关于CD、wav和时钟之类的一些基本知识

pcear

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看来论坛还要因为数据一样听感不一样热闹一阵子。把一些基本原理写一写，希望讨论有个基础。因为没有翻查书籍，都是用自己的话说的，不严谨在所难免，意思明白就好  细究原理的，可以上网查。
希望大家顶贴

CD是数字的还是模拟的？
CD是数字的，存储的是PCM制式的音频数据，用二进制方式存储，也就是0/1数据。别以为CD是存储的模拟信号了。但CD里面的0/1数据只是红皮书规定的编码格式，也就是一长串的0和1，不是电脑里面的文件数据格式。别以为CD存储的就是wav文件了。

PCM是什么？
中文名称叫做脉冲编码调制。一段模拟制式音频信号例如1khz正弦波信号，横轴时间和纵轴幅度是连续的一段曲线。这段信号通过固定的采样率（CD是44.1khz）抽样成为时间离散但幅度连续的模拟信号，可以理解成用橡皮檫按固定横轴间距檫除固定长度的正弦波曲线，剩下一个一个的信号点。然后将连续的幅度信号（这个时候幅度也就是那些点在纵轴上还是模拟连续信号）按一定的量化深度（CD是采用16bit，也就是2的16次方可以表示65536个数值）量化成幅度离散的数字信号，可以理解成在幅度纵轴上定位了65536个刻度，每个信号点按就近的刻度取值。这些数字信号点经过各种方式的编码就成了PCM信号。一段音频信号经过抽样、量化、编码三个步骤才成为的数字信号。不同的音频信号其采样率和量化深度是不一样的，例如固定电话采用的是8khz/8bit（没有查实，希望没有记错）。

为什么需要同步，时钟是怎么来的？
按照PCM的方式，其实大家都默认44.1k/16bit就可以工作了，这和人看时钟一个道理，大家都默认时针一小时走一格，分针一小时走一圈就可以了。但如果给你两个钟，走起来时间肯定不一样，如果要协同工作，大家要对表，而且经过一段时间两个表会走得不一样，还得再对表。举个例子是一条饺子皮生产线，源头负责给面粉（当这个是spdif信号好了），加工的人就是DAC负责加水、和面、压饺子皮，大家根据规则约好一分钟生产60个饺子皮（当这个是20hz~2khz的音乐），供应面粉的人和加工的人对表（同步），然后按规定节奏(CD的节奏是44.1khz)供应，加工的人按时间进度加工。一段时间之后加工的人发现面粉供不上了，可以采用两个方式，一是告诉供面粉的加快一点，一个是自己做得慢一点。还有一种方式是有个监工，时刻看着生产线，提醒供面粉的和加工的保持生产线的节奏。回到CD播放的过程，spdif是单向信号，所以DAC无法告诉CD机快一点或者慢一点，只能根据转盘输送过来的数据调整自己的工作节奏，这就是同步。如果有个外部时钟同时告诉转盘和DAC准确的时间，这就是外部时钟。所以外部时钟都是同时接dac和转盘才有效，单接一个能提高设备内部时钟精度，并不能保证同步，这个时候接转盘好点，因为DAC是跟转盘的spdif同步的。

CD中带有时钟信号吗？
可以说有，可以说没有。CD中有按照红皮书规定的方式存放的0/1数据，但数据本身并不含有时钟信号。时钟信号是通过CD的压制/刻录方式固定到CD盘中的。例如规定CD坑的长度和间距是多少um之类（具体记不得了，可以查红皮书）。一个比较直观的例子是时钟，1-12/1-60这些个数字是不含有任何时间信息的，但按照等角度间距排列成一个圆加上时针、分针、秒针就能表达时间信息了，但我们不能说1-12这些数字含有时间信息。例如我现在给你看一个表，长针指到6，短针指到12，你会说表示6点，因为你默认长针是时针按一小时走一格，短针是分针按一小时走一圈。我现在告诉你这个是秒表，只代表已经走了6分钟了，是不是完全就是另外一个概念了。所以严格说CD里面的数据并没有时钟信号，只是有个红皮书的规则，使得大家读CD的时候能读出时钟信号。

WAV文件中带有时钟信号吗？
完全没有，因为wav中只有数据，连CD的坑坑洼洼间距多少um之类信息都没有，但wav文件中有采样率/量化深度的信息，电脑或者其他设备读取wav文件时，会按照相应的信息进行解码和解调。如果一个wav是96khz/24bit的，解码器就知道按这个要求进行解码。

CD机和DAC怎么确定CD的时钟？
不用征求CD碟片的意见，按照红皮书和PCM的规则确定。所有CD和DAC的生产厂家都按照44.1khz和16bit、以及spdif的编码规则生产设备就行了。然后DAC负责和CD转盘同步，CD转盘的spdif输出模块还得和转盘光头和电机同步，保证读出的CD信号不会太快、也不会断粮。大家可以观察CD碟片的转速，越靠近圆心转的越快，就是CD机为了保证读取的线速度稳定，调整电机的转速。为什么有的CD这么贵啊，因为它的时钟走得准一些，包括光头和电机走的更稳，防电磁干扰什么的做得更好，spdif的输出更有节奏更整齐。为什么我的烂CD机读刻录碟我的贵价DAC不能同步啊，说不定烂CD机是用刻录碟的坑坑洼洼同步spdif输出的，贵价DAC不认了。但烂CD机读刻录碟模拟输出还是有音乐的，因为烂CD机里面有一个烂监工，起码保证内置DAC能和刻录碟的坑坑洼洼同步。

抓轨和光纤转录数据一样吗？
当然。只要没有误码情况，都是CD里面原版的PCM数字信号。误码的情况转录比抓轨发生的概率更高，因为转录只用转盘读一次，错了就错了，抓轨还重复读几次对比数据、或者上网进行md5之类的校验，所以抓轨比光纤转录要保险一点。

原版和刻录数据一样吗？
当然。只要质量符合要求的，数据是一样的。不过刻录也是只刻一次，错了就错了，所以要小心谨慎操作。

为什么原版CD声音比刻录CD好？
首先大家要认可spdif越整齐声音越好，否则下面没法说了。原版是压盘的，我们可以默认压盘的设备一定比我们家里200块的CDROM刻录机要精度高，CD里面坑和坑的位置、间距精度更高。原版CD可以理解成印刷的时钟面，刻录的CD是自己手画的时钟面，不同的人水平还不一样。CD机读原版CD的时候，因为精度高，电机可以转得比较平顺，出来的spdif信号也整齐。读刻录碟可能有的地方间距长了，有的地方间距短了，有的坑浅了（大概没有深了的），转盘为了读对和保持节奏，电机转速和光头功率都是变来变去的，输出的spdif信号也是不整齐的。所以才说刻录碟伤CD机，主要就是伤光头（要调整功率，通常是调大），其次电机之类伺服机构也比较累。

jitter抖动是怎么来的？
问题比较复杂，建议有兴趣的看专业论文和书籍。嫌烦的，就当转盘的时钟和DAC的时钟精度不高、走起来不一样造成的就行了。虽然大家都规定44.1khz的时钟，但转盘精度可能是44.11khz，DAC可能是44.09khz，这个时候已经有时差了，但还不是jitter抖动，DAC还是可以与CD机同步也按44.11khz走。但如果转盘的时钟一会儿是44.11khz，一会儿是44.09khz，抖动jitter就来了，或者DAC虽然按照44.11khz和转盘同步了，但自己加工的节奏没把握好（内部时钟精度差，或者走着走着时差越来越大），spdif信号就不整齐了，声音就变差了。举个例子，整齐的spdif信号（0 1字符间有一个空格）是这个样子：1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1，抖动大的spdif信号(空格都乱套了)是：1 1  01 0 11  0 0 10   1 01 0  1   01 01。实际抖动的来源还有很多，想深究的自己翻书去吧。贵的设备花了很多办法去处理这个麻烦事儿，包括锁相、缓存之类，目前比较靠谱的还是高精度外部时钟。还是LP好啊，压盘就是模拟的。

同样数据的两个WAV文件播放起来音质不一样是为什么？
首先大家要达成一个共识，两个wav文件播放条件一样，就是都用同样的电脑环境播放，和刻录什么其他播放环节没有一毛钱关系，才能讨论，要不引入的因素就太多了。其次理论上两个WAV文件用asio还是DS、存放的硬盘碎片、电脑多任务操作系统分神之类内部因素都可能影响wav的播放音质，甚至播放第二个文件的时候闪了一下电都可能造成两个文件音质不同。但这些音质不同都不是wav文件本身造成的，也不是我们可控的。所以我认为两个数据一样的wav文件，一个是A，一个是B，没有一致可重复性的音质差异。所谓一致是指听多少次音质都是A>B，可重复是指只要电脑环境一样（可能换了另一台同样品牌、同样配置的电脑），都是A>B。其实我们说原版CD比引进版CD音质好，也是有一个一致可重复的前提的。

如果数据一样的两个wav文件没有一致可重复音质差异，为什么为听起来不一样？
其实前面已经说了一些客观原因，我认为很大程度是主观原因。这个一年前有过帖子讨论，但赵版说要等两年，所以大家就等吧。建议大家盲听（ABX）

steel

说得很清楚。

yamuling

这个比较客观，不过话题其实讨论下去意义不大，有瓶颈的。就算普及理论吧。

tommychai

学习。。

激光鼠

楼主说得很好，搞清楚数据一样声音不一样的原因是有用的，可以帮助我们思考这么一个问题：PC-HiFi是用个对输入数据整齐程度很敏感的解码器（声卡），折腾电脑这头让输出数据排列更整齐以求出好声呢？还是找个输入数据不整齐也能出好声的解码器（声卡）？

勾陈

pcear

原帖由 激光鼠 于 2010-10-7 09:44 发表 楼主说得很好，搞清楚数据一样声音不一样的原因是有用的，可以帮助我们思考这么一个问题：PC-HiFi是用个对输入数据整齐程度很敏感的解码器（声卡），折腾电脑这头让输出数据排列更整齐以求出好声呢？还是找个输入数据 ...

其实pchifi数据不整齐是因为电脑本来就是用来玩玩游戏、打打字的，播放音频只是副业，就算有一个牛逼声卡也受限于电脑源头数据。如果为了音乐播放，打造一台2w的电脑，从操作系统就不用微软，然后单线程、单任务、大环牛、金属间隔屏蔽......(此处省略牛逼用词1000字)，估计也不会比2w的转盘差
其实比较简单的方式是用火线或者usb外置dac，只要dac的时钟和电磁屏蔽不太烂还是不错的。起码2w的外置DAC可以和2w的CD机pk一下（追求味道的除外）。

4506216

学习了

4506216

貌似转录会比抓轨声音好 小白诱骗文章写过的 我自己也试过是转录的好

yao_qin

原帖由 4506216 于 2010-10-7 14:04 发表
貌似转录会比抓轨声音好 小白诱骗文章写过的 我自己也试过是转录的好

所以说耳朵觉得好的东西并不一定真好，失真大的声音完全有可能更好听。

4506216

原帖由 yao_qin 于 2010-10-7 14:11 发表

所以说耳朵觉得好的东西并不一定真好，失真大的声音完全有可能更好听。

但是光靠数据有什么用呢 音乐是靠耳朵来听的 光用机器去分析还是意义不大

gecol

难得的营养文~~~~解决了一堆莫桑比克营养不良儿童的生理问题~~~~

gecol

原帖由 4506216 于 2010-10-7 14:40 发表

但是光靠数据有什么用呢 音乐是靠耳朵来听的 光用机器去分析还是意义不大

理性认识源自感性认识~~~~

感性认识源于实践~~~~~


建议看看这个链接：
http://zhidao.baidu.com/question/27334796

t1174

LP 下, 因為轉盤是用電的, 不會因而不是 100 %安定的轉速而產生 Jitter 的嗎?

yao_qin

原帖由 4506216 于 2010-10-7 14:40 发表

但是光靠数据有什么用呢 音乐是靠耳朵来听的 光用机器去分析还是意义不大

人的耳朵是有差异的，好听不好听10个人有10种看法。而具体数据准确性是客观的，不会因为人的意志而改变。