我们还是先从CD格式讲起吧.为了便于理解,会作一些比喻.

        我们听到的音乐的电讯号是模拟讯号,记住:模拟讯号是连续不断的讯号,我们把它比喻为电线杆上那条时起时伏的电线吧.数码讯号是"离散"(即不连续)的.那么,要把连续的音乐模拟讯号变为CD碟里的数码讯号"变成"数码讯号(才能制碟,当然还有其他工序要做),就要进行 模/数 (A/D)转换.

        进行A/D转换,就要进行"取样"与"量化".取样就是在"电线"上取一个个的点做"样扳"---有代表性的"点",即在X轴(时间轴)上每隔很少的时间间隔定出一个个的点来,CD格式制定时定出在一秒里共取出4万4千1百个点,这就是"取样频率44.1K的由来.一秒内共44100个点,其实两点相距时间很短,按当时的取样理论与听觉上限20KHz关系已能"保证"还原音乐"精确"了.

        取样的点的"位置"确定了,还要把"电线"上被取样的每一个点的"高矮"的数值确定,就要进行把每个点的大小的数值量度出来,这一步工作叫做"量化".如何去量化呢?先做出各种长短不一的"尺"去量每个点的高度(Y轴上),按当时的技术条件(芯片技术及运算速度限制),从最短到最长共做出2的16次方那么多种的尺(其实尺越多,量得越准,但当时技术条件不允许太多),这就是16比特的来由.

        做完取样与量化这两步,就完成了从模拟变换成数字的工作.如果把模拟和数字这两种情况画在笛卡儿直角坐标系上,模拟讯号是一条起伏变化万千的连续的线,而数字的情况是不连续的,变成一个个上下跳动的点了.离散了.如果把点与线重迭起来,你会发现:点总会在线高一点点或低一点点,并不能很好地重合,这是量化时"尺"的长短规格有限,不能准确量出每个点的准确值---有取样误差而引起的.

        还有,不要忘记:两个点之间是断开的,那么两点间应该有的点是高一些还是低一些呢?你应该有这样的疑问.不过,那是录音和唱片公司的事了.当然,这种转换是"有损失"的,并不能100%地还原音乐,这大概也是近年LP回潮的原因之一吧.这也不难明白有些碟声很靓,而有些....龙的传人都很聪明.这些工作都不发生在你的CD机上,CD机要做相反的工作:数/模(D/A)变换呢......

        如果把"取样频率"定高些,就意味着每秒内的取样点数多了,当然变换出来的数码讯号越接近原来的真实模拟讯号,还原出来的音乐也越"高保真",也就是说,模/数变换过程的损失也越少,提高比特数也能使变出来的"点"与模拟讯号时那条线的重合度更好,还能提高音乐的动态范围.但是,变出来的数据量会多很多,一张CD碟就不能记录74分钟时间的音乐了.而且要求芯片运算速度更快才能实时地完成快速的计算工作,所以....

        飞利浦和索尼公司当年把44.1K,16Bit定为CD格式.其实16比特只是音乐部份的比特数,要做CD,变出来的数玛讯号还要加上轨(曲)数,时间,左右声道时钟,索罗门纠错,调制,总共超过30比特的数据串长度,可见实时计算量多大,在70年代能发明这种记录音乐的创新格式,工程人员付出多少辛勤劳动,实在令人肃然起敬,考察历史,我们还能有什么理由求全责备呢!?

        当然,时代是进步的.如果加密取样点(增加取样频率,如现已出现的96K,192K等)和增加比特数(可令动态更大,弱讯号保留更多)当然可令讯号记录保存的信息量更多,也就是讯号作模/数转换过程损失更少,还原后更"高保真".但不要忘记这样处理,每秒的信息量大增,一个CD碟可能只记录十来分钟音乐,又如何有市场呢.所以等到波长更短的光头发明了,一张碟能容纳数据多了(CD为65M,DVD为5G-9G),IC计算速度高了的今天,才具备高格式(SACD,DVD Audio)的诞生条件.

        我们绕过调制编码制碟及光头读碟交DSP解码部份不说,转到CD机从DSP解出多比特讯号要交给IC芯片进行数/模(D/A)转换---把数码讯号转变成模拟讯号,最初生产的都是多比特芯片,在历史上较出名的公司好几家,飞利浦,曰本,美国都有,过去BB公司的1702,1704就很出名,主要以内部开关控制里边的R-2R电阻网络进行变换,把数码变成大小不一的电流输出(经滤波网络后进入运放去放大).

        这来类D/A芯片由于里边要做开关,又要做R-2R电阻网络,所以芯片面积较大,而且电阻的精度(及温度)又影响解码精度,所以虽电阻网络要用激光修正,但正如激光手术医近视一样,那能保证一定达到准确至视力几度呢,所以激光修正电阻网络后的精度分级在芯片用后缀字母K...等表示.所以这些芯片工序多,成本就贵,寻求其他高效解码方式及芯片开发就成为很自然的事了.

        BB的这类芯片虽有说"过零失真"云云,然而在历史上仍很有口碑,近年仍有公司推出用多件(2--8)并联,以并联减少量化误差兼可增大输出电流之极度发烧解码方案的机面市(自然也天价!).大家不知有无留意,过去用的多比特解码方案,在D/A芯片前都有一个"数码滤波器"滤去那些量化过程产生的"量化误差"?

        多比特D/A芯片其实可分加杈电阻型,电阻梯型,积分型等几大类(可见人家的研发投入与能力),BB的上述两类芯片可归入电阻型,就难怪内置电阻虽经激光修正,但仍以后缀字母进行分级.由于电阻精度(阻值也与温度有关,所以这类芯片面积不能太小)与解码精度有关,所以分级.看来人家的工业标准值得学习,也好别让那些伪劣产品再去坑害人!

        紧接D/A芯片输出会看到的是LPF(低通滤波器,把高频噪音---主要是量化误差产生滤去),接着是OP(一般用双运放,好一些的会用单运放)作I/V变换,至此才真正完成了数/模的转换,把离散的数字讯号还完成连续的模拟音乐讯号来.其实以上只是摘简而述,有很多东西略过了,所以说飞利浦和索尼是开创性的工作,引领数字音频(今天发展到视频)的革命---创新!

        多比特讯号(16bit)一般用并行方式分开成高(H)8位和低(L)8位传输,所以见到的数据线很多.其实现用的一比特芯片接收到的讯号也是多比特讯号(CD的数据格式至今无变),芯片工作是先把多比特讯号(PCM制式)转换成一比特方式(现今常见的PDM制---脉宽调制,现在的SACD也用,所谓的DSD数据流,但用24bit),再D/A成模拟方式输出.当然也有其他方法,如MASH方式等.

        那么PDM是一个怎么样的概念呢?我们还是先绕过那些抽象的数学,物理,回复用通俗些的方法叙述吧.过去我们讲取样量化时讲过,把连续的音乐讯号比喻成电杆上那条电线,取样后量化时用"尺"去量出取样点的"数值"来(数据化),现在改成在取样点不用尺,而放一根高度刚好在"点"下的电线杆,大家想像一下,所有取样量化完成后,拿走那条电线(模拟讯号),我们见到的是什么-----密密麻麻的一排电线杆,而电线杆的高度(顶端)正好反映出原来的音乐讯号(模拟)的起伏变化.....

        如果把这些竖放的"电线杆"放大一些,变成一个个长方形,高矮不一的长方形"靠近"了,边沿就成了台阶(楼梯),D/A时由于电容的充放电关系,原来的楼梯形状就变成"连在一起"的折线了,也就"还原"出模拟讯号来了.但这条"折线"跟原来的音乐讯号毕竟是有差别的,所以无法达到原汁原味,加上"折线"形式有奇次谐波失真,也就出现了所谓的"数码味"了.当然,后来出现的高取样频率与高比特量化,得出的数据讯号比原CD格式好,所以"保真度"会好些,如SACD格式等.

过去用的多比特D/A芯片的前面,大家可能留意到还有一个"数字滤波器"芯片,它几个作用中最重要的有:1.降噪---把量化时产生的量化误差去掉(通过LBP),并提高动态范围.2.减少相位失真--音场定位还原得好些,还可以改变音色(不是音质!).加入数字滤波器后,数模转换后,模拟放大(多用OP)前的LBP可以用较低的阶次,低阶次有什么好处?可以减少相位失真.

        现在的一比特芯片把多比特(16bit)PCM用补码(我们还是绕过那二进制数学---布.李代数吧)很容易变成脉宽调制(有兴趣的可看关于调制与解调的书)PDM,形象地说:过去讲量化时比喻成一条条竖放的电线杆,现在的PDM就是把电杆平放就是了,一条条电杆平放,再按顺序"迭'起来,电杆长短不一的边缘连起来(D/A转换),不也可以恢复原来的音乐模拟讯号了吗?这就是所谓的"一比特"解码了.

        过去的多比特我们如果把它叫做"脉高"调制,现在的一比特叫脉宽---方波讯号改变高电平的"1"的宽度,因为数字讯号1代表高电平,0代表低电年,那脉宽是如何改变的,例如两个6位的数字讯号011110和001100,高电平的1连在一起时,当然是4个1连起来的宽度比2个1连起来的宽了.改成一比特再解码,可以进行多种数字处理(所如升频--超取样等),可以减少量化误差及避免过0失真,可令弱小讯号还原得更好..

        在一比特芯片里,接收多比特讯号后在D/A前都先进行"升频运算.升频就是"增加"取样点,在两点间用计算方法"计"多几个点,即插值运算.如4倍"超取样"即是44.1KHz*4=176.4KHz,8倍即44.1*8=??,点多了,还原出的声音逼真些.点多了,连出来的"线"---D/A后的模拟讯号近似为曲线,声音较圆润,细节多,相位(影响声像定位)也较准.点少(原44.1KHz),连成的线是"折线",声音干硬,即--有数码味,原因是变出的波形多了奇次谐波(傅立叶分析).

        一比特芯片在D/A前除了可以"升频"外还可以用"增量求和","数字前馈"等方法减少误差,把噪音移到20KHz外方便滤除,使还原弱音更好,更静,也相对地提高了动态,也方便后续有源滤波使用低阶滤波(相移少,音场及定位好),而且解码精度不会因温度受映响,没有过0失真,而且生产效率高又可降低芯片面积降低成本.有这么多好处,干妈还生产多比特芯片呢?所以,近年新出的D/A芯片基本都是一比特芯片了.

        有人会问:现在出的机都192K24bit了.不错,但请勿混淆了芯片解码方式(D/A)与芯片解码的概念,上述的是指解码可达到的精度.SACD机双声道用192K24bit,如5.1声道(这样的软件市面上不多)及DVD-Audio是96K24bit.芯片解码方式仍用一比特芯片.芯片从多比特向一比特转换,是数字技术,芯片技术进步使然.近见杂志报道有几个厂家重新用飞利浦过去有口碑的16bit芯片TDA1541A,1543出机,又可令怀念者重回旧梦,又有何不可?君不见,在数码世界的今天,有不怕工夫多而追求"模拟味"而玩LP乐此不疲者大有人在.正所谓:萝卜青菜---各有所爱!

这个话题可以延伸出----一部优秀的CD机应具备什么因素(条件?),为什么正版碟声音好很多?........有必要吗?请各位给点意见,让我改进工作呀.

请看,互补一下,更清楚了.这帖未讲数字滤波等问题,正好补上了.

需要把这话题延续到CD机吗?
各位??

话题需要延续?
请给意见.

单比特与多比特

    数码转换器的基本构造，通常分为接收、数码滤波、数/类转换、I/V转换、类比放大等机个部分。以下仅就数码滤波与数/类转换作一浅释。

    CD的取样频率为44.1KHz，这个规格的制定是根据Nyquist的取样理论而来，他认为要把类比讯号变成分立的符号（Discrete Time），取样时的频率至少要在原讯号的两倍以上。人耳的听觉极限约在20KHz，所以飞利浦在一九八二年推出CD时就将其制定为44.1KHz。取样是将类比讯号换成数码讯号的第一步，但精密度仍嫌粗糙，所以超取样的技术就出现了。一般八倍超取样就等於将取样频率提高到352.8KHz，一方面提高精度，一方面经过DAC之后产生的类比讯号比较完整，所需的低通滤波器（滤除音取样时产生的超高频）次数与斜率都可大幅降低，相位误差与失真也都会获得巨大改善。不过CD每隔0.00002秒才取样一次，超取样后样本之间就会产生许多空档，这时需要有一些插入的样本来保持讯号完整，而这样的任务就落在数码滤波器身上（Digital Filter）。比较先进的设计是以DSP（Digital Signal Processor）方式计算，以超高取样来求得一个圆滑曲线，例如Krell的64倍超取样，但目前只有Theta、Wadia、Krell、Vimak拥有这样的技术。另一类数码滤波是事先将复杂程式与在晶片中，有类似DSP的功能，日本Denon、Pioneer 皆有这样的设计。最普通的方法是利用大量生产的晶片，NPC、Burr-Brown都有成品供应，当然效果会受一些限制。

    在数码滤波之后，就进入DAC了，从这里开始有单比特与多比特的区别。多比特是数码讯号通过一个电流分配器（Current Switch），变成大小不同的电流输出，因为数码讯号是二进制关系，所以DAC的电流也以1、2、4、8的倍数排列。每一个比特分别控制一个电源分配器，随著音乐讯号变动，输出电流也跟著改变，接下来是一个速度很快的I/V转换线路，把这些电流变成电压，再接下来经过低通滤波器，完整的类比讯号就出现了。一个二十比特的DAC，其输出电流变化是1，048，576个，解析度已经相当高了。现在最常用的二十比特晶片有Burr-Brown的PCM-63与改良型PCM-1702，最贵的大概是Ultra-Analog的模组。

    比特流（Bitstream）是飞利浦八八年提出的技术，构造很单位。首先二进制的数码讯号进入一个有参考电压的模组中，输入讯号比参考电压高输出就是非曲直，反之则为0；第二个讯号再与第一个讯号比较，更高的就输出1，较低输出0…以此类推。因为它只比较间的大小，所以样本要增加，需要更高的取样频率，从早期的256倍到最新的384倍就是个好例子。只有一个比特的讯号会进入一个叫开关电容（Switched Capacitor）的DAC中，还原成类比讯号。常用的单比特晶片都是飞利浦制品，最早有SAA7320，现在则把SAA7350与TDA1547合在一起称为DAC7线路，Crystal也有类似产品。

    何者为优并无定论，唯一可以肯定的是绝大部分高价机种都是多比特设计。

    转载以上文字,恳请xychen兄将话题给予延续.

解码现巳流行用"升频-----插值"方法把原CD的16bit格式去提高解码精度,两端是延伸了,很多机听来却感情淡薄,好像歌手偷懒了,其实是机的工夫未做够.......
如果做得好的机,音乐及人声听了让人感动.
有兴趣找个<柏菲精选--1>听听,正版的,人声很有感情的,第5首你听见歌手是"边哭边唱"的,看你的系统放出来的效果如何,该碟如果放出来没有感情的话,对不起,就算你的系纟统已花了大把的银两,我也只能说-----不及格,慢慢找出原因去纠正吧.

延伸话题:一部好的CD机具备的条件
1.有一个稳定而精确的捡拾讯号系统
即好的机芯和精确的伺服系统,保证"准确而正确"地把碟上的讯号尽可能地少畸变读出,而不是靠"纠错"得到讯号.
我们从历史上见上花大本钱做出来的"历史名盘"CDM4....等,不但声靓,而且耐用.....
有人说,碟上讯号是0和1,读出的也是0和1,那会有差务别?这大错特错.音乐讯号是切割成"帧"后才打包去做碟的,包在碟上是一个个大小不一的"岛",不是0和1了,读时"岛"的大小形状的"包络"准确,在DSP里解出的数据才能"完汁完味",这里边包含了数值大小和时基相位等因素..................

历史上出名的好机芯都很有重量,当然也很贵,很自然用在贵价高档机上.这些机芯的二手器材除有病的外,仍很受欢迎.稍留意一下,机芯都有不同方式的防震设计,从这点就可以看出:历史铭器是做足工夫才会诞生的,不会忽视任何一个细节..........