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发表于 2004-1-30
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感谢DVD，因为自从有了DVD，24bit/96KHz就开始"深入人心"。16bit/44K的CD机可算是倍受打击。CD机沉默几年忽然发现这里还是有文章可做。于是乎，多数国内的、部分国外的CD机纷纷标称24bit/96K，很多发烧友也随之响应，一时间，买CD机都要问没有24bit/96K。
这次我就想谈谈对这方面的看法，我尽量少用技术词汇以免不太了解这方面的朋友不易看懂。
大家知道，CD是以44.1K/16比特格式记录的，这个格式是1981年PHILIPS和SONY共同制定的，44K是指记录的频率，16比特是指以2进制为单位的记录长度，16比特的最大变化范围（也可以看成精度）换算成十进制有65536个变化。44.1K也叫采样（抽样、取样）频率，用Fs表示。数字录音和CD编码转换技术，经过了20多年发展，已有很大变化，早期数码录音效果和现在数码录音效果已有较大不同。不过，不管录音采样频率有多高，采样数据有多长，最终记录到CD中都会转换44.1K/16比特这个格式（准17比特长度的HDCD格式另当别论）。
也许有些人现在就讲，那些有24bit/96K功能的CD机是将16/44提升到24/96上来，说得没错！关键我想谈的是：有！还是没有？仅指24比特这点，我的了解是：现在大多数CD机没有此功能！多数是利用使用具有24BIT/96K功能的数字/模拟转换器（DAC）来"鱼目混珠"。24bit/96K是什么？是表示能接收这个格式，能接收这个格式并不代表能将16bit/44K提升到24bit/96K。
现在的CD机在数字/模拟转换器前都要用一个叫数字滤波器的东西，数字滤波器这个叫法是从英文直译过来的，我认为这个叫法不确切，或者说不完全，其实叫数字处理器（DSP）也许更好一点。数字滤波器功能分两种形式实现：软件和硬件。有意思的是，当用软件实现时，就叫数字处理器（Digital Signal Processor）；当用硬件实现时，就叫数字滤波器（Digital Filter）。
数字滤波器功能描述起来比较复杂，我只想谈其中一项：插补（插样）功能，所谓插补就是在两个原有数据中增加多个数据以填补间隔空白，现在常见的有4倍插补和8倍插补。4倍插补也就是在两个数据中间增加3个，8倍则7。记得在刚出现插补功能时，都叫超倍取样，这个叫法也不正确，取样让人容易和录音时的取样混淆起来。如何插补有各种技术，可以说得天花乱坠，在此不做评论。举一个简单例子，1和5之间，如果以平均值算法做4倍插补，很容易得出插补2、3、4。联系到后面的DAC，有插补数据就必须要有转换，4倍插补后的DAC转换频率就要有4×44.1=176.4Khz，8倍则352.8Khz。如果不谈插补精度和"无中生有"问题，4倍插补和现在新的SACD或DVD-ADUIO记录格式取样频率相同或接近，一个是2.8224Mhz，另一个是192Khz。（16×176.4Khz=2.8224Mhz）。所以，看CD机其中的转换频率指标，看有几倍插补就可以了。关心接收频率没有太大用处，因为CD记录频率是44.1K，现在的CD机最小也是4倍插补，大多数是8倍。如果以CD谈96K，真不知道从何谈起。
想起以前别人看先锋DVD机S9使用1702说它不可能有96K，显然他没有搞清滤波器与DAC关系问题，1702没有24比特是对的，但转换96K一点问题没有，只不过前面的数字做4倍插补，4×96Khz=384hz（由于DAC转换频率都有一定余量，所以超过352K没有太大问题）。
继续谈对24比特看法，前面讲了简单的插补方法，但是，如果是1和2之间又如何插补？按取平均值算法，由于不能用1.25、1.5、1.75表示，所以，只能得出1、2、2，转变成模拟波形显然就有线性失真问题。用增加比特数的方法可以解决问题，两倍插补就要将16比特增加到17比特，4倍要18比特。
由于现在大家使用的CD机基本都是硬件数字滤波器，到底有没有提高比特数功能？
据我所知，单独数字滤波器功能芯片基本有这样的功能，例如PMI100、NPC584X等，不过也就是提升到18至20比特，个别号称能提升24比特，如DENON DVD5000使用的那颗NPC芯片，还有ALPHA9自己的什么FPGA，其实FPGA无非是一颗可编程逻辑，常用于工业控制，也拿这个来吓人。dcs东西是很好，但没有高速DSP，用硬件是无法达到dcs真正的水平。至于PHILIPS和SONY的东西有没有此功能，我不太了解，似乎从出现1bitDAC那天起他们就不再关心谈比特数问题，而更多精力放在1BIT技术上。
对于将数字滤波器和DAC集成在一块芯片的廉价DAC，根据我理解至少到现在没有比特提升功能！例如BB1716、CS4390、NPC587X，它们与PHILIPS和SONY一样，重点在低比特转换（类似1bit技术的delta-sigma）技术上。能接受24比特表明，如果进入DAC的数据如果是24比特，就能转换相应模拟数据。但是，进入DAC的数据如果是16比特CD数据，能转换出也就是16比特相应模拟数据。
对于多比特DAC，就要看前面数字滤波器能力了，像现在"自我感觉"很好的1704，如果前面是20比特的数字滤波器，它与1702一样，也只能转换20比特精度。上BB网页看1704说明，曾经对1704设有20和24比特切换方式百思不得其解，当看到有人用1704做CD机时才恍然大悟，我的理解是要想发挥最大比特数自动调整（MSB TRIM）功能，还必须设置成20比特格式。
朋友们，千万不要被一些数据所迷惑（有点苦口婆心的感觉）。就CD而言，管它什么24比特，什么96K（估计再往后该是192K了，因为192K的DAC现在也是大把），关键声音好，制作精良，质量有保证，16比特，就是4倍插补也有好东西！
1bit与24bit/96kHz DAC芯片
一、 关于24bit/96kHz数/模转换芯片
目前，主要的24bit/96kHz数/模转换芯片制造商有几家，比较常见的是美国的Crystal公司和Burr Brown公司。
Crystal公司的产品是CS4390。原厂公布的主要指标为：Delta Sigma方式，128倍超取样；适用于32kHz、44.1kHz、48kHz、96kHz；信噪比为115dB；动态范围为106dB。
Burr Brown公司的普及型产品是PCM1716与PCM1728。原厂公布的主要指标为：Delta Sigma方式，8倍超取样数字滤波；信噪比为106dB；动态范围为106dB（PCM1716、1728的上述指标完全一样）。
至于24bit/96kHz数/模转换芯片应引起大家关注的是解析力、信噪比以及动态范围三项指标。解析力就是反映声音强弱变化的能力，也就是将声音强度分解为224（16 777 216）种不同强弱的能力。信噪比就是声音信号强度与噪音强度的比值。目前，国内已有多款24bit的机种出现，采用的数/模转换芯片是CS4390或PCM1716。但是，某些24bit机种的信噪比不高，多数都采用Video CD的伺服（Servo）电路。这种类型的电路分为两种：第一种是独立时钟、单CPU控制电路；第二种是Philips提供的双时钟、带DSA接口的双CPU控制电路；这两种电路最大的问题是容易造成时钟被干扰的现象，使提供给数/模转换器所使用的时钟频率不稳定，造成较大的声音失真度。因此，这两种伺服电路是产生噪声的主要源头，这一点应引起厂商的高度重视。由于产生噪声的因素很多，如果不能有效地降低噪声使其降到最小，那么即使有再高的bit数也是无济于事的。当然，就是最伟大的设计师也不可能完全消灭噪声，因此，信噪比这个数字越高越好。动态范围就是从最小声到最大声的幅度。同时，也能反映出对声音的灵敏程度。理论上讲，1bit的动态范围是6dB，24bit的动态范围应该是144dB。但是，目前尚未有144dB的机种出现，其主要原因是由于录音设备及其他技术因素造成的。如：最先进的录音话筒的动态范围也超不过120dB，要想得到144dB的动态范围，至少录音话筒的动态范围应当超过144dB。
二、 关于Delta Sigma及1bit DAC
许多读者非常关心并希望能够了解1bit的含义，曾经有人提出过这样的问题：到底是24bit好、还是1bit好?甚至还有朋友提问：某某机器说是1bit为什么输出是24bit?到底这样的机器是24bit还是1bit?其实，针对第一个问题很好回答：如果单从量化的角度看，当然是24bit好过1bit，然而，问题决不是如此简单，它涉及了两个完全不同的技术概念，其一：24bit、1bit是关于量化的概念；其二：这里又牵扯到多bit、1bit 解码方式的概念；那么，针对第二个问题可以肯定地回答：从来就未曾有过量化精度为1bit的机器，而这个问题需要解释的是有关1bit DAC的工作原理，因此，对以上问题作一次较为全面的解释是非常有必要的。
自从1987年Philips公司生产的全球第一颗1bit（单比特或称为单位元）DAC芯片问世以来，Philips公司便将这种单比特技术全面应用于其公司的高、中、低不同档次的数码音响产品上，随后，某些日本厂家也将单比特技术应用于自己的HiEnd产品中。而在当时，除了Philips及日本的产品之外，其他国家的产品仍然采用的是多比特技术。对于单比特技术而言，实际上是在比特流技术理论的基础上演变成的不同数学模型用来处理经过量化的数码数据，常见的单比特技术形式有：Bitstream、MASH、Delta Sigma等，由于近几年来美国Crystal公司在单比特技术上的卓越成就，使同为单比特的Delta Sigma方式大受好评，Delta Sigma方式不仅仅被广泛应用于中、低价位的数码音响系统中，更重要的是Delta Sigma方式还被相当多的厂家用于其生产的顶级HiEnd器材中。
1.为什么采用单比特技术?
单比特技术最重要的目的就是要将多比特的数码信号直接以1bit DAC进行解码，再利用模拟电路或数码电路将数码音频信号调变为模拟音频信号。其最大的好处是它不再像多比特******一样需要用到16或18、20、24个很精密的基准电流来代表经过量化后的多比特（16、18、20、24bit）数码音频信号。因为，多比特系统在低频部分由于基准电流太低的原因，使信号变得相当微弱，如果电源或电路设计不当，就很容易造成解析力大幅度降低，一般来说，多比特系统常见的非线性失真及过零失真就是这样造成的。因此，采用单比特技术可以避免多比特系统容易造成的非线性失真及过零失真。
单比特系统的另外一个好处是一个芯片解决问题，配备了具有超取样技术的数码滤波器及插值（或称为插补）算法，目的是将经过激光拾取器拾取的数码信号在进入******之前的过程中所增加的高频噪音，或模拟信号在进行数码化时产生的量化噪音，通过超取样的方法加到较高的频率。然后，利用插值读取的数码信号在经过超取样之后，数码滤波器用插值算法在数码信号之间插入了一些数码信号，对形成的数码曲线进行修补处理，以获得较佳的平滑度。与多比特系统相比较，多比特系统中的数码滤波器是与数模转换器分开的，在电路设计方面，版面占得较大，电路较为复杂，设计难度较高，因采用器件多而造成成本偏高，想出好声音并不容易。其实单比特系统是一种返朴归真的设计，尤其是Crystal的Delta Sigma结构，将数码滤波器、数模转换器（1bit DAC）全部放在一个小小的芯片中。因此，它的外围电路非常简单，采用器件少，较为经济，只要你的电路设计合理、电源干净、信噪比高，一定会有满意的声音表现。目前，Crystal的Delta Sigma家族有：CS4328、CS4329、CS4390、CS4393。
2.关于Delta Sigma
多比特系统的解码原理是：一次对16个数码位（或18、20、24个数码位）进行解码，数码信号不需要经过调变的过程，也就是说，不需要重新排列信号。
单比特系统的解码原理是：一次对1个数码位进行解码，数码信号还需要经过一个调变电路（Delta Sigma），也就是说，还需要重新排列信号，将处理过的单比特数码信号连贯起来，送1bit DAC进行解码。而这样对信号的处理方式，就称为Delta Sigma方式。其原理是：先对接收的数码位进行超取样及插值运算处理（可以接收16～24bit数码信号），然后再进行Delta Sigma调变，将调变数据送1bit DAC进行解码后，再转换成模拟信号输出。
举例来说，一串用细绳穿起来的珠链。我们用两种方法将细绳上的珠子取下来，第一种方法是：分若干次取，每次取下固定数量的珠子；第二种方法是：有多少颗珠子就取多少次，每次只取一个珠子。实际上，第一种方法就相当于多比特方式，只有接收到全部16位数码后，才进行一次解码处理。第二种方法就相当于单比特方式，一个数码位一个数码位、连续不停地解码处理。对于大多数人来说，没有必要将Delta Sigma的数学理论弄清楚，只要知道多比特与单比特的区别，它们各自的工作方式有什么不同就足够了。 |
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