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1、第8章数字音响设备8.1数字音响基础8.2激光唱片和唱机8.3录放式小型激光唱片和唱机8.4数字盒式录音机思考题与习题8.1数字音响基础8.1.1数字音响的基本原理为了将连续的模拟信号变换成离散的数字信号,虽有多种方法,但在数字音响中普遍采用的是脉冲编码调制方式,即所谓PCM(PulseCodeModulation)。PCM方式是法国人A.H.里福斯于1937年发明的,早已广泛应用于通信之中。随着半导体技术的进步,特别是发展到超大规模集成电路阶段后,PCM方式应用于音响领域,并进入家庭成为现实。1.数字音响设备的基本组成
2、PCM方式是由取样,量化和编码三个基本环节完成的。以PCM为基本技术的数字音响设备的原理方框图如图8-1所示。图8-1数字音响设备的原理方框图2.数字音响设备的工作原理PCM方式数字音响设备的工作原理,可用图8-2所示的波形图来说明。图8–2PCM录放音过程波形图(1)取样对振幅随时间连续变化的信号波形按一定的时间间隔取出样值,形成在时间上不连续的脉冲序列,称之为取样,如图8-2(b)所示。这个时间间隔称为取样周期,记为Ts,相应的取样频率fs=1/Ts。(2)量化将模拟信号的幅度动态范围划分为相等间隔的若干层次,把取样
3、输出的信号电平按照四舍五入的原则归入最靠近的量值,称之为量化,如图8-2(c)所示。(3)编码把取样,量化所得的量值变换为二进制数码的过程称为编码。在数字音响中,通常采用16位(bit)数码表示一个量值,即量化位数n=16。(4)纠错编码由于激光唱片和盒式磁带在制作和使用过程中会发生超过容许范围的损伤,使所读出的数字信号与原来所记录的信号有所差别,因此,必须采取纠正错码的措施。图8-2(e)中示意的是一种最简单的纠错编码方式,即奇偶校验码。它在PCM编码的基础上加入适当的表示1或0的脉冲,使各量化值所对应的1或0的脉冲数
4、均为偶数。在重放时,经解调和整形而获得的脉冲序列如图8-2(f)所示,通过奇偶校验方法找出其中(1101)属错码,再设法用其前后的两个量化值的平均值进行补正,实现纠错。在数字音响中,通常采用里德所罗门(CIRC)纠错编码方式,它将集中的错码利用交叉插置方式变换成分散出现的错码,以提高对错码的辨认和补偿能力。(5)调制模拟音频信号经取样,量化,编码和CIRC纠错编码后形成的数字信号,还不宜直接记录在唱片或磁带上。因为在数据流中可能会出现16位全部为0或1的情况,从唱片或磁带上读取时会使信号极不稳定,也会造成伺服系统的不稳定
5、。EFM(EighttoFourteenModulation)调制是指把纠错编码器送来的每16位数据分成两个字符,每个字符有8位数据,再将8位变换成14位的数据单元,作为记录媒介的记录数据,如图8-3所示。图8-3EFM调制与凹坑长度(6)帧结构数字信号是以字符为单位的,若偏移1位,就会使该字符代表的信号电平发生变化。为此,必须把记录信号分割成很小的字组,并设法判断出各字组之间的分界线,这样的字组称为帧。8.1.2数字音响的主要性能数字音响设备的主要性能指标包括有效频率范围,动态范围,信噪比,失真度,声道分离度,传码率等
6、,其中有些指标可从取样频率和量化位数等参数值分析得到。1.有效频率范围的上限频率fm因为CD唱片的取样频率fs=44.1kHz,所以允许音频信号上限频率fm≤fs/2=22.05kHz,这就是有效频率范围的极限上限频率。2.信噪比(S/N)和动态范围理论分析表明,由量化噪声决定的信噪比可用下式计算:(S/N)=6n+1.75≈6n(dB)(8-1)式中n为量化位数,在CD唱片中,n=16,所以(S/N)≈96(dB)。在线性量化情况下,上式也就是数字音响设备的动态范围。3.传码率R数字音响系统每秒钟所传送的码数称为传码率
7、,可用下式计算:R=m·n·fs(位/s)(8-2)式中m为声道数,对于双声道立体声系统,m=2,因为CD唱片的n=16,fs=44.1kHz,故R＝1.4112兆位/s。CD唱片还要经过EFM调制,其实际传码率为4.3218兆位/s。4.CD唱机与电唱机的性能比较采用数字音响技术的CD唱机,MD唱机和DCC录音机的性能明显优于电唱机,这个结论可从表8-1,表8-2和表8-3中看出。表8–1CD唱机和电唱机的性能比较表8–2MD的主要性能及规格表8–3DCC的主要性能参数8.1.3数字音响的主要特点1.信噪比高数字音响记
8、录形式是二进制码,重放时只需判断“0”或“1”。因此,记录媒介的噪声对重放信号的信噪比几乎没有影响。而模拟音响记录形式是连续的声音信号,在录放过程中会受到诸如磁带噪声的影响,要叠加在声音信号上而使音质变差。尽管在模拟音响中采取了降噪措施,但无法从根本上加以消除。2.失真度低在模拟音响录放过程中,磁头的非线性会引入失真
