主题 : 音质到底如何?PC作高音质音源的利与弊
Freestyle_
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0 音质到底如何?PC作高音质音源的利与弊

音响作为成年男人(当然有女烧友,不过数量极少)的玩具,究其历史,估计可以上溯到从爱迪生发明留声机开始算起,也有一百多年历史了吧。但综观其原理,到目前为止,音响科技的主流,还脱离不开电磁-动能转换的原理,似乎几十年来在基础层面没什么大的进展,有的只是基于基本原理之上的各种完善,但电平信号-功率放大-电磁能量与动能的转换--振动空气产生声波--这条套路还真是一成不变。当然这期间有不少的新思路,但由于技术的不完善或成本及其他原因,没有普及开来,因此不能成为主流。不过,本文不是要提出什么音响科技新思路,所以这不是重点。

▲高音质的音响系统
  电平信号-功率放大-电磁能量与动能的转换-振动空气产生声波,这条套路还可落实简化为音源—功率放大器--扬声器三大件,也即烧友们整天捣鼓,乐此不疲的东西。结合科技的发展历史,研究一下这三件头,可以发现,后两件严格来说,几乎是止步不前,有的只是指标上的不断完善以及新材料的更新换代,但是整体上看来,还是和几十年前的那样眼熟,呵呵!反而是头一件,从理论到实际,已经进行了几代跨越式的更替。音乐信息的载体从机械式(粗纹密纹唱片)到电磁(磁带一类),再到光电(CD唱片一类,目前正大行其道),到目前提出的纯数字载体(PC计算机,再细致些指的是其中的磁盘上记载的0和1的信号),其原理已经不能同日而语。

▲中高端2.0音箱对音源具有更高的要求
  但对于广大的音响发烧友来讲,普遍关心的问题是,那一种载体更HIFI呢?HIFI是“高保真”的英文缩写,这个词从专业音响电气工程师和业余发烧友的角度来理解,是有很大差异的;专业音响电气工程师的标准是电器性能指标,业余发烧友的标准则侧重于个人的“听感”,因此发烧圈里有很多名词,如“空气感”、 “音乐感”、“贵气”等的指标,在专业领域,是不可测量和没有标准的。
  这里不准备讨论人的听感的差异带来的争议,还是从技术的角度来探讨各种音乐信号载体的“高保真”度。
  从各种技术角度来看,数字信号有着无可比拟的“高保真”度(不谈专业晦涩难懂的技术名词,有兴趣的可查阅各种资料),基于计算机的原理,出错的几率可为小数点后的N个零;但为何大部分的烧友对于PC作HIFI音源持否定的态度?

▲PC已经成为日常生活中最重要的音源之一
  PC作HIFI音源,接入到音响系统中,有几种接法:
  1,PC(CD、DVD光驱--声卡模拟信号输出)--功率放大--扬声器;
  2,PC(CD、DVD光驱--声卡数字信号输出)--数字解码器--功率放大--扬声器;
  3,PC(磁盘内的APE,WAV文件--声卡模拟信号输出)--功率放大--扬声器;
  4,PC(磁盘内的APE,WAV文件--声卡数字信号输出)--数字解码器--功率放大--扬声器;
  从音响听感来说,这几种方法相比,第4种的方法效果最好。但有些烧友听过后,还是认为不能和高品质的CD机发出的声音相提并论。
  那么,是什么造成这种情况呢?
 

PC音质好?CD音质好?还是心理作用?
  撇开心理因素,来探讨一下两种方式的差别。
  1,目前来说,高品质的CD机的制作技术已经很成熟,除了与生具来不可克服的JETTER误差外,几乎没有了可闻的机械和电磁噪音;但PC机,目前可用于HIFI系统的 HTPC或HDPC机,仍然带有可闻的机械噪音,主要是冷确风扇,磁盘运作带来机械噪声;电磁噪音是由于各种芯片高频运作产生的电磁干扰。
  2,在数字解码前的环节来说,CD机的信号纠错机制,和PC机相比,不是一个级别,一个是忽略,一个是高速的反馈-纠错,从这点上说,PC机的信号更“HIFI”;

▲声卡的布线、做工以及抗干扰能力直接影响它的音质表现
  3,从电器制造的工艺上来说,PC元器件的制造的级别,也比普通的CD机高很多级别,几乎要在无尘的环境中进行,而且电器性能的指标要求也比CD机的高很多。
  4,从储存的方便性来讲,PC机比CD机更优越;
  5,操作性,CD机非常简易,PC机相对来讲还是很繁杂;
  6, 分析一下成本。PC机做为HIFI或高清AV信号源,相对高品质CD机来讲,还是比较低的,HDPC或HTPC中较昂贵的器件就数声卡和显卡。目前通过很多人比较,在1000~4000元左右的声卡效果较好,过高反而没有意义,并非价钱越高,用料就越好,而是取向不同,专业的偏重,例如随着各类接口的增多,附带软件的增多,价钱就非线性的增加,而这些与民用理解的HIFI不一样,而且意义不大;低价位的声卡,也有声音表现不错的,但大部分的HIFI表现平平,一般烧友都会认为是“垃圾”。显卡的要求除了高性能,还要讲求静音,这里显卡不是本文重点,就不多讲。

▲只有高音质声卡才能满足中高端2.0音箱的需求
  另外,对CPU内存主板硬盘的要求,作为HIFI音源的HTPC和HDPC,比普通用途的PC要求要高些,费用超出大概在30%~80,90%,高配置会达到2~3倍,但这些超出的部份在烧友看来,简直不值得一提。另外是较重要的硬盘部份,大容量是必须的,再有就是寻道时要静音,就目前的主流磁盘技术来讲多少还是带有些寻道噪声,也许将来的新技术会让硬盘“鸦雀无声”,这是后话。
  7,可升级性。这是PC的长处,不说了。
  PC最终是否会取代CD,成为新一代商品大众化的高品质音源?这一点我不敢断定,但似乎是一种趋势,类似于以前新旧音源更新换代那个时候的味道。这一点好象有明朗化的迹象。
  有可能若干年后,有烧友会觉得Intel Core 2 Duo E8600 CPU系统发出的声音比16核的CPU系统的更好,更有“音乐味”!而各芯片和PC厂商又开旧的生产线来迎合市场需求,就象现在的电子管和黑胶!哈哈!

▲PC VS CD
  引用一些技术性较高的说法来论证一下:
  1)理论上,PC+光纤+解码器是可以等于HI-FI CD的。
  2)实际上,目前还做不到。还是会被干扰。
  3)这是为什么呢?
 

为什么PC+光纤+解码器比不上HI-FI CD机?
  1. 在PC内的数字信号,是每一个bit都不能错的,错了PC就要死机。但是,这不是靠PC本身多么精密,多么不受干扰保证的,而是靠传输协议来保证的。PC 处理数据是要依靠校验来保证每一包数据的正确性,不正确的数据已经被丢弃,并要求重新发送了。这个丢弃的动作是由硬件完成,连操作系统都不知道。即,数字信号是会被干扰的,只是集成在硬件中的校验协议把受到干扰的错误数据丢弃,并重发了。

▲同时具有模拟RCA和数字光纤输出接口的高档声卡
  2. 声卡输出的音频传输格式不同于上面所说,它是一种同步传输格式,没有校验码。就是说,发送端只管发送,不管接收端是否正确接收,而接收端只是接收,而不知道接收能容是否正确。即,在音频传输中,错误数据不能被校验和重发。
  3. 光纤的作用只是保证信号在光纤线上传送时不被外界电磁辐射干扰,不能保证信号在发送/接收端不被干扰。
  4。类似内容也存在于USB传输协议上。USB协议专门为视频/音频通信准备了“同步传输模式”,也是没有校验的。
  但是,我说的是但是,上面只是现象不是本质:音频数据在PC内传输、处理,最后再送到声卡,这个过程是不需要什么校验的,只要不通过任何的数码滤波或特效,那么这个数据是完全无失真的。对于所述,PC内很多数据需要校验、纠错,那是片面。计算机内CPU和RAM、外设之间的传输保证仅仅只是依靠同步脉冲和保证单个脉冲基本形状:高低电平的有效电压差。

▲解码器
  对于PC里要求重传的情况有,但这只是个特例,这种情况绝大多数存在于外设的通讯中,对于一般的台机来说,CPU、内存之间的数据传送是没有这个校验过程的。服务器的RAM有带校验的,普通的内存条谁见过校验位?如果用crc、所罗门等手段,那么就必须在内存条上增加逻辑电路,如cpu、fpga等——这种内存条到现在为止没有在任何的家用pc或音频工作站上出现过,高端服务器没研究过,不敢说,但偶敢保证,没哪个人用IBM的深蓝来玩儿声卡。
  为简化讨论,忽略DMA等特殊措施,将PC内的音频数据传输过程归结为:硬盘--->RAM--->CPU--->声卡。(忽略 CDROM播放CD的例子,这牵扯到CDROM的性能,属于复杂条件,不容易讨论)再申明一次,这个过程是不大会出错的,出错的几率跟你机器无故蓝屏的机会基本相等。
 

如何达到接近发烧CD机的音质呢?
  那么,完全无错误的音频数据传输到声卡以后,是否能够保证音频数据的无失真传输呢?我们先回顾一下声卡的SPDIF过程。
  这个过程可以简化叙述为:声卡接受的是CPU 传输过来的PCM信号,无论什么样的音频数据,包括MP3,APE,AC3,DTS等最终都需要变换成PCM格式传输到声卡。然后声卡根据SPDIF格式,将一个时钟信号和数码音频数据混合(调制)起来。

▲HiFi发烧CD机
  这个过程是否很面熟?通常偶们使用的HI-END CD机就这么个过程将数码音频信号传输出去的,只不过,CD机输入的是从转盘来的RF信号,解调后混合自己的时钟再发送。说到这儿,其实应该明白,我们需要鉴别声卡能不能发高烧也就看这:
  一,声卡在处理PCM信号时候,不能失真,这要看硬件逻辑的算法(或微代码)。这部分比较容易做好。一般档次的声卡在这一步都不错了,当然,一两百块的的低档产品偶无法作出肯定答复。
  二,声卡内部的数码滤波和所有相似功能部件的算法,这个部分对音质(注意,这儿说的不是“音效”!)的影响相当大,需要非常仔细的调整,这部分能够非常认真处理的厂家不多。

▲音乐型发烧声卡
  三,声卡处理SPDIF流时候的时钟,要求这个时钟不能够存在抖动,这关系到DSP内的锁相环等等结构的处理结果。如果存在抖动,那么这个抖动将影响到 SPDIF的信号质量。短歌行评测的声卡较多,但这部分做好的厂家不多,理由是,一个抖动狠小的晶体的采购价格将数百倍于普通晶体,最普通的晶体一般几毛人民币就能买到,但代温补的,5PPM的一般价格在1XX元,单独采购一个也许是3XX元。而1PPM/1PS的晶体更加的价格疯狂,要个XXXX米也属正常。
  四,仅仅一个稳定的晶体还不够,我们需要一个设计完善的PCB,在高速电路(所有的PCI卡已经属于高速电路)中,EMI是相当突出的。不仅关系到 MAINBOARD,同时PCI卡自身也是个问题来源。如果PCB设计不够完善,那么这个高档晶体将失去它的作用,在垃圾堆里的高档晶体完全等同于普通晶体。虽然这些不会影响到声卡的逻辑功能(同步数据处理对噪声不敏感,这就是PC为什么没校验而不随时死机的原因),但对SPDIF这种干扰却是比较敏感的。

▲PC HIFI任重而道远
  五,SPDIF输出结构,这部分同样需要一个非常好的处理结构,普通声卡上,直接将小电流的SPDIF引脚连接到输出插座上,可以想象,这种电路的电性能是否良好?不用说其他的,就是连带负载能力也值得怀疑。当然,注重这部分电路的厂家也有,比如,这次CANNON就特意增加了这部分电路的驱动能力,用了 74HCU04内的两个门并联驱动隔离变压器,虽然并不完美,但毕竟这是一个正确的方向。其实,这样的做法在传统的HI-FI圈已经得到了绝大多数人的承认。
  声卡能不能HI-FI或者HI-END,其实是不用辩论的。不用把声卡跟CD故意分开来看,其实,CD机本身就是一个典型的计算机电路,只不过这个计算机规模较小而已。短歌行在M-AUDIO Revolution 7.1声卡评测时候就给出过结论:声卡肯定可以HI-FI甚至HI-END,这是无需质疑的,但执行下来,造价或是使用价格太高,HI-END的性价比不理想。
 
原文作者:guzhiyuang,本文有改动。
 
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