(原创)音频模拟数字转换解析，也谈对奈奎斯特采样定理的疑问

henry余

原帖由 yxiao 于 2010-10-31 13:27 发表
说一千，道一万，三个问题。

一是非周期音频信号根本不不可能通过低通截频而变成一个周期信号，硬要适用奈氏定理，面临误差（失真）完全是可以预见的。

二是最关键的，人们到底能否听到或“感受”到 20K 以上的 ...

1。在44.1K采样的信号产生器，20K的方波、前陡后陡的锯齿波，毫不费力就可以听出分别：方波的低频成分更多，耳朵可以清楚分辨

2。同样的采样条件，20K的3角波，声音很少，只听见蚊子一样的声音

人耳（这里说的当然是我的耳朵）可以分辨这３个声音，百分百！
除非你怀疑44.1k采样的失真程度。（方波、锯齿波的的陡边，不是90度）

[ 本帖最后由 henry余 于 2010-11-1 10:58 编辑 ]

henry余

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原帖由 没有理由不欢 于 2010-10-31 11:16 发表

[s:20] [s:20] [s:20] [s:20] [s:20]

谢谢不欢兄理解。。。。

灰色的天空

总算看完帖子了，哈哈哈，所有的技术派高手们都在Henry大侠的面前尸横遍野了。

灰色的天空

呵呵， “坚持就是胜利”看来是一条颠扑不破的真理啊。[s:18] [s:18] [s:18]

henry余

原帖由 yxiao 于 2010-10-31 13:27 发表
说一千，道一万，三个问题。

一是非周期音频信号根本不不可能通过低通截频而变成一个周期信号，硬要适用奈氏定理，面临误差（失真）完全是可以预见的。

二是最关键的，人们到底能否听到或“感受”到 20K 以上的 ...

二是最关键的，人们到底能否听到或“感受”到 20K 以上的谐波信号，anony 说我读的书少，我是读的不多，但读书多的各位没有一人能给出一个令人信服的解释。一个 11K 的类方波信号和类三角波信号，人们究竟能否听出差别。毫无疑问，它们都包含了无数高频谐波成分，问题是我们经过低通滤波后，就变成正弦波了，然后再经过采样、DA、滤波还原出来的，还是后来的正弦波信号，这里面包含的失真，人耳是否可以分辨。

谐波与基波，在波形上都是正弦波。

谐波的定义，旨在分析具体发声物体的声音特性：声压最大的定义为基波，其他成分的正弦波叫做谐波。除了高次谐波，还有低次谐波。

11K的方波、3角波、锯齿波是可以听出分别的：我现在就刚听完11K的正弦波、3角波、锯齿波，分别常明显：正弦波最纯，3角波听出几个频率，方波多了低频谐波。

正如100兄很早就指出，我听见的都是在我的听阈内的频率（16K以下），就是这3种波形的分别，已经可以在16K以下的谐波成分带来分别。



第三，就是局部的周期信号，经过低通截频之后的情形，理论上还是不满足奈氏定理的条件。实践上面临一个滤波器相位失真的问题。这些都不可避免地造成一个高频失真问题。

在HiFi听音乐的角度：这个相位失真可以说是--- 能够解决（买升频解码的就行--- 相位失真率可以到达HiFi标准）

yulihua

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原帖由 henry余 于 2010-11-1 11:12 发表







二是最关键的，人们到底能否听到或“感受”到 20K 以上的谐波信号，anony 说我读的书少，我是读的不多，但读书多的各位没有一人能给出一个令人信服的解释。一个 11K 的类方波信号和类三角波信号，人们 ...

前边我就说过，采样定理不用怀疑，44.1K是否够用可以讨论。说不够用，可以搞sacd，DVD-A，24bit/192K。。。。。
至于LP是否完美？从来就不完美，刻刀和针尖都有尺寸，最高频率也是受限的。跳变速度也有限，真给它方波早就跳槽了。还会磨损，放几次，槽就完全走样了。
喇叭也是问题，若想放出20K的方波，理论上至少要60K的频响，实际上至今没有任何一款喇叭在任何频率上表现出哪怕一点点方波的意思。
你说听到了不同波形的区别。你要注意一下是否失真的结果。我们前边说到，20K的采样结果是20K和24.1K的叠加。滤波不净，再有非线性失真，就会产生4.1KHz的拍频，19K产生6.1K的拍音。你注意一下是否有随频率升高而不断下降的频率。
任何频率的谐波不会低于基波，因此没有低次谐波的说法。你听到的应该是拍音，是劣质解码器的表现（我的声卡就是这样，优质的声卡不产生拍音）。我不否认，确实有人听出十几K的正弦与方波的区别。但决不在44.1K采样的系统里，应该是在完全模拟环境下，使用频响高达100K的器材。

[ 本帖最后由 yulihua 于 2010-11-1 11:48 编辑 ]

灰色的天空

原帖由 yulihua 于 2010-11-1 11:30 发表

前边我就说过，采样定理不用怀疑，44.1K是否够用可以讨论。说不够用，可以搞sacd，DVD-A，24bit/192K。。。。。
至于LP是否完美？从来就不完美，刻刀和针尖都有尺寸，最高频率也是受限的。跳变速度也有限，真给它 ...

K，还有一个没断气的？

yulihua

原帖由 灰色的天空 于 2010-11-1 11:34 发表

K，还有一个没断气的？

地球末日还未到。

yxiao

原帖由 yulihua 于 2010-11-1 11:30 发表

前边我就说过，采样定理不用怀疑，44.1K是否够用可以讨论。说不够用，可以搞sacd，DVD-A，24bit/192K。。。。。
至于LP是否完美？从来就不完美，刻刀和针尖都有尺寸，最高频率也是受限的。跳变速度也有限，真给它 ...

[s:20] [s:20] [s:20] 方波还原不了是肯定的，所以我编了几个名词：类方波、类三角波，类脉冲波，主要用来区别同样波幅、不同功率的波形。

至于采样频率，个人认为数学模型“打三折”的普遍“原理”在这也是比较适用的，所以 24bit/192K 应该比较靠谱。[s:6] [s:6]

[ 本帖最后由 yxiao 于 2010-11-1 12:36 编辑 ]

yxiao

原帖由 yulihua 于 2010-11-1 11:45 发表

地球末日还未到。

还有两年？[s:18] [s:18] [s:14] [s:14]

henry余

原帖由 灰色的天空 于 2010-11-1 11:00 发表
总算看完帖子了，哈哈哈，所有的技术派高手们都在Henry大侠的面前尸横遍野了。

天空老大，我觉得我才是血流成河涅。。。。。
（当然也吸收了很多大学的学问，否则---- 死掉几次啦）

身上的窟窿很多耶。。。。。。

半个月亮两头尖

归根到底，若要高保真度地将音乐数码化，系统至少需要覆盖整个可闻频段0-20K平坦的方波响应。

不熟悉采样还原的朋友不妨看看MP3这个例子。128K的MP3在16K以上齐刷刷砍掉，按说16K以上的声音是很少人能够听到了，对音质影响却是有耳共听的。
320K的MP3在20K处开始动刀，听感比16-20K缺失的128K码率MP3要强得多，但与22K截止的CD相比较差距还是非常明显。

22K处的那一刀砍掉了什么？

hifi3eyes

这个帖子不是讨论22k（或者说20k）的频宽够不够用于欣赏高保真音乐！
你们就扯吧，扯吧！

20k方波？系统要达到多少的正弦波频宽才能达到？继续扯！

henry余

原帖由 yulihua 于 2010-11-1 11:30 发表

前边我就说过，采样定理不用怀疑，44.1K是否够用可以讨论。说不够用，可以搞sacd，DVD-A，24bit/192K。。。。。
至于LP是否完美？从来就不完美，刻刀和针尖都有尺寸，最高频率也是受限的。跳变速度也有限，真给它 ...

前边我就说过，采样定理不用怀疑，44.1K是否够用可以讨论。说不够用，可以搞sacd，DVD-A，24bit/192K。。。。。

定理完美，无条件同意。






你说听到了不同波形的区别。你要注意一下是否失真的结果。我们前边说到，20K的采样结果是20K和24.1K的叠加。滤波不净，再有非线性失真，就会产生4.1KHz的拍频，19K产生6.1K的拍音。你注意一下是否有随频率升高而不断下降的频率。

你说的失真是有可能的，如果不算1/44.1K（秒) 的方波斜率失真，喇叭失真的情况也是非常厉害的（所以我要把44.1k取样列出。

yu兄说的对，的确不能作准，不知道的因数太多。这个也是只能存疑。

举个例子：
听出一个脉冲在11025周，以0.5Hz的频率（大概两秒一下脉冲）出现。在11132处最密（波形看见的不规则闪动最密。）11359再现慢脉冲，大概少于1hz。

还有很多个走动的频率就不描述了。

这肯定是44.1K的差拍影响，要探讨可能没办法。除非用超过100kHz的仪器。。。。。

任何频率的谐波不会低于基波，因此没有低次谐波的说法。
对！ 我把乐器的谐波与分析的谐波频谱混淆了。

henry余

原帖由 yxiao 于 2010-10-31 13:37 发表
关于其中的第二个问题，有人说，从声学理论，基波和谐波完全是一样的。所以，只要证明人们听不到基频超过 20K 的信号，那么超过 20K 的谐波分量就不会对声音产生可闻的影响。

但问题是，这些声波作用于人耳纤毛的 ...

其实，按照“基波和谐波完全是一样”的理论，如何解释基波决定音高、谐波成分决定音色？

在频谱分析范围，这句话是对的。


在HiFi范围的“音色”，这个话还需要加物理互动的部分：

除了乐器材料腔体、人的胸腔产生的共鸣可以是低次谐波以外---
提琴弓与弦摩擦，
钢琴锤敲弦的暴起声音的音头部分，
风吹笛子的风声，
人声带与空气磨擦的声音......等，

这些都是“非周期”的各种谐波与非谐波、根本没有基波的信号，这个不能用单一频率基波的傅立叶方法分析，它们是离散、永远不会有周期的波形。

举个例子：爵士鼓的镲声，每个镲的音色都不一样，但不一样的部分是没有基波频率的。

（这个跟你说的这个部分有相通的地方：它们都包含了无数高频谐波成分，问题是我们经过低通滤波后，就变成正弦波了，然后再经过采样、DA、滤波还原出来的，还是后来的正弦波信号，这里面包含的失真，人耳是否可以分辨。）



这种波形在CD的44.1采样，砍掉很多（这种脉冲出现时不在采样点）。LP相比之下，在这一点较为好一点，失真少一点。

[ 本帖最后由 henry余 于 2010-11-1 16:09 编辑 ]