矿石收音机论坛

 找回密码
 加入会员

QQ登录

只需一步,快速开始

搜索
查看: 4231|回复: 22

闲聊CD的问题以及引发的声频技术进步

[复制链接]
     
发表于 2020-9-9 16:48:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
     
发表于 2020-9-10 09:18:13 | 显示全部楼层
了解乐器的频谱也有意义。
回复 支持 2 反对 0

使用道具 举报

     
发表于 2020-9-15 18:34:38 | 显示全部楼层
bj雨过天晴 发表于 2020-9-14 20:51
理论错误。
楼上有提出自然界没有方波;
理论上方波上升/下降沿为零时间内的电压直线变化;由无限宽频响组 ...

讨论问题,不好说别人“偷换概念”。
如果从信号分解来看,任何一个非正弦波都可以分解为无穷高次的谐波,缺少了高次谐波的信号或者是人为去掉了高次谐波的信号就是失真。
问题是人类的耳朵没有仪器那么灵敏,所以在实际中,人为地除掉了某些高次谐波后的信号,并没有让人们的听觉有所感知,这就是理论和实践的差别,楼主的理论并没有错,更不存在偷换概念现象。
我举一个极端的例子,冲激函数。
冲激函数在理论上是一个理想的信号波形,其特点是幅度无穷大,持续时间无穷小。这似乎只有在理论上存在,可是,实践中的核爆炸就会产生接近冲激函数的电磁脉冲,在极短的时间里,强度达到非常大,对电子仪器有极大的干扰和破坏性。军事上需要模拟核爆引起的电磁脉冲,具有非常大的实际意义。
早在1984年,美国国防部下令,对中国禁运这一类可以产生冲激函数的仪器。次年,我国的某高校自行研制这种仪器,由于在技术上没能达到,产生出来的电磁脉冲就是不理想,根据分析,就是高次谐波的幅度不够和持续时间太长。这足以说明高次谐波对信号的作用。
回到音频产品上面来,人类的耳朵非常遗憾,即便是接近听觉上限一半的频谱,也不见得会被完全感觉到,所以,很多胆机爱好者都沉湎于胆味,实际上是严重的高次谐波不足所致。而相反的一面,说CD有金属味,正好说明了高次谐波在其中还原的结果,这才是真实的现场声音。
以上是个人见解,欢迎讨论。

评分

1

查看全部评分

回复 支持 1 反对 0

使用道具 举报

     
发表于 2020-9-16 10:24:45 | 显示全部楼层
CD音频编码采样是根据奈奎斯特定律:一个正弦波内用2次采样就能完整表达,因此44.1KHz的采样频率理论上可以完美的表达22KHz的"音频"信号-----------本人对    完美表达  表示怀疑

请大家比较一下下面的图,不同频率的正弦波,在44.1kHz的采样频率下采集到的信号,5kHz已经很明显的看出失真,20kHz正弦波变成什么样了,这还是完美的表达?所以CD要好听,采样频率最少要高出20kHz 20倍以上。

1kHz.jpg

2kHz.jpg

5kHz.jpg

10kHz.jpg

20kHz.jpg
回复 支持 1 反对 0

使用道具 举报

     
发表于 2020-9-14 16:51:49 | 显示全部楼层
作者一定不知道世上所有波形都可以用正弦波叠加得到。
听不到20K以上的正弦波,也一定听不到20k以上的方波或者其他波形。
回复 支持 1 反对 0

使用道具 举报

     
发表于 2020-9-10 11:57:27 | 显示全部楼层
本帖最后由 MF35_ 于 2020-9-10 12:25 编辑

44.1kHz采样系统还有一个严重的问题,就是量化后镜像信号的混叠和重放时新镜像的抑制不足使得原有信号出现失真,这种失真频率越高越严重,是导致数字音频“发硬”的罪魁祸首。

44.1kHz采样时,奈奎斯特频率(22.05kHz)对于20kHz的截至频率来说太近了,比如对于20kHz,镜像频率是24.1kHz,这个频率尚在乐音的泛音范围内,20kHz的抗混叠滤波器,如果是模拟滤波器,则很难把这个镜像信号抑制,这就导致采样后的数字信号重放时,24.1kHz的信号和20kHz的信号是混叠的,导致了泛音的失真,听起来就会有奇怪的感觉,这比24.1kHz这个泛音被完全切掉带来的问题更严重。即便是使用FIR数字滤波器,截至特性是满足了,但是越靠近奈奎斯特频率的信号,相位失真越严重,而且FIR的阻带衰减对于高要求的应用场合来说并不高。

最后,数字量化后的信号在通过DAC重放时,会产生新的镜像频率(这是由DAC的保持特性产生的),而DAC后面的重放滤波器,必须是模拟滤波器,这对于靠近22.05kHz的信号来说,其镜像难以有效抑制。所以,虽然44.1kHz的采样率,完全可以保留20kHz频带的所有信息,但保留和有效还原是两回事。

后续的系统之所以使用更高的96kHz或192kHz采样,其中一个很大的原因就是尽可能提高奈奎斯特频率,使其原理乐音及其泛音的频谱范围(包括人耳不可闻的频段),使得抗混叠和重放滤波器的实现变得简单,能够有更高的性能,降低了数字量化产生的混叠和镜像失真。

举个例子,对于192kHz采样的系统,奈奎斯特频率是96kHz,我们假设乐音及其泛音的截至频率是50kHz(这个范围足够了),那么设计这样一个抗混叠滤波器(不管是模拟的还是数字的)会更容易,同样的设计参数下指标会更好,DAC输出端的重放滤波器也是如此,信号得到了更高保真度的还原。

评分

1

查看全部评分

回复 支持 1 反对 0

使用道具 举报

     
发表于 2020-9-9 17:08:16 | 显示全部楼层
就是这个原因所以还有一个记录格式取样率要高得多
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
发表于 2020-9-9 17:31:16 | 显示全部楼层
现在开始流行的高比特率音频文件dsf,比特率达到1000k以上。
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
发表于 2020-9-9 20:53:03 | 显示全部楼层
其实自然界是没有方波存在的。。。
所有的乐器声音最后都趋向正弦波。。
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
 楼主| 发表于 2020-9-9 21:48:39 | 显示全部楼层
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
 楼主| 发表于 2020-9-10 09:58:54 | 显示全部楼层
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
发表于 2020-9-10 12:12:51 | 显示全部楼层
另外一个问题,DAC在重放数字音频的时候,会产生杂散信号(在有效信号频带内,不可滤除),这些杂散信号是由电压波动、噪声、时钟抖动等产生的,虽然杂散大多是单一频点,所占信号的功率比例非常小(几乎可以忽略),幅度也不大,但杂散会严重影响听感,一般DAC手册会标出无杂散动态范围(SFDR)这个参数。

而降低杂散的方法有很多,比如采用更高的量化精度(这就是为什么24bit比16bit更好,不止是信噪比更高)、采用更稳定更低噪声的电压和基准、采用准确度更高的时钟(这就是为什么有些数字器材需要摩时钟)、采用更高的量化速率(即采样率,采样率越高杂散抑制能力越强)
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
发表于 2020-9-10 12:33:23 | 显示全部楼层
在本坛,谈到小功放的制作,有不少意见认为带宽上限没有必要超过20KHz,惟一的原因就是“听不到”。高次谐波对于原始波形的还原作用,基本上认识不到。
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
发表于 2020-9-14 16:37:08 | 显示全部楼层
学习了,谢谢分享
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
发表于 2020-9-14 20:51:44 | 显示全部楼层
理论错误。
楼上有提出自然界没有方波;
理论上方波上升/下降沿为零时间内的电压直线变化;由无限宽频响组成,自然界不存在。
CD采样的是波形点,声音波形不是方波也不是正旋波,是正旋波叠加各种波形的变形波。裁掉20KHZ以上信号,并不会使20KHZ以下波形变化。楼主偷换概念。
调幅收音机频响超过80-6000hz的不多,高频裁掉一半还多,没有人会把林淑容听成周华健
回复 支持 反对

使用道具 举报

     
 楼主| 发表于 2020-9-14 21:42:28 | 显示全部楼层
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2020-9-15 17:58:07 | 显示全部楼层
音频中纯正的正弦波极少,大多数都是混合了各种谐波的,其波形也是不规则的。
    在工程上计算,有一个通行的做法,就是相差一个数量级的以上的因素,在计算时予以忽略,这不是说就没有了,而是简化计算而已。在制作上,通常也会忽略一些影响较小的因素,这就是考虑制作成本与效果之间的关系。如果要增加60%的成本,去实现0.1%效果,多数都会忽略这个效果。在调幅广播中,频率限制在5000赫兹以下,也能基本满足音频收听,在调频节目中,音频可以到15000赫兹,效果当然又更胜一筹。20KHZ以上的声音,如果要重放出来,不仅放大器,对喇叭的要求也是大幅度提高,成本增加甚多,而效果增加的不多,这里就是成本与效果的考量。
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 加入会员

本版积分规则

小黑屋|手机版|矿石收音机 ( 蒙ICP备05000029号-1 )

蒙公网安备 15040402000005号

GMT+8, 2024-3-29 05:18

Powered by Discuz! X3.4

© 2001-2023 Discuz! Team.

快速回复 返回顶部 返回列表