CD のサウンド (憶測と現実)。スキーム、説明

無線電子工学および電気工学の百科事典
無料のライブラリ / 無線電子および電気機器のスキーム

CD はどのように聞こえるか (推測と現実)。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

無料のテクニカルライブラリ

オーディオ CD (CD) を記録するためのデジタル形式オーディオ CD は、民生用オーディオ機器市場で確固たる地位を確立しています。人気のあるアマチュアおよびプロの文献では、さまざまな著者がこの形式の長所と短所について繰り返し発言しています。この記事では、私の経験に基づいて、いくつかの誤解を払拭しようとします。

[1] で、著者は CD からコンパクトカセットをコピーすることの不便さを指摘し、CD の音質は、彼の意見では、3 番目のクラスのアナログサウンド再生機器の音質と同等であるという事実に言及しています。 . この記事 (非常に興味深い) で、著者はシャノンの定理 (または、ロシア文学ではコテルニコフの定理と呼ばれている) に疑問を呈した。

アナログデジタルコンバーター (ADC) の入力が、0 ～ 20 kHz の周波数帯域で一様に分布したスペクトルを持つ信号を受信すると仮定します (図 1a)。アナログからデジタルへの変換がサンプリング周波数 fg = 44,1 kHz (シャノンの定理によるよりもわずかに高い) で実行され、次に逆のデジタルからアナログへの変換が同じ fg で実行される場合、次のスプリアスバンドが発生します。 fg の倍数である中心周波数（図1b）。簡単に言えば、この現象は基本的な正弦波信号の複雑な形状の信号への変換と呼ぶことができます (たとえば、[1] で説明されている 20 kHz の単一の正弦波信号を同じ周波数の蛇行に変換する場合)。

CDのサウンド（推測と現実）
Pic.1

何が起こっているかの本質をさらに理解するために、時間領域から周波数領域への高調波周期信号の変換に目を向けましょう。図 2 は、このプロセスをグラフィカルに示しています。時間平面 UOt には、周期信号のグラフがプロットされます。離散フーリエ変換 (DFT)、高速ハートレー変換 (FHT)、または最新離散コサイン変換 (DCT) を使用してグラフ化された関数を高調波に分解し、それらの振幅を周波数軸に沿ってシフトしてプロットすると、元の信号のスペクトルには、振幅が U1 と U2 の XNUMX つの高調波が含まれています。実際には、オシロスコープを使用して振幅の時間依存性を観察し、スペクトラムアナライザを使用して周波数依存性を観察します。

CDのサウンド（推測と現実）
Pic.2

fg = 20 kHz で周波数 40 kHz の正弦波信号と方形波信号の DCT を実行すると、それぞれ図 3a と図 XNUMXb に示す結果が得られます。ご覧のとおり、方形信号のスペクトルには、基本周波数に加えて、基本周波数の倍数の周波数を持ち、高調波の数が増加するにつれて振幅が減少する高調波が多数存在します。ローパスフィルター (つまり、「余分な」高調波をすべてカットする) を使用すると、方形信号から正弦波信号を取得できます。このプロセスは、アナログ方式とデジタル方式の両方で提供できます。

CDのサウンド（推測と現実）
Pic.3

ここで、DAC の出力で、正弦波からの信号が矩形になることがわかっている場合、つまりスプリアスバンドがスペクトルに現れます (図 16)。カットオフ周波数 fcp = 20 kHz のローパスフィルターを使用すると、fg の倍数であるすべてのスプリアスバンドを結果の信号から除去できます。 n 次のアクティブローパスフィルターは通常、すべての CD プレーヤーに搭載されていますが、直接回路内に搭載されていない場合は、統合 DAC の一部として搭載されています。

信号の寄生高調波は、ADC と DAC の入出力に含まれるローパスフィルターの周波数応答が不完全なために発生します (図 4)。その結果、DAC によって生成された信号のスペクトルの重ね合わせが発生し、寄生成分のレベルが低くなり、ローパスフィルターの周波数応答が「急峻」になり、阻止帯域での減衰が大きくなります。

CDのサウンド（推測と現実）
Pic.4

fg をナイキスト周波数 (信号の上限周波数) に対して 4 倍または 8 倍に増加させると、DAC 出力での信号スペクトルの成分をわずかにプッシュすることができますが、これによりデジタルデータストリームが不当に増加します。 AudioCD 規格を使用して削減できます。

ADC の前と DAC の後のローパスフィルターの特性を改善するだけで、サイド寄生帯域による干渉の増加に対処することができます。少なくとも 6 次のローパスフィルターを備えた最新の PCD は、DAC の後の信号をフィルター処理するタスクに比較的うまく対処し、少なくとも 90 dB のスプリアスノイズを減衰させます。この場合のサウンドチャンネルの帯域幅は20 ... 21600 Hzで、5 * 10の不均一性があります^-3 デシベル。これらのパラメータは、すべてのクラスのアナログサウンド再生機器の同様のパラメータよりも著しく優れています。

上記から、fg = 2fB で信号をサンプリングする場合、DAC PKD の出力でローパスフィルタの要件を厳しくする必要があると結論付けることができます。

[1] では、著者は、CD に録音する前の信号圧縮、およびこれらの CD から作成された録音での 20...200 Hz の領域での周波数カットの形成についても報告しています。より正確には、閉塞は 1 kHz の周波数に達します。これは、オーディオ周波数技術の基準と見なされます。

ノイズ耐性の理論からわかるように、信号（オーディオを含む）、大きなダイナミックレンジと周波数帯域を持つ信号を送信する場合、送信前に圧縮することをお勧めします。これは、アメリカの研究者ドルビーによって成功裏に導入されました。信号の展開は、ユーザーの要求に応じて VPC で実行されます。 CD を再生するほとんどの CD-ROM ドライブには、実際にはエキスパンダーがないことに注意してください。その機能は、ほとんどのサウンドカードとアクティブスピーカー (「ベース」ボタン) で使用できるローパスフィルターに置き換えられます。

PCD のデジタル部分には、エラーの修正とマスクの両方の機能があり、CD 自体の録音品質の悪さとその表面の欠陥によるエラーの両方を修正できます。ただし、PKD のこの機能を過大評価することはできません。これは、検証に使用されるコードが有限数のエラーを修正し、PKD (機械的損傷) の動作中にそれらの数が増加するためです。したがって、低品質の CD、特に頻繁に使用された CD を再生すると、CD の音質が急激に低下します。

この事実を例に挙げてみましょう。 1 ビットワードの 1 ビット訂正コード (ハミング訂正あり) は、7 つしかエラーを訂正しません。したがって、XNUMX ビットの情報に XNUMX 回以下のエラーが発生するという記録が必要です。もちろん、VPC ではより強力な修正コードが使用されますが、エラーの数にはまだ制限があります。 CD が録音される機器の品質も重要な役割を果たします。大量生産中に CD が複製されるマトリックスの品質。 CD の動作条件も同様です。

異なる機器でCDに録音された同じ曲は、異なって聞こえるという意見があります。これは、VCD が低品質の機器を使用して記録された CD を再生するときに発生するエラーを修正 (偽装) しようとするためです。

エラーの発生とマスキングのプロセスを模式的に図 5 に示します。瞬間t1-t2およびt3-t4で、信号がインパルスノイズの影響を受けるとします（図5a）。補正デバイスはそれを追跡し、隣接する「影響を受けていない」測定値に置き換えます (図 56)。信号を補間します。ただし、受信信号に DCT を適用してそのスペクトルを分析すると、スプリアスバンドが見られます。 DAC出力の低周波フィルターが高周波成分とうまく「戦う」と、結果として得られる信号に低周波干渉が重畳され、特定の歪みが発生します。これは、特に長期的な干渉中に顕著になります。

CDのサウンド（推測と現実）
Pic.5

文献には、いわゆる「シングルビット DAC」のパラメータがマルチビット DAC よりも悪いことが示されています。特に、シングルビット DAC では、位相ジッタ (「ジッタ」) の値が大きくなります。

図 6 は、Crystal Sem のシングルビット DAC CS4328 の機能図を示しています。シリアルデータ (4 つの形式で表示可能) は入力コンバーター (IP) に供給され、18 チャネルの 64 ビットパラレルストリームに変換されます。デジタルインターポレータ (DI) を介した信号は、デジタルデルタ変調器 (DM) に供給され、XNUMX 倍の「オーバーサンプリング」で XNUMX ビットデータストリームを形成します。さらに、信号は XNUMX ビット DAC、XNUMX 次ローパスフィルターに供給され、バッファーアンプを介して回路の出力に供給されます。

CDのサウンド（推測と現実）
Pic.6

超小型回路はよりシンプルで安価なシングルビットDACを使用しているため、デバイスのコストはパラメーターのわずかな低下で減少します。 DAC を駆動するクロックジェネレータ (TG) は、PLL によって着信 CLK クロックにロックされ、ジッタが減少します。スイッチドキャパシタフィルタを使用すると、回路を任意のクロック周波数で使用できます (つまり、ローパスフィルタを再構成する必要はありません)。チップのダイナミックレンジは 93 dB に達します。

間違いなく、最初の VRM がリリースされた時点で、このクラスのデバイスは、ハイエンドのアナログ音声再生機器と同等またはそれを超える特性を備えていました。さまざまなメーカーの回路ソリューションはさまざまであり、そのため高品質モデルと低品質モデルの両方が市場に売り出されました。

CD マルチプロファイル DVD-ROM (オーディオバージョン) を置き換えると、出力信号のスペクトル内の寄生高調波をデジタル方式でフィルタリングするだけでなく、サンプリングレートを上げることによっても問題を解決できます。 DVD 技術は MPEG-2 オーディオ圧縮を使用するため、i. DCT による信号の周波数振幅表現とその後の冗長性の削減により、デジタル信号プロセッサを使用して効果的にデジタルフィルター処理することが可能になります。

4,7 層 DVD の容量は、680 MB の CD に対して XNUMX GB であり、大量のデータを DVD に書き込むことができます。しかし、同じ電子デバイス（ADC、DACなど）が回路ソリューションで使用されるため、ジッター低減などの問題も深刻になります。電子部品を製造する企業は、より近代的で高品質のデバイスを設計することで問題を解決します。

同時に、PKD は時代遅れのアナログサウンド再生機器の最も完全な代替品です。

文学

1. Skulkin I. コンパクトディスクの音質について。 - アマチュア無線、1998年、N1.C.19
2. Zolotukhin I. et al. デジタルオーディオテープレコーダー。 - T. ラジオと通信、1990 年。

著者：V。フェドロフ、リペツク; 出版物: N. ボルシャコフ、rf.atnn.ru

他の記事も見る セクションオーディオ.

読み書き 有用なこの記事へのコメント.

<<戻る

科学技術の最新ニュース、新しい電子機器：

量子もつれのエントロピー則の存在が証明された 09.05.2024

量子力学は、その神秘的な現象や予期せぬ発見で私たちを驚かせ続けています。最近、理化学研究所量子コンピューティングセンターの Bartosz Regula 氏とアムステルダム大学の Ludovico Lamy 氏が、量子もつれとそのエントロピーとの関係に関する新しい発見を発表しました。量子もつれは、現代の量子情報科学技術において重要な役割を果たしています。ただし、その構造は複雑であるため、理解と管理が困難になります。レグルスとラミーの発見は、量子のもつれが古典系と同様のエントロピー規則に従うことを示しています。この発見は、量子情報科学技術の分野に新たな視点をもたらし、量子のもつれと熱力学との関係についての理解を深めます。研究結果は、もつれ変換の可逆性の可能性を示しており、これにより、さまざまな量子技術での使用が大幅に簡素化される可能性があります。新しいルールを開く ... >>

ミニエアコンソニーレオンポケット5 09.05.2024

夏はリラックスしたり旅行したりするのに最適な時期ですが、多くの場合、暑さが耐え難い苦痛に変わることがあります。ソニーの新製品、Reon Pocket 5 ミニエアコンをご紹介します。ユーザーにとって夏をより快適にすることを約束します。ソニーは、暑い日に体を冷やすユニークなデバイス、Reon Pocket 5 ミニコンディショナーを導入しました。首にかけるだけでいつでもどこでも涼しさを楽しめます。運転モードの自動調整と温度・湿度センサーを搭載したミニエアコンです。革新的なテクノロジーのおかげで、Reon Pocket 5 はユーザーのアクティビティや環境条件に応じて動作を調整します。ユーザーはBluetooth経由で接続された専用モバイルアプリを使用して簡単に温度を調整できます。さらに、ミニコンディショナーを取り付けられる、便利な特別デザインのTシャツとショーツも用意されています。デバイスはああ、 ... >>

スターシップのための宇宙からのエネルギー 08.05.2024

新技術の出現と宇宙計画の発展により、宇宙での太陽エネルギーの生産がより実現可能になってきています。スタートアップ企業のトップである Virtus Solis は、SpaceX の Starship を使用して地球に電力を供給できる軌道上発電所を構築するというビジョンを共有しました。スタートアップ企業のVirtus Solisは、SpaceXのStarshipを利用して軌道上に発電所を建設するという野心的なプロジェクトを発表した。このアイデアは太陽エネルギー生産の分野を大きく変え、より利用しやすく、より安価になる可能性があります。このスタートアップの計画の中核は、Starshipを使って衛星を宇宙に打ち上げるコストを削減することだ。この技術的進歩により、宇宙での太陽エネルギー生産は従来のエネルギー源と比べてより競争力のあるものになると期待されています。 Virtual Solis は、Starship を使用して必要な機器を配送し、軌道上に大型太陽光発電パネルを構築することを計画しています。ただし、重要な課題の 1 つは、 ... >>

アーカイブからのランダムなニュース

自動操縦でコンボイドライブの車 07.02.2012

元の SARTRE プロジェクトはテストを成功裏に完了しました。自動モードで高速道路を走行する数台の車です。 SARTRE プロジェクトには、ヨーロッパの XNUMX つの異なる組織が関与しています。これは、車両が車列内で互いに接近して移動できるようにする、この種の唯一の非軍事技術です。 SARTRE は自動車の燃料消費量を削減し、交通安全を改善し、道路の容量を増やします。

最近、新技術の最初の成功した複数車両のデモンストレーションが完了しました.90台の乗用車が完全に独立して、時速6kmの速度で走行している先頭のトラックに追従しました。車同士は XNUMX メートルの距離を保つことに成功し、緊急事態を引き起こすことはありませんでした。 SARTRE システムは次のように機能します。プロのドライバーが運転する車が車列の前を走行し、他の車や道路の状況を注意深く監視します。彼に続く車は、前方の車両の距離、速度、移動方向を自動的に測定します。車が車の列に取り付けられ、自動化が開始された後、リーダーに続くドライバーはリラックスできます。スナックを食べたり、電子メールをチェックしたりします。

したがって、SARTREシステムを搭載した車での移動の快適性は大幅に向上します。燃料も節約され、交通状況への人的要因の参加が減少します。同時に、道路インフラを再構築する必要はありません。

自動隊列走行技術の統一基準、および公道の移動を管理する多数のさまざまな国の法律の調和については、まだ長い交渉が行われています。しかし、SARTRE 技術は確実に実装され、道路輸送を新しいレベルの快適さと経済性にもたらします。

その他の興味深いニュース:

▪ データ復旧サービス付きのハードドライブ

▪ 車用シートベルト

▪ Xiaomiスマートマットレス

▪ バッテリはコンピュータによって充電されています

▪ Xerox DocuMate 4700 SMB 用フラットベッドスキャナー

科学技術、新しいエレクトロニクスのニュースフィード

無料の技術ライブラリの興味深い資料:

▪ サイトの「あなたのストーリー」セクション。記事の選択

▪ ルバキン・ニコライ・アレクサンドロヴィッチの記事。有名な格言

▪ コルキスのメディア王女はなぜイアーソンに一目惚れしたのでしょうか？詳細な回答

▪ 記事「クロウベリー」。伝説、栽培、応用方法

▪ 記事ラジコン用電圧コンバーター。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

▪ 記事トランジスタ管AM送信機。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

この記事にコメントを残してください：

このページのすべての言語

ホームページ | 図書館 | 物品 | サイトマップ | サイトレビュー