关于CD机的1bit与24bit/96kHz技术（转贴）1bit与24bit/96kHz

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一、 关于24bit/96kHz数/模转换芯片

　　目前，主要的24bit/96kHz数/模转换芯片制造商有几家，比较常见的是美国的Crystal公司和Burr Brown公司。

　　Crystal公司的产品是CS4390。原厂公布的主要指标为：Delta Sigma方式，128倍超取样；适用于32kHz、44.1kHz、48kHz、96kHz；信噪比为115dB；动态范围为106dB。

　　Burr Brown公司的普及型产品是PCM1716与PCM1728。原厂公布的主要指标为：Delta Sigma方式，8倍超取样数字滤波；信噪比为106dB；动态范围为106dB(PCM1716、1728的上述指标完全一样)。

　　至于24bit/96kHz数/模转换芯片应引起大家关注的是解析力、信噪比以及动态范围三项指标。解析力就是反映声音强弱变化的能力，也就是将声音强度分解为224(16 777 216)种不同强弱的能力。信噪比就是声音信号强度与噪音强度的比值。目前，国内已有多款24bit的机种出现，采用的数/模转换芯片是CS4390或PCM1716。但是，某些24bit机种的信噪比不高，多数都采用Video CD的伺服(Servo)电路。这种类型的电路分为两种：第一种是独立时钟、单CPU控制电路；第二种是Philips提供的双时钟、带DSA接口的双CPU控制电路；这两种电路最大的问题是容易造成时钟被干扰的现象，使提供给数/模转换器所使用的时钟频率不稳定，造成较大的声音失真度。因此，这两种伺服电路是产生噪声的主要源头，这一点应引起厂商的高度重视。由于产生噪声的因素很多，如果不能有效地降低噪声使其降到最小，那么即使有再高的bit数也是无济于事的。当然，就是最伟大的设计师也不可能完全消灭噪声，因此，信噪比这个数字越高越好。动态范围就是从最小声到最大声的幅度。同时，也能反映出对声音的灵敏程度。理论上讲，1bit的动态范围是6dB，24bit的动态范围应该是144dB。但是，目前尚未有144dB的机种出现，其主要原因是由于录音设备及其他技术因素造成的。如：最先进的录音话筒的动态范围也超不过120dB，要想得到144dB的动态范围，至少录音话筒的动态范围应当超过144dB。

　　二、 关于Delta Sigma及1bit DAC

　　许多读者非常关心并希望能够了解1bit的含义，曾经有人提出过这样的问题：到底是24bit好、还是1bit好?甚至还有朋友提问：某某机器说是1bit为什么输出是24bit?到底这样的机器是24bit还是1bit?其实，针对第一个问题很好回答：如果单从量化的角度看，当然是24bit好过1bit，然而，问题决不是如此简单，它涉及了两个完全不同的技术概念，其一：24bit、1bit是关于量化的概念；其二：这里又牵扯到多bit、1bit 解码方式的概念；那么，针对第二个问题可以肯定地回答：从来就未曾有过量化精度为1bit的机器，而这个问题需要解释的是有关1bit DAC的工作原理，因此，对以上问题作一次较为全面的解释是非常有必要的。

　　自从1987年Philips公司生产的全球第一颗1bit(单比特或称为单位元)DAC芯片问世以来，Philips公司便将这种单比特技术全面应用于其公司的高、中、低不同档次的数码音响产品上，随后，某些日本厂家也将单比特技术应用于自己的Hi?End产品中。而在当时，除了Philips及日本的产品之外，其他国家的产品仍然采用的是多比特技术。对于单比特技术而言，实际上是在比特流技术理论的基础上演变成的不同数学模型用来处理经过量化的数码数据，常见的单比特技术形式有：Bitstream、MASH、Delta Sigma等，由于近几年来美国Crystal公司在单比特技术上的卓越成就，使同为单比特的Delta Sigma方式大受好评，Delta Sigma方式不仅仅被广泛应用于中、低价位的数码音响系统中，更重要的是Delta Sigma方式还被相当多的厂家用于其生产的顶级Hi?End器材中。

　　1.为什么采用单比特技术?

　　单比特技术最重要的目的就是要将多比特的数码信号直接以1bit DAC进行解码，再利用模拟电路或数码电路将数码音频信号调变为模拟音频信号。其最大的好处是它不再像多比特解码器一样需要用到16或18、20、24个很精密的基准电流来代表经过量化后的多比特(16、18、20、24bit)数码音频信号。因为，多比特系统在低频部分由于基准电流太低的原因，使信号变得相当微弱，如果电源或电路设计不当，就很容易造成解析力大幅度降低，一般来说，多比特系统常见的非线性失真及过零失真就是这样造成的。因此，采用单比特技术可以避免多比特系统容易造成的非线性失真及过零失真。

　　单比特系统的另外一个好处是一个芯片解决问题，配备了具有超取样技术的数码滤波器及插值(或称为插补)算法，目的是将经过激光拾取器拾取的数码信号在进入解码器之前的过程中所增加的高频噪音，或模拟信号在进行数码化时产生的量化噪音，通过超取样的方法加到较高的频率。然后，利用插值读取的数码信号在经过超取样之后，数码滤波器用插值算法在数码信号之间插入了一些数码信号，对形成的数码曲线进行修补处理，以获得较佳的平滑度。与多比特系统相比较，多比特系统中的数码滤波器是与数模转换器分开的，在电路设计方面，版面占得较大，电路较为复杂，设计难度较高，因采用器件多而造成成本偏高，想出好声音并不容易。其实单比特系统是一种返朴归真的设计，尤其是Crystal的Delta Sigma结构，将数码滤波器、数模转换器(1bit DAC)全部放在一个小小的芯片中。因此，它的外围电路非常简单，采用器件少，较为经济，只要你的电路设计合理、电源干净、信噪比高，一定会有满意的声音表现。目前，Crystal的Delta Sigma家族有：CS4328、CS4329、CS4390、CS4393。

　　2.关于Delta Sigma

　　多比特系统的解码原理是：一次对16个数码位(或18、20、24个数码位)进行解码，数码信号不需要经过调变的过程，也就是说，不需要重新排列信号。

　　单比特系统的解码原理是：一次对1个数码位进行解码，数码信号还需要经过一个调变电路(Delta Sigma)，也就是说，还需要重新排列信号，将处理过的单比特数码信号连贯起来，送1bit DAC进行解码。而这样对信号的处理方式，就称为Delta Sigma方式。其原理是：先对接收的数码位进行超取样及插值运算处理(可以接收16～24bit数码信号)，然后再进行Delta Sigma调变，将调变数据送1bit DAC进行解码后，再转换成模拟信号输出。

　　举例来说，一串用细绳穿起来的珠链。我们用两种方法将细绳上的珠子取下来，第一种方法是：分若干次取，每次取下固定数量的珠子；第二种方法是：有多少颗珠子就取多少次，每次只取一个珠子。实际上，第一种方法就相当于多比特方式，只有接收到全部16位数码后，才进行一次解码处理。第二种方法就相当于单比特方式，一个数码位一个数码位、连续不停地解码处理。对于大多数人来说，没有必要将Delta Sigma的数学理论弄清楚，只要知道多比特与单比特的区别，它们各自的工作方式有什么不同就足够了。

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