音色，而这些解码器与普通民用解码器唯一的不同就在于，它们的超取样滤波系统是用户可调的。

　　坦率的说，如果我们的用户想要通过一些比较特别的方式来改变它们系统的主观听感的话，建议他们最好还是去买台数字均衡器。

东方浪云 · 发表于 2006-7-14 14:59:00

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