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楼主: 锦锋音响

谷津Q系列音箱、耳机综合驱动器及DDS技术相关介绍

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发表于 2016-8-9 12:18 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省汕头市
本帖最后由 锦锋音响 于 2016-8-9 14:10 编辑

谷津音响总设计---张永能

DDS1.jpg
轉念
      轉個想法,如果訊號源輸出的數位音訊資料SPDIF其音量大小已經經過適當的調整,也就意味著我們音響重播器材中不再需要音量旋鈕這個物件,這將帶來重大的改變。1.系統簡化2.性能提升3.對環境保護更友善4.操作習慣改變。
時機
      音樂(聲音)之數位量化記錄約莫從1980年開始,從CD、VCD、DVD、SACD、DVDAUDIO、BD至今2015年,我們已開始漸漸習慣使用電腦及網路。簡言之:電腦及網路正在慢慢的取代我們以往熟悉的硬體。資料的網路傳輸讓我們逐步忘了光碟或磁帶的存在,既然我們使用具有資料處理及運算能力的電腦(或TV)來播放音樂或影片,為何不運用它來處理聲音大小的計算?若是,這將帶來一點點小小的缺點與諸多美不可喻的優點。
      缺點是您可能再也找不到那個可以控制音量的那台擴大機,對內心所產生的使用疑惑與音響市場產生的交易衝擊。
      我是一個音響工作者,從市場面來看我不希望它成真,但從進化與理想的角度思考,我必須提出這個做法,名為D.D.S(Direct Digital System)。
過度
      大膽的假設:未來的家庭影音設備會是什麼樣的畫面?
      我們先從訊號來源思考,顯示器(具網路串流的TV)與電腦(具資料儲存與處理)這兩樣設備均有一共通性質,那就是可透過網路取得資料與訊息,加上網路的通訊速度迅速成長,也就是透過網路來聽音樂與觀看影片變得合理而且勢必然,相對的CD、DVD、BD等這類屬於一次性的記錄元件,由於購買途徑(與網路下載)相形困難,生產及運輸成本過高,不符環境保護概念等,勢必發行量會越來越少,終將被網路取代因此這類的播放硬體開發也將越來越少,因為未來你的家裡不再需要這些曾經的時代產物。
      既然這些設備即將被淘汰,那後端的器材是否也該重新調整?
      在這兒,必須先解釋一下傳統音響中的前級與後級。遠古以前在那個黑膠唱盤與卡式、匣式磁帶的年代,由於當時的聲音記錄為類比型式,而每一種記錄體與訊號檢知元件所能產生的訊號大小與頻率斜率均不相同,因此有必要為這些不同的來源訊號先行處理與放大至一個統一的訊號強度與頻率響應,然後配上一個訊號選擇切換開關與音量控制,這就是前級的主要功能。將前級處理與放大好的訊號輸出給後級做功率放大,然後後級輸出驅動喇叭(揚聲器),如此完成一套音響組合。
      1980年代CD上市,卡式與匣式迅速退出市場,而黑膠也漸漸勢微,短短不到十年黑膠從全盛時期轉變為少數音響迷的珍藏。
      前級原本的工作是要將黑膠唱盤、卡式、匣式、收音機等這些訊號源設備先行處理與放大,然當這些訊號源一個個退出市場加上CD播放機的輸出為全頻域的高電平輸出,因此前級的工作越來越簡單,直至最後僅剩訊號選擇與音量控制,因此存廢之間頗為尷尬,遂綜合擴大機紛紛而立,也就是將前級與後級合為一體。但從音響迷的音響情感裡普遍還是認為前後級組合優於綜合擴大機,雖然從學理來看綜合擴大機應該優於前後級組合才是。
      既然前級的功能只剩下訊號選擇與音量控制,而音量控制才是其存在的核心價值,我們何不針對音量控制重新思考?
      如果訊號源的數位音訊輸出其音量已經經過適當的控制,那是否代表著前級的音量旋鈕可以不用存在,既然代表意象的音量旋鈕不存在了,是不是前級也不需要存在?將數位音訊資料SPDIF直接傳輸至後級,同時完成數位類比轉換與功率放大,這就是我所謂的D.D.S。
      D.D.S的影音設備竟是如此簡單,一台螢幕、一台電腦、一對D.D.S擴大機、一對揚聲器,如此足以!
      然!時代的進化可不能用跳的!得一步一步來,首先是現有播放器材如CD、DVD、BD等,雖然使用率越來越低,但要馬上丟棄那是有違使用情感的,設計一種器材既能符合D.D.S硬體其基礎概念又能提升老舊產品的整體品質,變成吾等工程人的重要課題。

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令人振奮的方案與對策
一、32bit數位音量演算
      音量電位器一直是音響系統中極重要的元件,這一百年來多少工程師前仆後繼的投入心血,外型設計師給予多少次的粉飾,都沒改去其原本的屬性,它是一個電阻,一個借由分壓的可變電阻,有個非常小而精細的接點,因此他有很多物理結構與電氣結果上的天限,它可以很平價但要它好一定昂貴,然不論怎麼精細的把它做得再好其現象依然。
      CD的母帶錄音有可能是24bit但CD片則是16bit,在32bit處理對策尚未出現之前採用數位來演算音量其結果是無法令人滿意的,原因在於16bit所能記錄的動態範圍為96dB,在這已經不闊綽的動態範圍裡下參數去計算所得到的結果必然誤差甚大。
數學計算中當結果產生小數點的時候,我們總要開始抉擇四捨五入或保留小數點以下幾位數,還是小數點後全部捨去?而PCM的音量數位演算正是必須在量化的數值去乘以一個参數。當乘數大於1則音量為增加,當乘數小於1則音量為衰減,以二進制的16位元來看,演算後的結果小數點以下必須去除,當量化的數值很大且衰減幅度很少,捨去的小數點往往造成誤差在於數十萬甚至百萬分之一,
例如60009的-10dB(-10dB的參數約為0.315152)。
60009×0.315152=18911.956368
                           =18911  (16bit記錄結果)
誤差為百萬分之505,
又例如 -60009的-45dB(-45dB的參數為0.005604)
                                  60009×0.005604=336.290436
                                                              =336  (16bit記錄結果)
誤差為百萬分之8636,
由此可知量化數值大者,運算衰減越多誤差越大,那當量化數值小的呢?
例 1015的-10dB
                  1015×0.315152=319.87928
                                         =319   (16bit記錄結果)
誤差為百萬分之27487,
又例如 1015的 -45dB
                  1015×0.005604=5.68806
                                            =5

誤差為百萬分之1209656,
明顯的誤差比例更大,以上的結論可知衰減越多則誤差越大,且訊號越小它的誤差比例更大。由於捨去小數點的關係,加上訊號是連續的變化,因此每一筆量化數值在音量演算乘積之後的結果,小數點下第一位有可能為1,也有可能為9當然也有可能為0的整數。捨去小數的結果將造成在連續波形上產生不連續的誤差梯度,顯然在16bit的記錄格式用16bit位元來演算與解碼是不理想的。
      將16位元擴展成更多位元如32位元,如此我們可以運用數學運算技巧,保留小數點以下16位數,這相當於運用32bit學理的192.6dB動態範圍來處理96.3dB的動態範圍,其運算誤差小到幾乎可忽略不計,今日最好的數位處理元件其呈現的品質約莫於130~140dB的動態範圍,簡言之採用32位元來計算16位元即使還是有誤差,那誤差也幾乎落在140dB動態範圍現階段可以呈現的品質之外。
      32位元的錄音意義或許存在,但我們大可利用它的精確性來運算現有16位元或24位元的音樂檔案。如果您覺得CD播放機的聲音品質是可以接受的,想必然如此的運算會更理想,因為…………………….
二、數位濾波
      現今晶片處理能力除了可達32位元其取樣率更可高達384khz,甚至更高,我們可順勢將44.1K的取樣率升頻至352.8或更高,以352.8khz為例,它是44.1K的8倍頻,如果升頻的目的只是將同一個量化的值切割成8段,對成音的結果可說毫無意義,但如果透過推算,它的結果會令人想了就高興。
      從現今科技的眼光來看16bit/44.1K的記錄格式所展開的波形頗為粗糙,若能將一量化的值切成8段同時偵測此一量化值的前後與此一值的相關大小變化(甚至是更多量化值的上升率與下降率的函數變化),將此函數列為演算參數,即可模擬出更連續的貝茲曲線。
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