PC-HIFI与CD机的音质差----抖动影响音质的本质问题分析

bigair

本文是小弟的原创文章。小弟乃一菜鸟，研习不深、观点浅薄，但自认为文中观点是独到的，欢迎拍砖！
对于PC-HIFI和CDP之间音质差的争论在网络上已持续许多年，到现在已取得的共识是：
PC-HIFI能够得到几乎无误的原始数据，CDP可能还存在误读的数据，但是CDP的音质听感大大好于绝大多数的PC-HIFI播放工具。于是人们将问题归结于抖动。可是一部机械驱动的CDP的抖动远高于电脑时钟，这又如何解释呢?
小弟不是学计算机的，试着用常识性知识和有限的电子信息知识加上一些假设和想象分析一下其中的为什么：
首先，分析一下抖动如何影响音质的？
一段音频信号加上抖动信号理论上相当于音频信号和抖动信号同时送入一个乘法器（没查书，主观想象的），出来的信号相当于一个原始音频信号被抖动信号调频。一部快没电的录音机放出的就是带着转数不稳的抖动信号调制出的变调的音乐。
接下来，分析一下CDP抖动信号如何影响音质的？
CDP的一个抖动信号是由驱动电机的不稳转速产生的。由于转盘的惯性（高档CDP的转盘贼沉），这个抖动信号是很低的频率，即使幅度很大，也难于察觉。就如一部电池驱动的录音机放出的是持续变调的音乐（电压下降），我们还听着挺美，但它的抖动不是PS级的，是百分之几级的。还可以说象一部乐器演奏，整个曲子的音准也是随温度、琴弦拉长在变化，而我们却听不到，这里的“抖动”不止几PS吧。
CDP的另一个抖动信号是由振荡器、锁相环组成的时钟电路产生的。它的抖动是随成本可控的，和外置播放器的抖动原理是一样的，后面一起讨论。
最后，再分析一下PC-HIFI的抖动信号如何影响音质的？
这个题目太大了，因为PC-HIFI的概念包含太多的播放方式了。这里试着分析几种典型例子，它们的共性是，抖动都是由D/A转换的时钟引入的。
1。板载声卡：
这是最低等的数模转换方式，它的时钟可能（主观猜测）是由主板时钟（本来就不靠谱）经过倍频再分频产生的。倍频再分频的过程可能是硬件，甚至可能是软件。还可能是非整数倍经过软件合并产生的。这样的时钟抖动大是一方面，更厉害的是时钟抖动频率也可能是广谱的白噪声。这样的东西对音频信号进行调制能出来啥东西？我就不往下分析了吧。
2。外置音乐接口：
低档货有可能和板载声卡是一个货色的，我也不太懂USB能否提取时钟，能提取就能有人按板载声卡设计时钟的；
中档货，有自己的时钟电路，只是级别低些。抖动是由晶振产生的，经倍频再分频的过程可能是硬件，也可能是靠软件辅助（纯想象）。硬件频率合成的抖动是单纯由晶振产生的，精度有保障，抖动也和低档CDP相当（CDP 时钟是44.1的单一频率，电路容易设计），听感应跟低档CDP相若。
高档货，我就不分析了，啥都杠杠地！
3。最后说说网络播放器：
按我前一篇数据通信的观点，传到数模转换前面的缓存里的数据，无论是CDP，还是PC-HIFI的板载声卡、外置音乐接口、网络播放器都是一样一样地（前提是未经软件处理的直通方式）。所以网络播放器和CDP在音乐重放时前提条件是一样的，音质都是受自身品质和时钟抖动两方面影响的。
时钟抖动的影响也是和上面的分析相同，取决于时钟电路的品质。至于啥味啥味的就是硬件自身品质和厂家的风格了。象linn DS 这类网络播放器据说也是莲味的（我在用但不懂啥叫莲味），音质相当甚至超过同价位同厂家CDP。
以上是小弟对PC-HIFI重放与CDP差别的主观臆断，欢迎拍砖！

zright

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不能不承认LZ的“一段音频信号加上抖动信号理论上相当于音频信号和抖动信号同时送入一个乘法器”说法还是很有想法的，这在模拟信号分析中是有这样的方法。但是应知道，我们这里所指的抖动是针对数字信号的，于是与其说用模拟信号的分析方法还不如说直接用数字信号分析更好，可免不必要的兜圈，而且理解更容易准确。

对于数字信号而言，抖动是什么（这是为了认识抖动），抖动对数字信号的影响到底是什么（这是研究抖动的目的）。

bigair

哈哈!不得不佩服 zright 的新手上路第一帖提的问题就这么有深度。
离开理论书本几十年了，提出的理论原理也仅仅是个概念而已，不敢太叫真了。
你提出的数字信号抖动不是模拟信号抖动是有道理的，但我认为道理上差不多，这个东西可以推导出来，但是不摸书了，连式子都不会列了。
我们听的音频信号（以CD为例）是在44.1KHZ的取样频率下，用16bit的脉冲编码组成一个PAM信号。对16bit的脉冲编码信号的抖动在没有时基校正的D/A转换中可以看作是抖动对这个44.1KHZ的PAM信号进行调频。PAM信号经过没有时基校正的低通滤波器，那么很自然将数字信号的抖动带入了模拟音频之中。
这样就形成了“一段音频信号加上抖动信号理论上相当于音频信号和抖动信号同时送入一个乘法器”的结论。

Dracula81

呵呵，LZ可以思考一下，不管老烧新烧还是不烧的一般人，大伙儿听的音乐都是音乐人在PC或者MAC上面录音，后期，混缩出来的。[s:97]

bigair

我的观点可用简单的语言描述为：
CD播放机是音频信号被频率很低的信号调频，听者不易查觉，听感很好；
PC-HIFI（低档的）是音频信号被几乎是广谱白噪声的信号调频，信号畸变很大，听感很差。
以上就是广为发烧友认同的PC-HIFI不如CD播放机的根本原因。
我的这个观点跟网上的各种关于抖动对音质影响的分析文章都不一样，不当之处请指教。

Dracula81

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白噪声是全频段的，随机抖动是满足高斯分布的，它跟白噪声的频谱完全不同，这是两个概念

bigair

原帖由 Dracula81 于 2011-4-12 23:46 发表
呵呵，LZ可以思考一下，不管老烧新烧还是不烧的一般人，大伙儿听的音乐都是音乐人在PC或者MAC上面录音，后期，混缩出来的。[s:97]

这个问题提的好！如果你了解音乐接口的时钟是怎么来的就不会这么说了。事实上音乐接口依档次不同它时钟是相当有讲究的，高档的音乐接口的时钟要用外时钟的，比HI-END级的CD机的时钟还要稳定得多。
音乐人在PC或者MAC上面录音，后期，混缩出来的音乐是在音乐接口里进行的AD/DA、缩混等实时处理的，是不经“广谱白噪声”般的时钟的电脑主板的。电脑基本上是“遥控器+文件记录”。
后期的处理如润色、混响等都是靠电脑的软件进行异步运算处理的，这个是不受电脑的时钟抖动影响的。有谁用过实时的电脑软件后期润色处理制作唱片音乐的举手？[s:97]

bigair

你说的很对。严格的说，我们所能得到的所有的噪声都不是白噪声，只能算是高斯噪声。
为了说问题，夸张一点，理解一下，呵呵！[s:97]

zright

原帖由 bigair 于 2011-4-12 23:36 发表
哈哈!不得不佩服 zright 的新手上路第一帖提的问题就这么有深度。
离开理论书本几十年了，提出的理论原理也仅仅是个概念而已，不敢太叫真了。
你提出的数字信号抖动不是模拟信号抖动是有道理的，但我认为道理上差不多，这个东西可以推导出来，但是不摸书了，连式子都不会列了。
我们听的音频信号（以CD为例）是在44.1KHZ的取样频率下，用16bit的脉冲编码组成一个PAM信号。对16bit的脉冲编码信号的抖动在没有时基校正的D/A转换中可以看作是抖动对这个44.1KHZ的PAM信号进行调频。PAM信号经过没有时基校正的低通滤波器，那么很自然将数字信号的抖动带入了模拟音频之中。
这样就形成了“一段音频信号加上抖动信号理论上相当于音频信号和抖动信号同时送入一个乘法器”的结论。

LZ所言真是惹人笑，但是为什么笑呢，慢慢想想应该能知晓。不过这里的“笑”不是嘲笑或蔑视，因为是在讨论。

我前面强调了数字信号中的抖动（因为LZ一些问题涉及纯数字信号），而LZ此处提及PAM信号，请注意PAM不是数字信号，因此用PAM来说明包括纯数字信号（抖动）显然是不够完整的吧，换句话用PAM而构想的乘法器是不能完全描述一个完整的系统中的抖动的影响（PCM和PAM）是不是思路上有些问题呢。

还是前面说到的，什么是抖动？抖动对数字信号的影响是什么？虽说问题看似简单，但是认清实质是有助于真正理解抖动以及其影响度的。

补充一点：用数字信号说明抖动的情况实际上比用乘法器说明抖动的情况可能更简单或更好理解，只不过基础就是首先明白数字信号就行了。

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bigair

原帖由 卖狗皮膏药的 于 2011-4-13 08:16 发表
我是来看“研习不深”者论“本质”的。[s:97] [s:97] [s:97]

愿闻其详? 希望能把问题具体说出来大家讨论。

西柏坡

谢谢楼主，[s:21] [s:21]

chenxg

原帖由 Dracula81 于 2011-4-12 23:46 发表
呵呵，LZ可以思考一下，不管老烧新烧还是不烧的一般人，大伙儿听的音乐都是音乐人在PC或者MAC上面录音，后期，混缩出来的。[s:97]

、
你太年轻了，原先的录音是模拟开盘机，是磁带录音，记录的是模拟信号，信号时连贯的，声音本身就是模拟信号，录音和重放都是模拟量的电声转换过程，所以非常真实，用烧友的话说声音暖“有血有肉”但模拟录音有摩擦干扰，有底噪。到92年后（大概的时间）录音系统出现数码开盘机，以往的模拟录音变成数字录音，数字录音有量化的过程涉及到了数模转换，上道的烧友可以感觉到数字录音和模拟录音的区别，数字录音的声底干净，层次感更好，定位更准，数字录音可以合成出许多配音，但相比模拟录音冷冰冰，烧友习惯称为数码声。
cd片有AAD、ADD、DDD。      DDD就是数字录音的。      有事出去下次再接

sdwflzg

原帖由 Dracula81 于 2011-4-12 23:46 发表
呵呵，LZ可以思考一下，不管老烧新烧还是不烧的一般人，大伙儿听的音乐都是音乐人在PC或者MAC上面录音，后期，混缩出来的。[s:97]

这倒是真谛

yxiao

原帖由 sdwflzg 于 2011-4-16 11:15 发表
这倒是真谛

典型的似是而非。静态或异步传输的数字信号，和同步传输的实时数码数据流，二者有着本质的不同。