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超级CD的最新走向

2009-8-11 09:40| 发布者: | 查看: 2338| 评论: 0

音响媒体从模拟唱片转为CD后,数码技术便迅速开始进入千家万户。当初,人们在设计CD时,为了消除折叠噪声,根据“人耳感受不到20KHz以上的超声”的听觉特点,将CD的取样频率定为44.1KHz,使CD录音范围的高端位于20KHz(44.1KHz的一半)。这虽然是历史条件所造成的一个错误,但以当时的技术水平而论,CD的录音范围也只能是这样。尽管如此,CD的音质已令人耳一新——20Hz-20KHz的频率响应,超过30dB的动态范围、超过90dB的信噪比、低于O.01%的谐波失真,这—切比起乙烯树脂的长寿模拟唱片端的是不可同日而语。但长期以来,音响发烧友一直强烈要求改善这种规格的CD音质,但由于技术条件末成熟,迟迟未能满足这一要求,最近,DVD的诞生实现了长时间、高密度的记录,读取光学讯息的半导体激光枪也可以使用更短的波长,从而使数据记录密度大幅度提高。有了这样的高密度记录技 术,人们已可以在同样的光碟上记录比CD多出六倍以上的数据。具备了这样的条件后,人们便

可以使录音的数据量摆脱以往的限制,利用新技术来改善音质。这种光学系统的技术开发和有关重放设备的性能 ,使现行CD的特性获得明显的改善,从而开拓出迈向新一代的音响媒体——Super CD。

一般地说,人耳听不见20KHz以上的纯音(正弦波)。但是,在自然界的音响中几乎不存在纯音;音乐中也几乎没有纯音,因为纯音并不悦耳。纯音通常只出现在人为的测试音中。音响是非正弦波。自然界的虫声、雀鸟声 和乐器中的铃声等都含有超过20KHz的泛音成分,大多可达到lOOKHz附近。根据傅里叶分析,所有非正弦都 可以被分解成基波和若干次谐波。 其二次谐波的频率是基波之倍,三 次谐波是基波之三倍,依此类推。人耳能分辨纯音和非正弦波,两者的频率即使相同,听起来其音色却不一样,这正是人耳能分辨各种乐器的音色的原因。人耳能辨别20KHz的纯音和20KHz的非正弦波,说明了人耳能辨别20KHz非正弦波所含的更高频率成分。 日本的电子技术综合研究所去年作过一个实验无可争辩地证明了人耳的确能够辨别20KHz以上的超声。 后来,日本举行过多次新音响试听会,证明了重放频率扩展到 100KHz的位流方式信号源和重放系统着实能令人耳目一新,绝大多数聆听音都认为新系统所重放的音响更接近原音。 正是这样的理念促使了Super CD系统的诞生。

SACD是“Super Audio Compact Disc”的缩写,顾名思义,这是一种CD光碟的衍生物,以音响为主听的高密度光碟。SACD光碟的分类也和CD一样,按其外径分为12厘和3厘米两种。另外,这种光碟亦可以按它的数据记录层来分类。其中与CD兼容的数据记录层就直接称之为CD层,而记录DC-100KHz超宽频带信号的高密度层则称之为HD层(High Density Layer),两者之中的HD层是必不可少的,加果没有HD层,就不能叫做SACD;而CD层则可有可无,规格上对此并无硬性规定。CD层在格式上和传统的CD一样,其数据也是以44.1KHz取样和16bit量化的方式记录的,因此,这种信号层也可以由普通的CD机读取。

SACD碟有三种结构。一种是单层HD高密度碟,录入DSD信号。另两种均为双层碟。其中一种是混合式双层碟,即一面与CD兼容的CD层,另一面是将两层HD层粘合在一起的双层碟。在HD层上所记录的信号是采取DSP和PDM作高速取样的二比特数据,经过无损编码(即没有信息失落的压缩)压缩到1/2左右的信号。HD层有两个录音区。其一是以2.8224MHz取样的“双声道立体声区”。其二是以2.8224MHz取样(CD的64倍)或2.1168MHz(CD的48倍)取样的“六声道立体声区”,另外,在光碟的外沿还有三个“附加数据区”,即文本区、圆形区和短片区(简短的活动图像)。众所周知,CD是由单独一块1. 2毫米厚的塑胶片构成的,但是,SACD则改由两块O.6毫米厚的塑胶片相对贴合而成。SACD采取这种结构,是为了确保对激光的倾斜度不会超过容许的极限,以及确保光碟不易受潮扭曲。数码记录格式的出现使翻录保护问题更尖锐化。因此SACD有四种防盗版措施:(1)不可见水印;(2) 内容加密;(3)SACD反盗版标记;(4) 可见水印。

去年五月索尼和飞利浦研制的Super—CD机面世。以现时家用产品的水平而论,要实现100KHz的宽频带重放也并不困难。首先必须解决的问题是:确保作为“龙头凤尾”的拾音器和扬声器两者的高端频率响应,并改善信号处理、放大电路的动态范围。目前,许多厂家已开始生产DC-100KHZ的宽频带录放设备。其动态范围在数码信号领域为144dB(20KHz附近)和120dB(100KHz附近)。

除了考虑有关器材的技术指标之外,还必须考虑到重放设备的安全性。为此,首先将重放频率高端限于100KHz,另外还要采取适当的应变措施。例如在Super CD重放机上加设—个超声滤波器和一个ON/OFF 开关。但使用超声波放大器和扬声器时,该滤波器的ON/OFF开关应置于OFF处,即不起滤波作用,让超声波直通至放大器和扬声器。在使用传统的放大器和扬声器时,该ON/OFF开关应置于ON处,以滤除超声波成分;否则,超声波成分可能还使放大器输出级的保护电路动作,切断输出至扬声器的信号,以保护扬声器。加果该保护电路不动作或没有保护电路、便有可能导致扬声器损坏。 超声波扬声器和传统扬声器不同,它除了要重放人耳可闻的声音 之外,还必须能够重放高达lOOKHz的超声波。为此,必须采用不同的设计。例如索尼公司推出的高音驱动单元,它的音圈分为两个同心圆筒,在两个同心圆筒之间加插一个单匝音圈。所谓单匝音圈,其实就是一层短路的铝箔。两种音圈构成了一个变压器,同心圆筒音圈为初级;单匝音圈为次级。这样,初级所产生的高热便可以通过次级、极靴和框架散出,保证扬声器长时间被100瓦以上的100KHz信号连续驱动而不会损坏。 此外,为了超声波录音的需要,人们也另起炉灶,专门设计了用于 SACD的超宽频带拾音器,DSD的模数变换器和数模变换器,以及10GB的磁带录音机和DSD编辑机等。最后,必须指出一点,就是SACD不同于DVD-Audio,后者所录放的仍然属于人耳可闻的频率范围,与超声波无关。

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