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无线电电子与电气工程百科全书 CD 听起来如何（推测和现实）。 无线电电子电气工程百科全书
用于录制音频 CD (CD) 的数字格式 音频 CD 已在消费音频设备市场中稳固地确立了自己的地位。 在流行的业余和专业文献中，各种作者一再谈到这种格式的优缺点。 在提议的文章中，根据我的经验，我将尝试消除一些误解。 在 [1] 中，作者指出了从 CD 复制紧凑型磁带的不便之处，他认为 CD 的音质可以等同于第 3 类模拟声音再现设备的音质。 . 在这篇文章中（非常有趣），作者质疑了香农定理（或者，正如俄罗斯文学中所说的，科捷尔尼科夫定理）。 让我们假设模数转换器 (ADC) 的输入端接收到在 0 到 20 kHz 频段内具有均匀分布频谱的信号（图 1a）。 如果以采样频率 fg = 44,1 kHz（略高于根据香农定理）进行模数转换，然后在相同 fg 下进行反数模转换，则杂散带为中心频率是 fg 的倍数（图 1b）。 简单地说，这种现象可以称为将基本正弦信号转换为复杂形状的信号（例如[1]中描述的将单个20 kHz的正弦信号转换为相同频率的曲折的情况）。
为了进一步了解发生的本质，让我们转向谐波周期信号从时域到频域的转换。 图 2 以图形方式显示了这个过程。 在时间平面 UOt 中，绘制了周期信号的图形。 如果我们使用离散傅里叶变换 (DFT)、快速哈特利变换 (FHT) 或现代离散余弦变换 (DCT) 将图形函数分解为谐波，并将其幅度与频率轴的偏移绘制出来，我们可以看到原始信号在其频谱中包含两个幅度为 U1 和 U2 的谐波。 在实践中，使用示波器观察幅度的时间相关性，使用频谱分析仪观察频率相关性。
如果我们在 fg = 20 kHz 下对频率为 40 kHz 的正弦信号和矩形信号进行 DCT，我们分别得到如图 3 a 和 b 所示的结果。 正如您所看到的，在矩形信号的频谱中，除了基频之外，还有许多频率为基频倍数的谐波，并且幅度随着谐波次数的增加而减小。 使用低通滤波器（即滤除所有“额外”谐波），您可以从矩形信号中获得正弦信号。 该过程可以通过模拟和数字方法来提供。
如果现在知道在 DAC 的输出端，来自正弦的信号变成矩形，即频谱中出现杂散带（图 16），使用截止频率 fcp = 20 kHz 的低通滤波器，可以从结果信号中去除所有 fg 倍数的杂散带。 n 阶有源低通滤波器通常在所有 CD 播放器中都可以找到，如果不是直接在电路中，那么作为集成 DAC 的一部分。 信号中出现寄生谐波的原因是 ADC 和 DAC 的输入和输出所包含的低通滤波器的频率响应不完善（图 4）。 结果，DAC产生的信号发生频谱叠加，寄生分量的电平越低，低通滤波器的频率响应越“陡峭”，其阻带衰减越大。
将 fg 相对于奈奎斯特频率（信号的上限频率）增加 4 或 8 倍，可以稍微推动 DAC 输出处的信号频谱分量，但是，这会不合理地增加数字数据流，这不能使用 AudioCD 标准减少。 只有改善ADC之前和DAC之后的低通滤波器的特性，才有可能应对侧寄生带带来的干扰增加。 具有至少 6 阶低通滤波器的现代 PCD 相对成功地处理了 DAC 之后的信号滤波任务，提供了至少 90 dB 的杂散噪声衰减。 在这种情况下，声道的带宽为 20 ... 21600 Hz，不均匀度为 5 * 10-3 D b。 这些参数明显优于所有级别的模拟声音再现设备的类似参数。 综上所述，我们可以得出结论，在对 fg = 2fB 的信号进行采样时，需要加强对 DAC PKD 输出端的低通滤波器的要求。 在 [1] 中，作者还报告了在 CD 上录制之前的信号压缩，以及从这些 CD 录制的 20...200 Hz 区域中频率切割的形成。 更准确地说，阻塞达到了 1 kHz 的频率，这被认为是音频技术的参考。 从抗噪理论可以看出，在传输信号（包括音频）时，对于动态范围和频带较大的信号，建议在传输前进行压缩，美国研究员杜比成功地将这一点引入实践。 信号的扩展是根据用户的请求在 VPC 中进行的。 值得注意的是，在大多数播放 CD 的 CD-ROM 驱动器中，扩展器实际上是不存在的。 它的功能被低通滤波器所取代，该滤波器在绝大多数声卡和有源扬声器（“低音”按钮）中都可用，它提高了低音水平，但不能完全模拟扩展器。 PCD 的数字部分具有纠正和掩盖错误的能力，并且可以纠正由于 CD 本身的记录质量差和其表面缺陷导致的错误。 然而，PKD 的这一功能不能被高估，因为用于验证的代码纠正了有限数量的错误，不幸的是，它们在 PKD 运行期间的数量（机械损坏）增加了。 因此，在播放低质量的 CD 时，尤其是那些经过大量使用的 CD 时，CD 的音质会急剧下降。 让我以这个事实为例。 一个四位字的三位校正码（具有汉明校正）校正不超过 1 个错误。 因此，需要有这样一个记录，即每 1 位信息中发生错误不超过 7 次。 当然，在 VPC 中使用了更强大的纠错码，但对错误的数量还是有一定限制的。 录制 CD 的设备的质量也起着重要作用。 在大规模生产过程中复制 CD 的基质的质量； 以及 CD 的操作条件。 有一种观点认为，在不同设备上录制在 CD 上的同一首音乐听起来不同。 这是真的，因为 VCD 试图纠正（伪装）播放使用劣质设备录制的 CD 时发生的错误。 示意性地，错误的发生和掩蔽过程如图5所示。 假设在 t1-t2 和 t3-t4 时刻，信号受到脉冲噪声的影响（图 5a）。 校正装置跟踪它并用相邻的“未受影响”读数替换它（图 56），即对信号进行插值。 但是，如果您将 DCT 应用于接收信号并分析其频谱，您可以看到其中的杂散频带。 如果 DAC 输出的低频滤波器成功地与高频分量“对抗”，则低频干扰会叠加在生成的信号上，从而产生特定的失真，在长期干扰期间尤其明显。
文献中有迹象表明，所谓的“单比特 DAC”的参数比多比特的更差。 特别是，在单比特 DAC 中观察到更大的相位抖动值（“抖动”）。 图 6 显示了 Crystal Sem 的一位 DAC CS4328 的功能图。 串行数据（可以以 4 种格式呈现）被送入输入转换器 (IP)，将它们转换为两个通道的 18 位并行流。 通过数字内插器 (DI) 的信号被馈送到数字增量调制器 (DM)，后者形成具有 64 倍“过采样”的一位数据流。 此外，信号被馈送到一位 DAC、一个六阶低通滤波器，并通过缓冲放大器被馈送到电路的输出端。
由于微电路使用更简单、更便宜的单比特 DAC，因此设备的成本会随着其参数的轻微恶化而降低。 驱动 DAC 的时钟发生器 (TG) 被 PLL 锁定到输入的 CLK 时钟，从而减少了抖动。 开关电容滤波器允许电路在任何时钟频率下使用（即无需重新配置低通滤波器）。 芯片的动态范围达到93 dB。 毫无疑问，在第一批 VRM 发布时，此类设备具有与高端模拟声音再现设备相当或超过的特性。 各厂商的电路方案种类繁多，导致市场上推陈出新。 即将取代 CD 多配置文件 DVD-ROM（音频版）允许您通过数字方法以及通过提高采样频率来解决输出信号频谱中的寄生谐波过滤问题。 因为 DVD 技术使用 MPEG-2 音频压缩，i。 通过 DCT 对信号的频率幅度表示以及随后冗余的减少，使用数字信号处理器有效地进行数字滤波成为可能。 单层 DVD 的容量为 4,7 GB，而 CD 为 680 MB，允许将大量数据写入 DVD。 但是，由于电路解决方案中将使用相同的电子器件（ADC、DAC 等），因此抖动降低等问题也将十分突出。 生产电子元件的公司将通过设计更现代和高质量的设备来解决这些问题。 同时，PKD 是陈旧的模拟声音再现设备最完整的替代品。 文学 1. Skulkin I. 关于光盘上的声音质量。 - 业余无线电爱好者，1998，N1.C.19 作者：V. Fedorov，利佩茨克； 出版：N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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