Re: [閒聊] 數位會不會失真?

看板Headphone作者 (阿咧?)時間10年前 (2013/09/11 16:13), 編輯推噓10(10推 0噓 6→)
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※ 引述《max8201 (我是一隻小笨狗)》之銘言： 原PO想必對這領域很有興趣，我可以稍微幫你補充關鍵字， 然後可以照著關鍵字找相關的文章文獻，可以學到很多東西， 說不定原PO越做越有興趣，改天就來自己開發DAC系統! 不過小弟雖然是IC相關，但不是做D/A 也不是做音響的， DSP成績也很爛，演算法不太懂，音響學也是一知半解， 如果有甚麼錯誤的地方，還請版上各位大大補充一下。 : 在開始閒聊一切以前先說:數位本身就是一種失真 所有的訊號都是失真的，在處理訊號的時候， 都是用 "訊號與雜訊比" (S/N ratio) 來當作基準， 數位的抗雜訊能力比較高，類比的抗雜訊能力比較低，並沒有絕對的數值可以參考， 不過只要失真還在規格範圍，人體的感官察覺不到的話，那就無所謂啦! : 因為聲音是一種類比訊號，被記錄轉換為電壓訊號後，進行數位採樣 : 例如:http://ppt.cc/-vAh : 橫軸以44.1kHz (每秒切44.1k刀) 縱軸則被量化為2的16次方來儲存 : 而在類比轉數位取樣時，是一個區間1/44100秒內的一個電壓訊號 : 不一定是一個定值，所以都是取最大V (PCM格式標準規範下) : 於是一個WAV裡面就很多被量化的數位資料，等待著被轉換為電壓訊號 : 如果只是單純的轉換回去會發生什麼事? : 就是階梯狀的一個訊號，通常來說再以一個低通濾波來讓他變圓滑 : 當然不是這麼簡單，否則就不會有DAC從200元-數十萬元的差別了 : 所以D-A, 數位電路的部分，只要數位接受晶片及數位類比轉換晶片確定，基本上各品牌 : 其實都大同小異，大部分都是採用買來的classic電路。 : 所以買DAC真正在買的價值還是後面的類比處理。 市面上有很多廠商提供規格很好的DAC chip，有些還有內建DSP， 不過要發揮這些晶片的實力還需要： 1. 乾淨的電源 與 穩定的時脈 2. 散熱 與 體積的取捨 3. 支援格式還需要周邊電路的配合 這也許就是價差很大的原因吧! 另外小弟有聽過的說法是，市面上的DAC系統的DAC晶片都是同一個系列的原因， 不外乎如果只有支援 16-bits 44.1KHz 這樣古老的規格，核心DAC chip規格也許很高， 在16-bits 44.1KHz下聽起來也許有差，但沒有周邊電路配合， 變成chip很貴，周邊很便宜，發揮不出實力，音響就是講求matching 搭配， 甚麼樣的前端就要相配的後極，所以低階DAC系統用好的晶片去做效益太低。 如果你對DAC chip原理有興趣，再參考下面的。 INL DNL http://www.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/641 要做好DAC核心晶片部分有很多技巧，為了讓INL DNL 在規格範圍內， DWA(Data Weighting Averaging)是一個基本的技術， 利用隨機/平均的開啟電流鏡，來達到平均掉每個電流鏡的誤差， 達到所要求的SNR、SNDR。 或是結合DAC與Class D amplifier，DAC輸出不是階梯的方式， 直接使用PWM輸出架構，這樣輸出只要稍微濾波，似乎可以直接接上耳機。 : 而剛講到數位訊號的採樣完後，究竟數位訊號怎麼輸出到DAC : 電壓訊號總是要隨著時間一筆一筆傳送，也就是如同原採樣的時間 44.1kHZ : 有點像是按照同樣的頻率在把訊號吐出去，所以WAV裡面應該是沒有儲存時間檢查檔案的。 這是音源編碼的領域， 雖然沒有直接紀錄時間刻度，不過wav檔裡面有標頭檔， 紀載了這個檔案的取樣頻率，bit數等等的資料，照這些資料去還原， 不考慮硬體的非理想效應下，就會得到每一筆資料的時間。 : 但問題來了 : 現實中哪裡有真正的44.1kHZ? : 不管是類比轉數位的採樣，還是從電腦要數位輸出的採樣 : 都不可能是真正的44.1kHZ : 我從WaveLength 的官網看到說 即使44.08kHZ 也還是正常的運算誤差 : (再看他們DDC 的產品設計介紹提到) : 姑且先不論類比採數位的錄音室究竟Clock準不準，電腦的Clock當然不可能準了 : 且通常還是48KHz，但這樣無彷，反正就算是真正的44.1KHZ的電腦，我猜原檔案的採樣也 : 不是44.1KHz。 錄音室領域： 在錄音的時候，相信負責任的錄音師是用高過44.1KHz/ 16bits 的規格去錄製的， 然後錄製時，會使用一組獨立的Clock去當作他的取樣率，讓ADC能正常工作， 這個clock的取樣率可以超過市面上規格很多很多， 然後要發售時，再用軟體轉成低規格的大眾格式。 所以這組clock的jitter，會變成錄音檔與原聲音的誤差來源， 最多再經過DSP，勉強抑制掉一些雜訊，相信負責任的錄音師會用很好的clock去處理， 讓clock的誤差比現場的自然噪音還低。 不過用戶端的clock是不是這麼精準，也許不是最主要的問題， 一般來說電腦的電壓源的其他雜訊的 noise floor，會高過jitter的 noise floor， 換好一點的電供或訊源，效果應該會比外接clock明顯。 : USB非同步傳輸 : 所以有聰明的人發明了非同步傳輸，Clock是從DAC端開始送出，有點像是DAC放了個棋子 : 在電腦那邊(驅動) ，那DDC及DAC的Clock是真正的44.1kHz嗎? : 腦補區: : 應該是用傳封包的方式(傳檔案的方式)給DDC接收到，在進行數位檔案轉電壓的動作。 非同步有個關鍵字，handshake asynchronous 這個跟電腦的clock無關，非同步就是一筆一筆傳資料，傳到DAC系統放在暫存器內， 暫存器滿了就把ok的訊號往下拉，通知電腦晚點再傳。 DAC撥音樂就是把資料，根據DAC的clock，一筆一筆送出， 所以誤差是 錄音的jitter noise + DAC 的 jitter noise 至於這兩個雜訊相加，noise floor 會變高還是不變，就很難說了。 : 超取樣 : 當然還有另外一些人也是聰明的不得了。 : 用超取樣的方式，用高於其兩倍以上的頻率去取樣，以量取勝 : 等於是說原本0110的訊號變成00111100，當然也有可能變成01111100 也有可能變成 : 00111110之類的....去消除沒有真正的44.1kHZ這件事。 : 不過這個誤差就變小了，原本0110可能誤差為0.2kHz因為被超取樣，某種程度上誤差就 : 降低了，但是隨之錯誤率也增加(因為莫名的取樣數變多)，所以變好變壞? 超取樣 oversampling 常見於ADC的技術，同樣的時間內，多取幾筆資料，可以提高A/D 轉換過去的SNR， 增加A/D 的 有效位元(ENOB)，本來只有14bit 是正確的(高於所有失真+noise floor)， 變成16bit是正確的(高於所有失真+noise floor)。 0110 → 00111100 是把bit 數提高，不能說這就是超取樣。 另外DSP中也有oversampling這個技術，把訊號重新用比較高的取樣率重新取樣， 會帶有升頻的效果，下面會提到。 : 昇頻 : 當然也有些人用昇頻的方式用44.1kHz接到訊號後，以運算法的方式重生數位電壓訊號 : 類似非同步的概念，以運算IC的Clock重生更高Clock的訊號再以同樣的Clock丟給DAC : 腦補區 或者重生44.1kHz(沒聽過重生44.1k) : 是好是壞? : 反正都沒人是準的，死馬當活馬醫 升頻，是modulation 的一種 http://analoglib.net/wordpress/wp-content/uploads/2013/05/image11.png
類比端來說，舉chopper stabilization 當例子， 把訊號頻率，調變到高於雜訊的頻率，經過電路後，再把原訊號變回來， 此時訊號調變兩次，變回原頻率， 雜訊調變一次，跑到高頻， 這時候就可以簡單的用低通濾波器濾掉。 數位端的話，就是DSP上使用的升頻(up-sample) 或是oversampling， 是把把數位訊號重新取樣，改變取樣頻率， 多出來的資料補零，於是在頻域上會有很多原本的訊號，分佈於較高的取樣頻率， 可以實現很多數位演算法，升頻(up-sample )與降頻(down sample)是DSP的基礎做法。 至於在DAC上或是播放軟體看到oversampling 多半是源訊號升頻之後， 訊號佔取樣頻率寬度變窄，可以使用簡單的數位濾波器做濾波， 減輕濾波器的負擔，讓訊號濾的比較乾淨! 詳細： Upsampling (D/A 數位端) 與 Oversampling (A/D 類比端)的不同 Upsampling vs. Oversampling for Digital Audio http://www.audioholics.com/audio-technologies/upsampling-vs-oversampling-for-digital-audio Upsample 在DSP的例子 ex. anti-aliasing http://www.youtube.com/watch?v=kKb_9rmTnHY
不過小弟不太了解演算法，這個就要請教懂DSP的人。 : 那話說回來這些失真人究竟能不能分辨?如果不能分辨，那麼就算可允許的失真範圍? : 我先前找到一個網站: http://tonometric.com/adaptivepitch/ : 我自己亂測試自己大概可以分別出 1.5Hz左右的分別 : 中央C的LA為440Hz 假設440HZ 與 441Hz同時出現我能分別(假定神人能分辨1Hz) : 假定為sin函數:和差化積後，出現sin[(w1+w2)/2]*sin[(w1-w2)/2] : 也就是我能辨別的388080 Hz 這個Hz在腦中 : 大家都以為440HZ 真的就是一個440Hz的sin嗎? : 當然不是有音色 別忘了 : 若以另一個想法: 所有的可微分函數皆可用sin 跟cos各頻率組合而成 : 所以有錄音經驗的人一開始就會覺得奇怪 : 為何我彈一個Do,錄音的頻譜卻從幾百Hz-20Khz : 都有呢? 因為音色裡面有很多共振函數 : 但這真的很驚人，我們竟然可以辨認388.1KHz的東西 : 所以會不會突然覺得44.1KHz有點不夠用? 但還好我們目前看到只要有幾K價位以上的DAC : 應該會用類比端調音的方式讓你無法分辨 : 以上綠字計算錯誤抱歉 388080 Hz?? 這樣表達會讓人誤會，Δ1Hz會不會好一點 之前版上分享過，相關的訊號產生軟體，不過好像被洗掉了.... http://www.ne.jp/asahi/fa/efu/soft/wg/wg.html 語系相容軟體 http://ppt.cc/vOnm 可以玩玩看 1. 系統(含耳朵)最高最低可聽到的頻率 2. 極限高頻在不同取樣率的聽感 3. 混波調變各種電子音 : 又講回數位 : USB數位線材為何能影響聲音在USB非同步傳輸情況下 : 這讓我會想知道究竟是Clock過去電腦那邊，還是是封包過去DDC那邊，如果是封包過去 : 那不就需要有暫存區給封包? : 腦補區:線材的電容值會影響各頻率的相位變化,但在數位傳輸是以44.1kHz : 我想75歐姆阻抗也是由此計算得知吧(好像還要包含端子) : 但在傅利葉轉換下,數位訊號標準是方波，可得知包含很多極高頻訊號，不過我想這點不用 : 擔心，我覺得DDC會把你在醜的數位訊號解讀正確，只要Group 波包沒有瓦解就行。 : 在下物理系魯蛇，聽音樂時還是就聽音樂好了，別亂想ˊ>ˋ 另外又回到音響玄學了，我個人是相信聽起來不一樣，是真有其事， 人耳的靈敏度很奇怪，高頻低頻極限很窄，但是對頻率的差異卻很敏感。 而且很多看似玄學的東西，就好像是中醫一樣，是多年的經驗法則累積起來的， 等到生理學解剖學微生物分生等等的學理建立之後，才有辦法回頭看到這些原理。 最後我有些問題， 75歐姆阻抗是? Group 波包是甚麼? -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 140.116.164.44 ※ 編輯: INIKS 來自: 140.116.164.44 (09/11 16:16)
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09/11 16:18, , 1F
75歐姆阻抗是指傳輸線的特徵阻抗，常見是50/75/110歐姆
09/11 16:18, 1F
推
09/11 16:32, , 2F
好文章 不 m 嗎 ? (好吧 我承認我也看不懂啥是 G 波包 <死>)
09/11 16:32, 2F
推
09/11 20:00, , 3F
這感覺像是看網路遊戲的攻略XD
09/11 20:00, 3F
推
09/11 21:52, , 4F
話說 聽說更高頻或更低頻的訊號 雖然單音聽不到
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09/11 21:53, , 5F
但是和其他頻率混在一起時 好像經過訓練就可以分出來?
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推
09/11 22:20, , 6F
大推，0110那邊表示的確有問題，我想指的是會有將一個DATA
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重複取兩次的情況,那指的是一秒內過去的DATA數量
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波包指的是一個方波裡包含很多sin and cos函數，頻率不同
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對應到的阻抗不相同,而整個群的表現頻率為44.1kHz
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09/11 22:25, , 10F
wave packet ? 這好像不限方波喔 ?
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恩 不限
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09/11 22:33, , 12F
只好快把這份文章備份起來...
09/11 22:33, 12F
這篇好像沒有講到重點，而且內容好像有錯... 但是又不知道怎麼改orz 總之重點是這套軟體 wave gen 這套軟體真的很好玩 http://www.ne.jp/asahi/fa/efu/soft/wg/wg.html 拉到最下面之後，下載150版，這版本好像可以做數位濾波! 1. 解壓縮會卡住的話，把裡面的txt檔改成英文 2. 下載語系相容軟體 http://ppt.cc/vOnm 3. 打開之後安裝，加入預設語言"日文" 4. 右鍵剛剛的WG150.exe 就可以選擇日文開啟 5. 各種波型自由使用! ※ 編輯: INIKS 來自: 122.117.172.136 (09/12 00:07)
推
09/12 00:09, , 13F
蛤?
09/12 00:09, 13F
推
09/12 00:10, , 14F
End後直接掃到日文開啟+真的很好玩 瞬間以為跑錯版
09/12 00:10, 14F
※ 編輯: INIKS 來自: 122.117.172.136 (09/12 00:40)
推
09/12 00:42, , 15F
這個程式很好用啊~ 把電腦變成2ch function generator XD
09/12 00:42, 15F
※ 編輯: INIKS 來自: 122.117.172.136 (09/12 00:53)
推
09/12 01:45, , 16F
I 兄呀 講概念性的東西不用多精準 沒有顯著錯誤就很棒囉 :)
09/12 01:45, 16F
http://inst.eecs.berkeley.edu/~ee247/fa07/lectures.html 12~17 關於DAC的投影片 ※ 編輯: INIKS 來自: 140.116.164.44 (11/14 17:27)
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