LP、CD格式里的几点总结和几点容易理解错的概念 [复制链接]

松香味 在 2005-11-24 11:01:14 发表的内容
看来felixcat兄的科学普及还不能深入人心，请看下面这段话；

“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。”



felixcat兄“任重道远”哟。

enrique 在 2005-11-24 16:38:23 发表的内容

我的理解:

这段话是有知识错误性的. 抽样定律(或Nyqist 采样定理) 并不是从前后的几个值去推算中间的值那么简单.  如果是简单这样的话,那是插值公式. 有很多种插值方法,线性插值, 二次曲线插值.. Bezier 插值, 样条曲线插值等等.  

插值技术的核心是借助有限的数据去推算未知的数据. 并不要求了解函数的解析式, 只要求函数具有连续性就可以. 数码相机中的"数码变焦" ,还有用ACDSee 放大和缩小图片就是用插值技术.
一张像素很少的图片放大到大图片的大小也不会和像素很多的大图片一样清楚. 这就是用已知(无凭据的) 推测未知的问题.


而采样是高于插值的, 他们是不一样的. 正如Felixcat 兄所说,如果我定义一条直线,那么有两个点就可以了. 前提是我已经知道了他是一条直线. 那么对于第三个点来的时候, 我已经知道了直线的方程式,就可以算出第三个点的函数值.  对于一条抛物线 (二次曲线) , 只需要三个点就可以了. 因为对于二次曲线, 有三个点就可以完全复原出曲线的方程式. 对于正弦信号也类似,  只要连续间隔采样,并且采样频率大于正弦信号频率的两倍,就可以算出正弦信号的方程式. 也就是说,对于周期是 T 的正弦波信号, 最少 T/2  时间采一次样,就可以根据采样值完全算出正弦波的方程式.


采样频率 f  确定以后,就已经做了一个假设,就是假设目标的频率都低于f/2, 然后下面的事情都是可以精确计算的了,而绝不是像插值那样仅仅是用已知的点去推算未知的点.

所以采样定律不是根据已知推测未知,而是根据已知,算出模型, 根据模型,算出未知. 只要模型精确度足够高, 未知就是可测得.   如果被采样的信号频率100% 的落在采样频率f 的一半以下,那么模型就是100%的正确.

felixcat 在 2005-11-22 11:21:38 发表的内容
写这个帖子的原因是因为这段时间看了众DX的讨论，felixcat从中启发甚多，同时也发现也存在某些普遍的误区，导致的心理因素影响我们正确的听音感受，所以把一些事情总结如下，如有错误之处请各位不吝斧正。

并不打算把帖子写成专业的形式，因为felixcat对此并不算专业，心有余而力不足；再者，给与正确的认知的最佳方式是在这之前给与正确的直观感受，所以felixcat还是以形象的方式来叙述，中间夹一些必要的严格的讨论。

首先按照历史的次序，先看LP。

1, 立体声LP上的声纹是按什么方式刻制的？

有一些通俗的文章说，“立体声LP的声纹横截面为一“V”字形，两壁夹角为45度，每一壁上刻录一个声道的信息”。这一段话，除了最后一句一句之外其余的确是对的。我们接下来看看为何“每一壁上刻录一个声道的信息”的说法是错的。

事实上，刻制在LP上的音纹，并不是我们要听到的声波振动信号，并且也并不止是经过了压缩调解的声波信号这么简单。正确的是：立体声LP的音纹包含了横向振动和纵向振动，其中横向振动刻制的信号是“左声道 + 右声道”这两个声道信号的和，其中纵向振动刻制的信号是“左声道 - 右声道”这个差。

不妨这样写：

横 = L+R；竖 = L - R。

这样，立体声唱头从读取出来的“横”和“竖”两个振动信号，经过唱头内部的处理，可以从中分离出左声道和右声道两个独立的信号输出给唱头放大器。

可见，LP上刻录的信号也并非原汁原味的声音信号，而是经过一些处理之后的合并、差分信号。由此也可见LP也并非不存在“同步”问题——假如上述“横”和“竖”两个信号有一丁点不同步，或者两者电平标准不一致的话（比如说唱头内两个线圈安装角度等问题），那么出来的结果将会有很大的失真——当然，人耳觉得这种失真好不好听则是另外一回事。

上述的失真是有可能产生的。注意到唱头的“声道分离度”这个指标吗？现代Hi-End级别的唱头的声道分离度，不管如何努力最多也只能有40多分贝的原因，就是因为上述“横”和“竖”两者信号之间的配合不能100%完美，导致总会出现左右声道串音的现象。

（未完待续）

felixcat 在 2005-11-22 13:16:45 发表的内容
3. 上面说了“L+R”“L-R”方式的好处，现在看看它的缺点。

首先第一个缺点就是唱头很难避免的声道串音的问题。其实这也很平常，有得必有失嘛。用声道串音的代价来避免声道之间失真的不均匀，从听感上来看是值得的。

并且LP的声道串音在一定程度上也造成了为何LP唱片听上去音场的感觉和CD会有不同。从目前的情况来看，虽然CD理论上良好的声道分离度能够更好地反映母带的音场，但由于各种因素（心理、硬件等等），似乎有些朋友不喜欢这种理论上更加忠实的声音。不过这也没关系，自己选择自己觉得好的那一种就可以了。

最后这种刻制方式还有个缺点：假如录音的时候，一个声道的音量远大于另一个声道的时候（比如说管弦乐团在演奏大编制的作品时，在乐曲的某一段，位于右边的低音大提琴在狠狠地擦弦，位于右后方的长号在拼命地吹，但与此同时位于左方的所有乐器都不演奏），这样子刻录到LP的时候，纵向振动也要出现很大的振幅，这时候大的失真就出现了。

不过不管怎样，当初伯林纳发明圆盘式的、采用横向振动方式的唱片，就因为上一个帖子里所说的种种优点，取代了圆筒式的、采用纵向振动方式刻制的爱迪生式“唱片”。

felixcat 在 2005-11-22 15:49:31 发表的内容
4. LP上记录的信息在理论上是否足够让我们有可能完整地重播出原来的信号呢？

这个问题的回答是否定的。为什么呢？的确，LP唱片理论上可以保留刻针的所有振动情况；但是LP却没有记录：刻盘机的刻针在刻盘的时候，从外边缘移向盘心的每时每刻的移动速度。这个速度通常是每时每刻都不同的，比如说CBS的LP的刻针移动的速度是根据当前信号的电平大小来确定的——电平大的时候移得快一些（这样纹距变大，有利于刻制大电平的信号），电平小的时候移得慢一些。

因此，在播放LP的时候，唱头移向盘心的运动，只能靠音纹不断向中心靠拢的这种导向来作为动力的。也就是说，每时每刻，音纹的右壁或左壁（移动快了，左壁要“挡一下”，慢了的话右壁要“推”一下）都要给唱头一个指向盘心的作用力。请注意这个作用力并不是因为唱臂超距在播放时所带来的那个由摩擦力导致的额外的内滑力（因为就算不超距，这个指向盘心的作用力仍然存在；当然，内滑力可以由抗内滑装置抵消）。

假如不明白的话，可以这样看：不管什么乱七八糟的力，我们让它们先之间互相抵消掉；抵消完之后，我们再看：唱头的确一边播放一边往里面以非匀速速度移动，所以这必定最后要有一股力在控制唱头（不然的话，唱头怎么会自己以不匀速的速度移动呢？）

所以，假如使用唱针拾音的话，不管使用的是直切臂还是曲臂之类的所有唱臂，这股力就不能避免。

那这股力对音质有没有影响呢？这当然是有影响的，问题是能否听出来。——我尝试去比较过ELP激光LP唱机的播放声音，我听得出来用激光读取和用唱头读取的声音的确是明显地不同。但问题是这种不同是否是仅仅由于上述这股力所造成的，我不太肯定，因为唱头拾音里影响音质的还有其他很多因素。

（未完待续）

开心果 在 2005-11-27 21:23:10 发表的内容

科研级旗舰 在 2005-11-27 19:55:50 发表的内容 水平位移也要有垂直切割磁力线的分量才行啊，否则怎么有电信号呢？右手定则么

你原话说的是唱针有切割磁力线的垂直分量就行。从图二里可看到
唱针是有垂直分量的，但右声道是没有信号输入的。重放时唱针依然有垂直分量，但右声道是没有输出滴。
也许我理解有误。

科研级旗舰 在 2005-11-27 21:35:37 发表的内容

呵呵，我说的垂直分量是相对于线圈而言，至于唱针的运动方向以及和线圈的位置关系是另一码事，
你要说表达的意思我知道^_^

felixcat 在 2005-11-22 11:21:38 发表的内容
写这个帖子的原因是因为这段时间看了众DX的讨论，felixcat从中启发甚多，同时也发现也存在某些普遍的误区，导致的心理因素影响我们正确的听音感受，所以把一些事情总结如下，如有错误之处请各位不吝斧正。

并不打算把帖子写成专业的形式，因为felixcat对此并不算专业，心有余而力不足；再者，给与正确的认知的最佳方式是在这之前给与正确的直观感受，所以felixcat还是以形象的方式来叙述，中间夹一些必要的严格的讨论。

首先按照历史的次序，先看LP。

1, 立体声LP上的声纹是按什么方式刻制的？

有一些通俗的文章说，“立体声LP的声纹横截面为一“V”字形，两壁夹角为45度，每一壁上刻录一个声道的信息”。这一段话，除了最后一句一句之外其余的确是对的。我们接下来看看为何“每一壁上刻录一个声道的信息”的说法是错的。

事实上，刻制在LP上的音纹，并不是我们要听到的声波振动信号，并且也并不止是经过了压缩调解的声波信号这么简单。正确的是：立体声LP的音纹包含了横向振动和纵向振动，其中横向振动刻制的信号是“左声道 + 右声道”这两个声道信号的和，其中纵向振动刻制的信号是“左声道 - 右声道”这个差。

不妨这样写：

横 = L+R；竖 = L - R。

这样，立体声唱头从读取出来的“横”和“竖”两个振动信号，经过唱头内部的处理，可以从中分离出左声道和右声道两个独立的信号输出给唱头放大器。

可见，LP上刻录的信号也并非原汁原味的声音信号，而是经过一些处理之后的合并、差分信号。由此也可见LP也并非不存在“同步”问题——假如上述“横”和“竖”两个信号有一丁点不同步，或者两者电平标准不一致的话（比如说唱头内两个线圈安装角度等问题），那么出来的结果将会有很大的失真——当然，人耳觉得这种失真好不好听则是另外一回事。

上述的失真是有可能产生的。注意到唱头的“声道分离度”这个指标吗？现代Hi-End级别的唱头的声道分离度，不管如何努力最多也只能有40多分贝的原因，就是因为上述“横”和“竖”两者信号之间的配合不能100%完美，导致总会出现左右声道串音的现象。

（未完待续）

开心果 在 2005-11-27 21:26:22 发表的内容
这个的确是一个问题，但这个力到底有多大呢？按我现在用的机器估算了一下，并假设这个变轨动作所用的时间是0.1秒（从一些唱片的纹路看，这个时间短了）。具体过程就不写出来了，结果是不到2毫克力（2毫克物体所受的重力），这么小的力不对吧，再算一次，没错，就是这个答案。这个力是2克针压的千分之一。

2毫克力的力作用在针杆上，到底能偏离多少角度呢？一般的唱头在2克的针压下，针杆偏离正常的位置的角度约5度左右，那么2毫克力可使针杆偏离正常的位置的角度约0.005度左右。从看这个数值，它对失真的影响是非常微小的，小到相当于CD机中的抖晃率。

dr kuang 在 2005-11-27 16:01:46 发表的内容
再考虑下一个环节，唱针的运动是通过什么样的方式来产生电讯号？在什么样的情况下切割磁力线可以产生电流？是否唱针所有方向的运动都可以产生电流？

科研级旗舰 在 2005-11-27 19:12:03 发表的内容

只要唱针有切割磁力线的垂直分量就行

科研级旗舰 在 2005-11-27 19:55:50 发表的内容
水平位移也要有垂直切割磁力线的分量才行啊，否则怎么有电信号呢？右手定则么

felixcat 在 2005-11-29 2:35:14 发表的内容
关于侧滑力的话题，前面也看到有朋友提出过。所以觉得有必要拿出来讨论一下。

侧滑力产生的原因并不单一。我认为主要来讲有两个方面：

1. 来自于唱头安装中轴线与唱臂有一夹角。要注意的是：在没有循轨角度误差的时候，假如唱头安装中轴线与唱臂有夹角，侧滑力仍然会产生。比如说我们来看下图这个假想的“直切臂”（当然现实中的直切臂不会制造成唱头和臂之间会有夹角的），长方形代表的是唱头，A代表的是唱片作用在唱针上的摩擦力，B代表的是A在沿斜的那段唱臂那个方向上的分力，C代表的就是水平面内垂直于唱头的那个方向的分力，也就是内滑力。大家可见的确唱头时时刻刻都与LP音纹相切，但是力C却时时刻刻都存在。

[upload=jpg]Upload/200511292253744000.jpg[/upload]

所以可见，唱头安装中轴线与唱臂有一夹角，会产生内滑力。所以所有的直切臂都是臂与唱头统一在同一条直线上的。

2. 来源于唱针的循轨角度误差。请注意，就算唱头安装中轴线与唱臂没有夹角，只要循轨角度有误差，内滑力也会产生。非直切臂除了在特定的某两点之外，都会有大小不一的循轨角误差。请看下图：

[upload=jpg]Upload/20051129227910698.jpg[/upload]

图中唱臂、唱头统一在同一条直线上，没有任何夹角。A为唱片作用在唱头上的摩擦力，它可以分解为沿唱臂那个方向的分力B（因为有循轨角度误差，所以A和B方向不重合），和垂直于B的方向的分力C，C就是内滑力。

直切臂在准确调整好之后，做到时时刻刻与音纹相切，才会没有任何内滑力产生。否则的话，比如说固定唱臂那一端的导轨在水平面内的角度没调整好，也会导致唱头与音纹不能时时刻刻相切，这时候音质受损是必然的，内滑力也会由此产生。

以上两个条件是互相独立的。

最后，超距就是为了调整非直切臂在播放时候的循轨角度误差，每个唱臂都会有一个最佳的超距。因此超距不同，循轨角度误差的情况也会不同，当然导致的内滑力也会不同。

开心果 在 2005-12-1 20:39:14 发表的内容
felixcat 兄，按我的理解，你的意思是说：

1  在直切臂系统里，只要唱头安装中轴线与唱臂有夹角，侧滑力就会产生。
现在我的问题是：A  唱头安装中轴线与唱臂没有夹角，但有循轨角度误差。这时还有没有侧滑力就会产生？

2  非直切臂除了在特定的某两点之外，都会有大小不一的循轨角误差，所以侧滑力就会产生。
现在我的另一个问题是：在特定的某两点处，有没有侧滑力产生？

felixcat 在 2005-12-1 22:15:47 发表的内容

1. 有； 2. 假如唱头安装中轴线与唱臂有夹角，有；假如唱头安装中轴线与唱臂没有夹角，没有。

开心果 在 2005-12-8 17:58:42 发表的内容



felixcat 兄的图是画得夸张了点，但直切臂的侧滑力并不是这么来的。下面的第一张图片不用介绍了吧，第二张是按你的图片的意思画的，如果分力F1是存在的话，那么系统将会向左作加速运动，但事实并非如此，说明你的分析出现错误了（待续）

felixcat 在 2005-12-8 18:06:41 发表的内容

这里可能我说的和开心果朋友所理解的不同。我画的“直切臂”现实中并不可能是这样的，也没有人会这样去制造的。我只是想用那幅图说明，就算唱头每时每刻和音轨相切，但假如唱头和唱臂有夹角，那也会产生额外的力。

直切臂（这里当然要求唱头和唱臂在同一直线上）理论上是不应有侧滑力的。

噢，忘了说，我图中的A和C两个力的方向不是随便定的，图中有辅助线标明方向如何确定。

cwk 在 2005-11-28 21:22:48 发表的内容
在这个帖子中，我想felixcat对于LP的重新认识得到了质的飞跃，恭喜、恭喜。
我也来点DD希望可以为你添砖加瓦、锦上添花吧。
在我看来下面几个缺陷严重地暴露了你对于LP的认识以及调整过程中的无知。
过分强调唱头向唱片中心的移动速度？！
LP的动态范围受到背景噪声的限制？！
使用数码相机配合调整得到MM唱头的标准VTA，然后在听感上加以论证？！
对于超距和侧滑力的认识就更无知了。

felixcat 在 2005-11-29 2:35:14 发表的内容

对于这位朋友前面那些与讨论话题无关、或者对动态范围这类基本概念的定义都没了解好就乱说的话，这里不予理睬。

关于侧滑力的话题，前面也看到有朋友提出过。所以觉得有必要拿出来讨论一下。

侧滑力产生的原因并不单一。我认为主要来讲有两个方面：

1. 来自于唱头安装中轴线与唱臂有一夹角。要注意的是：在没有循轨角度误差的时候，假如唱头安装中轴线与唱臂有夹角，侧滑力仍然会产生。比如说我们来看下图这个假想的“直切臂”（当然现实中的直切臂不会制造成唱头和臂之间会有夹角的），长方形代表的是唱头，A代表的是唱片作用在唱针上的摩擦力，B代表的是A在沿斜的那段唱臂那个方向上的分力，C代表的就是水平面内垂直于唱头的那个方向的分力，也就是内滑力。大家可见的确唱头时时刻刻都与LP音纹相切，但是力C却时时刻刻都存在。

[upload=jpg]Upload/200511292253744000.jpg[/upload]

所以可见，唱头安装中轴线与唱臂有一夹角，会产生内滑力。所以所有的直切臂都是臂与唱头统一在同一条直线上的。

2. 来源于唱针的循轨角度误差。请注意，就算唱头安装中轴线与唱臂没有夹角，只要循轨角度有误差，内滑力也会产生。非直切臂除了在特定的某两点之外，都会有大小不一的循轨角误差。请看下图：

......

图中唱臂、唱头统一在同一条直线上，没有任何夹角。A为唱片作用在唱头上的摩擦力，它可以分解为沿唱臂那个方向的分力B（因为有循轨角度误差，所以A和B方向不重合），和垂直于B的方向的分力C，C就是内滑力。

直切臂在准确调整好之后，做到时时刻刻与音纹相切，才会没有任何内滑力产生。否则的话，比如说固定唱臂那一端的导轨在水平面内的角度没调整好，也会导致唱头与音纹不能时时刻刻相切，这时候音质受损是必然的，内滑力也会由此产生。

以上两个条件是互相独立的。

最后，超距就是为了调整非直切臂在播放时候的循轨角度误差，每个唱臂都会有一个最佳的超距。因此超距不同，循轨角度误差的情况也会不同，当然导致的内滑力也会不同。