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被误解的音频

时间:2016-06-16      来源:NSR 文杰工作室      浏览次数:1340      

被误解的音频

音频CD无纠错能力且翻刻影响音质

  论坛里这些天出现了许多关于CD的流言与误解。其中误解最深的当属CD无纠错能力及翻刻CD会影响其音质这两点。今天我在这儿大家澄清一下。这些说法不但没有事实依据,而且与事实完全背离。音频CD缩略全称为CDDA,直接翻译出来就是数字音频小型碟。所以从字面上CD就是一种纯数字媒体。作为一种纯数字媒体,它和模拟设备根本是两码事。所以声称CD是半模半数的这一说法也是非常不正确的。数字音频与模拟音频在最基本的层面上就完全相异,而且无法兼容。不是我想挑拨它们。它们先天就水火不容,根本不需要我去挑拨。由于我们无法调和它们的矛盾,所以到目前为止,我们人类并未发明出任何数模结合的音频格式。而我们人类却发明了许多让它们相互转换的ADC与DAC。如果我们不将它们预先转换为同一格式而直接混合数字与模拟信号,我们得到的将是被破坏的数字信号与被污染的模拟信号。可见它们之间完全无法实现兼容,更别提和谐共处了。回到主题上来。想要弄清CD到底有没有纠错能力,终结CD复制后音质有所改变的流言。我们就需要较为全面地把整个CD系统的大致运作流程做个了解。翻刻CD虽然在数据上能与原CD保持一致。但由于刻录盘与刻录光驱的品质不一在加上刻录速度也不尽相同,如果用显微镜观察盘面的沟槽,我们会发现其形态、位置等从视觉上就存在较大的差异。所以一些朋友就形而上学地将它们称为Jitter,然后通过逻辑分析推导出音频CD音质会因为这些差异而有所区别。特别是CD光盘的物理Jitter能影响音质这一说法更是深入骨灰级发烧友的心。从表面上看,这样的说法似乎还真没问题。由于刻录时盘片的转速或是刻录激光头反应速度存在差异,在加之刻录盘的光敏图层化学性质也有所区别,所以刻录出来的沟槽的长度、深度、反光性等指标并无法做到完全统一,更无法与原盘相比。这样的光盘在读取时虽然数据与原盘完全相同,但由于数据在不该出现的时候过早出现,该出现的时候却延迟出现等情况,产生了有些朋友说得时基误差,导致最后的输出音质有所改变。事实到底是不是这么一回事儿呢?请大家跟着我到CD播放器里面逛一逛先。





 如上图所示,整个CD光盘的读取过程首先是从CD光盘被加载到主轴上并旋转起来开始。此时半导体激光发生器会持续不断地发出780纳米波长的激光。其频率约为63800000GHz,换算为振幅周期约为0.0000000000000000157秒。激光到达半透明银镜后,一部分激光会穿透银镜损失掉,剩下的一部分会被银镜发射后经由镜头聚光到达盘面。激光穿透盘面的PC塑料层到达反光层,一部分激光会穿过反光层损失掉,但通常来讲绝大部分激光和反光层继续纠缠。如果沟槽此时为凸面,激光会形成漫反射使自己与自己抵消掉,从而使反射光变弱。而如果为凹面,激光会更好地反射回去。紧接着激光离开盘面返回聚光镜然后再次到达半透明银镜。此时一部分激光会反射回激光发射器被损失掉,剩下一部分会穿过银镜,经过聚光后到达光敏二极管阵列。二极管阵列接受到光信号,然后通过专用的电路将其转化为脉冲电信号01.某些朋友以为光盘的凹面为0,凸面为1或凸面为0,凹面为1,其实这都是不正确的。CD光盘沟槽的凹面与凸面都为0,而凹凸的跳转点才为1


由于读取点线约为1200±0.5mm/s。而在激光的一个振幅周期内,读取点的位移为1200 x 0.0000000000000000157 = 0.00000000000001884毫米,也就是约0.00000001884纳米。而跳转点约为278/0.00000001884≈14755838641次,也就是约147亿次。这已大大地超过了奈奎斯特最低采样频率。所以这个跳转点机转动是否均匀,这个跳转也一定会被读取到。退一万步讲,如果由于某种超自然的原因跳转点未被正确读取,CD播放器也能通过比对跳转点前后光敏二极管阵列的电压输出水平来找到那个跳转点。所以完好合格的CD光盘在没有故障的CD播放器内的读取误码率无限接近于零。就这样,一串二进制码就源源不断地被读取了出来,存储逻辑电路系统会不断侦测缓存占用情况。如果占用过低就会发送控制信号加快主轴电机的转速,从而读取更多数据来填充缓存。如果缓存占用过高就减慢主轴电机的转速。CD播放器通过主动转速控制缓存占用率一直维持在合理水平。由此我们能看出,CD光盘转动的角速度其实一直都在不停地变化。读取点的线速度也无法恒定不变。我们若要想通过CD光盘获得音频CD播放所必须的时钟信息,单算一个主轴电机的造价都将超过整个CD播放器几十、几百甚至成千上万倍。事实上,上面提到激光读取点的线速度官方标准为1200±0.5mm/s,换算下来就是约0.83%的可允许速度误差。若按照CD光盘物理Jitter能影响音质的有趣逻辑,这样的误差也一定会作用于音频本身,直接导致音频内容跟着光盘转速的改变而变调。而事实上这样的事情从未发生。你可以试试拆开CD播放器的外壳,用手指或其它有足够摩擦力的物件按压旋转中的CD光盘使其速度变慢。我能保证你音箱播放的声音不会因为你的这种操作而有任何变调,最多就是卡顿或无声。其实这个实验已经很能说明问题。但如果我们非要继续按照这套逻辑走下去,更有趣的事情还会发生。为了保证CD光盘旋转速度的稳定性,我们还需要根据流体力学花重金改良光碟仓的空气动力结构,使其在外全慢速与内全快速的情况下都能拥有极好的气流稳定性。当然CD光盘印刷面的染料也要精细调配,图案也要小心控制,以免影响CD光盘的重量分布与风阻平衡,进而影响到CD光盘的气动性能导致时钟信号不准。显然这套逻辑不管从技术层面还是实用都完全不切实际。所以CD光盘上获得回放用的时钟信号绝对不可能完成的任务。CD光盘从来没有,也不可能有用于控制回放速度的时钟信号。既然我们不会从CD光盘上获取回放时钟信号,光盘自身的Jitter就不可能会传播给CD播放器中的数模转换器。所以一切声称CD光盘的物理Jitter能影响音质的言论都只能出自那些对CD基本原理还没有一个完整、准确、系统认识的朋友之口。











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