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LIBIDO 2007-07-13 02:03 PM

不同的數位線會帶來不同的聲音改變,這是因為"時基誤差"的關係,工程界稱為 clock jitter。
因為 SPDIF 或者 AES/EBU 這兩種數位傳輸格式,傳輸線裡面傳送的資料,除了我們所熟知的,數位的音訊取樣資料(audio sample data)以外,同時還傳送了另一個很重要的資料,但是我們很多人不知道,這個重要的資料就是 master clock,接收端的 DAC 要靠這個 master clcok 來取得傳送端 CD 轉盤的時鐘,這樣兩台個別的電子電路機器才能同步的一起工作。
而在 SPDIF 和 AES/EBU 這兩種數位傳輸規格裡面,當初制定的時候為了要節省連接線的數目,把這個 clock 調變後跟音訊資料用同一條線一起傳輸,使得這個 clock 波形很容易受到雜訊的干擾,產生 clock jitter,也就是 clock 的波形產生前後的抖動,沒有在正確的時間點上觸發上升或下降,換句話說,也就是時鐘不準了,有時候快,有時候慢,如下圖


虛線是理想精確的 clock 波形,實線是 jitter 的 clock。

當 DAC 使用這個不準的時鐘來做數位類比轉換,輸出類比的波形,我們知道取樣的數位資料除了它的每一個 sample 的振幅數值(電壓)以外,還有一個很重要的因素就是每一個 sample 點和 sample 點之間要有一個固定的間距,這樣建立的波形才會正確,而這個固定的時間間距,就是 clock:
如下圖 A),有固定時間間距,在精準的時間點上觸發的 wave 波形
B) 如果 clock 產生 jitter,DAC 沒有在精確的時間點上觸發工作輸出電壓,產生的 wave 波形


如圖所示,波形整個扭曲了。

我們來看 multi-bit DAC 受到 clock jitter 的影響輸出的電壓錯誤


最下面以 pulse 形式出現的 error,經過 DAC 的類比低通濾波器、回放電路的濾波效果,喇叭的物理濾波效果,以及我們人耳本身的構造濾波效果,最後會產生我們人耳所不喜歡的添加的頻率失真或雜訊。

所以這就是為什麼明明是數位線,傳送的是數位資料,理論上只要資料正確,聲音就一樣,但是實際上不同的數位線聲音還是不一樣,因為我們忽略了很重要的兩點:
1. 數位線裡面傳送的不只是數位的音訊取樣資料(digital audio sample data),還包括了 DAC 工作要用的 master clock。
2. 數位類比轉換的時候,除了記錄振幅的 sample data 之外,還有一個同樣重要的因素 sample rate,要有精準的 clock,否則光有正確的 data 一樣沒用,一樣只能得到歪七扭八的波形。

由於不同線材自身對波形的變化產生的 jitter 和抵抗外界雜訊干擾產生的 jitter 的能力不同,所以聲音也不相同。

延伸資訊:
1. multi-bit DAC 和 1-bit DAC 受到 jitter 的影響作用不太相同,1-bit DAC 受到 jitter 的干擾影響更大,譬如說,同樣 200ps RMS 的 white noise 的 jitter 添加到兩種 DAC,multi-bit DAC 會產生 -95dB 的白色噪音,而 1-bit DAC 則會產生 -75dB 的白色噪音。再加上 1-bit DAC 的工作頻率比 multi-bit DAC 要來得高(64x or 128x vs 8x),以及 1-bit DAC noise shaping 的工作原理產生的高頻雜訊很容易跟 jitter 產生 modulation,造成可聽聞頻帶內的添加頻率失真。
如下圖,沒有 jitter 的 16bit 10KHz 的理想頻譜圖


2ns p-p white noise 的 jitter 造成的頻譜圖,noise floor 上升了 12dB,等於減少了 2dB 的訊號解析度


2ns p-p sine jitter @ 1KHz 的頻譜圖,會造成原本 10KHz 訊號兩旁 9KHz 以及 11KHz 添加的頻率失真,由於這種多出的頻率失真和原本的音樂訊號沒有關連,和二次諧波失真不一樣,我們人耳會覺得這種失真特別討厭,特別難聽



2. 我忘了我還要說什麼了..... 呃,對了,SPDIF 和 AES/EBU 傳送的音訊資料是有檢查碼的,只是傳錯了不能重傳而已。根據實驗,其實大部分的情況下,數位傳輸的音訊資料傳輸結果都是正確的,傳幾百次也難得錯一次,所以我們大部分聽到的數位線聲音的差異,都和「資料正確與否」無關,和音訊資料是否出錯一點關係也沒有,重點完全是在 clock 上面。

大致上我們所需要知道的觀念大概就是這些 :)

以上圖和說明都是擷取自 stereophile 網站。

MrHermes 2007-07-13 02:23 PM

那如果改用兩條線來傳輸會變完美嗎?

LIBIDO 2007-07-13 04:04 PM

引用:
作者MrHermes
那如果改用兩條線來傳輸會變完美嗎?

還是會有 jitter 的影響,但是比現行的 SPDIF 和 AES/EBU 好很多,事實上已經有很多新的數位傳輸介面,例如 Pro Audio 業界使用的 TDIF, ADAT, SDIF,消費市場用的 I2S, HDMI 等等,Hi-End 音響廠商也有自行設計數位傳輸介面來傳送 SACD 的 DSD 訊號或者 PCM 訊號,都可以擺脫 SPDIF, AES/EBU 的包袱,接下來就等 SPDIF 和 ASE/EBU 完全淘汰的一天。
在這些新的傳輸介面出現之前,Pro Audio 業界就已經使用另外一台精準的 word clock 時鐘產生器,透過 BNC 連接 master/slave 主從兩台機器,同步帶動兩台機器一起工作,而不使用 master 的 clock,傳統的主從工作方式,一直是比較先進的。所以消費性產品在沒有新的數位介面可用的情況下,如果有 BNC 的 clock 輸入端子,可以用一樣的方法來降低傳輸式 jitter 的影響,只是我們比較不瞭解這其中的道理,很少會這樣做 :)

Gucci720 2007-07-13 04:36 PM

看來我們公司可以來這裡找設計電線的工程師..... :laugh:

newmansmill 2007-07-14 09:38 AM

引用:
作者blackleo
這不是MYAV的包大人

小蔡兄嘛! :eek:

真是稀客..... :D

是要開始轉戰 HI-END 電腦了嗎? :D



:flash: :flash: :flash:

:yeah: :yeah: :yeah:

jmarch 2007-07-14 01:31 PM

引用:
作者LIBIDO
2ns p-p white noise 的 jitter 造成的頻譜圖,noise floor 上升了 12dB,等於減少了 2dB 的訊號解析度


幫忙修正一下...:)~~~應該是:

noise floor 上升了 12dB,等於減少了 2-bits 的訊號解析度

減少了2-bits即代表16bits的解析度會變得只剩下14bits.~~~~

不過事實上noise floor上升多少並不是真正代表損失多少bits,

因為計算SNR的公式是10log(主頻的功率)-10log(有限頻寬內全部雜訊的功率),

所謂的"有限頻寬"一般是指20KHz以內."
"全部雜訊的功率"則代表要將有限頻寬的雜訊全部加起來.

所以當我們計算頻譜時取的點數愈多(計算較多的周期),noise floor也會跟著下降~~~計算頻譜時16384點與65536點的noise floor不一樣.....

但是SNR並不會改變,因為點數變多,被加起來的雜訊點數也變多,所以總和雜訊功率不變.....

Computer Cowboy 2007-07-14 02:34 PM

引用:
作者Ash
舉個簡單的例子,EAC和nero都能儲存音軌,為何只有EAC大家都說好,不都是數位信號嗎??

恕我直言,學校傳授的知識只是其中的一小部分,你不知道不代表不存在


又或者說"你相信的未必存在"。 :ase

lienly 2007-07-15 12:13 PM

b/c of Atama short...... :p

引用:
作者汗味站警.
沒記錯的話,
同軸線的原理是數位傳送...不是類比,
那平價的同軸線與好貴的同軸線傳送的信號有什麼不同呀?
00變01嗎?音響的同軸線也有發燒級的...


所有的時間均為GMT +8。 現在的時間是10:10 PM.

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