【正文】 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 數(shù)字音響基礎(chǔ) 激光唱片和唱機(jī) 錄放式小型激光唱片和唱機(jī) 數(shù)字盒式錄音機(jī) 思考題與習(xí)題 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 數(shù)字音響基礎(chǔ) 數(shù)字音響的基本原理 為了將連續(xù)的模擬信號(hào)變換成離散的數(shù)字信號(hào) , 雖有多種方法 , 但在數(shù)字音響中普遍采用的是脈沖編碼調(diào)制方式 , 即所謂 PCM(Pulse Code Modulation)。 PCM方式是法國人 A. H. 里福斯于 1937 年發(fā)明的 , 早已廣泛應(yīng)用于通信之中 。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步 , 特別是發(fā)展到超大規(guī)模集成電路階段后 , PCM方式應(yīng)用于音響領(lǐng)域 , 并進(jìn)入家庭成為現(xiàn)實(shí) 。 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 1. 數(shù)字音響設(shè)備的基本組成 PCM方式是由取樣 , 量化和編碼三個(gè)基本環(huán)節(jié)完成的 。 以 PCM為基本技術(shù)的數(shù)字音響設(shè)備的原理方框圖如圖 8 1所示 。 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 圖 8 1 數(shù)字音響設(shè)備的原理方框圖 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 2. 數(shù)字音響設(shè)備的工作原理 PCM方式數(shù)字音響設(shè)備的工作原理 , 可用圖 8 2所示的波形圖來說明 。 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 圖 8 – 2 PCM錄放音過程波形圖 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 (1) 取樣 對(duì)振幅隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)波形按一定的時(shí)間間隔取出樣值 , 形成在時(shí)間上不連續(xù)的脈沖序列 , 稱之為取樣 , 如圖 8 2(b)所示 。 這個(gè)時(shí)間間隔稱為取樣周期 , 記為 Ts, 相應(yīng)的取樣頻率 fs=1/Ts。 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 (2) 量化 將模擬信號(hào)的幅度動(dòng)態(tài)范圍劃分為相等間隔的若干層次 , 把取樣輸出的信號(hào)電平按照四舍五入的原則歸入最靠近的量值 , 稱之為量化 , 如圖 8 2(c)所示 。 (3) 編碼 把取樣 , 量化所得的量值變換為二進(jìn)制數(shù)碼的過程稱為編碼 。 在數(shù)字音響中 , 通常采用 16位 (bit)數(shù)碼表示一個(gè)量值 , 即量化位數(shù) n=16。 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 (4) 糾錯(cuò)編碼 由于激光唱片和盒式磁帶在制作和使用過程中會(huì)發(fā)生超過容許范圍的損傷 , 使所讀出的數(shù)字信號(hào)與原來所記錄的信號(hào)有所差別 , 因此 , 必須采取糾正錯(cuò)碼的措施 。 圖 8 2(e)中示意的是一種最簡單的糾錯(cuò)編碼方式 , 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 即奇偶校驗(yàn)碼 。 它在 PCM編碼的基礎(chǔ)上加入適當(dāng)?shù)谋硎?1或 0 的脈沖 , 使各量化值所對(duì)應(yīng)的 1 或 0 的脈沖數(shù)均為偶數(shù) 。 在重放時(shí) , 經(jīng)解調(diào)和整形而獲得的脈沖序列如圖 8 2(f)所示 , 通過奇偶校驗(yàn)方法找出其中 (1101)屬錯(cuò)碼 , 再設(shè)法用其前后的兩個(gè)量化值的平均值進(jìn)行補(bǔ)正 , 實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò) 。 在數(shù)字音響中 , 通常采用里德所羅門 (CIRC)糾錯(cuò)編碼方式 , 它將集中的錯(cuò)碼利用交叉插置方式變換成分散出現(xiàn)的錯(cuò)碼 , 以提高對(duì)錯(cuò)碼的辨認(rèn)和補(bǔ)償能力 。 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 (5) 調(diào)制 模擬音頻信號(hào)經(jīng)取樣 , 量化 , 編碼和 CIRC糾錯(cuò)編碼后形成的數(shù)字信號(hào) , 還不宜直接記錄在唱片或磁帶上 。 因?yàn)樵跀?shù)據(jù)流中可能會(huì)出現(xiàn) 16 位全部為 0 或 1 的情況 , 從唱片或磁帶上讀取時(shí)會(huì)使信號(hào)極不穩(wěn)定 , 也會(huì)造成伺服系統(tǒng)的不穩(wěn)定 。 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 EFM(Eight to Fourteen Modulation)調(diào)制是指把糾錯(cuò)編碼器送來的每 16 位數(shù)據(jù)分成兩個(gè)字符 , 每個(gè)字符有 8 位數(shù)據(jù) , 再將 8 位變換成 14 位的數(shù)據(jù)單元 , 作為記錄媒介的記錄數(shù)據(jù) , 如圖 8 3 所示 。 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 圖 8 3 EFM調(diào)制與凹坑長度 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 (6) 幀結(jié)構(gòu) 數(shù)字信號(hào)是以字符為單位的 , 若偏移 1 位 , 就會(huì)使該字符代表的信號(hào)電平發(fā)生變化 。 為此 , 必須把記錄信號(hào)分割成很小的字組 , 并設(shè)法判斷出各字組之間的分界線 , 這樣的字組稱為幀 。 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 數(shù)字音響的主要性能 數(shù)字音響設(shè)備的主要性能指標(biāo)包括有效頻率范圍 , 動(dòng)態(tài)范圍 , 信噪比 , 失真度 , 聲道分離度 , 傳碼率等 , 其中有些指標(biāo)可從取樣頻率和量化位數(shù)等參數(shù)值分析得到 。 1. 有效頻率范圍的上限頻率 fm 因?yàn)?CD唱片的取樣頻率 fs= kHz, 所以允許音頻信號(hào)上限頻率 fm≤fs/2= kHz, 這就是有效頻率范圍的極限上限頻率 。 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 2. 信噪比 (S/N)和動(dòng)態(tài)范圍 理論分析表明 , 由量化噪聲決定的信噪比可用下式計(jì)算 : (S/N)=6n+≈6n (dB) (8 1) 式中 n為量化位數(shù) , 在 CD唱片中 , n=16, 所以(S/N)≈96(dB)。 在線性量化情況下 , 上式也就是數(shù)字音響設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍。 第 8章 數(shù)字音響設(shè)備 3. 傳碼率 R 數(shù)字音響系統(tǒng)每秒鐘所傳送的碼數(shù)稱為傳碼率 , 可用下式計(jì)算 :