音源基础知识问答 [复制链接]

音源基础知识问答 (发布日期：2004-1-2 10:43:20)

    什么是音源？音响系统常用的音源有哪些？    顾名思义，音源就是声音的源头，没有音源，用音响系统还原声音也就无从谈起。    音源有两层含义，一是指记录声音的载体，只有先把声音记录在某种载体上，才谈得上用音响设备把载体上的声音还原出来，这些载体是音响系统中声音的来源，所以叫音源。常见的音源载体有CD（小型激光唱片）、盒式磁带、LP（密纹唱片）等，现在又出现了DVD-A（音频DVD）、SACD（超级音频CD）等更先进的新型载体。上述载体中，磁带是可以反复录放的，也就是说，使用者可以更改磁带上的内容，而其他载体的讯息由工厂一次性灌制在里面，无法再改变。当然，随着电脑的日益普及，最早为电脑工业设计的CD-R/CD-RW光盘逐渐进入音响领域，用CD-R/CD-RW就可以自己录制讯息，不象CD只有工厂出来的录音成品。    音源的另一层含义，是指播放音源载体的设备。上述CD、盒式磁带、LP唱片等音源载体记录着声音讯息，但必须通过相应的设备才能把讯息读出来，进而以电信号的形式传输给音响系统中的其他设备。播放CD片的设备叫CD机，是目前主流的高性能音源设备之一；录放盒式磁带的设备叫卡座，当然，以前流行的收录机也能录放磁带，收录机可以看成扩展了功能的卡座——增加了收音、功放部分，还自带扬声器，不过收录机磁带录放部分的性能通常远不及卡座，所以我们现在只谈卡座。当然，由于受到CD的冲击，卡座和磁带的影响力已远不如从前了；播放LP唱片的设备叫LP唱机。LP唱片和唱机曾经是音响系统中性能最好、保真度最高的音源，但同样因CD的冲击而走向衰落。今天，只有少数高级LP唱机作为昔日经典继续存活下来，也只有少数对模拟时代满怀留恋的发烧友还在继续使用LP，在绝大多数音响爱好者和普通消费者家里，LP已经消失了。不过，高级LP系统的声音并不一定逊色于当今先进的数码音响，有些资深发烧友甚至认为，顶级LP的声音质感和音乐味是CD无法企及的。对LP可以用一句话来概括：夕阳无限好，只是近黄昏。什么叫模拟音源，什么又叫数码音源？模拟音源和数码音源的主要区别在哪里？    时间上连续、而且幅度随时间连续变化的讯号称为模拟讯号（例如声波就是模拟讯号，音响系统中传输的电流、电压讯号也是模拟讯号），记录和处理模拟讯号的音源就是模拟音源，例如磁带/卡座、LP/LP唱机；时间上不连续、幅度只有0和1两种变化的讯号称为数字讯号，记录和处理数字讯号的音源叫做数码音源，例如CD/CD机、DVD-A/DVD-A播放机、SACD/SACD播放机等。    模拟音源记录和处理的讯号是声音（准确地说应该是从声音转换而来的电讯号）的本来面目，可以直接用传统的放大器放大，处理起来方便直接；数码音源记录、处理的都是0和1排列组合形成的抽象二进制数据流，非常不直观。声波是模拟的，不能直接为数码音源使用，必须通过转换设备转为数字讯号，才能记录在数码音源载体上。播放时，数码音源设备读出的数据不能直接由传统的放大器放大，必须先转换为模拟讯号才行。可见，数码音源的讯号处理过程要复杂得多。但数码音源优点很突出：信噪比和动态范围远胜模拟音源，讯号经多次复制和多个传输环节后质量不下降，这一点模拟音源无论如何也办不到。    为何数码音源能有这么出色的性能呢？关键在于数字讯号中只有0、1两种状态，无论外界干扰有多强，只要不影响到对0、1这两种逻辑状态的识别，最后都可以通过整形电路将干扰去除，100%的复原原始讯号。而模拟讯号的讯息就直接承载在幅度变化上，如果受到一点外界干扰，幅度就可能变化，讯息也就失真了，这种讯息的损伤是永久性的，无法再修复。CD的规格如何？    CD的规格是索尼和飞利浦公司联手制定的。声音讯号采用44.1kHz的频率采样，每个采样点进行16bit量化，然后以LPCM（线性脉冲编码调制）方式编码成数字讯号，数字讯号用模压的办法保存在特制的盘片上，做成CD片。CD片的片基一般用塑料制作，其中一个表面为模压的讯号层，讯号层上有一个个压出来的坑点，这些坑点就代表了0、1两种讯息。讯号层之外再镀上一层极薄的铝膜（也有镀金的），用于读取讯号时加强激光反射。CD片有两种尺寸，最常见的一种直径为12cm，数据容量650MB，大约存储74分钟音乐；另一种称为Mini CD，直径8cm，数据容量大约185MB，能存储20分钟左右的音乐。取样、取样率、量化、量化精度等术语的含义是什么？    取样也叫采样，是把连续的模拟量用一个个离散的点来表示。显然，取样点需要足够密集，才能很好地表达原始模拟讯号的特征。每秒钟取样的次数叫取样率，CD的取样率为44.1kHz，表示每秒钟取样44100次。    所谓量化，通俗地说，就是度量采样后离散讯号幅度的过程，当然，度量结果用二进制数来表示。量化精度是就是度量时分级的多少，好比一把尺子上刻度划分的多少，显然，分级越多度量结果便越精确。CD的量化精度为16bit（16位二进制数），换算为十进制，分级数等于65536（216）。也就是说，以CD的标准，可以分辨出1/65536级的幅度变化。问题来了，如果讯号的幅度变化比1/65536级还小呢？答案很简单：量不出结果，就象用精细到1mm的尺子去量一根头发的直径一样。量不出结果就没有数据，将来还原成模拟讯号时就会形成背景噪声，专业术语叫量化噪声。量化噪声是数码音源信噪比提高的主要限制，对于CD规格，假设最强讯号为一个单位，噪声大小就是1/65536个单位，因此信噪比为65536（216），即96dB。CD规格定为16bit/44.1kHz有什么根据？为什么不是其他的数字呢？    先说44.1kHz取样率的来由，这是根据著名的“乃奎斯特取样定理”得出的结果。“乃奎斯特取样定理”说：在模拟讯号数字化的过程中，如果保证取样频率大于模拟讯号最高频率的2倍，就能100%精确地再还原出原始的模拟讯息。音频的最高频率为20kHz，所以取样率至少应该大于40kHz，为了留一点安全系数，再考虑到工程上的习惯，CD标准最终选择了44.1kHz这个数值。    16bit又怎么来的呢？在量化精度一问的解答中已经说过，量化精度和最终的信噪比有着直接的联系，当初制定标准时，一个主要的出发点就是要获得尽量高的信噪比。飞利浦的工程师倾向于14bit，他们认为14bit已经能获得84dB的信噪比（20log214），比起模拟音源60dB左右的最高值已经有了质的提高。但崇尚规格至上的索尼工程师认为14bit无论如何也不够，坚持16bit的提议，最后索尼的提议获得通过。为什么不用更高的量化精度？比如20bit、24bit？因为更高的量化精度意味着更大的数据量，CD的存储容量已经不够了。16bit/44.1kHz、24bit/192kHz这些数字有什么含义？    两组数字分别是CD和DVD-A的规格，斜线前的数字表示量化精度，斜线后的数字表示取样率，详见量化精度和取样率的解答。A/D转换、D/A转换是什么意思？ADC、DAC又是什么意思？    A/D转换=模拟/数字转换，意思是模拟讯号转换为数字讯号；D/A转换=数字/模拟转换，意思是数字讯号转换为模拟讯号；ADC=模拟/数字转换器，DAC=数字/模拟转换器。什么是超取样？超取样有何作用？    超取样是CD机中采用的一种技术，用于提高放音质量。CD片上的数据讯号被读出后，通过DSP电路的插值处理，将44.1kHz的标准取样率提升一倍到数倍，这就是超取样。为什么要超取样呢？这涉及到D/A转换之后的噪声滤除问题。数码讯号经过D/A转换之后，会在音频频带以外的高端产生一个镜象频带，这是一种噪声，必须用低通滤波器滤除，否则经过非线性器件后会折回到音频频带内，对放音效果产生很大的破坏。该镜像噪声频带的位置和取样频率有关，频率越高，镜像频带就离音频频带越远。对于标准取样频率来说，必须用衰减十分陡峭的滤波器才能滤掉靠近音频频带的镜像噪声。但衰减陡峭的滤波器很难设计，相位失真很大，难免会影响到音频频带的高端部分，使音质下降，这就是早期的CD机数码味比较重的重要原因。如果采用超取样，就可以把镜像噪声推到远离音频频带的位置，这时只需要衰减平缓的低通滤波器就行了，设计难度大大降低，相位特性得以改善，使放音质量获得显著的改善。什么是HDCD？    高解析度CD，是美国太平洋微音公司在现有CD格式的基础上推出的一种“增强型CD”，它利用CD格式中富余的存储容量来记录扩展讯息，使声音的解析度提高到20bit。HDCD可以在普通CD机上播放，但要获得20bit的解析度，机器需要具备HDCD解码线路。什么是MD？    Mini Disc（迷你磁光盘）的缩写，索尼公司开发的一种数码音乐媒介，象磁带一样可以反复录放，但因为采用数码工作方式，没有磁带复制后音质下降的问题。MD的音质稍逊于CD，这是因为MD使用了ATRAC（适应性转换声学编码）有损压缩编码方式，而CD的PCM讯号是不压缩的，没有损失。MD目前在随身听上获得了比较成功的运用。什么是DVD-A和SACD？DVD-A、SACD跟CD机有何区别？    DVD-A称为音频DVD，是DVD家族的一个分支，它的物理规格和普通视频DVD相同，单面单层的数据容量约为4.7GB，但DVD-A只存储声音或者声音加静止画面，不存储活动视频影像。DVD-A的数据格式采用了跟CD相同的LPCM线性脉冲编码调制方式，但取样率和量化精度都比CD高得多。当存储多声道音乐时，DVD-A的取样率为96kHz，存储双声道音乐时取样率高达192kHz，重放的频宽最高可达96kHz。量化精度在各种情况下均为24bit，因而拥有144dB的超高动态范围（每一比特对应6dB动态）。    SACD称为超级音频CD，是索尼公司开发的新型高质量数码音乐格式，其性能与DVD-A相当，远胜传统CD。但SACD的数据格式不同于DVD-A，是索尼公司开发的DSD直接数据流格式。DVD-A、SACD跟现在的CD机兼容吗？我现在的CD片会不会被淘汰？    DVD-A片无法在CD机上播放，但SACD片可以，因为SACD是双层结构，高密度的DSD讯号层在里面，表面还有一层内容完全相同的普通CD讯号层，可以被CD机读取。现在面市的DVD-A、SACD播放机几乎都可以播放CD，即使将来CD逐渐被DVD-A和SACD取代了，现在投在CD上的心血也不会白费。什么是杜比降噪系统？    杜比降噪系统是美国杜比实验室为磁带录音机开发的电路，在几乎不损害原始讯号质量的前提下，用于降低磁带固有的背景噪声（咝咝声）。杜比降噪系统有好几种类型：杜比A用于专业录音设备，降噪量20dB；杜比B和杜比C用于民用录音设备，例如盒式磁带录音机和卡座，降噪量分别为10dB、20dB；杜比S是杜比实验室为民用录音设备开发的高性能降噪系统，降噪量高达24dB。——《视听技术》
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