浅谈我耳机系统的购买理由和原理上（原创）

xyzcbx

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浅谈我耳机系统的购买理由和原理上（原创）

先将我的耳机系统的照片贴出来让大家瞧瞧:



可能大家嗤之以鼻，这样也能发烧？听我慢慢道来。我先声明，我不是厂家的枪手，没有拿厂家任何好处。也不是推荐产品，而是给大家说明原理，供大家购买器材时举一反三。我的文章可能会刺激到某些商家的利益而出来拍砖！
首先说说音源：我用的是iRiver550 CD随身听，当然，用这样的随身听听CD唱片，效果确实不好，很多的细节都听不清楚，无法与发烧级的台式CD机相比。我是先将CD片在电脑中转换成MP3，再刻录到盘上用随身听上听。音质非常好！现在的MP3播放器99%都无法达到HI-FI级别。有的人就把这归罪于MP3是压缩格式不行。其实这是误区。ＭＰ３的音质是否能≥ＣＤ的音质？
有人会说：ＣＤ是无损播放，而ＭＰ３是有损压缩而成，ＣＤ的音质绝对是≥ＭＰ３的。我原来也是这样认为的。但我用原版ＣＤ压缩成ＭＰ３，在iRiver550 ＣＤ随身机+森海塞尔ＨＤ６００耳机用ＣＤ片与ＭＰ３进行同一曲子比较，发觉ＭＰ３的音质比ＣＤ的音质更好，层次更加丰富，高音更加清晰。（因ＨＤ６００耳机解析度很好）。我也觉得很奇怪！于是我查阅了大量的资料，具体分析如下：
一、读盘方面分析：
光盘储存大量的“０”与“１”的数字信息。而光驱读盘时一般常用两种方式：流媒体方式和数据方式。
CD的读盘方式是最早发明的，采用的较落后的流媒体方式读盘。
流媒体方式读盘：一般以恒定的速率读取数据。（具有时间的限制性，即时读盘），当光盘的质量不好时，即有些数据不太好读时，采取忽略跳过的方法，以保证流媒体的顺畅，（兼容性较好）。当用ＣＤ播放音乐时，盘片的质量不好时，或光头的质量不好，很多的音乐数据就被省略，音乐的细节就不够好。另外它不是采用音乐文件自身的时间控制基准，所以对CD唱盘的转速要求也较严格，所以发烧级CD唱盘有一套精密的稳速装置，所以价格昂贵。后来设计的音频、视频文件本身含有时间文件，它参考计算机的时间基准，只要计算机时间准确（不可能出错误），音频和视频文件就能稳定的播放。
后来发展越来越先进，除了CD以外，其他的文件都采用数据方式读盘：当光盘质量不好时，光驱是采取反复读盘与降低光盘转速相结合，它不受时间的限制，直到把数据完整读出为止。如果实在读不出来，计算机会停止读盘，并加以提示，避免文件被篡改。
优秀的ＭＰ３编码器Lame它不是直接用ＣＤ数据进行转换，而是采用数据读盘的方式将ＣＤ的格式用WAV完整读出另外储存然后再进行编码，保证数据不会丢失。
二、优秀的ＭＰ３编码原理：
早期的ＭＰ３编码器采取简单粗暴的有损压缩，音质当然不好。因此给人造成ＭＰ３不如ＣＤ音质的传统印象。而现在的优秀ＭＰ３编码器Lame采取多种措施来保障ＭＰ３的音质。
１、人体听觉心理学模型
下面将简要介绍一下几个重要原理:
1) 最小听觉门槛判定:人耳的听力范围是20Hz-20k Hz的频率范围，但是人耳对不同的频率声音的灵敏度是不同的，不同频率的声音要达到能被人耳听到的水平所需要的强度是不一样。那么通过计算，可以把音乐文件中存在但不能被人耳听到的声音去掉。 通过这原理，我们还可以建立模型，把大部分数据空间分配到人耳最灵敏的2kHz到5kHz范围，其余频率分配比较少的空间。
2) 人耳的遮蔽效应: 蔽效应表现在强信号会遮蔽邻近频率的弱信号。用生活经验来说，在安静的房间中，一根针掉到地上都能听见，可到了大街上，就算手机音量调到最大，来电时也未必能听见，而手机的声音确确实实是存在的，原因就是被周围更大的声音遮蔽了。有了对遮蔽效应的研究成果，编码器就能根据已建立的数学模型，计算强信号对附近弱信号的遮蔽，把能引起人们注意的声音才保留。
人耳还有前遮蔽效应和后遮蔽效应:因为人需要一定的时间来处理声音信号，在强信号之前或之后的弱信号，会被遮蔽掉。前遮蔽效应的时间约只有2-5ms，而后遮蔽的时间比较长，大约有100ms。利用这，我们能减小强信号之前和之后的分辨率。
3) 人耳的空间响应: 人耳对某些高频的声音的空间感很差，辨别不了声源的方向。联合立体声应运而生:在某些频率上采用“单声道”(事实上并非真正意义上的单声道)，以减小流量。
２、VBR技术
正如上面所说，MP3是由帧构成的，MP3能象动画那样读到哪放到哪， 播放器不必预读整个文件的内容，即使部分数据损坏也不会对播放效果有太大影响(实际上这就是流媒体所具有的特性)。而每个帧的帧头里都包含这该帧的码率(bitrate，单位是kbps)等信息，所以，我们可以对每一段音乐甚至每一个帧定义独立的码率，这就是VBR（Variable bitrate，动态码率）技术。
与VBR向对应的是CBR(Constant bitrate)。一支交响曲，合奏大动态部分的数据量显然大于引子部分，如果用128kbps的CBR编码方式来编码，在引子部分可能有多余的数据流量，而在合奏部分却又不够，VBR就是解决这个问题的。把在不影响音质的情况下，对流量需求小的部分分配较小的码率，把冗余字节缓存起来留给有需要的部分，在短时间内提供更高的码率，以保证音乐的质量。
所以说，VBR的作用是更合理的分配流量，在不增大文件体积的条件下提高声音的质量。
不过VBR在应用初期带给过MP3随身听不少麻烦。因为早期大多数MP3播放器都是针对CBR设计的，其根据文件大小来获得时长的算法对VBR失效了，因为VBR MP3的bitrate可能每时每刻都在变化。不过现在这个问题基本上不用担心了，市场上的播放器基本上都解决这问题了。
除了上面说的两方面，MP3编码还有很重要的一招:Huffman编码(Huffman是个科学家的名字)， Huffman编码广泛应用于无损压缩领域，比如我们常用的WINZIP，WINRAR等压缩软件就是以此为基础的(只能说是基础，因为这些用到的编码方法不只是Huffman编码)。 Huffman编码用途就是降低数据的冗余度，可节省大约20%的空间。用WINZIP来再压缩MP3文件没什么效果就因为MP3编码的时候已经应用到采用Huffman编码。
如此复杂的编码，运算非常复杂。它的要求就是ＣＰＵ运算速度要快。还好，现在的ＣＰＵ速度完全可以胜任。
三、ＭＰ３的解码：
解码是编码的相反过程，但比编码要简单。解码也分两种，硬解码和软解码。硬解码所需的解码软件较小，因此可以固化在芯片ＲＯＭ中，但解码出来的ＭＰ３会将原有的一些音乐信息省略，因此音质不是很好。软解码的编码软件较大。在随身听中平时是储存在闪存中(固件)，开机时再临时调入ＲＡＭ中，现在一般是用Lame优秀解码软件，它解码出来的ＭＰ３音质是很棒的。判断软、硬解码的方法：如果开机马上能听到音乐，一般为硬解码。开机后要等７～８秒过后才能听到音乐的为软解码。
结论：
如果：
一、使用专业CD播放机（5000元～上万元以上）：1、具备非常精密复杂的机械传动以保证盘片稳定运行。2、质量很高的光头，保证CD盘的数据能顺利读出。
二、高质量的正版光盘（反光膜均匀、反射率高，以保证大部分的数据能顺利读出）
这时的CD音质有可能≥MP3音质。
如果是普通CD播放机加质量不是很好的光盘或盗版光盘，那么CD的音质就可能≤MP3音质。
下面说说iRiver550 CD随身听的结构：
影响音质最主要的是优秀的解码芯片和线路输出，在市面是同时具有这两项的播放器少之又少！因为靠播放器里的功率放大，音质是无法与耳机放大器相比的。我们看看iRiver550 CD随身听的结构：
iRiver550 CD随身听采用了PHILIPS的SAA7750EL芯片，该芯片是PHILIPS半导体公司五、六年前开发的超大规模集成芯片，里面集成了数以百万计的晶体管。它与其他的芯片不同，最大的特点是内嵌了世界著名CPU生产厂家ARM公司架构的32位RISC CPU。（一般硬解码芯片只有4～8位）。这样就充分保证了它的运算能力比其他的芯片要快很多。（下面还会讨论）。并且在SAA7750EL芯片上集成的优秀的数模转换芯片是24bit。这样，有好得多的音质。（采用硬解码，它的集成度要小的多。大家可以看看芯片周围的管脚的数量就知道了）。PHILIPS的SAA7750EL四四方方，周围的管脚密密麻麻。飞利浦公司有个传统，就是注重音质，在在上世纪六、七十年代飞利浦的收音机是全世界音质最好的，打开机盖，发现里面的零件比国产的和日本的收音机整整多了一倍。就当时，PHILIPS的SAA7750EL芯片音质也是好的，也最贵。比索尼的芯片好得多。它的音质如此优秀，取决于：1、运算能力非常快的CPU。2、较复杂先进的解码软件。3、结构较为复杂的数模转换芯片。
SAA7750EL芯片采用软解码的形式。它的工作程序是这样的：开机之后，主芯片（PHILIPS SAA7750EL）开始工作，从存放固件（操作程序）的闪存芯片（SST39VF160）导入程序（包括开机程序和解码程序）运行，同时发出指令，令550的光头的电机驱动（BD7920KS）、CD-ROM控制（Sony的芯片CXD3023R）、CD-ROM的RF矩阵放大器（CXA2571N）等一系列控制芯片运作，从碟片读取出的数字信息，光头读取下来的信息首先进入闪存中（电路板背面那块三星的容量为16MB的闪存，好处是：1、抗震。2、如果是MP3的话，当信号贮存完毕后，光头和电机可以得到充分的休息），然后再到主芯片（PHILIPS SAA7750EL）进行软件解码，再进入24bit数模转换器，转换成模拟音频信号。然后分成两路：一路线输出，一路进入SAA7750EL芯片中的音频放大器（一般的MP3播放器的解码和音频放大是分开的，而SAA7750EL芯片是将其集成。这样信号能更好的耦合，减少失真）进行放大后到达我们的耳塞，由耳塞将电流转化为声音。
SAA7750EL芯片的内存较大，可以装入体积稍大、但解码能力非常优秀的LAME软件，该软件要求CPU运算速度要稍快，SAA7750EL芯片中的32位的CPU可是游刃有余。用该芯片解码出来的MP3音质非常好，彻底改变了MP3音质不好的形象。完全可以HIFI。经过我使用多年，无论是高中低频，细节听得清清楚楚，没有一点失真。影响MP3音质最主要的是音乐录制问题。现在MP3的编码都是在电脑是进行的。现在的编码软件已经很先进了。编码的效果都不错。举例：我在街上看到外来工推着小车，上面放个破音响，手里拿这MP3光盘叫卖，播放的声音惨不忍睹，但我买来后，放到我的耳机系统听，有的曲目达到了HIFI级别。
有人会问，那些硬解码的厂商为什么没办法生产更先进的软解码芯片，因为要设计超大规模芯片，必须有巨大资金的投入。SAA7750EL芯片应用在随身听上有大量的市场。而发烧友数量有限，开发出来不合算。我当时是用1400元购买，前几年，商家为了清仓，打折销售，我又用了600元买了一台备用。(未完待续，因贴子太长，无法一次发表，只能分两次发表）

[ 本帖最后由 xyzcbx 于 2011-3-31 21:25 编辑 ]

开裆裤

呵呵

太多术语

LZ是工程师么

blizzard_c

这枪文写得有诚意！

headfan

原帖由 xyzcbx 于 2011-3-31 21:21 发表
...我先声明，我不是厂家的枪手，没有拿厂家任何好处。 ...

lz我从未怀疑你是抢手

levinwind

说他枪吧，也不知道这个CD随身听有什么枪的价值，说他不枪吧。。。你们懂的

月光边境

这帖子很。。。。。喜感。。。。
Lame是个好东东，压的mp3的确是8错。
imp550在小铁饼时代也算是不错的东东。
不过楼主这个折腾法。。。某还是看不明白那。。。

月光边境

这帖子貌似还有下集。。。

yuanyuan8807

看完不知道说什么了，我还是看看下集吧

sdumj23

等下集

kane_wzh

LZ说的数据拾取部分问题不大，这也是为什么meridian采用DVD-ROM+RAM的结构也能好声的原因。但是播放时，即使是使用RAM缓存，吐出信号始终都是连续的不可停不可重复不可逆的连续单向过程。随身CD也好MP3也好，这方面始终与大部分HIFI台式CD不是一个级数。至于MP3的压缩原理，损失的信息真对人的听觉感受完全没有影响吗，恐怕不是这样的，只是“研究”认为影响较小而已。最后iRiver imp550 这个价格一点不便宜

[ 本帖最后由 kane_wzh 于 2011-3-31 22:05 编辑 ]

12340263

这里的烧友一条线都可以买你整个系统了。

mifeng

进来学习。

sentence

MP3比CD好
神人啊

Evangelion

CD转成MP3，再刻成碟，居然细节多了······OMG，这细节从哪来？压缩成MP3时生成的？

kane_wzh

老烧们别批的太狠，LZ自己思考并敢于提出自己的想法还是可取的