不同意1bit多bit的描寫

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cenlinyx

2006-09-09 16:33

1bit與24bit/96kHz DAC芯片   一、 關於24bit/96kHz數/模轉換芯片 目前，主要的24bit/96kHz數/模轉換芯片製造商有幾家，比較常見的是美國的Crystal公司和Burr Brown公司。 Crystal公司的產品是CS4390。原廠公布的主要指標為：Delta Sigma方式，128倍超取樣；適用於32kHz、44.1kHz、48kHz、96kHz；信噪比為115dB；動態範圍為106dB。 Burr Brown公司的普及型產品是PCM1716與PCM1728。原廠公布的主要指標為：Delta Sigma方式，8倍超取樣數字濾波；信噪比為106dB；動態範圍為106dB(PCM1716、1728的上述指標完全一樣)。 至於24bit/96kHz數/模轉換芯片應引起大家關注的是解析力、信噪比以及動態範圍三項指標。解析力就是反映聲音強弱變化的能力，也就是將聲音強 度分解為224(16 777 216)種不同強弱的能力。信噪比就是聲音信號強度與噪音強度的比值。目前，國內已有多款24bit的機種出現，采用的數/模轉換芯片是CS4390或 PCM1716。但是，某些24bit機種的信噪比不高，多數都采用Video CD的伺服(Servo)電路。這種類型的電路分為兩種：第一種是獨立時鍾、單CPU控製電路；第二種是Philips提供的雙時鍾、帶DSA接口的雙 CPU控製電路；這兩種電路最大的問題是容易造成時鍾被幹擾的現象，使提供給數/模轉換器所使用的時鍾頻率不穩定，造成較大的聲音失真度。因此，這兩種伺 服電路是產生噪聲的主要源頭，這一點應引起廠商的高度重視。由於產生噪聲的因素很多，如果不能有效地降低噪聲使其降到最小，那麽即使有再高的bit數也是 無濟於事的。當然，就是最偉大的設計師也不可能完全消滅噪聲，因此，信噪比這個數字越高越好。動態範圍就是從最小聲到最大聲的幅度。同時，也能反映出對聲 音的靈敏程度。理論上講，1bit的動態範圍是6dB，24bit的動態範圍應該是144dB。但是，目前尚未有144dB的機種出現，其主要原因是由於 錄音設備及其他技術因素造成的。如：最先進的錄音話筒的動態範圍也超不過120dB，要想得到144dB的動態範圍，至少錄音話筒的動態範圍應當超過 144dB。 二、 關於Delta Sigma及1bit DAC 許多讀者非常關心並希望能夠了解1bit的含義，曾經有人提出 過這樣的問題：到底是24bit好、還是1bit好?甚至還有朋友提問：某某機器說是1bit為什麽輸出是24bit?到底這樣的機器是24bit還是 1bit?其實，針對第一個問題很好回答：如果單從量化的角度看，當然是24bit好過1bit，然而，問題決不是如此簡單，它涉及了兩個完全不同的技術 概念，其一：24bit、1bit是關於量化的概念；其二：這裏又牽扯到多bit、1bit 解碼方式的概念；那麽，針對第二個問題可以肯定地回答：從來就未曾有過量化精度為1bit的機器，而這個問題需要解釋的是有關1bit DAC的工作原理，因此，對以上問題作一次較為全麵的解釋是非常有必要的。 自從1987年Philips公司生產的全球第一顆1bit(單比 特或稱為單位元)DAC芯片問世以來，Philips公司便將這種單比特技術全麵應用於其公司的高、中、低不同檔次的數碼音響產品上，隨後，某些日本廠家 也將單比特技術應用於自己的Hi?End產品中。而在當時，除了Philips及日本的產品之外，其他國家的產品仍然采用的是多比特技術。對於單比特技術 而言，實際上是在比特流技術理論的基礎上演變成的不同數學模型用來處理經過量化的數碼數據，常見的單比特技術形式有：Bitstream、MASH、 Delta Sigma等，由於近幾年來美國Crystal公司在單比特技術上的卓越成就，使同為單比特的Delta Sigma方式大受好評，Delta Sigma方式不僅僅被廣泛應用於中、低價位的數碼音響係統中，更重要的是Delta Sigma方式還被相當多的廠家用於其生產的頂級Hi?End器材中。 1.為什麽采用單比特技術? 單比特技術最重要的目的就是要 將多比特的數碼信號直接以1bit DAC進行解碼，再利用模擬電路或數碼電路將數碼音頻信號調變為模擬音頻信號。其最大的好處是它不再像多比特解碼器一樣需要用到16或18、20、24個 很精密的基準電流來代表經過量化後的多比特(16、18、20、24bit)數碼音頻信號。因為，多比特係統在低頻部分由於基準電流太低的原因，使信號變 得相當微弱，如果電源或電路設計不當，就很容易造成解析力大幅度降低，一般來說，多比特係統常見的非線性失真及過零失真就是這樣造成的。因此，采用單比特 技術可以避免多比特係統容易造成的非線性失真及過零失真。 單比特係統的另外一個好處是一個芯片解決問題，配備了具有超取樣技術的數碼濾波器及 插值(或稱為插補)算法，目的是將經過激光拾取器拾取的數碼信號在進入解碼器之前的過程中所增加的高頻噪音，或模擬信號在進行數碼化時產生的量化噪音，通 過超取樣的方法加到較高的頻率。然後，利用插值讀取的數碼信號在經過超取樣之後，數碼濾波器用插值算法在數碼信號之間插入了一些數碼信號，對形成的數碼曲 線進行修補處理，以獲得較佳的平滑度。與多比特係統相比較，多比特係統中的數碼濾波器是與數模轉換器分開的，在電路設計方麵，版麵占得較大，電路較為複 雜，設計難度較高，因采用器件多而造成成本偏高，想出好聲音並不容易。其實單比特係統是一種返樸歸真的設計，尤其是Crystal的Delta Sigma結構，將數碼濾波器、數模轉換器(1bit DAC)全部放在一個小小的芯片中。因此，它的外圍電路非常簡單，采用器件少，較為經濟，隻要你的電路設計合理、電源幹淨、信噪比高，一定會有滿意的聲音 表現。目前，Crystal的Delta Sigma家族有：CS4328、CS4329、CS4390、CS4393。 2.關於Delta Sigma 多比特係統的解碼原理是：一次對16個數碼位(或18、20、24個數碼位)進行解碼，數碼信號不需要經過調變的過程，也就是說，不需要重新排列信號。 單比特係統的解碼原理是：一次對1個數碼位進行解碼，數碼信號還需要經過一個調變電路(Delta Sigma)，也就是說，還需要重新排列信號，將處理過的單比特數碼信號連貫起來，送1bit DAC進行解碼。而這樣對信號的處理方式，就稱為Delta Sigma方式。其原理是：先對接收的數碼位進行超取樣及插值運算處理(可以接收16～24bit數碼信號)，然後再進行Delta Sigma調變，將調變數據送1bit DAC進行解碼後，再轉換成模擬信號輸出。 舉例來說，一串用細繩穿起來的珠鏈。我們用兩種方法將細繩 上的珠子取下來，第一種方法是：分若幹次取，每次取下固定數量的珠子；第二種方法是：有多少顆珠子就取多少次，每次隻取一個珠子。實際上，第一種方法就相 當於多比特方式，隻有接收到全部16位數碼後，才進行一次解碼處理。第二種方法就相當於單比特方式，一個數碼位一個數碼位、連續不停地解碼處理。對於大多 數人來說，沒有必要將Delta Sigma的數學理論弄清楚，隻要知道多比特與單比特的區別，它們各自的工作方式有什麽不同就足夠了。