電氣電子：音源基礎(chǔ)知識

音源基礎(chǔ)知識問答

什么是音源?音響系統(tǒng)常用的音源有哪些?

顧名思義，音源就是聲音的源頭，沒有音源，用音響系統(tǒng)還原聲音也就 無從談起。音源有兩層含義，一是指記錄聲音的載體，只有先把聲音記 錄在某種載體上，才談得上用音響設(shè)備把載體上的聲音還原出來，這些 載體是音響系統(tǒng)中聲音的來源，所以叫音源。常見的音源載體有CD(小 型激光唱片)、盒式磁帶、LP(密紋唱片)等，現(xiàn)在又出現(xiàn)了DVD-1( 音頻DVD)、SACD(超級音頻CD)等更先進的新型載體。上述載體中， 磁帶是可以反復(fù)錄放的，也就是說，使用者可以更改磁帶上的內(nèi)容，而 其他載體的訊息由工廠一次性灌制在里面，無法再改變。當(dāng)然，隨著電 腦的日益普及，最早為電腦工業(yè)設(shè)計的CD-R/CD-RW光盤逐漸進入音響 領(lǐng)域，用CD-R/CD-RW就可以自己錄制訊息，不像CD只有工廠出來的錄 音成品。

音源的另一層含義，是指播放音源載體的設(shè)備。上述CD、盒式磁帶、LP 唱片等時源載體記錄著聲音訊息，但必須通過相應(yīng)的設(shè)備才能把訊息讀 出來，進而以電信號的形式傳輸給音響系統(tǒng)中的其他設(shè)備。播放CD片的 設(shè)備叫CD機，是目前主流的高性能音源設(shè)備之一;錄放盒式磁帶的設(shè)備 叫卡座，當(dāng)然，以前流行的收錄機也能錄放磁帶，收錄機可以看成擴展 了功能的卡座——增加了收音、功放部分，還自帶揚聲器，不過收錄機 磁帶錄放部分的性能通常遠不及卡座，所以我們現(xiàn)在只談卡座。當(dāng)然， 由于受到CD的沖擊，卡座和磁帶的影響力已遠不如從前了;播放LP唱片 的設(shè)備叫LP唱機。LP唱片和唱機曾經(jīng)是音響系統(tǒng)中性能最好、保真度最 高的音源，但同樣因CD的沖擊而走向衰落。今天，只有少數(shù)高級LP唱機 作為昔日經(jīng)典繼續(xù)存活下來，也只有少數(shù)對模擬時代滿懷留戀的發(fā)燒友 還在繼續(xù)使用LP，在絕大多數(shù)音響愛好者和普通消費者家里，LP已經(jīng)消 失了。不過，高級LP系統(tǒng)的聲音并不一定遜色于當(dāng)今先進的數(shù)碼音響， 有些資深發(fā)燒友甚至認(rèn)為，頂級LP的聲音質(zhì)感和音樂味是CD無法企及的 。對LP可以用一句話來概括;夕陽無限好，只是近黃昏。

什么叫模擬音源，什么又叫數(shù)碼音源?模擬音源和數(shù)碼音源的主要區(qū)別在哪里?

時間上連續(xù)、而且幅度隨時間連續(xù)變化的訊號稱為模擬訊號(例如聲波 就是模擬訊號，音響系統(tǒng)中傳輸?shù)碾娏鳌㈦妷河嵦栆彩悄�擬訊號)，記 錄和處理模擬訊號的音源就是模擬音源，例如磁帶/卡座、LP/LP唱機; 時間上不連續(xù)、幅度只有0和1兩種變化的訊號稱為數(shù)字訊號，記錄和處 理數(shù)字訊號的音源叫做數(shù)碼音源，例如CD/CD機、DVD-A/DVD-A播放機 、SACD/SACD播放機等。

模擬音源記錄和處理的訊號是聲音(準(zhǔn)確地說應(yīng)該是從聲音轉(zhuǎn)換而來的 電訊號)的本來面目，可以直接用傳統(tǒng)的放大器放大，處理起來方便直 接;數(shù)碼音源記錄、處理的都是0和1排列組合形成的抽象二進制數(shù)據(jù)流 ，非常不直觀。聲波是模擬的，不能直接為數(shù)碼音源使用，必然通過轉(zhuǎn) 換設(shè)備轉(zhuǎn)為數(shù)字訊號，才能記錄在數(shù)碼音源載體上。播放時，數(shù)碼音源 設(shè)備讀出的數(shù)據(jù)不能直接由傳統(tǒng)的放大器放大，必須先轉(zhuǎn)換為模擬訊號 才行�？梢�，數(shù)碼音源訊號處理過程要復(fù)雜得多。但數(shù)碼音源優(yōu)點很突 出：信噪比和動態(tài)范圍遠勝模擬音源，訊號經(jīng)多次復(fù)制和多個傳輸環(huán)節(jié) 后質(zhì)量不下降，這一點模擬音源無論如何也辦不到。

為何數(shù)碼音源能有這么出色的性能呢?關(guān)鍵在于數(shù)字訊號中只有0、1兩 種狀態(tài)，無論外界干擾有多強，只要不影響到對0、1這種兩種邏輯狀態(tài) 的褒別，最后都可以通過整形電路將干擾去除，100%的復(fù)原原始訊號。 而模擬訊號的訊息就直接承載在幅度變化上，如果受到一點外界干擾， 幅度就可能變化，訊息也就失真了，這種訊息的損傷是永久性的，無法 再修復(fù)。

CD的規(guī)格如何?

CD的規(guī)格是索尼和飛利浦公司聯(lián)手制定的。聲音訊號采用44.1KHz的頻 率采磋，每個采樣點進行16bit量化，然后以LPCM(線性脈沖編碼調(diào)制 )方式編碼成數(shù)字訊號，數(shù)字訊號用模壓的辦法保存在特制的盤片上， 做成CD片。CD片的片基一般用塑料制作，其中一個表面為模壓的訊號層 ，訊號層上有一個個壓出來的抗點，這些坑點就代表了0、1兩種訊息。 訊號層之外再鍍上一層極薄的鋁膜(也有鍍金的)，用于讀取訊號時加 強激光反射。CD片有兩種尺寸，最常見的一種直徑為12cm，數(shù)據(jù)容量6 50MB，大約存儲74分鐘音樂;另一種稱為Mini CD，直徑8cm，數(shù)據(jù)容 量大約185MB，能存儲20分鐘左右的音樂。

取樣、取樣率、量化、量化精度等術(shù)語的含義是什么?

取樣也叫采樣，是把連續(xù)的模擬量用一個個離散的點來表示。顯然，取 樣點需要足夠密集，才能很好地表達原始模擬訊號的特征。每秒鐘取樣 的次數(shù)叫取樣率，CD的取樣率為44.1KHz，表示每秒鐘取樣44100次。所謂量化，通俗地說，就是度量采樣后離散訊號幅度的過程，當(dāng)然，度 量結(jié)果用二進制數(shù)來表示。量化精度是就是度量時分極的多少，好比一 把尺子上刻劃分的多少，顯然，分級越多度量結(jié)果便越精確。CD的量化 精度為16bit(16位二進制數(shù))，換算為十進制，分級數(shù)等于65536。 也就是說，以CD的標(biāo)準(zhǔn)，可以分辨出1/65536級的幅度變化。問題來了 如果訊號的幅度變化比1/65536級還小呢?答案很簡單：量不出結(jié)果， 就象用精細到1mm的尺子去量一根頭發(fā)的直徑一樣。量不出結(jié)果就沒有 數(shù)據(jù)，將來還原成模擬訊號時就會形成背景噪聲，專業(yè)術(shù)語叫量化噪聲 。量化噪聲量數(shù)碼音源信噪比提高的主要限制，對于CD規(guī)格，假設(shè)最強 訊號為一個單位，噪聲大小就是1/65536個單位，因此信噪比為65536 即96dB。

CD規(guī)格定為16bit/44.1KHz有什么根據(jù)?為什么不是其他的數(shù)字呢?

先說44.1KHz取樣率的來由，這是根據(jù)著名的“乃奎斯特取樣定理”得 出的結(jié)果。“乃奎斯特取樣定理”說：在模擬訊號數(shù)字化的過程中，如 果保證取樣頻率大于模擬訊號最高頻率2倍，就能100%精確地再還原出 原始的模擬訊息。音頻的最高頻率為20KHz，所以取樣率至少應(yīng)該大于4 0KHz，為了留一點安全系數(shù)，再考慮到工程上的習(xí)慣，CD標(biāo)準(zhǔn)許最終選 擇了44.1KHz這個數(shù)值。

16bit又怎么來的呢?在量化精度一問的解答中已經(jīng)說過，量化精度和 最終的信噪比有著直接的聯(lián)系，當(dāng)初制定標(biāo)準(zhǔn)時，一個主要的出發(fā)點就 是要獲得盡量高的信噪比。飛利浦的工程師傾向于14bit，他們認(rèn)為14 bit已經(jīng)能獲得84dB信噪比，比起模擬音源60dB左右的最高值已經(jīng)有了 質(zhì)的提高。但崇尚的規(guī)格至上的索尼工程師認(rèn)為14bit無論如何也不夠 ，堅持16bit的提議，最后索尼的提議獲得通過。為什么不用更高的量 化精度?比如20bit、24bit?因為更高的量化精度意味著更大的數(shù)據(jù) 量，CD的存儲容量已經(jīng)不夠了。

16bit/44.1KHz、24bit/192KHz這些數(shù)字有什么含義?

兩組數(shù)字分別是CD和VD-A的規(guī)格，斜線前的數(shù)字表示最化精度，斜線后 的數(shù)字表示取樣率，詳見量化精度和取樣率的解答。

A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換是什么意思? ADC、DAC又是什么意思?

A/D轉(zhuǎn)換=模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，意思是模擬訊號轉(zhuǎn)換為數(shù)字訊號;D/A轉(zhuǎn)換= 數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換，意思是數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換為模擬訊號：ADC=模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換 器，DAC=數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器。

什么是超取樣?超取樣有何作用?

超取樣是CD機中采用的一種技術(shù)，用于提高放音質(zhì)量。CD片上的數(shù)據(jù)訊 號被讀出后，通過DSP電路的插值處理，將44.1KHz的標(biāo)準(zhǔn)取樣率提升 一倍到數(shù)倍，這就是超取樣。為什么要超取樣呢?這涉及到D/A轉(zhuǎn)換之 后的噪聲濾除問題。數(shù)碼訊號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換之后，會在音頻頻帶以外的 高端產(chǎn)生一個鏡象頻帶，這是一種噪聲，必須用低通濾波器濾除，否則 經(jīng)過非線性器件后會折回到音頻頻帶內(nèi)，對放音效果產(chǎn)生很大的破壞。 該鏡像噪聲頻帶的位置和取樣頻率有關(guān)，頻率越高，鏡像頻帶就離音頻 頻帶越遠。對于標(biāo)準(zhǔn)取樣頻率來說，必須用衰減十分陡峭的濾波器才能 濾掉靠近音頻頻帶的鏡像噪聲。但衰減陡峭的濾波器很通俗讀物設(shè)計， 相位失真很大，難免會影響到音頻頻帶的高端部分，使音質(zhì)下降，這就 是早期的CD機數(shù)碼味比較重的重要原因。如果采用超取樣，就可以把鏡 像噪聲推到遠離音頻頻帶的位置，這時只需要衰減平緩的低通濾波器就 行了，設(shè)計難度大大降低，相位特性得以改善，使放音質(zhì)量獲得顯著的 改善。

什么是HDCD?

高解析度CD，是美國太平洋微音公司在現(xiàn)有CD格式的基礎(chǔ)上推出的一種 “增強型CD”，它利用CD格式中富余的存儲容量來記錄擴展訊息，使聲 音的解析度提高到20bit的解析度，機器需要具備HDCD解碼線路。

什么是MD?

Mini Didc(迷你磁光盤)的縮寫，索尼公司開發(fā)的一種數(shù)碼音樂媒介 ，象磁帶一樣可以反復(fù)錄放，但因為采用數(shù)碼工作方式，沒有磁帶復(fù)制 后音質(zhì)下降的問題。MD的音質(zhì)稍遜于CD，這是因為MD使用了ATRAC(適 應(yīng)性轉(zhuǎn)換改朝換代學(xué)編碼)有損壓縮編碼方式，而CD的PCM訊號是不壓 縮的，沒有損失。MD目前在隨身聽上獲得了比較成功的運用。

什么是DVD-A和SACD?DVD-A、SACD跟CD機有何區(qū)別?

DVD-A稱為音頻DVD，是DVD家庭的一個分支，它的物理規(guī)格和普通視頻 DVD相同，單面單層的數(shù)據(jù)容量約為4.7GB，但DVD-A只存儲聲音或聲音 加靜止畫面，不存儲活動視頻影像。DVD-A的數(shù)據(jù)格式采用了跟CD相同 的LPCM線性脈沖編碼調(diào)制方式，但取樣率和量化精度都比CD高得多。當(dāng) 存儲多聲道音樂時，DVD-A的取樣率為96KHz，存儲雙聲道音樂時取樣 率高達192KHz，重放的頻寬最高可達96KHz。量化精度在各種情況下均 為24bit，因而擁有144dB的超高動態(tài)范圍(每一比特對應(yīng)6dB動態(tài))。 SACD稱為超級音頻CD，是索尼公司開發(fā)的新型高質(zhì)量數(shù)碼音樂格式，其 性能與DVD-A相當(dāng)，遠勝傳統(tǒng)CD但SACD的數(shù)據(jù)格式不同于DVD-A，是索 尼公司開發(fā)的DSD直接數(shù)據(jù)流格式。

DVD-A、SACD跟現(xiàn)在的CD機兼容嗎? 我現(xiàn)在的CD片會不會被淘汰?

DVD-A片無法在CD機上播放，但SACD片可以，因為SACD是雙層結(jié)構(gòu)，高 密度的DSD訊號層在里面，表面還有一層內(nèi)容完全相同的普通CD訊號層 ，可以被CD機讀取�，F(xiàn)在面市的DVD-A、SACD播計算機 幾乎都可以播 放CD，即使將來CD逐漸被DVD-A和SACD取代了，現(xiàn)在投在CD上的心血也 不會白費。