【文章內(nèi)容簡介】 濾波器低通濾波器低通濾波器低通濾波器采樣、量化、編碼（ A/D轉(zhuǎn)換）采樣、量化、編碼（ A/D轉(zhuǎn)換）CIRC糾錯編碼檢錯糾錯補償電路EFM調(diào)制EFM解調(diào)制線路放大器線路放大器D/A轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換DISC光盤圖 91 CD系統(tǒng)錄制、放唱過程框圖： 來自話筒的左右模擬音頻信號進入線路放大器，進行幅度和阻抗的變換，并在該部分電路中進行高頻分量的強化 預(yù)加重，用以提高信號中高頻分量的信噪比。 低通濾波器用來濾除音頻上限 20kHz以上的干擾信號，防止信號數(shù)字化的過程中的頻率重疊。 所謂模擬信號的數(shù)字化，就是對模擬信號進行采樣、量化和編碼。 CD系統(tǒng)中通常使用 PCM（ Pulse Code Modulation:脈沖編碼調(diào)制）方式。該過程也就是通常所說的模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換（ A/D轉(zhuǎn)換）。采樣就是每隔一定時間間隔（ CD系統(tǒng)中采樣頻率是 ），檢出輸入模擬信號的振幅值使連續(xù)變化的模擬信號在時間上離散化。量化和編碼是將每一采樣點對應(yīng)的模擬量的振幅值分級取整并以 16位二進制數(shù)來表征。這樣，時間上離散的模擬信號振幅值，就可以變換成 種數(shù)字信號。經(jīng)過上述 PCM編碼后，獲得了數(shù)字音頻信號，實現(xiàn)了模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換。 CD系統(tǒng)中并不是將 A/D轉(zhuǎn)換后獲得的數(shù)字信號原封不動的錄制在 CD唱片上，而是還要經(jīng)過 CIRC（ Cross Interleave ReadSolomon Code:交叉交織里德 索羅門碼）糾錯編碼，以便在放唱時能把錯誤碼檢查出來，對之加以糾正或補償。CD唱片在錄制或使用中，由于某種原因會使唱片表面產(chǎn)生劃痕或出現(xiàn)臟物，這樣，放唱時就不可避免地產(chǎn)生錯誤碼和信號失落，因此糾錯是提高激光唱機質(zhì)量的一個必不可少的過程。 經(jīng)過 CIRC糾錯編碼后的數(shù)字信號還要經(jīng)過 EFM調(diào)制（ Eight to Fourteen Modulation:814位調(diào)制）。每個 16位數(shù)據(jù)被分成兩個 8位數(shù)據(jù)，而每 8位數(shù)據(jù)又被擴展為 14位。采用 EFM調(diào)制的主要優(yōu)點是：信號的頻帶寬度減少；激光唱機內(nèi)部解碼電路中的壓控振蕩器的工作穩(wěn)定；唱片表面的軌跡能保持連續(xù)等。 經(jīng)過上述一系列的加工處理，數(shù)字音頻信號將錄制在 CD唱片上。 放唱過程是錄制過程的逆過程，在 CD唱機中通過光學(xué)非接觸的方式讀出 CD唱片上錄制的數(shù)字信號。 EFM解調(diào)是將從 CD唱片上拾取到的數(shù)字信號，以與錄制過程中 EFM調(diào)制相反的規(guī)律對數(shù)字信號解調(diào)，把經(jīng)過了調(diào)制的信號恢復(fù)為調(diào)制前的狀態(tài)，即將每一個 14位數(shù)字重新轉(zhuǎn)換回原來的 8位數(shù)據(jù)，而兩個 8位數(shù)據(jù)又可組成原始的 16位數(shù)據(jù) 檢錯、糾錯、補償電路是將由于信號失落及其他原因而產(chǎn)生的誤碼檢驗出來加以糾錯，不能糾錯的則是根據(jù)其前后相鄰信號推測出它的值來加以補償。 D/A轉(zhuǎn)換電路是將經(jīng)過解調(diào)、糾錯后的數(shù)字信號還原成模擬音頻信號。 為了獲得高品質(zhì)的音頻信號，這里還加入了低通濾波器，用以濾除有用信號外的高頻成分。 線路放大器的作用是把輸出電平于輸出阻抗調(diào)整到規(guī)定值，以便于外部設(shè)備相連接，于錄制過程相對應(yīng)。該部分電路包括去加重電路還原預(yù)加重。一、 CD唱片的構(gòu)造 P147 圖 92結(jié)構(gòu)參數(shù)：光盤直徑12Cm光盤厚度中心孔徑15mm記錄部分46~116mm旋轉(zhuǎn)方向：~500~200r/m坑深光道間距~：折射率的材料第二節(jié) CD唱片背面徑向 20230根音軌 ,全長約 5KM“島 ”和凹坑的長度及時間間隔是根據(jù)音頻信息內(nèi)容而變化的二、 CD唱片的制作 （信號源）： 用音響專業(yè)編輯機對音樂素材（模擬磁帶信號要轉(zhuǎn)換成數(shù)字磁帶信號）編輯在母版磁帶上。 根據(jù)對信號源的處理方式不同，將 CD唱片分為 DDD、 ADD、 AAD三種（第一字母代表錄音，第二字母代表編輯合成，第三字母代表唱片的制作） 3D由于采用全數(shù)字化處理方式，具有平滑、自然、音場特別寬闊，動態(tài)范圍大的特點，價較貴，但有珍藏價值，是發(fā)燒友的首選。（玻璃盤）見圖 93 有了母版磁帶，就可以開始制作 CD主盤了。主盤的材料是經(jīng)過嚴格光學(xué)研磨、拋光和清潔后制成的玻璃盤，在玻璃盤上均勻地涂有一層厚度大致相當于信號坑的深度，約為 ，便得到作主盤用的原盤。接下來用錄存在母版磁帶上的經(jīng)過技術(shù)加工處理后的數(shù)字信息去控制射向原盤的高功率的激光，使感光膠感光，從而將信息以坑點的形式寫入感光層。這樣做出來的 CD主盤還要進行顯影處理，把受到激光照射的那部分溶解掉，即得到凹陷的坑點結(jié)構(gòu)。最后對主盤進行電鍍，鍍上一層銀。到此，一張含有坑點結(jié)構(gòu)的 CD唱片的主盤就算完成了。 有了 CD唱片的主盤即可開始制作壓制 CD制唱片的 “模具 ”——壓模了，它將通過多次鍍鎳來完成。首先將主盤放入電鍍槽中，使其表面鍍上一定厚度的金屬鎳，將此鎳層與主盤分離，得到一張負坑的金屬負片，或稱為父盤。經(jīng)表面氧化處理后，再用此父盤以上述相同的電鍍方法，復(fù)制出一張正坑跡的鎳盤，稱為母盤。該母盤又可以上述相同的方法再次復(fù)制出多張負坑跡的子盤，即壓模。在 CD唱片的制作過程中，金屬父盤是可直接作為模具壓制 CD唱片的，但因為每個壓模只能壓制幾千至幾萬張 CD唱片。因此用父盤作模具僅使用于小批量 CD唱片的生產(chǎn)。 用壓模制造唱片的方法有：熱壓成形法、注射成形法和光致聚合法等多種。目前多采用注射成形法。該種方法是以很高的壓力把熔化了的塑料注射到用壓模構(gòu)成的模具中去，再使之固化。制成的透明塑料唱片半成品有與主盤相同的數(shù)字音頻信息。為保護 CD唱片的信息坑和使激光束能被反射，還要給有信號坑的一面加上反射用的金屬鋁膜，其作法是將塑料唱片半成品放在抽成真空的空間里并對金屬進行加熱，使之蒸發(fā)而把金屬沉積在信號坑面上，之后再在此鋁膜的一側(cè)用硬樹脂形成較厚的透明保護層。最后還要進行中心孔與外形的處理，使得 CD唱片的偏心度保持在允許偏差范圍內(nèi)，CD唱片的制作就完成了。 在 CD唱片背面貼上印有錄制內(nèi)容等信息的標簽，一張完整的CD唱片即可出廠了。三、 CD唱片的使用和維護 P149 1） ~6）1）取放 2）商標保護 3）平放 4）不重疊 5）防高溫等 6）搽拭一、模 /數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號（ 1）模擬信號的特點： 模擬信號是在時間軸上連續(xù)的信號 ?？梢杂盟哪承﹨?shù)去模擬其數(shù)值的大小。如用電信號的頻率模擬音調(diào)的高低。電信號的幅度模擬音量的高低。所以模擬信號比較直觀、形象。但是，模擬信號精度低，表示的范圍小，容易受干擾。在播放時容易受噪聲和失真的影響。（ 2）數(shù)字信號的特點：以電平（或說脈沖）有與無兩個狀態(tài)（稱為 1， 0）的多位組合來描述信號。所以有很強的抗干擾能力，可靠性高。另一特點，可以方便地進行 “存儲 ”和 “計算 ”。例如，用晶體管導(dǎo)通和截止分別代表 “0或 1”，維持這狀態(tài) 2分鐘就等于信息存儲了 2分鐘，這就是 “存儲器 ”。 總之，數(shù)字信號具有高可靠性、表示范圍寬、高精度、容易存儲等優(yōu)點，而這恰好是模擬信號不具備的。第三節(jié) CD信號的記錄 A/D和 D/A轉(zhuǎn)換 目前，絕大多數(shù)信號源如話筒、聲像設(shè)備送來的信號均為模擬信號，空間接受的也是模擬信號。把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的過程稱為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，即 A/D轉(zhuǎn)換 信號處理后要經(jīng)放大后從揚聲器輸出，或送顯象管顯示，器件的最終輸出往往是模擬信號，把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的過程稱為數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換，即 D/A轉(zhuǎn)換脈沖編碼調(diào)制（ PCM）：是 CD唱片信息處理中所采用的方法。它的作用是將 模擬信號轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)字信號 ，經(jīng)過脈沖編碼調(diào)制后得到的信號就可記錄和重放處理使用了。但必須經(jīng)過：（ 1）取樣。對連續(xù)的模擬信號進行數(shù)字化的過程中，在時間軸方向進行離散化。就是說：對模擬信號每隔一定時間間隔進行瞬時取值，用離散點來表示模擬信號的波形。這些離散點的值稱為取樣值。 為了真實反映原來的模擬信號，取樣時間間隔應(yīng)盡量地短，否則會漏掉一些信息，重放時就不能反映原來的波形了。根據(jù)傅立葉分析，奈奎斯特（ Ny Quist）提出的 取樣定理 ：如果取樣頻率大于模擬信號頻率上限的兩倍，就不會在取樣過程中丟失，即 fs≥2 fB fs為取樣頻率， fB為模擬信號頻率上限?？陕劼曨l率上限 20kHz，則 CD、 VCD唱機中選 fs=44100Hz，即每 取一個瞬時值，這樣就使取樣過程中不會丟失信號了。（ DVD取樣頻率有 32kHz， ， 48kHz， 96kHz等。符合奈奎斯特定理）（ 2）量化。 是指對取樣后的信號在幅度上按分層單位進行四舍五入取整數(shù)的過程。顯然，量化層次越多，量化誤差越小，實際上把這種誤差叫“量化噪聲 ”。故在 PCM調(diào)制中，編碼采用二進制碼，量化層次共有 2n個。這里 n是二進制碼的位數(shù)，或叫比特數(shù)。例如，用 8位二進制數(shù)碼 10101101表示（ 8比特）， 8位二進制數(shù)碼至多有 28=256個狀態(tài)，即把模擬信號幅度劃分為 256層次；若樣本用 16位表示，就有216=65536個狀態(tài)（ 16比特），即把模擬信號幅度劃分為 65536層次，精度高多了。 比特、字節(jié)、比特率。在數(shù)字電路中，討論數(shù)字信號傳輸時常用比特（ bit）單位，二進制數(shù)碼的每一位稱為 1個比特（ 1bit）。電路通過數(shù)碼信號稱為比特流，某點每秒通過的比特數(shù)稱為比特率（或碼率，數(shù)據(jù)傳輸率）記為 b/s或為 bps。 在數(shù)字電路中，存儲媒體的容量習慣用另一個單位 字節(jié)數(shù)（Byte）表示，簡稱為 B。字節(jié)數(shù)和比特的關(guān)系 1B=8bit字節(jié)的進位是： 1kB=210B=1024B， 1MB=1024KB， 1GB=1024MB 量化噪聲與量化位數(shù)（級數(shù)）有密切關(guān)系，可用下式表示信噪比 S/N = 6n + （ dB） 式中 n 為二進制的位數(shù)由上式可知， n越大，信噪比越高， n每增大一位，信噪比提高 6 dB在激光系統(tǒng)中，信噪比應(yīng)為： S/N =（ 616 + ） ≈98 （ dB）考慮其他因素影響，實際取值 90 （ dB），這個數(shù)據(jù)也是激光影碟系統(tǒng)的動態(tài)范圍。（ 3）編碼。把一個量化的值轉(zhuǎn)換為二進制的數(shù)表示。如 t1時刻的幅度值已經(jīng)轉(zhuǎn)換為 8位二進制的數(shù) 10101101。（ A/D轉(zhuǎn)換過程） D/A轉(zhuǎn)換過程是將二進制編碼還原為量化信號的過程。 CD音頻信號的量化采用 16bit，數(shù)據(jù)傳輸率 =量化位數(shù) 采樣頻率一個聲道即有： 16bit 44100Hz=，數(shù)據(jù)按樣本交替排列，所以數(shù)據(jù)傳輸率應(yīng)為單聲道的 2倍，即 bit/s 無損壓縮：計算機在二進制信號的壓縮和解壓縮時，不能有一比特的錯誤，必須和原來的信號一樣。 有損壓縮：由于人耳對某些音頻信號失真不靈敏，所以，壓縮的潛力大，但是以犧牲音質(zhì)為代價的。見表 99二、數(shù)字音頻信號的壓縮 人耳可聽頻率范圍 20Hz~20KHz，但在不同頻段中靈敏度不同，在 20~30Hz的靈敏度比 1000Hz時低 60dB。而在 2023~5000Hz的靈敏度最高。在 1000Hz時，靈敏度又逐步降低達 20dB以上。因此，我們可利用這個特性來進行壓縮。為此，把輸入的音頻信號在頻率上分成 32個小頻段（子帶），輸入的音頻最高頻率為 20230Hz，所以每個子帶的寬度為 625Hz。因為人耳對每一個頻段的靈敏度不同，因此，在不同頻段可采用不同的量化分層。例如，在低頻端可采用 10bit，而用不著 16bit。就達到的壓縮的目的。 人耳的另一個效應(yīng)稱為遮蔽效應(yīng)。表現(xiàn)在強信號遮蔽鄰近頻率的弱信號。 如 一個 1000Hz的強信號，在其邊上有一個低 18dB的 1100Hz的弱信號，那么這個弱信號就會被遮蔽掉，但若頻率為2023Hz低 18dB的弱信號，就能被聽見。必須降到 45dB以下，才會被遮蔽掉。因此，我們可以提高在一個強信號的附近的噪聲電三、 MP3壓縮方法（采用 MPEG1的第三層的音頻壓縮方法）平，提高噪聲電平就是減少量化的值數(shù)，從而達到壓縮的目的。但是，由于強信號是隨機出現(xiàn)的，所以減少強信號附近的量化位數(shù)必須是自適應(yīng)地進行。（非同時退蔽效應(yīng)） 指在一個強信號之前（ 2~5ms）或之后（ 100ms）的弱信號，也會被遮蔽掉。這是因為人腦需要時間來處理聲音信號。所以，只要降低弱信號之前和之后的分辯率就可以了。 人耳在低頻的靈敏度在 700Hz以后急劇降低，如果將頻段均勻劃分 ，每個頻段 625Hz寬，在低頻端就只有一個頻段，就無法充分利用這一特性。因此，在 MPEG第二層和第三層中就采用不均勻的濾波器，即在低頻端采用較窄的子帶，而在高頻端采用較寬的子帶。 人耳在某些頻率上，并不能分辯其聲源方向。因此就可以利用一種所謂的聯(lián)合立體聲的方法來降低碼率。所謂聯(lián)合立體聲就是在某些頻率上采用單聲道。這樣也能達到降低碼率的效果。此外，在 MPEG1的音頻壓縮中，還采用其他措施，以降低碼率并保證質(zhì)量。（ 1）采用冗余字節(jié)以作為緩沖用，因為有些音樂小節(jié)無法將其限定的碼率來編碼而又不損失音質(zhì)。為了保證質(zhì)量就需要用較高的碼率。在 MP3的碼流中就增加了一些冗余字節(jié)，以便在需要的時候就可以在短時間內(nèi)提供較高的碼率。這就是所謂的 可變碼率（ VBR）系統(tǒng)。（ 2）在 MPEG1的第三層壓縮中，還采用了 Huffman編碼進行無損壓縮。進一步降低了碼率（節(jié)約 20%），提高了壓縮比。 表 910 MP3在不同采樣頻率時的壓縮效果 P191一般， 128kB/s的 MP3的質(zhì)量就達到了 CD質(zhì)量，所以說 MP3的容量大 CD容量 10倍以上的原因。 表 910 MP3在不同采樣頻率時的壓縮效果 四、用 PC實現(xiàn) MP3編解碼 只要有一個播放軟件就可以用 PC來對這些用 MP3壓縮了的音樂和歌曲進行解壓縮和播放。（但體積大，不便攜帶） MP3隨身聽（有的有錄音功能）：內(nèi)置有 非易失性閃爍存儲器（FASH ROM） ，可以從 PC下載 MP3音樂或歌曲。 包括均衡（ RIAA）、節(jié)目源選擇電路、音調(diào)控制、響度控制、音量控制、通道平衡控制及輸入放大電路等。有時還加入低通（濾除節(jié)目源來的高頻噪聲）、高通濾波器（抑制唱片彎曲所引起的低頻 “隆隆 ”聲）等。選擇開關(guān)輸入放大音調(diào)控制平衡控制響度、音量控制均衡 音頻放大及控制電路第一節(jié) 前置放大器的構(gòu)成第二節(jié) 對前置放大器的技術(shù)要求一、信噪比高（ 90dB以上） 提高信噪比的關(guān)鍵：外部的抗干擾及減小放大器自身的噪聲。二、諧波失真?。?%以下）。由放大器的非線性所引起。瞬態(tài)互調(diào)失真（ %以下）三、輸入阻抗高、輸出阻抗低 表 101 各種節(jié)目源的 輸出 電平及負載阻抗四、具有一定的電壓增益五、動態(tài)范圍大六、左右通道分離度高七、工作穩(wěn)定可靠 音頻放大器一、按輸出級與揚聲器的連接方式分類 ： OTL， OCL， BTL (OutputTransLess無輸出變壓器）的互補推挽功率放大器，輸出與揚聲器采用電容偶合。特點：失真小、頻率響應(yīng)好、效率高等，應(yīng)用范圍廣。圖 121a）雙電源 b）單電源供電。 最大輸出功率為 功率放大器第一節(jié) 分類OUTPUTCAPACITORLESS（無輸出電容），在 OTL基礎(chǔ)上發(fā)展，輸出級與揚聲器不用電容而直接偶合，使電路工作穩(wěn)定性提高，低頻響應(yīng)和失真度有所改進，在高保真音頻設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。最大輸出功率：BTL是英文 BALANCEDTRANSFORMERLESS（無平衡變壓器），在 OTL和 OCL電路基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其輸出級與揚聲器之間以電橋方式連接。該電路由兩組互補推挽電路構(gòu)成。圖中加入兩個大小相等、相位相反的輸入信號 Vi Vi2，則 VTVT4與 VT VT3輪流導(dǎo)通，負載（揚聲器） RL上可獲得完整的正弦波信號，且負載上獲得的輸出電流比 OTL或 OCL電路大一倍為：其有效值為： 則 BTL電路最大輸出功率為：二、按功率管的工作狀態(tài)分類特點：在整個信號周期內(nèi)，功率管都處于道通狀態(tài)，電路失真小、但效率低，理論效率 50%，實際 25~35%，原因是無信號輸入時，有很大