電氣電子：音源基礎知識

音源基礎知識問答

什么是音源?音響系統常用的音源有哪些?

顧名思義，音源就是聲音的源頭，沒有音源，用音響系統還原聲音也就 無從談起。音源有兩層含義，一是指記錄聲音的載體，只有先把聲音記 錄在某種載體上，才談得上用音響設備把載體上的聲音還原出來，這些 載體是音響系統中聲音的來源，所以叫音源。常見的音源載體有CD(小 型激光唱片)、盒式磁帶、LP(密紋唱片)等，現在又出現了DVD-1( 音頻DVD)、SACD(超級音頻CD)等更先進的新型載體。上述載體中， 磁帶是可以反復錄放的，也就是說，使用者可以更改磁帶上的內容，而 其他載體的訊息由工廠一次性灌制在里面，無法再改變。當然，隨著電 腦的日益普及，最早為電腦工業設計的CD-R/CD-RW光盤逐漸進入音響 領域，用CD-R/CD-RW就可以自己錄制訊息，不像CD只有工廠出來的錄 音成品。

音源的另一層含義，是指播放音源載體的設備。上述CD、盒式磁帶、LP 唱片等時源載體記錄著聲音訊息，但必須通過相應的設備才能把訊息讀 出來，進而以電信號的形式傳輸給音響系統中的其他設備。播放CD片的 設備叫CD機，是目前主流的高性能音源設備之一;錄放盒式磁帶的設備 叫卡座，當然，以前流行的收錄機也能錄放磁帶，收錄機可以看成擴展 了功能的卡座——增加了收音、功放部分，還自帶揚聲器，不過收錄機 磁帶錄放部分的性能通常遠不及卡座，所以我們現在只談卡座。當然， 由于受到CD的沖擊，卡座和磁帶的影響力已遠不如從前了;播放LP唱片 的設備叫LP唱機。LP唱片和唱機曾經是音響系統中性能最好、保真度最 高的音源，但同樣因CD的沖擊而走向衰落。今天，只有少數高級LP唱機 作為昔日經典繼續存活下來，也只有少數對模擬時代滿懷留戀的發燒友 還在繼續使用LP，在絕大多數音響愛好者和普通消費者家里，LP已經消 失了。不過，高級LP系統的聲音并不一定遜色于當今先進的數碼音響， 有些資深發燒友甚至認為，頂級LP的聲音質感和音樂味是CD無法企及的 。對LP可以用一句話來概括;夕陽無限好，只是近黃昏。

什么叫模擬音源，什么又叫數碼音源?模擬音源和數碼音源的主要區別在哪里?

時間上連續、而且幅度隨時間連續變化的訊號稱為模擬訊號(例如聲波 就是模擬訊號，音響系統中傳輸的電流、電壓訊號也是模擬訊號)，記 錄和處理模擬訊號的音源就是模擬音源，例如磁帶/卡座、LP/LP唱機; 時間上不連續、幅度只有0和1兩種變化的訊號稱為數字訊號，記錄和處 理數字訊號的音源叫做數碼音源，例如CD/CD機、DVD-A/DVD-A播放機 、SACD/SACD播放機等。

模擬音源記錄和處理的訊號是聲音(準確地說應該是從聲音轉換而來的 電訊號)的本來面目，可以直接用傳統的放大器放大，處理起來方便直 接;數碼音源記錄、處理的都是0和1排列組合形成的抽象二進制數據流 ，非常不直觀。聲波是模擬的，不能直接為數碼音源使用，必然通過轉 換設備轉為數字訊號，才能記錄在數碼音源載體上。播放時，數碼音源 設備讀出的數據不能直接由傳統的放大器放大，必須先轉換為模擬訊號 才行。可見，數碼音源訊號處理過程要復雜得多。但數碼音源優點很突 出：信噪比和動態范圍遠勝模擬音源，訊號經多次復制和多個傳輸環節 后質量不下降，這一點模擬音源無論如何也辦不到。

為何數碼音源能有這么出色的性能呢?關鍵在于數字訊號中只有0、1兩 種狀態，無論外界干擾有多強，只要不影響到對0、1這種兩種邏輯狀態 的褒別，最后都可以通過整形電路將干擾去除，100%的復原原始訊號。 而模擬訊號的訊息就直接承載在幅度變化上，如果受到一點外界干擾， 幅度就可能變化，訊息也就失真了，這種訊息的損傷是永久性的，無法 再修復。

CD的規格如何?

CD的規格是索尼和飛利浦公司聯手制定的。聲音訊號采用44.1KHz的頻 率采磋，每個采樣點進行16bit量化，然后以LPCM(線性脈沖編碼調制 )方式編碼成數字訊號，數字訊號用模壓的辦法保存在特制的盤片上， 做成CD片。CD片的片基一般用塑料制作，其中一個表面為模壓的訊號層 ，訊號層上有一個個壓出來的抗點，這些坑點就代表了0、1兩種訊息。 訊號層之外再鍍上一層極薄的鋁膜(也有鍍金的)，用于讀取訊號時加 強激光反射。CD片有兩種尺寸，最常見的一種直徑為12cm，數據容量6 50MB，大約存儲74分鐘音樂;另一種稱為Mini CD，直徑8cm，數據容 量大約185MB，能存儲20分鐘左右的音樂。

取樣、取樣率、量化、量化精度等術語的含義是什么?

取樣也叫采樣，是把連續的模擬量用一個個離散的點來表示。顯然，取 樣點需要足夠密集，才能很好地表達原始模擬訊號的特征。每秒鐘取樣 的次數叫取樣率，CD的取樣率為44.1KHz，表示每秒鐘取樣44100次。所謂量化，通俗地說，就是度量采樣后離散訊號幅度的過程，當然，度 量結果用二進制數來表示。量化精度是就是度量時分極的多少，好比一 把尺子上刻劃分的多少，顯然，分級越多度量結果便越精確。CD的量化 精度為16bit(16位二進制數)，換算為十進制，分級數等于65536。 也就是說，以CD的標準，可以分辨出1/65536級的幅度變化。問題來了 如果訊號的幅度變化比1/65536級還小呢?答案很簡單：量不出結果， 就象用精細到1mm的尺子去量一根頭發的直徑一樣。量不出結果就沒有 數據，將來還原成模擬訊號時就會形成背景噪聲，專業術語叫量化噪聲 。量化噪聲量數碼音源信噪比提高的主要限制，對于CD規格，假設最強 訊號為一個單位，噪聲大小就是1/65536個單位，因此信噪比為65536 即96dB。

CD規格定為16bit/44.1KHz有什么根據?為什么不是其他的數字呢?

先說44.1KHz取樣率的來由，這是根據著名的“乃奎斯特取樣定理”得 出的結果。“乃奎斯特取樣定理”說：在模擬訊號數字化的過程中，如 果保證取樣頻率大于模擬訊號最高頻率2倍，就能100%精確地再還原出 原始的模擬訊息。音頻的最高頻率為20KHz，所以取樣率至少應該大于4 0KHz，為了留一點安全系數，再考慮到工程上的習慣，CD標準許最終選 擇了44.1KHz這個數值。

16bit又怎么來的呢?在量化精度一問的解答中已經說過，量化精度和 最終的信噪比有著直接的聯系，當初制定標準時，一個主要的出發點就 是要獲得盡量高的信噪比。飛利浦的工程師傾向于14bit，他們認為14 bit已經能獲得84dB信噪比，比起模擬音源60dB左右的最高值已經有了 質的提高。但崇尚的規格至上的索尼工程師認為14bit無論如何也不夠 ，堅持16bit的提議，最后索尼的提議獲得通過。為什么不用更高的量 化精度?比如20bit、24bit?因為更高的量化精度意味著更大的數據 量，CD的存儲容量已經不夠了。

16bit/44.1KHz、24bit/192KHz這些數字有什么含義?

兩組數字分別是CD和VD-A的規格，斜線前的數字表示最化精度，斜線后 的數字表示取樣率，詳見量化精度和取樣率的解答。

A/D轉換、D/A轉換是什么意思? ADC、DAC又是什么意思?

A/D轉換=模擬/數字轉換，意思是模擬訊號轉換為數字訊號;D/A轉換= 數字/模擬轉換，意思是數字訊號轉換為模擬訊號：ADC=模擬/數字轉換 器，DAC=數字/模擬轉換器。

什么是超取樣?超取樣有何作用?

超取樣是CD機中采用的一種技術，用于提高放音質量。CD片上的數據訊 號被讀出后，通過DSP電路的插值處理，將44.1KHz的標準取樣率提升 一倍到數倍，這就是超取樣。為什么要超取樣呢?這涉及到D/A轉換之 后的噪聲濾除問題。數碼訊號經過D/A轉換之后，會在音頻頻帶以外的 高端產生一個鏡象頻帶，這是一種噪聲，必須用低通濾波器濾除，否則 經過非線性器件后會折回到音頻頻帶內，對放音效果產生很大的破壞。 該鏡像噪聲頻帶的位置和取樣頻率有關，頻率越高，鏡像頻帶就離音頻 頻帶越遠。對于標準取樣頻率來說，必須用衰減十分陡峭的濾波器才能 濾掉靠近音頻頻帶的鏡像噪聲。但衰減陡峭的濾波器很通俗讀物設計， 相位失真很大，難免會影響到音頻頻帶的高端部分，使音質下降，這就 是早期的CD機數碼味比較重的重要原因。如果采用超取樣，就可以把鏡 像噪聲推到遠離音頻頻帶的位置，這時只需要衰減平緩的低通濾波器就 行了，設計難度大大降低，相位特性得以改善，使放音質量獲得顯著的 改善。

什么是HDCD?

高解析度CD，是美國太平洋微音公司在現有CD格式的基礎上推出的一種 “增強型CD”，它利用CD格式中富余的存儲容量來記錄擴展訊息，使聲 音的解析度提高到20bit的解析度，機器需要具備HDCD解碼線路。

什么是MD?

Mini Didc(迷你磁光盤)的縮寫，索尼公司開發的一種數碼音樂媒介 ，象磁帶一樣可以反復錄放，但因為采用數碼工作方式，沒有磁帶復制 后音質下降的問題。MD的音質稍遜于CD，這是因為MD使用了ATRAC(適 應性轉換改朝換代學編碼)有損壓縮編碼方式，而CD的PCM訊號是不壓 縮的，沒有損失。MD目前在隨身聽上獲得了比較成功的運用。

什么是DVD-A和SACD?DVD-A、SACD跟CD機有何區別?

DVD-A稱為音頻DVD，是DVD家庭的一個分支，它的物理規格和普通視頻 DVD相同，單面單層的數據容量約為4.7GB，但DVD-A只存儲聲音或聲音 加靜止畫面，不存儲活動視頻影像。DVD-A的數據格式采用了跟CD相同 的LPCM線性脈沖編碼調制方式，但取樣率和量化精度都比CD高得多。當 存儲多聲道音樂時，DVD-A的取樣率為96KHz，存儲雙聲道音樂時取樣 率高達192KHz，重放的頻寬最高可達96KHz。量化精度在各種情況下均 為24bit，因而擁有144dB的超高動態范圍(每一比特對應6dB動態)。 SACD稱為超級音頻CD，是索尼公司開發的新型高質量數碼音樂格式，其 性能與DVD-A相當，遠勝傳統CD但SACD的數據格式不同于DVD-A，是索 尼公司開發的DSD直接數據流格式。

DVD-A、SACD跟現在的CD機兼容嗎? 我現在的CD片會不會被淘汰?

DVD-A片無法在CD機上播放，但SACD片可以，因為SACD是雙層結構，高 密度的DSD訊號層在里面，表面還有一層內容完全相同的普通CD訊號層 ，可以被CD機讀取。現在面市的DVD-A、SACD播計算機 幾乎都可以播 放CD，即使將來CD逐漸被DVD-A和SACD取代了，現在投在CD上的心血也 不會白費。