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数字音频音质剖析(3)

2009-8-11 09:40| 发布者: | 查看: 5197| 评论: 0

— "越多越好"的局限性
只要增加数字音频系统中的量化比特数量,就一定会使得声音质量有所提高吗?答案是,"会有一点提高",这是因为主要的问题出在模拟信号到数字信号的转换阶段。在实际工作中,转换器不可能完全达到理论上所得到的精度。例如,16-bit的转换器在理论上可以得到96 dB的动态范围,但是由于设备自身不可避免要存在一定的噪声,这将使得动态范围损失3到6 dB,于是就等于对于小音量信号的分辨精度下降了1-bit。这样一来,我们就只剩下15-bit了。

如果你的音乐的平均电平值为84 dB,同时声音音量电平也有达到96 dB的情况,那么你就不能随意调高设备的输入电平,而实际上你的音乐无形中就丢失了2-bit的量化精度。(另外,你可能还有许多以低bit数进行量化的现场录音音轨,通过前面的论述我们已经非常清楚它们的弱点了。)这些号称是"16-bit"的数字音频设备实际上只能为你提供13-bit的量化精度。

如果真想在模/数转换器的输出端得到16-bit精度的信号,那么你至少应该以18-bit来进行采样。那么,你说我们究竟应该叫它是16-bit的转换器还是18-bit的转换器?当然,是那些生产这些产品的人为它们定义了名字(市场再一次打败了技术!)。同样,为了得到20-bit的精度,你必须以22-bit的精度来进行采样,而要想实现真正24-bit的精度,采样时的量化精度必须达到26甚至是28-bit。

到底是什么在限制着这些bit?模拟电路的质量是决定这个问题的关键所在。你的模/数转换器被它的输入端所输入的模拟信号(线路信号或是麦克风信号)所限制。如果你有一台本底噪声为-96 dB的20-bit数/模转换器,那么在理论上它可以实现120 dB的动态范围,但是实际上呢,由于转换设备本身具有4-bit即24 dB的噪声电平,使得动态范围简直都要被噪声"吃"光了。

如果你非常注重转换器的各项技术指标,那么就会发现即使是那些价格最昂贵的器材,采用20-bit和24-bit的转换器时其噪声电平的水平都差不多(分别为-117 dB和-120 dB)。 这主要是由于设备中模拟电路部分的热噪声降低了整体的指标。如果深入一些来研究,任何电子元件(例如电容、电阻等),即使是在没有任何信号经过它们的时候,其自身都会产生一些微弱的噪声。当这些电子元件被组合起来接入到实际电路(比如一台模/数转换器)中后,整体的噪声水平就会达到几个dB的程度,从而影响到电路的噪声水平。

要想解决这个问题,最有效的办法就是去买一套液氮冷却系统,把你的所有设备全部冷却起来。简单吧?呵呵。除非模拟电路技术出现了什么新的发展,否则无论你的设备采用的是多少bit,你都别指望这些模/数转换器的实际输出精度可以达到20-bit以上,其原因就是各个电子元件所产生的噪声电平。那看来这是没希望了,先等一下,在你下最终的结论之前,还是有让你得到并存储精度超过20-bit数据的办法的。

首先,目前所有的音频设备在低电平范围内是可以达到一定的精度的。它能够将一些声音的变化转化为平滑的本底噪声,而不让其以容易听到的量化误差出现。

另外,在我们前面的讨论中得知,任何的数字信号处理器在工作时都会产生出一个小数点后面位数很多的数,最终的数据结果将从这个数据中产生。我们舍入的位数越少,则最后的结果精度就越高。如果我们向存储设备中写入了更多的bit,那么量化误差的影响就会更小,因为它的影响是动态范围的最底端。当音频设备系统中采用了24-bit或是更高的处理精度,并且采用24-bit的精度向磁盘中写入数据,那么这些误差就会在-144 dB左右。由于我们已经确定了-120 dB为我们希望的噪声电平值,那么上面所得到的量化误差实际上比我们预想的要低24 dB。对于大多数人说,这种噪声水平已经超过了他们的听力范围,另外这种噪声水平也超过了目前的功放和音箱系统的水平。

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