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由SACD红不起来想到的 [复制链接]

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JWang 在 2005-11-22 10:19:56 发表的内容
开心果兄的这个测试很有意思。和我以前表明的观点很接近。我所谓的数码失真更明显地表现在1Khz到2khz,即中高音部分。那么2Khz以上的话,按测试来讲,失真应更历害。但这超出了我指的红色区域,也就是说,听感上不那么明显了。我的假说是,人耳的分辨能力降低。当然,这只是假说。可以有讨论的余地。


基本同意你的观点。

我的观点是,抽样过程是一个非线性过程,产生干扰是免不了的。
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CD格式的抽样特性。如果仅从抽样来说,不论是什么D ,样本的特性都是一样的。但具体到那种D 时,其主要问题是不同的。CD格式的主要问题是混频干扰严重,原因是抽样频率低了。

下图是按CD格式对频率为11175 hz 的正弦信号进行理想式的抽样,每个周期约有不到4个的抽样点,显然少了点,仅取了几百多个样本,这里仅取出其中的几个特殊点进行说明。

取样开始后不久,样本就能取到峰值了(第26和28点,近似值,下同),过一段时间后又能取到峰值了(99和101点)。但在28到99点之间,取样点是逐步远离峰值的。往后的数据基本是这个规律,显然这些样本已经走样了。如果使这些样本通过滤波器,显然恢复的波形将不是理想的正弦波,而是振幅受到调制的波。从数据中可分析出,调制周期约为0.0016秒,相应的频率是625赫兹。不过准确的频率应该是11175*4- 44100=600。显然这个频率是落在听觉范围内的,是无法去掉的,从而形成一种特讨厌的干扰声。这就是数码声的来源之一。

信号的频率越高越容易产生这种特讨厌的干扰声。所以高音越丰富的乐器声灌录到CD后,重放时就越难听。从这点来说,国乐就不太适合灌录在CD里。大家可以从雨果出版的碟里去漫漫体会。

为了验证以上的分析,用现有的元件搭了个临时的线路进行试验,不过抽样频率仅取4.41Khz,相应的信号频率就只能取2Khz以下了。结果如下:
[upload=jpg]Upload/2005112123112916525.jpg[/upload]

老CD机播放“雨果发烧碟一”中的6.3khz 信号时的输出波形(因为6.3*7=44.1  所以能稳定的在屏幕上显示)
[upload=jpg]Upload/2005112123115069746.jpg[/upload]

信号频率为400赫兹时的输出波形,显然那个“数码声”不明显。
[upload=jpg]Upload/2005112123171887623.jpg[/upload]
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开心果 在 2005-11-22 12:47:23 发表的内容

在对样本进行分析时果然发现,在一些时间段内,样本都没有采到峰值。心想如果用这些样本恢复原信号,那么在没有采到峰值的地方,重现的波形将产生失真(幅值变低了)。为了验证这个问题,就进行了试验,结果就是前面所说的。


felixcat 在 2005-11-22 13:32:37 发表的内容

呵呵还是没完全看明白。开心果兄这里所说的“样本”,是否指从正弦曲线上面等间隔取的点呢?

另外,Nyquist定理似乎并没有要求每个峰值都要有采样点采到哦?也就是说不管怎么采,只要采样频率大于信号最大频率的两倍,都可以完美地还原(不考虑量化失真)。


是指从正弦曲线上面等间隔取的点。

我也正纳闷试验结果与定理间的矛盾呢。
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74#

频率为1000hz时,开始显现了。
[upload=jpg]Upload/2005112123212983914.jpg[/upload]


频率为1600hz时,明显显现了。
[upload=jpg]Upload/2005112123225045058.jpg[/upload]


频率为2000hz 时的输出波形。
[upload=jpg]Upload/2005112123234755289.jpg[/upload]
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重起 在 2005-11-22 9:45:41 发表的内容
如果开心果兄的测试结果是正确的话,SACD/DVD-A正是在这方面做出了很大的改善,特别是SACD,正如KENTRYFO兄在前面也有提到,SACD在可闻的高频方面可以说是做得相当精准。


一次的试验也许还不能下什么结论。希望有条件的各位也试一下,看有什么结论。
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76#


开心果 在 2005-11-21 23:19:57 发表的内容
CD格式的抽样特性。如果仅从抽样来说,不论是什么D ,样本的特性都是一样的。但具体到那种D 时,其主要问题是不同的。CD格式的主要问题是混频干扰严重,原因是抽样频率低了。

下图是按CD格式对频率为11175 hz 的正弦信号进行理想式的抽样,每个周期约有不到4个的抽样点,显然少了点,仅取了几百多个样本,这里仅取出其中的几个特殊点进行说明。

取样开始后不久,样本就能取到峰值了(第26和28点,近似值,下同),过一段时间后又能取到峰值了(99和101点)。但在28到99点之间,取样点是逐步远离峰值的。往后的数据基本是这个规律,显然这些样本已经走样了。如果使这些样本通过滤波器,显然恢复的波形将不是理想的正弦波,而是振幅受到调制的波。从数据中可分析出,调制周期约为0.0016秒,相应的频率是625赫兹。不过准确的频率应该是11175*4- 44100=600。显然这个频率是落在听觉范围内的,是无法去掉的,从而形成一种特讨厌的干扰声。这就是数码声的来源之一。



felixcat 在 2005-11-22 3:58:43 发表的内容
我觉得为何开心果兄用示波器得到这个结果,原因可能在于硬件的设置上有失误。我用MATLAB内置的D/A算法计算出来的结果是和原来输入的是一模一样的,100%完美的正弦波。

或许开心果兄的意思是:某些D/A解码芯片因为设计上的问题,会导致解码有失真?因为Nyquist定理保证了:假如取样频率大于(请注意,一定要是“大于”才行,不包含“等于”)所取样对象最高频率的两倍,那么取样的数据就100%包含了那个频段里面的所有信息。所以开心果兄的这个实验结果和Nyquist定理是矛盾的。

felixcat估计导致这个实验结果的原因是:1. 示波器内部电路在滤波之后有自身产生了高频震荡,导致取样时产生alaising(这一点可能性比较大);2. 是否是量化误差导致的呢?(我觉得可能性比较小)

最后,也可能是felixcat理解开心果兄的意思有误,这里就烦请您详细说一说了。



多谢felixcat 兄指点,不过你可能还没有完全了解我的意思。

我最初认为象10 khz 这样的频率,按CD的格式抽样,点数太少了。为了进一步了解,以11175hz为例,用计算法进行理想式的抽样,共有五百多个样本。在对样本进行分析时果然发现,在一些时间段内,样本都没有采到峰值。心想如果用这些样本恢复原信号,那么在没有采到峰值的地方,重现的波形将产生失真(幅值变低了)。为了验证这个问题,就进行了试验,结果就是前面所说的。

说明一下,试验的电路是传统采样电路,各个仪器都是独立的,都是传统仪器。试验前用老CD机播放雨果的发烧碟一中的6.3khz信号进行对比,确认样本波形基本一致。试验的抽样频率采用保守的4.41khz(怕元件的速度不够,其实是多虑了,后来又用更低的抽样频率,结果还是一样),在这个试验里,我并没有对样本进行A/D和D/A处理,而是直接将样本通过滤波器,滤掉高频成分,我认为这样的样本保真度更高。

“100%完美的正弦波。” 我认为这样的说法不够严肃。因为 按Nyquist定理,理论上是能够做到100%完美的,但现实中是做不到这一点的。

示波器内部电路在滤波之后有自身产生了高频震荡的可能性应该不存在,因为两台不同型号的示波器同时出问题的可能性不大。

从理想样本的数据分布规律和试验的结果看是非常一致的。与Nyquist定理也并不矛盾,因为样本里本来就有调幅的成分了。
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77#

开心果 在 2005-11-22 22:51:52 发表的内容
我也正纳闷试验结果与定理间的矛盾呢。


抽样定理的适用条件和数字滤波器

从测试的结果看的确与抽样定理有矛盾,但从测试的原理和线路来说应该没什么原则上的问题。为了对比只好再找出老CD机做个实测,该CD机在以前加装VCD时已经将其内部两倍数字滤波器关闭。所以它的D/A输出是没有经过数字滤波器的原信号(从前面的6.3khz信号波形照片可看出)。播放的内容是雨果发烧碟一中的10khz、16khz和20khz 三个信号,最后发现同试验线路的结果很相似。这充分说明了试验的正确性。

究竟问题在那里呢?现在只好回到抽样定理那边找答案了。抽样定理是经过数学证明的,本身肯定不会有问题的。要有什么问题的话只能从它的适用条件里去找了。

抽样定理的核心内容是从有限的离散样本值恢复出“连续”的信号,它的基本工作原理是用前后多个样本值(理论上要全体抽样值)来推算出某处的值,如果没有后面的样本(或数量太少),它将不能正确的推算出某处的值。问题的结症就在这里啦。试验电路和老CD机就是因为无法提供后面的样本。所以试验电路和老CD机不能正确的还原原信号就不奇怪了。

    后产的CD机一般都有N倍的数字滤波器,目的就是尽量恢复一些数值。所以当《雨果发烧碟一》用有数字滤波器的机器播放时能输出较好的正弦波。这就是现在不同牌子的CD机厂都不约而同的使用数字滤波器的原因。但不同的厂家对数字滤波的算法是不一样的,也不可能用太多的样本来计算。另一方面,虽然数字滤波器对简单的正弦波能很好的处理,但对复杂的音乐信号就打折扣了。因此目前的CD机还是无法彻底解决数码声的问题。



今天(24日)有人转到别的帖子后,好象有人误解了。这里说明一下:上面提到的抽样定理和数字滤波器是两回事,不要搞混了。
最后编辑开心果
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