1bit/10bit, 24bit/96KHz, 2.1声道, LP/CD及其他

论坛:江湖兵器作者:zihuatanejo发表时间:2011-03-03 13:40
     承蒙各位了老师看贴鼓励,非常感谢。

     昨天,珊瑚老师靠边老师还有DIWA老师新提出了一些问题,这些问题复杂,说起来不那么容易,我是打工的,上班时身不由已,只在中午有时间,不能马上回复。另外,各位老师问的问题已经之深,非常之专业,非常精妙,一下子让我想起当年论文答辩时,教授靠在椅子上提问题的情景。一想起这情景,我就感到紧张(我现在见到教授还是紧张,两腿不自主地发抖,有尿失禁倾向),所以不敢马上回答,小心翼翼地想了一下,晚上还特意熬夜,临阵磨枪,上网查了资料,象当年答辩时一样,目的无外乎就是不辜负各位老师的指教。今天整理出来,请各位老师见谅。

     先回答diwa老师的问题。diwa教授的问题比较难缠些,我个人的习惯,喜欢先把难缠的教授解决掉(也叫干掉),心里才踏实。

     diwa老师说的弹簧做屏蔽和照片动态问题,我就不说了吧。照片动态问题我不懂,屏蔽就很复杂了,有传导干扰,还有辐射干扰,说起来很麻烦。屏蔽线不是随便接的,要解决阻抗匹配问题,还要解决两边的地线连接问题,搞好了够做一个博士论文了,这绝不是一个弹簧能解决的。拿弹簧来做屏蔽,说出去会让人笑掉大牙的,我知道diwa老师是在打马虎眼,故意放迷魂阵迷惑我,真正的陷阱是那个1bit问题和光纤问题,我就认真对付这两个问题好了。

     先说1bit问题。谈这个问题,就避免不了要谈并行数据和串行数据了。

     昨天说到,CD数据的采样频率是44.1Khz,16位数据宽度。但是否想过,要把16位数据交给DAC,在电路上怎么实现呢?如果直接传递数据,那么每个DAC要连至少16根数据线(术语叫Data Bus),外加一些控制信号线,这个线是很庞大的。这种接线方法就是并行接法,使用的就是并行数据DAC。如果这些数据都在一块印刷线路板上,这个问题不大,,但要把这些数据在引出来交给别的设备,那这个接线就很多了。各位如果有看到过去的并口硬盘接线,就知道了那些接线有多少了。那种接线叫扁平电缆,有数十根之多,上面有地址线和数据线,密密麻麻都是各种Address BUS线Data Bus线Control Bus线,总之各种Bus线。短距离在机箱内使用是可以,如果跨机箱连接,那就不可能了。但是数字跨接是一定会需要的,比如,把CD机上的数字数据直接传给解码器。所以,这个问题一定要解决,解决的方法就是把并行改成串行。
 
     现在的电脑里,基本都是串口盘,硬盘数据是串行传输,看不到扁平电缆,只有简单的几根线。

     所谓串行,就是16位数据不是一起发送给另一个设备的,而是按照一定的节拍,先把16位的高位(术语叫MSB)发出去,然后由高到低一个一个地发,直到把低位(术语LSB)发完(术语叫一帧,Frame)。这里可以看出,节拍很重要,这个节拍就叫做时钟。如果数据发送放把时钟信号一起发给接收方,就叫同步传输,这种方法可以使数据传递很快,但需要额外提供时钟信号,通常意味着多一根连线。如果不发送时钟信号,而是靠某种约定自行接收,这就是异步传输。异步传输只要一个信号,但传输速度要比同步传输慢,而且为了避免数据出错,通常在每一帧数据加上校验信息,有时把多个帧打成一个包(Package),在包的尾部加额外的数据校验信息(术语叫CRC),以便让接收方明白收到的数据是否正确,再决定如何处理。

     这里有一个问题,原来要把16位每通道的数据用44.1千赫兹的速度交给DAC,现在改成串行了,那么每位是不是要发送很快啊,答案是的,比如SPDIF接口,它的传输速度就是3M左右,远超过44.1千赫兹,它的数据里面还含有很多别的信息。

      现在回头说1bit、10bit问题。虽然说CD机的数据是宽度16位,但要把16位数据全部用上,还是挺不容易的,一个原因是早期的16位DAC比较贵,中低档CD机是用不起的;另一个原因,即便使用了16位DAC,后面的模拟电路也很难做。举个例子,假如DAC满输出(对应数字65535)是2伏电压,那么每个最低位(LSB)对应的电压将是2伏的1/65536,大约30微伏。懂一点模拟电路知识的人就会知道,这么小的电压,在传输、放大等处理时,对电路屏蔽乃至电源稳定程度要求都是很严的,有一点不小心就可能被干扰污染,前功尽弃,所以这样的机器比较贵。很多中低档设备不全部使用16位数据,而是只用了高10位,低6位被直接弃掉。这样做的结果,就是动态范围降低了,只有60db,但模拟电路处理起来也比较容易,成本也就降低很多,这就是所谓的10bit CD播放机。
  
     技术是一直发展的,现在16位DAC成本降低很多了,特别是采用Delta-Sigma原理(不详细说,就当是个名字好了)的DAC出现后,做20位、24位的DAC也很容易了,所以16位数据就全都使用了。但在技术上有一点要解决的,就是如何避免太多接线,这样就出现了串行输入的DAC,比如最典型的芯片PCM1716,这里有PCM1716链接,从链接的图里可以看到。这个芯片是24位DAC,但是并没有使用24根数据线,各位看第一张图的左上角,那里有一个BCKIN时钟信号,LRCIN数据信号,DIN控制信号,可以看出它采用了同步串行传输,只要3跟与数据相关接线,当然它还有芯片相关的控制接线,以及滤波器用的接线,这里不提。

     这就是所谓的1bit机里使用的芯片,它的里面实际是24位DAC。但为什么叫1bit而不叫24bit播放器呢,大概是因为它用了串行方式,另外1bit比较好记,算是个商业噱头。

     以上就是1bit/10bit问题的回答,有不对之处请diwa老师多批评。

     这里附带说说SPDIF的问题。SPDIF,Sony和Philip搞出的一个数字接口格式标准,可以使用光纤,也可以使用同轴电缆。无论采用什么,它里面传输的都只有一路信号。这一路信号,内部包含了两个声道的信息,是可以自同步的。可以传输20位宽度双声道数据,也可以扩展为24宽度,有兴趣的老师可以看看这个链接。不过我要说的是,diwa老师所谓的光纤散射,大概就是指SPDIF光纤接口误码问题,这个问题对现在的SPDIF和设备几乎不存在了,只有那些早期非常低级的DAC,它们不加缓冲,直接使用SPDIF信号自同步,才会存在时基抖动(术语叫Time Jitter)问题。而且一但出现问题,就会有非常大的数码杂音,就象看一张不好的DVD听到的怪声一样,而不会是简单的信噪比问题。我在百度文库里,看到一个像模像样的PDF,里面大谈什么光纤SPDIF的Jitter大,比不上同轴电缆如何如何,真是咄咄怪事啊。错误文章害人不浅乎,由此可见一斑。
  
      一般原则,有光纤接口的,尽量使用光纤接口,它要可靠多了,而且两部机器之间没有电气接触,不会带来额外的干扰。技术发展到今天,光纤的误码率远较同轴电缆要低。当然如果有人一定要把光纤传递的声音说成冷酷的数码声,就纯属歪扯了。声音冷酷与否,与光纤无干,如果一张唱片声音冷酷不温暖,即便换成同轴电缆,它的声音也不会温暖。因为同轴电缆里面也是传递数字信号,它不会做额外的滤波处理的,如果它要出错,你听到也同破DVD一样,而不会产生温暖的效果。把同轴电缆说成温暖纯粹牵强附会,如同用弹簧垫起电缆提高声音质量一样可笑。

      另外有关光纤的散射问题,珊瑚老师amigo老师已经回答了一些,即使用校验技术,或自适应通信来保证数据传输不出错,非常靠谱,实际上,在通信上使用光纤时,是使用了很多这种技术的,比如自适应通信,实际上是一种信息闭环,即发现信息校验错误,就反馈回来,要求发出方重发。但这些技术在音响中几乎全都不用,数据传输时错就错了,不会重发的,有时甚至也不丢掉,直接放出来,喀嚓一声,吓你一跳。
  
       现在说说24bit/96Khz问题,24bit问题上面基本说完了,很多时候这是没必要的。还有一点要提醒,网上有些烧友发了很多24bit的文件,各位下载时,首先要看看自己的声卡是不是24位的,如果只是16位声卡,那么声卡在播放24位文件的时候,会把剩低8位直接弃掉,因为它放不出来。因此,这样的文件除了占据巨大的硬盘空间,没有任何价值。96KHz也是如此,如果你的声卡只支持到48Khz,那这样的文件也是没用的,只会白白占据空间,十分巨大的空间。

      另外,即使有了24Kbit/96KHz声卡,也还有看看你的音箱和耳机怎样,如果音箱和耳机都一般般,我建议还是算了吧,瞎子点灯白费蜡。

      这里涉及到音箱了。珊瑚老师问道声卡和音箱,这两个我都不是很熟悉,没法说好坏。但有一点,2.1声道不是音响标准,与5.1声道AC3是很大不同的。AC3标准里面有单独的低音声道,它是独立的,与其他声道无关,但2.1声道不是,它只是在一般2声道的基础上,把两边的低音提取出来,单独放到1个声道里来听,目的是加强低音。这样做的原因,可能是因为很多低档电脑箱的壁很薄,很多是塑料壁,低音损失很重(这个问题收时间再讨论),效果不好,听摇滚时不给力,所以单拿出来放大低音,以便听摇滚。

       但这样做有问题,两个声道的声音跑到一个低音音箱里,如果它的分频器做得好,只保留低音,这样问题不大。但如果做不好,使指向性比较强的高音合到一起,那就会使两个声道混淆。差不多等同于单声道了,至少会导致声场变窄,估计效果不会好。这种低档货色,不能指望它们会做得很好。

       以上算是回答各位老师的问题了。还有,靠边老师,您说的LP和CD音质问题,我看我们讨论的不是一回事,如果声源就是LP,那么即使放到CD上,音质也不会变好,这是肯定的。但我说的是,如果现在已经有了很好的录音设备,是录制在CD上更保真呢,还是录制在LP上音质保真,答案是显然的CD。但你要说就喜欢LP,就喜欢做在LP上,那是靠老师个人品味爱好,不涉及音质问题。其实,想要把CD音质制成LP效果也不难,很多播放器,里面的均衡器里F提供了LP的滤波器特性,模仿LP效果。LP当时就只能做到那样的效果,当时它也想把频响曲线做得平直但做不到,它只能做到像骆驼一样,两边低一点,中心鼓个大包。不过没想到的是很多人听惯了这种效果。

        还有文思老师提到USB-DAC,Wolfson WM8740芯片,老实说,这个我一点也不知道。不过我知道一点,决定最后音响效果的,不只是DAC、前置、功放、音箱、耳机中的某个部件,而是决定于整个系统。特别是音箱和耳机,它是最不好做的。还有的是,即使是同一套系统,同一副耳机和音箱,放到不同的房间环境里,听者的感受是不一样的,这个影响会非常之大,更别说每个听者之间的差异了,别人的美食,自己的毒药,这么说看起来很虚无,让人灰心,但实际情况就是如此。器材还要自己来听,别人说的只供参考,不能全作数。这就是为什么很多音响店设听音室等着你去听。香港旺角,有一家亦轩耳机总店,是香港最全的耳机店了,每次去,都能看到中间坐着一排排的耳机烧友,拿着自己的播放器,带着耳机试听,个个闷着头静悄悄的,呆若木鸡。

      所以说,自己听,自己买,买错了,再买。2套不行,3套。3套不行,5套。那个器材烧友里不是5套6套的啊,都是这么来的,这就是烧钱嘛,哪天自己烧够了,会发现其实都差不多,最后还是应了我那句话:500块的耳机就行了,挺好。

 

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zihuatanejo于2011-03-03 13:47编辑

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