音頻專家潘昶：如何進(jìn)行數(shù)碼播放器的開發(fā)和評(píng)估？ - 全文

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)訊【作者/潘昶】：CD格式由于歷史原因，制定標(biāo)準(zhǔn)偏低，因此，CD和“母帶”（所謂母帶就是錄音時(shí)候的原始文件，一般是24bit/96KHz以上的文件）對(duì)比，聽感差別相對(duì)比較大。因此近幾年，市場(chǎng)上不斷涌現(xiàn)出來各種“母帶”播放器，牌子琳瑯滿目，技術(shù)八仙過海，宣傳天馬行空，讓人眼花繚亂；因?yàn)檫€沒有業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，孰好熟壞，相信大部分“發(fā)燒友”較難分辨。

　　在此，音頻專家潘昶針對(duì)工程師開發(fā)播放器的過程，公開寶貴經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)大家選擇產(chǎn)品有所幫助。

　　設(shè)計(jì)所需要的基本技能

　　要做好一個(gè)產(chǎn)品，首先要了解這個(gè)產(chǎn)品，相信這個(gè)是最基本的一個(gè)條件。設(shè)計(jì)完產(chǎn)品，如何才能知道其是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求？舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如果一個(gè)指揮家，站在指揮席上，對(duì)比自己聽到的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況和通過喇叭回放的錄音，這個(gè)評(píng)估就相對(duì)比較中肯，因?yàn)橐繇懴到y(tǒng)永遠(yuǎn)都是一個(gè)“模擬現(xiàn)場(chǎng)”的系統(tǒng)，而需要和真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比，才知道其還原程度能達(dá)到多少。一般普通的燒友沒有這個(gè)音樂修養(yǎng)也很難有這個(gè)條件，因此評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低，容易受到客觀因素影響。當(dāng)然，也不一定必須自己當(dāng)指揮，但是如果可以經(jīng)常去音樂廳欣賞音樂，那么也可以彌補(bǔ)這個(gè)不足，不過提醒一下，音樂廳的座位對(duì)聽感影響很大。這可以簡(jiǎn)單的歸類為：懂音樂，或者團(tuán)隊(duì)有懂音樂的行家。

　　數(shù)碼播放器的大體系統(tǒng)架構(gòu)

　　大部分電子產(chǎn)品，都分為軟件/硬件，至少數(shù)碼播放器是這樣。而數(shù)碼播放器包含的領(lǐng)域相對(duì)比較廣，從硬件到軟件，從數(shù)字到模擬，跨越多個(gè)領(lǐng)域，而且這些領(lǐng)域都是不容易結(jié)合的，要做好一個(gè)這樣的產(chǎn)品，需要的時(shí)間是要以年計(jì)算，不是簡(jiǎn)單投入多少工作量就可以完成的。說到這里，可能很多做手機(jī)的工程師就不屑一顧，說手機(jī)不是比一個(gè)簡(jiǎn)單的播放器要復(fù)雜多了嗎？的確，手機(jī)的軟硬件系統(tǒng)復(fù)雜多了，但是要求和播放器確差很多，手機(jī)里面任何一個(gè)部分都不會(huì)要求到120dB的動(dòng)態(tài)范圍，更不會(huì)要求-110dB的THD+N，以筆者設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)以及各廠家的參數(shù)，手機(jī)的最高的要求也不過-96dB的THD+N，對(duì)比起來，和音響的要求差的可能達(dá)10倍之多，這些參數(shù)，都是一點(diǎn)點(diǎn)通過各種方式測(cè)試改進(jìn)出來的，并非有什么公式可以計(jì)算或者有參考模型。

　　要一個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到完美，軟硬件結(jié)合的深度就要求很高，所以需要規(guī)劃好，必須精通軟硬件，缺一不可，我們朋友開發(fā)USB解碼器就發(fā)現(xiàn)，不同的驅(qū)動(dòng)對(duì)聲音的影響很大，不同的電路設(shè)計(jì)，對(duì)聲音影響也很大，甚至有很多至今尚無理論模型支持的現(xiàn)象。因此，必須對(duì)整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)非常精通，否則無法達(dá)到所要求的參數(shù)。

　　為啥進(jìn)口的音響產(chǎn)品這么貴，也有不少客戶呢？為啥國(guó)內(nèi)的牌子要走出國(guó)門這么難呢？設(shè)計(jì)好一個(gè)產(chǎn)品，技術(shù)是一個(gè)方面，但是音響產(chǎn)品，更多的需要時(shí)間，需要經(jīng)驗(yàn)，比如這么多種型號(hào)的運(yùn)算放大器，怎么搭配才好？為什么？單是運(yùn)算放大器這個(gè)組合就可以有好幾千種，而且并非性能好的器件一定出好聲音。所以這就是音響產(chǎn)品比較難以開發(fā)的一個(gè)主要原因。最好就是作為業(yè)余愛好進(jìn)行開發(fā)。同時(shí)，好的音響堪比奢侈品，一對(duì)喇叭輕松上6位數(shù)的，沒有這個(gè)消費(fèi)能力的設(shè)計(jì)者，往往難以設(shè)計(jì)出針對(duì)這個(gè)消費(fèi)人群的產(chǎn)品，因此必須了解這正產(chǎn)品的真正市場(chǎng)和價(jià)值。所以設(shè)計(jì)這類產(chǎn)品的，最好是有錢也有閑，否則難以做好。

　　發(fā)展中國(guó)家，暫時(shí)還在“溫飽”中求生，發(fā)達(dá)國(guó)家，基本豐衣足食，同時(shí)注重版權(quán)等精神文明的價(jià)值。無論是哪種產(chǎn)品，在發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行研究大部分都追求精益求精，而在中國(guó)的土地上目前暫時(shí)還是以“山寨”居多?！澳茼憽焙汀奥曇艉谩辈皇且粋€(gè)概念，需要的是時(shí)間和足夠的積累，因此一個(gè)年輕的公司基本很難達(dá)到“聲音好”的要求，因?yàn)槲覀円彩沁@樣走過來的，下面會(huì)有詳細(xì)的論述。

　　到底人耳有多靈敏

　　***大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，驗(yàn)證了大部分人耳朵接受的頻率是20Hz-20000Hz，還有在那個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，人耳的靈敏度很高，人耳最強(qiáng)能接受的聲響和最弱的聲響之比達(dá)到驚人的1012（這個(gè)數(shù)據(jù)個(gè)人有所保留，記得以前看到過是118dB），這個(gè)數(shù)據(jù)如果轉(zhuǎn)換成比特率，是240（按照記憶中的數(shù)據(jù)118dB，就是220）。這意味著16bit遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人耳的要求，人耳對(duì)此有更高的要求。

　　這里轉(zhuǎn)一個(gè)實(shí)際的例子，一個(gè)母親和一個(gè)初生嬰兒分開睡在鬧市路邊一個(gè)開窗的房間里，車水馬龍的吵雜并不會(huì)把母親驚醒，而比窗外噪音小得多的嬰兒的哼聲卻能把母親喚醒。這個(gè)例子說明了人體的復(fù)雜程度不是簡(jiǎn)單的幾個(gè)參數(shù)能夠描述出來。而提出這個(gè)例子的教授指出，因?yàn)榇竽X對(duì)信息有很強(qiáng)的過濾功能，因此造成了這點(diǎn)，同時(shí)大腦會(huì)對(duì)接收到信息進(jìn)行“調(diào)整”，放大需要的，過濾掉不需要的，所以才能實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境中提取微弱信息這個(gè)功能。所以訓(xùn)練有素的錄音室能夠輕而易舉指出問題所在，達(dá)到儀器不能達(dá)到的高度。

　　另外，人耳的聽力記憶到底有多少時(shí)間？科學(xué)統(tǒng)計(jì)表明，6秒。這個(gè)參數(shù)在下面的如何評(píng)估那里會(huì)有引用。

　　正確的模型的建立和系統(tǒng)規(guī)劃

　　從上一節(jié)的描述中得知，如果要求一個(gè)系統(tǒng)“完美”，必須有正確的理論模型。然后根據(jù)這個(gè)理論模型進(jìn)行詳細(xì)的系統(tǒng)規(guī)劃才有機(jī)會(huì)做好。數(shù)字音頻的理論基礎(chǔ)是奈奎斯特定理，這個(gè)定理證明，在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)采樣頻率fs.max大于信號(hào)中最高頻率fmax的2倍時(shí)（fs.max》=2fmax），采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息，從人耳聽力范圍是20-20000Hz這個(gè)數(shù)據(jù)來講，40KHz以上的采樣率就可以完美再現(xiàn)音頻信息，因此CD的格式根據(jù)這個(gè)人耳的“標(biāo)準(zhǔn)”就定義了下來，是44.1KHz/16bit。但是實(shí)際上經(jīng)過一定訓(xùn)練的人能輕松分辨16bit/44.1KHz的音樂和24bit/96KHz的音樂的區(qū)別。

　　這里引述百度知道的解釋：根據(jù)傅里葉定律，方波是由無窮多次正弦波組合而成的，用方波測(cè)試功放的頻率響應(yīng)，比正弦波測(cè)試更代表實(shí)際音頻信號(hào)，更能反應(yīng)功放器材的動(dòng)態(tài)性能。目前采用正弦波的測(cè)試方法是不完善的，基本上只能反映其靜態(tài)素質(zhì)，所以造成許多器材指標(biāo)好、聽感不好的現(xiàn)象。由于方波響應(yīng)未列入音頻檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，所以許多貴價(jià)名機(jī)其聽感也不咋的。 所以有些有經(jīng)驗(yàn)的廠家就進(jìn)行方波播放測(cè)試，并用示波器記錄波形，以作為系統(tǒng)性能的評(píng)估，如下圖：

　　400Hz方波的回放波形

　　這個(gè)是400Hz的方波，理論上16bit/44.1KHz無法完美重現(xiàn)其波形，結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)振鈴。這個(gè)振鈴的出現(xiàn)是因?yàn)檫^采樣數(shù)字濾波器產(chǎn)生的，單純這樣評(píng)估，也不夠完美，并不能評(píng)估整個(gè)播放系統(tǒng)是否足夠好。因?yàn)樵趯?shí)際上，聽感是無法量化的的一個(gè)最重要的參數(shù)。

　　有個(gè)國(guó)外著名錄音師寫的詳細(xì)測(cè)評(píng)，里面提到：

　　· 硬盤導(dǎo)致聲音差異，溫氏機(jī)械硬盤比SSD聲音在測(cè)評(píng)的系統(tǒng)里面稍微好那么一點(diǎn)但兩者聲音基本一致；

　　· 線形電源比開關(guān)電源提升系統(tǒng)性能高達(dá)30%

　　· 交換機(jī)影響10%

　　· 網(wǎng)線影響大約20%

　　· 抓軌影響高達(dá)25%（文件比較完全一致的情況下）

　　從以上我們搜集的信息以及實(shí)際的對(duì)比測(cè)試的結(jié)果，我們基本認(rèn)可該錄音師的評(píng)價(jià)結(jié)果。因此需要針對(duì)這些問題，做一個(gè)深入的系統(tǒng)分析以及系統(tǒng)規(guī)劃，如何才能把系統(tǒng)做得最好？一套好的系統(tǒng)需要注意什么？請(qǐng)參考劉漢盛《音響二十要》，這里不在引述。另外，《音響二十要》提到了很多名詞，可能以下會(huì)使用但并不進(jìn)行解釋。

　　經(jīng)過分析對(duì)比，系統(tǒng)的定位基本如下

　　· 系統(tǒng)電源必須干凈

　　· 儲(chǔ)存系統(tǒng)需要直接簡(jiǎn)單

　　· 系統(tǒng)時(shí)鐘需要足夠穩(wěn)定

　　· 軟件系統(tǒng)要做得無懈可擊

　　因此我們從開始就堅(jiān)持使用線形電源，堅(jiān)持從頭到尾自主開發(fā)：因?yàn)槲覀円⒁饷恳粋€(gè)細(xì)節(jié)，比如電源設(shè)計(jì)，PCB Layout，軟硬件系統(tǒng)模塊劃分，軟件系統(tǒng)的劃分，緩存，音量衰減控制等等。在這里提到，PCB Layout這個(gè)相對(duì)普通系統(tǒng)要復(fù)雜的多，電源多了，對(duì)走線的要求就很嚴(yán)格，而大部分的音響產(chǎn)品都使用2層板，這在新的系統(tǒng)里面已經(jīng)不足以應(yīng)付復(fù)雜的走線和低噪音的要求，因此我們盡量使用多層板，降低干擾，提升品質(zhì)。

　　最后重點(diǎn)提下，軟件是日后所有廠家都要關(guān)注的焦點(diǎn)，操作的易用性往往要比聲音的好壞重要。而各大廠家最后競(jìng)爭(zhēng)的，其實(shí)就是軟件，無論是操作的界面，還是銷售的音樂資源，這是以后競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。

　　產(chǎn)品細(xì)節(jié)

　　在一種產(chǎn)品里面，大體基本都相似，不同的在于細(xì)節(jié)。比如機(jī)箱外觀，操控，音質(zhì)等。進(jìn)口的牌子，幾萬和十幾萬的區(qū)別就是那些細(xì)節(jié)。聲音最后的表現(xiàn)，也就是末位的1-2比特。我們?cè)?jīng)碰到比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膰?guó)外客戶，對(duì)細(xì)節(jié)的要求極其到位，比如接插件鍍金是否足夠好，電阻/電容的品牌，電路板材質(zhì)、工藝，甚至一根導(dǎo)線的材料都有嚴(yán)格要求。

　　細(xì)節(jié)的建立在于積累的多少，客戶的數(shù)量，為積累提供了重要的數(shù)據(jù)。只有走出去讓更多的人使用，才能讓產(chǎn)品更完善，獲得更好的擁護(hù)體驗(yàn)。當(dāng)然，這在國(guó)內(nèi)的這類產(chǎn)品難以做好，因?yàn)闆]有品牌，就導(dǎo)致市場(chǎng)難推，資金回籠困難，細(xì)節(jié)改善困難，這也是第一節(jié)提到的最好是有錢也有閑的設(shè)計(jì)者才能做好這類產(chǎn)品。

　　舉個(gè)實(shí)際的例子，我們的產(chǎn)品銷售初期（2009年左右），因?yàn)闆]有考慮到數(shù)字輸出的細(xì)節(jié)，因此暫停之后數(shù)字口還保留了直流信號(hào)，然后導(dǎo)致一臺(tái)純直流的DAC輸出了1V左右的直流信號(hào)（當(dāng)然這是這個(gè)DAC不足的地方）給后面昂貴的前級(jí)，繼而燒了后面的前級(jí)（Mark Levinson）。如果暫停直接卡斷輸出，又會(huì)造成爆音，可能導(dǎo)致更昂貴的喇叭的燒毀，這些小的細(xì)節(jié)，每一個(gè)都集合起來，就形成了一個(gè)相對(duì)比較“強(qiáng)壯”的產(chǎn)品。

　　數(shù)字電路對(duì)音質(zhì)影響很大，從數(shù)字工程師的角度，筆者開始認(rèn)為這屬于“玄學(xué)”，到后來才知道，數(shù)字電路的干擾對(duì)后面影響很大。好比一個(gè)CDROM，如果使用模擬電源供電，抓軌的效果就比開關(guān)電源供電要好。包括部分廠家宣傳的“單片機(jī)播放器”實(shí)際上追求的就是低干擾，實(shí)際上是否能達(dá)到這個(gè)效果？請(qǐng)參考下面的章節(jié)。

　　當(dāng)然這些例子僅僅是冰山一角，這個(gè)世界上并沒有“完美”的產(chǎn)品。所有的這類產(chǎn)品，都在不斷的完善中。

　　讀懂參數(shù)

　　選擇產(chǎn)品，需要看懂產(chǎn)品參數(shù)，這個(gè)是最基本的要求，如果參數(shù)都無法看懂，那么光聽別人的介紹，就沒有了自己的主意。參數(shù)不是代表所有的產(chǎn)品性能，但是參數(shù)是產(chǎn)品性能的一個(gè)基礎(chǔ)。參數(shù)不好的，產(chǎn)品性能一定不好。

　　實(shí)際上，很多參數(shù)給出來的都是dB，不一定是小數(shù)的百分比，這里提供一個(gè)小數(shù)和dB換算表［計(jì)算公式為dB=20*log（百分比/100）］：

　　實(shí)際上，6dB大約是21 =2倍，18dB就是23=8倍

　　這個(gè)參數(shù)測(cè)試一般都是在實(shí)驗(yàn)室通過音頻分析儀進(jìn)行測(cè)試的，這個(gè)儀器往往比絕大部分播放器/功放都貴，因此沒有機(jī)會(huì)出現(xiàn)在用戶家中，也只能出現(xiàn)在部分廠家的實(shí)驗(yàn)室里面。音頻分析儀給出來的參數(shù)，決定了整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)音質(zhì)，音色就因電路設(shè)計(jì)以及器件選擇等而不同了。

　　系統(tǒng)的評(píng)估

　　如何系統(tǒng)的評(píng)估一個(gè)系統(tǒng)，這是本文重點(diǎn)要論述的，需要評(píng)估一個(gè)系統(tǒng)，基本需求如下：

　　1． 足夠評(píng)估器材的聽音環(huán)境

　　2． 參考級(jí)別的器材

　　3． 正確的聽感，或者有正確聽感的行家，最好是錄音師

　　只有比較好的環(huán)境，才能進(jìn)行器材的評(píng)估，大家都知道吵雜的環(huán)境，回音太大的聽音室，都不利于評(píng)估器材。如果對(duì)比的時(shí)候，沒有參考級(jí)的器材，都是自己DIY的器材，那么因?yàn)榧依餃y(cè)試環(huán)境以及經(jīng)驗(yàn)的問題，比較難做到正確評(píng)估一個(gè)器材，器材都是講究搭配的，只有在合理搭配的情況下才能正確評(píng)價(jià)這個(gè)系統(tǒng)里面的一個(gè)設(shè)備。而因?yàn)镠IFI很多的不確定性，造成很多HIFI器材比較“坑爹”，因此我們比較相信錄音器材的專業(yè)，以監(jiān)聽音箱作為評(píng)估參考，同時(shí)輔助一些公認(rèn)的名品進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，比如Prism sound ADA-8XR，真力8040A監(jiān)聽喇叭，Barefoot MM27監(jiān)聽喇叭，丹拿BM15A監(jiān)聽喇叭，HIFI箱子有丹拿的C4 MKII和大小證據(jù)。另外，正確的聽感，才能正確評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)。

　　比如一個(gè)喜歡膽機(jī)的客戶，喜歡高頻沒那么足的，說機(jī)器高頻有點(diǎn)飄，不耐聽；另外一個(gè)喜歡PMC聲音的客戶，同樣的機(jī)器卻嫌高頻不足，這樣說明每個(gè)人對(duì)聲音的要求都不一樣，如果單純聽某一兩個(gè)客戶的反饋，得到的信息好比盲人摸象。因此錄音師的引入，會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的聽感評(píng)價(jià)會(huì)有一個(gè)很正確的說法。一次在錄音室對(duì)比聽感，錄音師一耳朵就聽出來了，說人聲鑲邊了，而燒友卻認(rèn)為聲音不錯(cuò)，這就是很明顯的一個(gè)不同。錄音師天天在現(xiàn)場(chǎng)錄音，有比較正確的聽感評(píng)價(jià)，所以他們的評(píng)論更加客觀準(zhǔn)確，監(jiān)聽喇叭雖然不適合HIFI場(chǎng)合，但是基本不弄虛作假，也沒有太多的音染，因此一個(gè)專門銷售錄音設(shè)備的朋友就說，你的系統(tǒng)在監(jiān)聽系統(tǒng)里面，聽出來的感覺干，就說明你的系統(tǒng)干，HIFI系統(tǒng)說了不算！當(dāng)然，參考劉漢盛的文章來說，監(jiān)聽的評(píng)價(jià)是系統(tǒng)的音質(zhì)沒有問題，但在HIFI領(lǐng)域，需要增加一點(diǎn)音色作為產(chǎn)品的特色。比如大家說的“蓮”味，就說明Linn公司的聲音走向很明確。能做到這個(gè)地步，就說明產(chǎn)品成功了。

　　回頭再說說國(guó)內(nèi)做這類產(chǎn)品為啥難登國(guó)際的大舞臺(tái)。這完全是一個(gè)心態(tài)問題。發(fā)展中國(guó)家，為了生存而工作，發(fā)達(dá)國(guó)家，為了興趣而工作，因此國(guó)外設(shè)計(jì)的產(chǎn)品用心，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品大部分都是為了生存，因此不會(huì)精雕細(xì)琢。當(dāng)然不乏一些有品牌積累的廠家歷時(shí)幾年出一個(gè)產(chǎn)品的，但畢竟是少數(shù)。因此選擇一個(gè)國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品，擦亮自己的眼睛，多對(duì)比，自己有了主意了，比聽別人忽悠強(qiáng)多了。
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