还是发明非接触数码读取方式的人厉害啊 [复制链接]

可以理解为优化。但此优化非常复杂。方程都是非线性的，并且不同方程的参数之间还有互相的影响。机械震动的最基本结构就是弹簧＋阻尼。这跟基本电路中的lc回路一样都是二阶相应。系统相应函数形形式是一样的。但是一个结构是由不同的零件组成的。比如lp唱盘就有唱头，唱壁，基座等零件。这些系统耦合起来的系统传递函数就非常复杂了。由于这个系统是闭环的，所以做有限元分析的时候迭代次数非常高。且因迭代的是无规则的波形，所以计算量巨大不说，精度也不高。这时候往往只能靠工程师聪明的大脑解决问题。你可以想象一堆lc回路串并联在一起给一个随机的大动态的宽频激励信号输出会是什么样？这个结果几乎只能测不能算。所以能做好唱壁的厂家无一不是具有多年经验的厂家，他们有很多工程上的“know how”是独家的。

工艺的编排在机械设计中是比较简单的一环。最复杂的就是系统的有限元分析。有限元分析广泛运用于受力变形，最大应力，使用寿命以及震动领域，其中属震动的分析最为复杂。因为任何材料都具有疲劳极限。这个疲劳极限往往是在震动下体现出来的。对于这些方面要求较小的结构，往往参照现成的图纸。这些在机械设计手册里面都有。可以说，没有机械设计手册，任何机械工程师什么都干不了。这样的话雇一个大本毕业的学生就好。但是对于复杂的问题就需要有研究背景的人。

只要材料以及介质存在阻尼，就不可能存在方波。方波是能量上的跃迁，目前人类只在量子领域发现过这种现象，但控制困难，无法按照要求时间精确控制其响应时间。

无规则的波形。

原帖由 felixcat 于 2007-8-29 14:35:00 发表 FEM来弄vibration analysis，或许case bycase来讲会清楚一些。我觉得对mesh的分法做些优化，精度或许没改善，但计算量是可以减少的。但由于FEM的特点是其精度不能无限提高，mesh的个数达到一定程度之后mesh再多精度也不会提高，所以我觉得应该有比FEM更好的方法有待开发——我不是专门干FEM的，只能说这么多了。不过说实话，除了UCSD之外，现在很多学校的计算机都不适合计算industrial size的问题。

mesh分法有很多，目前的软件自己就能优化，主要还是mesh的大小。大了结果没有意义甚至出现错误，小了耗时长。不是所有厂家都有超级计算机。其实主要还是看算法。。我认识一个同行，他是轴承行业的，德国留学，在瑞士干过。材料物理学，应用物理学双硕士学位。对FEM的各种算法了熟于胸。。经常自己用matlab做点东西来计算，他说有时候ansys比较不靠谱。。我很佩服此人。。因为我对算法没有太深研究。

可以啊。。。当然可以。理论上任何波形都是可以由不同频率不同波幅不同相位的正弦波叠加而成。它在形式上是无规则的，当然这也是相对正弦波那么整齐的波形来说。

这里说得只是波形，而不是一个很长时间内的信号。

不知道你所谓“不同时域”是什么意思？

那叫简单粗暴。工程上决不允许

原帖由 ray_ji 于 2007-8-30 0:57:00 发表 数字化取样无非是把连续的东西分成1,2,3...N级别，因为分得细，如果播放器材足够好，应该听不出问题，但如果器材不够好，放大看频响曲线会有许多小锯齿，可能其中的5和6中间的距离被放得特别大，数字信号是没有5.1,5.2...5.9的，这也就是我说的断层被放大，出数码声。 如果是模拟信号，即使频响曲线放大后有许多小锯齿，但即使被这些锯齿影响，信号也还能保证是连续信号，也就是保证了模拟声，当然，这些锯齿还是会带来听感的问题，但不是数码声这个问题。 同样，JITTER跟这种局部数字被特别放大造成的断层也没有关系，所以LP的JITTER值大，但还是模拟声。 音响我是不怎么懂的，各位认为不对就当作看笑话。 反驳我的观点对探讨CD的恶声之源也没正面作用。我还是希望有DX能正面解释数码声的根源。总是强调复制过程中的损失太忽悠人，因为不同器材播放同一个好CD，数码声有强有弱。

lp不叫jitter叫做wow & flutter。。jitter只是用于描述数字信号的的。其定义是信号波形与理想轮廓线的任何偏差。一般人理解作“时基误差”这是以偏概全的，对于dac这种既要求代码准确有要求波形准确的东西来说设计上就要考虑更多的东西。还好44.1khz是低频信号。还有啊。。。我查过telefunken当年刻盘机的资料，机器的wow & flutter达到 10^-5％这么一个数量级的水平。什么概念呢？就是在33又1/3 转的上下沿，其转速误差不超过33又1/3的 0.00001％这么一个水平。而民普通转盘一般做到0.001就是很好的数据了。像目前这些什么clearaudio statement，jr 盘王以及高文新推出的这个东西，无一例外都跟刻盘机一样是个庞然大物。目的就是为了转动惯量从而减小wow & flutter。

cd也好，其他数字音源也好，所谓数码声的重要原因其实就是数字信号质量不理想通过dac出来的波形与理想波形差别很大。这个不是一般厂家都能做好的。

上面有人提到16bit量化精度的问题。考虑到标准44.1/16 dac能接受的最小电平，确实会有数字信号被四舍五入从而影响模拟波形。而一般数字母带在前端大都是192/24或者96/24的水平。甚至有的更高。都是要降频到 44.1/16的。而这里的问题就是如果升频 、降频算法可逆，并且逆变前后所描述的理想波形一致，那么将这个降频了的cd再升频回原制式就能得到跟数字母带一样的精度。不过这个以我的数学知识得不到答案。

题外话，看过楼上各位的讨论，感觉大家似乎没几个学工学理的？讨论问题有点不着边际啊。。

升频比特处理释疑 [译文]

作者：harvey
harvey注：我自已曾经尝试过买了两个型号的廉价升频、升上变换DAC处理器，用了一段时间后，发觉还是用回10数年前一直用到今天的Wadia 2000 DAC处理器，它是一部标准的44.1kHz / 16bit数模转换器。所以升频、升上变换是不是好真是疑真疑假，众说纷纭。

近年来，发烧界数码玩家掀起了一股对数字音响器材进行“升频 （up-sampling）”和“升比特（up-bit）” 处理的热潮（为便于阅读，下文统称其为“上变换（up- conversion）”处理）。起因是由于DVD盘片上出现了以 96kHz / 24bit规格录制的音频信号，以及某些公司在做产品推广时，宣称他们的器材内使用了Snell & Wilcox插补器来对图像信号进行了倍线处理，可以令画质得到了有效的提高。

本文的目的旨在替您解开一些围绕在“上变换”处理技术周围的谜团。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设备都处在最理想的条件之下，那么这些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。

提升取样频率和取样精度，都能带来可察觉的音质改善，但前提必须是原始模拟信号，在被转换成数字信号以前，它的信息通路上没有重大的限制因素——因为一张用廉价麦克风来录制的96 kHz / 24bit唱片，听起来决不会比以44 kHz / 16bit规格录音的版本好多少。不过，一旦当你捕获了某特定的取样频率，和取样精度所能容纳的全部信息以后，所有在录音之时所丢掉了的信息，便再也找不回来了。用音频系统进行回放的时候，关键就在于要还原出数字录音里的每一个细节，以便尽可能多的重造出录音时想要抓住的原声信息。

1982年，当Sony和Philips联合推出C D系统时，两家公司在如何将音频信息最好的保存下来这一问题上，出现了分歧。鉴于当时技术的局限性，Sony认为最佳的办法是采用 44.1kHz / 16bit标准的数模转换器；而Philips则坚持采用14 bit的转换器，但是取样频率却高达176.4  kHz，是44.1 kHz的4倍。同时， Philips 还专门为此开发了一种被称为“超取样（over sampling）”的技术，那就是在原录音的样本之间，再插入 3个取样点。该过程的实现运用到了许多与高等数学相关的理论与技术，创造出了一个介于“真”声和原取样信号之间的信息还原状态。说得形象一点，此项技术的效用就好比是一个小孩在用画笔作曲线的连点游戏，在经过了“超取样”之后，他在单位距离内有了更多的点可以连接。既然点的密度高了，那么连起来的曲线，看起来自然就比原先的更加平滑。而从技术上来讲，现在这条曲线拥有了4倍于原样本的取样点，也即我们所说的“4倍超取样”。

其实，Sony和Philips在 1982年所提出的两种CD规格在音频信息量上是一致的，只不过Philips采用的是较高的取样频率，和较低的量化精度把音频信号处理成了另一种格式而已。这种做法的优势就在于：当数字信号被转换回模拟信号以后，设计者能够使用音频特性更加优异的模拟电路。由于经过了对取样后的脉冲信号进行四舍五入取整数的量化过程，在数字信号被转换回模拟信号以后，它已不再像原取样信号那样保持连贯、平滑的波形了，取而代之的是一连串充满了细小“阶梯”的弧段。这些尖锐的梯状边缘所引至的失真，将以取样频率和取样频率的整数倍频率为中心，对称分布开来。以 44.1 kHz取样率录制的唱片为例，这些失真带，会出现在 44100 Hz ± 20000 Hz的宽广范围内，同样受到影响的当然还有44100 Hz的倍频，如：88.2 kHz,  132.3 kHz,   176.4 kHz等等。

请注意：那些失真频带的最低端已经“侵袭”到了24.1 kHz（44.1 kHz减去20 kHz）。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”的滤波组件组：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。

相比较来说，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 176.4 kHz的信号。这就意味着，那些具有重大失真的频带都被推到了176.4 kHz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。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16 bit信息的 DAC(数 / 模转换器)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-bit DAC，以及24-bit DAC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“over sampling（超取样）”，或者“up-conversion（上转换）”，或者“up- sampling（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。

至今仍有人询问：“Mark Levinson何时会出一台能让我44.1 kHz / 6bit规格的CD，听起来具有 96 kHz / 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384 kHz。那么，为何你还想要我们把回放标准降低到只有96 kHz或192 kHz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：聆听者可以（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。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，那您也一定会聆听出相当的差别。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。但是这样作对我们客户的利益没有任何好处。

说到底，假如我们（或是其它的厂家）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？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数做了交换。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20-30 kHz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。
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，是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。
相比之下，我们是在进行了大量深入的聆听测试，并确定了哪一套参数组合听起来最中性以后，才引入这一“超取样”功能的。在更加愤世忌俗的心情影响下，我们有时甚至在想：究竟我们是否可以在处理器上加一个“demo mode（示范模式）”，以在不作超取样处理的情况下转换原始的 44.1 kHz信息。到时，你将会（或者你是否会）为超取样所带来的巨大音质改善而惊讶不已！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。

原帖由 ray_ji 于 2007-8-30 10:20:00 发表 [quote] 原帖由 tallicaboy 于 2007-8-30 9:28:00 发表 ......cd也好，其他数字音源也好，所谓数码声的重要原因其实就是数字信号质量不理想通过dac出来的波形与理想波形差别很大。这个不是一般厂家都能做好的......

在felxicat的那个引经据典的帖子里面有关于dan lavry的一个引用。是关于采样定理的。你可以去找。里面关于dac过程有很多图表来描述。可以自己去看

原帖由 felixcat 于 2007-8-31 2:02:00 发表                                                                  回复: 还是发明非接触数码读取方式的人厉害啊 总结一下。我觉得对于音源、信号记录环节来讲，最佳的也是最有前途的方式是要彻底摒除机械运动部件的参与，而全部采用数码并且是电子的方式来运作。因为只有这样，精确与可靠才能兼顾。 当然以上不是说LP唱盘的机械做不到精确与可靠，当然它也可能做到，但是这个可能性有多大呢？同时代价有多大呢？首先机械式的，那么一样东西摆在那里，虽然开发成本的排名不可能靠前，但物质的成本总是要有的。 其次对于具体到LP唱盘来讲，机械式的精确与可靠很难兼得，正所谓树大招风，使巧的环节越多，容易暴露的弱处就越多。版上不少烧友经常对唱盘进行调校并且自我感觉还没调到“最佳效果”就很能说明问题。现在的ADC等芯片加上外围电路设备，可以做到在耐受100多G加速度的撞击和几百摄氏度的高温的情况下性能不受影响；试问当今哪台LP系统能做到？（公平起见，这里不算转盘旋转的那部分了）虽说日常使用中很少会让系统处于极端环境下考验，但这个方面仍然可以说明问题。这就正如虽然大部分人开车都不会碰到迎面对撞的情况，但两部车子经试验后，一部撞了之后人没事，一部撞了之后人必然被压扁，你认为那一部车子的技术含量可能会高一些呢？你会买哪一部呢？ 更何况自从数码电子发明之后，机械设备在电子设备所能胜任的领域里，就不是“精准”的代表了。例子很多，比如说手摇式计算器和电子计算器；还有计时器：现在高精度的时计都是原子钟，有哪个国家还会尝试用机械钟来作为最高精度的时计之用？或投入巨额资金试图研制出能比得上原子钟的机械钟？——若真是的话，那可是个国际大笑话了。 因此我认为，既然数码电子的方式可以做得更好，并且发展前途又这么广，何乐而不为啊。除了商业利益之外，我并不觉得投入人力物力去发展LP唱盘是会有实质上的进步意义。因为很明显地，当今数码音频的研究跟发展，带动或者刺激了电子行业的很多其他相关领域的发展，甚至有一些数码音频领域里的新概念新想法，在其他科技领域内也得到移植跟发展；对比之下当今LP唱盘的新技术，都是移用工业界别的领域里面有的或者新发明的东西，从来没有见过机械工程领域里面的新进展是由于LP唱盘所导致的。所以，谁主动谁被动，谁更得人心，这是一目了然的。 当然，说机械vs电子，接触vs非接触，我们这里讨论的范围仅限于音响领域内的机械和音像领域内的电子设备，并且一定要限制在现实的制度规章下这个行业所可能获取并且采用到的技术。因为很明显，假如我们采用理想主义：全球所有国家政府机构、每一个人都把自己的所有财产、智慧全部投入到开发音响音源上，那现在音源的老大必定不是LP也不是CD、SACD之类的，而是某样我们目前想象不到的东西。但是这样的说法跟讨论除了可以消磨时间之外，又有什么实际意义呢？

        哎。。不是我说你。。你到现在还一直在犯酸。你咋不说洲际导弹/卫星/空间站是靠陀螺仪定位的呢？那玩意电子就干不了。电子技术用来描述自然地机械震动仍然有很不靠谱的地方，不是短时间就能解决的。而你认为唱片这个东西对于工业界没有贡献？你不了解就不要瞎说啊。机械行业的表面粗糙度测量仪就是靠粗纹唱片的灵感发展而来的，最早的精密粗表面糙度量仪就是用的特制唱头＋高通滤波器组成的。这有什么意义呢？这就是精密制造及检测的母亲。没有这些技术，现代电子行业根本就无从谈起，因为没有能够达到精度的机械运动，芯片制造就无从谈起，而只有有了芯片之后才有了足够方便的数字处理方式。你仍然在主观的考虑有关机械的这些问题。因为你并不了解。到底谁推动了谁呢？二氧化硅直接靠电子技术就成了芯片了？现在的lp不可否认的运用了众多精密仪器领域的成果。他即使是整体落后也仍然是高技术集成产品，如果有厂家把目前的尖端制造技术应用的lp的制造上他仍然是非常先进的。另外，原子钟并不是数字/电子方式的，那只是一个高精度的物理设备。他是靠记录原子受激振荡的次数（非频率）来进行计时的。其所谓精度是每多少次震动为一秒。而不是每秒震动多少次。原子钟的初始单位标准是从机械式钟表记录天体运动周期得来的。

        电子可靠吗？一颗100w吨当量的氢弹在高空爆炸的电磁波足以摧毁所有北美所有电子设备。这还是比较脏的方式。第四代核武，也就是所谓的“干净核武”从不面向其他目标，目标就是摧毁电子设备。少数几个国家已经有了门槛技术，只是造或不造的问题。什么东西都有弱点。但是不能靠批评另一个东西的弱点来抬高自己。
        我，以及这里的很多烧友从来没有否认过数字方式的先进，可是它足够先进到彻底抛弃模拟吗？做不到。你能把麦克风做成纯数字而没有机械部件的吗？不能，有也是在实验室里面。你能把扬声器做成纯电子的吗？倒是有成品了，你见过有人买吗？你能把放大器做成数字的吗？倒是有用icepower模块的放大器。。除了枪手吹一吹，我也倒听过一次，那玩意声音垃圾的很。
  
         所以，你说lp不好是一回事，顺带批评机械就是大大的错误。青出于蓝胜于蓝这是人类科技进步的必然。而用这个必然去否认前人或者以前的科技是大大的错误的。