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对话Thorsten Loesch:解读PCM vs DSD

时间:2014-06-05 12:26 | 作者:Hida | 文章来源:【Hi-Fi粉丝团】 | 点击次数:800次

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原生DSD还是原生PCM已经变成了实质性的问题。如果我们观察PCM和DSD数字化波形的原始数字输出,就能很清楚地看到PCM和DSD是两种完全不同的格式。

DSD PCM

每种格式都有各自的优缺点。当我们把一种格式转换成另一种格式时不可避免的会产生一些损失。更糟糕的是,在转换格式过程中我们往往去除了一种格式的优异性并把另一种格式的限制强加在其身上。所以实际上我们得到的是两种格式的糟粕而不是两种或者其中一种格式的精华。

数字音频开始于PCM(主要是日本EIJA标准14与16位PCM,也有如Decca所使用的非标准体系)和与DSD大体相似但在dbx700形式上稍显逊色的比特流系统。

原始CD标准的PCM系统每隔22.7微秒(44.1kHz采样率)把音乐信号转换成65536个值中的可接受单一值(2^16—16二进制加权位)。所以就像在模拟系统的情况,在每个时间点都有一个绝对定义值作为参考。重要的区别在于它并没有连续的波形,而是一个与原始波形近似的阶梯状波形,修正的模拟低通滤波把阶梯状波形变平滑了。

如果我们取1秒44.1kHz/16Bit的PCM音频将其可视化为图像,我们将得到一个44100*65536(宽*高)像素的图像。PCM的振幅拥有高度的精密性和分辨率。再看其不足之处,我们必须将通过低通滤波将模拟信号严格重新编码,随之而来的是相位和时间域的误差和相当粗糙的时域分辨率。

可视化图像

附录:44.1kHz PCM 数字音频系统(如:Sony PCM F1)

SONY PCM F1

附录:施勒先生所拥有的索尼PCM F1便携录音系统原本是艾伦·帕森斯的。

相比之下,DBX比特流系统每1.55微秒测定一次(664kHz 取样率,大约是DSD的四分之一)信号是否比上一个样本上下变动了。所以,每个点上都没有绝对值,对于一段22.7微秒长的视窗(这是PCM44.1kHz的视窗)只有14.6个值能被描绘出来,而PCM有65536个值能被描绘。

“噪声整形”技术可以让更多的值得以描绘,但平均要求更长的时间视窗。DSD的高取样率在一定程度上改善了这一情况。

如果我们取1秒的644kHz dbx比特流系统将其可视化为图像,我们将得到一个644000*2(宽*高)像素的图像。单比特/比特流系统的振幅域精确度和分辨率往往不高,但具有较高的时域精度。再看其优点,尽管依然需要低通滤波器,但比特流系统并不需要PCM所需的陡坡防失真滤波器。

防失真滤波器

附录:传统的比特流数字音频系统(dbx700)

比特流数字音频系统-DBX700

附录:dbx700比特流AD&DA 处理器

任何一个系统在回放环节都要求某种形式上的低通滤波,这需要我们在压缩超声波噪音和段/时域误差之间进行全面的权衡。

在这场PCM和比特流格式之争中,PCM成功地赢得了第一轮并成为了数字音频的业界标准,随后也成为了CD标准以及DVD音频系统的标准。索尼便携准专业机型PCM-F1和录音室用专业级别机型PCM1630成为了早期数字录制的业界标准,而dbx 700仅仅是一个历史的边注,几乎被世人所遗忘。

PCM发展趋向

附录 :上世纪90年代后期数字音频系统 – 单比特ADC讯号传输到CD或DVD再输出至单比特DAC (16bit/44KHz 或24bit/96KHz)

真正的PCM数字录制和录音回放使用多比特模拟/数字转换器(ADC)录制和多比特数字/模拟转换器(DAC)转换。这种多比特转换器操作十分复杂而且很耗时,因此非常昂贵,但它在数字音频发展的前十年占据了主导地位。

相比之下,单比特流类型的ADC和DAC的结构简单很多,因此生产成本更低。20世纪90年代早期,硬件(ADC和DCA芯片)市场背离了真正的PCM而向单比特/比特流转换器发展。

DAC芯片

附录:Crystal CS4303 Delta Sigma DAC与Asahi Kasei AK5327 Delta Sigma ADC

然而也有例外存在。到20世纪后期,Pacific Microsonic Model 1(随后是差不多的Model 2)是最后还坚持生产的多比特ADC系统。尽管低端市场被廉价的单比特/比特流设备占领,但多比特音频DAC设法坚持了更久,时至今日也仍应用于很多顶级超高保真度的回放系统中。

我们现在正处于这样的情况:大多数ADC和DAC都是单比特/比特流设备,而ADC单比特或比特流必须转换成PCM才能在CD上回放,而且CD上的PCM信号需要转换回单比特/比特流才可以在单比特/比特流DAC输出。这样的双重转换无疑是个下策:我们的信息遭受两次损失,声音质量也因此两次受损。随着类似所谓的‘音量竞赛’(指当时混音业调高母带音量的竞赛)的冲击,商业音乐录制的质量在上世纪90年代中到本世纪00年代中滑落至最低谷。

因此,我们可以推测许多20世纪90年代中期后发布的“PCM”录音实际上来源于单比特ADC(DSD也类似这样),然后为了编辑、母带后期处理和回放而转换成PCM,它们甚至作为‘高清’PCM在市场上销售。

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