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新音频形式必要性的分析(兼谈LP的优越性) [复制链接]

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JWang 在 2006-3-19 1:38:38 发表的内容
又为了避免语义的无谓的争论,我都是引用人家的话。我只是为了方便felixcat(他的英文水平在别处我已经领教过了,看个LP套上的注释都看不懂)和一些不懂英语的朋友,而把这些语句翻为中文罢了。


假如你单单是引用别人的话,那倒没问题;但坏就坏在,你在引用完别人的话之后,总是忍不住要按照自己蹩脚的知识水平,说一些自己推出来的东西,从而立刻暴露出你自己知识的不足。现在让我们来回顾一下你的“表演”。

其他朋友不必理会JWang对我的那些造谣的语言。按照这个不讲理的架势,假如你只是从某个饭馆门前走过,JWang也会硬说你在里面吃过饭要你付钱——假如JWang开饭馆的话,说白了那就是一黑店。

好,现在我们来看看JWang所说的。

JWang 在 2006-3-19 1:38:38 发表的内容

接着我又引用了美国印第安那大学的数码音乐的教材来作为我的证据。同样,我也只是翻译罢了。


好,于是我们不妨看看JWang原文是怎么说的。

JWang 在 2006-3-17 12:39:26 发表的内容
故我下面的讲法都是人家的东西,都是些基本常识。

We have found that there are two basic characteristics of sound, amplitude (level), and frequency (time). There are also two characteristics of digital audio, sampling (time) and quantization (level). The bit resolution of a system defines the dynamic range of the system. The sample rate determines the frequency range (bandwidth) of a system. The faster the sample rate, the better the accuracy of getting a true picture of higher frequencies.


声音有两个基本特征,一个是声压(amplitude),另一个是频率(frequency)。对数码来讲,也有两个基本的特征,一个是抽样(sampling),另一个是数量化(bit depth)。一个系统的Bit的解析力决定了这个系统的动态。抽样则决定了这个系统的频率的范围(带宽,bandwidth)。越是高的抽样率,对高频率的描述越是精确。

http://personal-pages.lvc.edu/~snyder/2ch11.html

同样也有
Samples are taken at a regular time intervals called the sampling rate. The sampling rate is responsible for the frequency response of the digitized sound.

抽样率对一个数码化的声音的频率响应负责的。

http://www.indiana.edu/~emusic/etext/digital_audio/chapter5_rate.shtml

理解了上面的讲法,我就不难来解释为什么44.1/16和44.1/24的频谱图是非常相似的。频谱图是用来描述在时间上频率分布的状况。只有当我们变化抽样率的时候,我们才可以看出变化。这是因为,抽样率决定了这个频率的范围。再上一张192/16的图。我们可以看到192/16是和192/24的频谱图是非常相似的。但是,44.1/24和192/24有明显的区别。这个区别就是改变了抽样导致的。


JWang引用的资料,的确说的都是事实。但问题是JWang在旁边自作多情地解释时,作了歪曲。

大家请看,比如说原文是“the better the accuracy of getting a true picture of higher frequencies. ”,JWang硬要翻译成“对高频率的描述越是精确”。事实上人家原文用的是“higher”(更高),因此正确的翻译是“能够更好地还原更高的频率”——JWang解释为“高频率”,就想引导观众理解为:对于同一的频率的声波,只要取样率越高,对这个声波的还原就越准确。但英文原文的意思并不是这样的,并且理论事实也不是这样的。

另外,JWang喜欢把“A对B负责”,歪曲成“B完全由A决定”。英文原文说“The sampling rate is responsible for the frequency response of the digitized sound”,也就是说越高的取样率,能够包含的频段也就越广,这是很自然的事情。

但是JWang一直混淆了这个概念:能够包含某个频率的声波并不意味着100%精确地包含。这就好比44.1k/8bit的格式和44.1k/24bit的格式,对于同样的模拟输入,两者都可以包含其中20kHz的信号,但是,8bit的量化误差要比24bit的大得多,因此前者虽然能够包含20kHz的信号,但是这是带有了较大量化误差的扭曲。

“The sampling rate is responsible for the frequency response of the digitized sound”——没错,但是responsible之后,精度如何呢?这就由接下来的“bit数”来决定了。

因此JWang最后加上自己的理解,说“44.1/24和192/24有明显的区别”——他肯定是把“The faster the sample rate, the better the accuracy of getting a true picture of higher frequencies. ”这句简单的英文错误地理解为“越是高的抽样率,对高频率的描述越是精确”了。

事实上,同样的输入下,完美的44.1/24和192/24编码器,对于低于22.05kHz的所有信号的记录精度是一模一样的。这个结论不与JWang所引用的任何英文资料矛盾。
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如果不清楚,我就推荐几张,都是CD+ DVD,DVD里面有LPCM 24/96音轨的.


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JWang 在 2006-3-19 1:38:38 发表的内容

进一步地讲,假定192/24和44.1/24对于20kHz的信息在理论上是一样的。为什么这么多的专业音响中要做到96/24或者192/24的功能?做成44.1/24就可以了,又不浪费带宽。抽样越高,必然导致带宽的提高。在民用产品中,按照felixcat的理论,DVD-A同样是除了浪费带宽而没有任何意义。这很明显是胡说八道的了。


你问这个问题正体现了你对硬件知识的无知。

A/D的第一步首先是要对模拟信号进行滤波——把超出Nyquist频率以上的所有信号都滤掉。所以滤波电路的设计很重要。44.1取样的Nyquist频率上限是22.05kHz,人耳的听力上限是20kHz,所以对于44.1kHz取样率的任何A/D,要做到的是把高于22.05kHz的所有信息滤掉,同时保持0-20kHz频段内平直的响应;而对于96kHz或者192kHz,它们要做到把高于48kHz和96kHz频率的信息滤掉,同时至少要保持0 - 20kHz频段内平直的响应。

设计过滤波器的人都知道,做到上述的要求,后者的设计难度、成本都要比前者要低;或者说,44.1k取样率的滤波电路设计,要做到性能接近于理想状态,难度很大,成本很高,不是一般消费者所能承受的。所以不要说民用产品了,专业器材现在也设计成高取样率,其中一个很重要的原因就在这里。
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JWang 在 2006-3-19 9:35:09 发表的内容
那按照你的逻辑,同样的模拟输入下,192kHz/24bit的Sampling Rate比44.1/48bit要高,对吧?——那是否按照你的逻辑,可以推出192/24比44.1/48更精确地还原20kHz的信号?!

对,但是要加上“20kHz的信号中频率的信息”。你的错误之处就是把amplitue和frequency混为一谈。


真是让人不知说什么好了,竟然认为“192/24比44.1/48更精确地还原20kHz的信号”是对的。。。那你是不是同样也认为100000000000000000000000000kHz/2 bit(也就是说这里衡量每个时间点的电压值我们只用四种状态来表示)的格式比44.1/48bit(衡量每个时间点的电压值我们用2^48 = 281474976710656种状态来表示)更精确还原20kHz的信号?!

还有,请看清我的前提:同样的模拟输入!也就是说待取样的模拟信号是一模一样,amplitue是一模一样的。

还有我什么时候说amplitue这个词了?我说的是:假如两种不同的数码格式,只要它们都能够覆盖到这个频率,那么对于这个频率信号的取样的精确度,就完全由bit数来决定。

JWang 在 2006-3-19 9:35:09 发表的内容
看来这些声卡的公司比felixcat吃屎吃的更多,格式又好,成本又低。但非得等到今天才想起做192kHz的。还得出钱去为之打广告。


假如民用产品的公司在80年代能够有技术做出稳定的、准确的如此高频的脉冲时钟,那没问题。

你以为192k的取样是现在才想起要做啊?!——其实一早就有人想这样做了,问题是,硬件技术、电路设计技术有没有跟上来!现在小小一块IC很便宜,你就以为当初开发的时候就很容易啊?!

JWang 在 2006-3-19 9:35:09 发表的内容
无聊!!!什么时候人家在讲Higher就是22.05kHz的信号?


看清楚了,我前面说了:举个例子。


JWang 在 2006-3-19 9:35:09 发表的内容
又是一个无赖。你如何来解释这个图。
[upload=gif]Upload/200631712271471207.gif[/upload]
真是差劲,又无赖。睁着眼睛讲瞎话。


你要看看原作者对这幅图的解释: To get an accurate picture of these waveforms the sampler needs to take twice as many 'pictures' as the frequency of the waveform.

原作者用这幅图来说明:假如要更好地覆盖信号所包含的各个频率的信息,足够高的取样频率是必须的。左边那幅图因为取样频率不够高,因此不能完全覆盖那条曲线所包含的全部频率,也就是说其中高于某个频率的信号,这时候完全[、丝毫/b]不能被记录下来;而右边那幅图里,因为取样频率足够高了,所以能够更好地覆盖那条曲线所包含的各个频率的信息,也就是说,里面可以含有更高频率的信号。作者说的“rough”,意思是因为取样频率不够高,高于Nyquist频率的所有信息都丢失了,所以复原的结果是粗糙的(少了某个频率以上的全部信息);而“smoother”的意思是因为高取样率导致可以记录更高频段的信息,因此还原结果会更加准确——假如你应要把“smoother”理解为没有锯齿那样的形象,那这只能说明你对D/A的认识仅仅停留在儿童智力水平。

并且原作者在那幅图后面紧接着就介绍了Nyquist定理,原作者亲自说a wave form must be sampled twice in order to get a true representation——只要取样频率高于信号最高频率的两倍,便能够“get a true representation”,JWang你自己好好看看。


JWang 在 2006-3-19 9:35:09 发表的内容
对,如果sampling rate不高,那些频率的信息完全就是Missing,你用再高的bit也是无济于事的。


我现在跟你讨论的话题是:假如两种数码取样格式都能够应付这个信号频率的时候,bit不同之间的差别。

JWang 在 2006-3-19 9:35:09 发表的内容
压根就是胡编。我引用的资料都表明192/24要比44.1/16来得优越。


你是不是连白纸黑字都看不清呢?我这里清清楚楚地写着44.1/24和192/24,什么时候跟你讨论44.1/16呢?!

我就知道每次你说不出理由的时候,就会用“胡编”之类的词来搪塞,你现在苍白得很啊。

总之,假如你不信“同样的输入下,完美理想的44.1/24和192/24编码器,对于低于22.05kHz的所有信号的记录精度是一模一样的”,那真是没法讨论下去的,因为这是最基本的信号处理常识,任何学过DSP的人都知道的。
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kao,不就是64倍超取样吗. Oversampling,他over没写.
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假如各位看客有对Nyquist定理的令人惊讶的漂亮结果有怀疑的话,我这里尝试用比较通俗的思路去解释一下。

Nyquist定理的条件

1. 取样频率大于(不能是等于,一定要大于,只要大于一点点就可以了)信号最高频率的两倍;

2. 取样点的数据量度完全准确。

为了描述方便,下面先看单一频率的正(余)弦波;对于多个频率混合的信号,可同理理解。

为何不管取样点取在哪里,只要一个周期内取够足够多但有限的点,我们就能把整个正弦函数复原出来?

道理很简单。当然,假如不是正弦函数,而是任意乱七八糟的函数,那么由有限个点是没办法把整个函数重组出来。但现在我们的优势是:

1. 已知待复原的函数是正(余)弦函数

2. 手中掌握的取样点,是该正(余)弦函数一个周期全部的取样点。

所以我们有了以上两个优势,那么就必定能把原来的正(余)弦函数复原出来。假如有怀疑的话,对于单一频率的正弦函数,不妨动手自己试一试:只要取样间隔小于半周期,那不管你从哪里开始取第一个取样点,最终你会发现只有唯一一条正弦函数曲线恰好能同时通过所有取样点。

假如还不放心的话,可以这样想:一个正弦函数的表达式是A Sin (W x + P),也就是说只要知道了A(振幅),W(角频率)和P(相位)这三个数值,那么整条正弦曲线也就完全确定了。因此要100%复原整条光滑的正弦曲线,我们不必取无穷多个点——我们只要取很有限的一个周期内3个点,就足以把A,W,P找出来(当然D/A解码不必用这么周折的办法,可以用上述Nyquist–Shannon interpolation formula做出等效的结果)。因此复原正(余)弦波,我们绝对可以以“有限”而知“无限”。

以上的描述仅仅是为了尽可能易懂,假如要想完全领会Nyquist取样定理,那最好是去看该定理的证明全文。在维基百科(www.wikipedia.org)上有该证明的简要,有兴趣的朋友不妨上去看看。

那或许有人问:虽然你说正(余)弦波有这么好的做法,但现实中声波很复杂,怎么办?

这一点我们就不用担心了,傅立叶展开告诉我们:任何的波形,都可以展开为一系列正余弦函数的线性叠加

所以为何我前面一早就说为何JWang所画的44.1/24 和192/24两幅图和理论相差甚远,因为:

1. 假如编码器性能足够好,由于量化精度都是24bit,所以只要是两种格式都能覆盖得到的频段内的信号,只要192/24能够感应到,那44.1/24也必定能感应到;

2. 由Nyquist定理,0 - 22kHz的信号肯定都能被44.1k和192k的取样频率完全覆盖;

3. 因此0 -22kHz的频谱图,44.1/24和192/24理论上应该完全一样。

但是大家看第一页JWang提供的图像,我们分明看到192/24那幅图里0 - 22kHz频段内有很多信号,在44.1/24里竟然完全没有。也就是说存在很多0 - 22kHz的信号,JWang的声卡在44.1/24模式下(和192/24都是同样的24bit量化精度!)没有记录到,那这只能说明是硬件的问题或者是人为的问题了。

那至于JWang竟然不知道Nyquist取样定理的条件,竟然举出用取样频率等于信号频率两倍的例子,那这可绝对是跳进黄河也洗不清的铁定笑柄了。

那至于JWang老是喜欢说别人的东西是他教的(问题是大家都看到了,JWang自己都没弄懂),那我们一点都不奇怪:前面早说假如JWang开饭店的话,肯定是一黑店;那假如各位网友是百万千万亿万富翁的话千万不能让JWang知道,不然的话JWang必定会用同样方法死赖着认你是老爸。
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JWang 在 2006-3-19 16:31:16 发表的内容
我看你才苍白的很。我提醒了你,Sampling rate 决定了frequency的信息。这一点你也刚刚从我这里才学到的。看看你最初的问题。整个就是在无理取闹。我可以明确告诉你。你在我提出的这么多的论据后,Sampling rate 决定了frequency的信息这一点你是刚从我这里才学到的。起先你想都没想到。可以看出苍白的是谁,只有那些没头没脑的人才会认为你是有道理的。前面的形式逻辑问题上你已经出了丑,现在又是把一种数学上的理想状况无限地推广出来。

Nyquist的定理是在非常理想化的状况下是正确的。但是,现实中这种理想的状况是不存在的。从我的实验中也表明这种状况是不存在的。下面我提一种可能的解释


[upload=jpg]Upload/200631916294135128.jpg[/upload]

在图的上半部分是44.1kHz的抽样,下面是192kHz的抽样。红线表明抽样点。在A的状况下,Nyquist定理是完全正确的。这是一种理想的状况。其要求正弦波和两个抽样点完全同步。但是在很多情况下,这个同步是不可能达到的。有可能出现B的状况。在B的状况下,其值为零。当然更多的情况是C的状况下。为了克服现实中的非理想状况。提高抽样是一个解决方法。现在来看192kHz的状况。在D, E, F中,任何一种状况下都可以比较精确地重建原来的正弦波。绿色的线表明了这种状况。

由于我的声卡支持192kHz,即Sampling Rate 增加了,故192kHz的频谱更正确地表达了analog的输入。



你看清楚Nyquist定理没有?!Nyquist定理要求取样频率大于信号最高频率的两倍!(看清楚了,是大于而不能是等于!)

你画的A,B,C三个图,都是取样率等于信号频率的两倍!根本就不满足Nyquist定理的要求。你试一试在那个三角函数一个周期内等距取样至少三个点以上(这样就满足Nyquist定理了),你就会发现不管这些点取在那里,只可能有唯一的一个正(余)弦函数通过这几个点。

JWang连最基本的定理的条件都没看清楚,就来邀功请赏说谁向你学什么什么,世界上还真没见过像你这样不要脸的!——说真的,假如谁要向你学这些半吊子的伪科学,那他还不如去上吊算了。
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