如何进行数码播放器的开发和评估

2013-10-09 17:30:42来源: 互联网 关键字:数码  播放器

CD格式由于历史原因,制定标准偏低,因此,CD和“母带”(所谓母带就是录音时候的原始文件,一般是24bit/96KHz以上的文件)对比,听感差别相对比较大。因此近几年,市场上不断涌现出来各种“母带”播放器,牌子琳琅满目,技术八仙过海,宣传天马行空,让人眼花缭乱;因为还没有业界标准,孰好熟坏,相信大部分“发烧友”较难分辨。

  在此,音频专家潘昶针对工程师开发播放器的过程,公开宝贵经验,希望对大家选择产品有所帮助。

  设计所需要的基本技能

  要做好一个产品,首先要了解这个产品,相信这个是最基本的一个条件。设计完产品,如何才能知道其是否达到设计要求?举个简单的例子,如果一个指挥家,站在指挥席上,对比自己听到的现场实况和通过喇叭回放的录音,这个评估就相对比较中肯,因为音响系统永远都是一个“模拟现场”的系统,而需要和真实的现场对比,才知道其还原程度能达到多少。一般普通的烧友没有这个音乐修养也很难有这个条件,因此评估的标准相对较低,容易受到客观因素影响。当然,也不一定必须自己当指挥,但是如果可以经常去音乐厅欣赏音乐,那么也可以弥补这个不足,不过提醒一下,音乐厅的座位对听感影响很大。这可以简单的归类为:懂音乐,或者团队有懂音乐的行家。

  数码播放器的大体系统架构

  数码播放器的大体系统架构

  大部分电子产品,都分为软件/硬件,至少数码播放器是这样。而数码播放器包含的领域相对比较广,从硬件到软件,从数字到模拟,跨越多个领域,而且这些领域都是不容易结合的,要做好一个这样的产品,需要的时间是要以年计算,不是简单投入多少工作量就可以完成的。说到这里,可能很多做手机的工程师就不屑一顾,说手机不是比一个简单的播放器要复杂多了吗?的确,手机的软硬件系统复杂多了,但是要求和播放器确差很多,手机里面任何一个部分都不会要求到120dB的动态范围,更不会要求-110dB的THD+N,以笔者设计的经验以及各厂家的参数,手机的最高的要求也不过-96dB的THD+N,对比起来,和音响的要求差的可能达10倍之多,这些参数,都是一点点通过各种方式测试改进出来的,并非有什么公式可以计算或者有参考模型。

  要一个系统要达到完美,软硬件结合的深度就要求很高,所以需要规划好,必须精通软硬件,缺一不可,我们朋友开发USB解码器就发现,不同的驱动对声音的影响很大,不同的电路设计,对声音影响也很大,甚至有很多至今尚无理论模型支持的现象。因此,必须对整个产品设计非常精通,否则无法达到所要求的参数。

  为啥进口的音响产品这么贵,也有不少客户呢?为啥国内的牌子要走出国门这么难呢?设计好一个产品,技术是一个方面,但是音响产品,更多的需要时间,需要经验,比如这么多种型号的运算放大器,怎么搭配才好?为什么?单是运算放大器这个组合就可以有好几千种,而且并非性能好的器件一定出好声音。所以这就是音响产品比较难以开发的一个主要原因。最好就是作为业余爱好进行开发。同时,好的音响堪比奢侈品,一对喇叭轻松上6位数的,没有这个消费能力的设计者,往往难以设计出针对这个消费人群的产品,因此必须了解这正产品的真正市场和价值。所以设计这类产品的,最好是有钱也有闲,否则难以做好。

  发展中国家,暂时还在“温饱”中求生,发达国家,基本丰衣足食,同时注重版权等精神文明的价值。无论是哪种产品,在发达国家进行研究大部分都追求精益求精,而在中国的土地上目前暂时还是以“山寨”居多。“能响”和“声音好”不是一个概念,需要的是时间和足够的积累,因此一个年轻的公司基本很难达到“声音好”的要求,因为我们也是这样走过来的,下面会有详细的论述。

  到底人耳有多灵敏

  台湾大学物理实验室的实验结果表明,验证了大部分人耳朵接受的频率是20Hz-20000Hz,还有在那个实验结果表明,人耳的灵敏度很高,人耳最强能接受的声响和最弱的声响之比达到惊人的1012(这个数据个人有所保留,记得以前看到过是118dB),这个数据如果转换成比特率,是240(按照记忆中的数据118dB,就是220)。这意味着16bit远远不能满足人耳的要求,人耳对此有更高的要求。

  这里转一个实际的例子,一个母亲和一个初生婴儿分开睡在闹市路边一个开窗的房间里,车水马龙的吵杂并不会把母亲惊醒,而比窗外噪音小得多的婴儿的哼声却能把母亲唤醒。这个例子说明了人体的复杂程度不是简单的几个参数能够描述出来。而提出这个例子的教授指出,因为大脑对信息有很强的过滤功能,因此造成了这点,同时大脑会对接收到信息进行“调整”,放大需要的,过滤掉不需要的,所以才能实现在复杂环境中提取微弱信息这个功能。所以训练有素的录音室能够轻而易举指出问题所在,达到仪器不能达到的高度。

  另外,人耳的听力记忆到底有多少时间?科学统计表明,6秒。这个参数在下面的如何评估那里会有引用。

正确的模型的建立和系统规划

  从上一节的描述中得知,如果要求一个系统“完美”,必须有正确的理论模型。然后根据这个理论模型进行详细的系统规划才有机会做好。数字音频的理论基础是奈奎斯特定理,这个定理证明,在进行模拟/数字信号的转换过程中,当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max》=2fmax),采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息,从人耳听力范围是20-20000Hz这个数据来讲,40KHz以上的采样率就可以完美再现音频信息,因此CD的格式根据这个人耳的“标准”就定义了下来,是44.1KHz/16bit。但是实际上经过一定训练的人能轻松分辨16bit/44.1KHz的音乐和24bit/96KHz的音乐的区别。

  这里引述百度知道的解释:根据傅里叶定律,方波是由无穷多次正弦波组合而成的,用方波测试功放的频率响应,比正弦波测试更代表实际音频信号,更能反应功放器材的动态性能。目前采用正弦波的测试方法是不完善的,基本上只能反映其静态素质,所以造成许多器材指标好、听感不好的现象。由于方波响应未列入音频检测标准,所以许多贵价名机其听感也不咋的。 所以有些有经验的厂家就进行方波播放测试,并用示波器记录波形,以作为系统性能的评估,如下图:

  400Hz方波的回放波形

  400Hz方波的回放波形

  这个是400Hz的方波,理论上16bit/44.1KHz无法完美重现其波形,结果就会出现振铃。这个振铃的出现是因为过采样数字滤波器产生的,单纯这样评估,也不够完美,并不能评估整个播放系统是否足够好。因为在实际上,听感是无法量化的的一个最重要的参数。

  有个国外著名录音师写的详细测评,里面提到:

  · 硬盘导致声音差异,温氏机械硬盘比SSD声音在测评的系统里面稍微好那么一点但两者声音基本一致;

  · 线形电源比开关电源提升系统性能高达30%

  · 交换机影响10%

  · 网线影响大约20%

  · 抓轨影响高达25%(文件比较完全一致的情况下)

  从以上我们搜集的信息以及实际的对比测试的结果,我们基本认可该录音师的评价结果。因此需要针对这些问题,做一个深入的系统分析以及系统规划,如何才能把系统做得最好?一套好的系统需要注意什么?请参考刘汉盛《音响二十要》,这里不在引述。另外,《音响二十要》提到了很多名词,可能以下会使用但并不进行解释。

  经过分析对比,系统的定位基本如下

  · 系统电源必须干净

  · 储存系统需要直接简单

  · 系统时钟需要足够稳定

  · 软件系统要做得无懈可击

  因此我们从开始就坚持使用线形电源,坚持从头到尾自主开发:因为我们要注意每一个细节,比如电源设计,PCB Layout,软硬件系统模块划分,软件系统的划分,缓存,音量衰减控制等等。在这里提到,PCB Layout这个相对普通系统要复杂的多,电源多了,对走线的要求就很严格,而大部分的音响产品都使用2层板,这在新的系统里面已经不足以应付复杂的走线和低噪音的要求,因此我们尽量使用多层板,降低干扰,提升品质。

  最后重点提下,软件是日后所有厂家都要关注的焦点,操作的易用性往往要比声音的好坏重要。而各大厂家最后竞争的,其实就是软件,无论是操作的界面,还是销售的音乐资源,这是以后竞争的焦点。

  产品细节

  在一种产品里面,大体基本都相似,不同的在于细节。比如机箱外观,操控,音质等。进口的牌子,几万和十几万的区别就是那些细节。声音最后的表现,也就是末位的1-2比特。我们曾经碰到比较严谨的国外客户,对细节的要求极其到位,比如接插件镀金是否足够好,电阻/电容的品牌,电路板材质、工艺,甚至一根导线的材料都有严格要求。

细节的建立在于积累的多少,客户的数量,为积累提供了重要的数据。只有走出去让更多的人使用,才能让产品更完善,获得更好的拥护体验。当然,这

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编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1009/article_19919.html
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