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【VMV碎碎念】04、带CD读取的高精数字音频处理中

发布时间:2024-06-07 13:43 点击量:

  【VMV碎碎念】系列,来到第四篇。前三篇都是等产品出来一段时间再写,而这次这个T2,它的设计理念、玩法可能和大家预想的不太一样?而且,同系列的其它两个产品D2R、P2到我手上时,基本架构已经开发完成,我只需要负责调音即可;而T2我的介入程度要深入一些,我也将一些多年来在录音、后期领域学习到的对数字音频的理解,融进这个产品中;因此,在T2面世前,我还是越俎代庖来写一下吧。由于担心这篇的篇幅过长,影响阅读体验,因此分为上、下两期:上期主要谈谈T2的设计理念及功能,下期就是围绕这些功能的一些新玩法。

  1、VMV T2是SMSL PL200的升级版吗?2023年9月面世的SMSL PL200一直持续热卖,这款体积小巧功能齐全做工优秀声音扎实价钱公道的CD机,不仅让很多朋友放弃了同价位甚至更高价位的二手进口品牌CD机,也让SMSL感到惊喜和意外:原来做得好的“水桶机”,还是有相当的市场。《新音响》杂志的赖英智主编听过PL200,一顿表扬之后,提出“能否再挖挖潜力,做个更高端更纯粹的东西,比如纯转盘?”当时大家对PL200的市场前景还是未知数,但他不知道的是,研发早就开始了……2023年11月24-26日的广州国际音响唱片展(东方宾馆展),是VMV T2的初试啼声。尽管展会前2天才组装好可以开声,但这部工程机的众多功能和实际声音表现,也在展会上出了一些“风头”。之后在双木三林的用户群里,T2作为“加强版PL200”就是受关注度最高的机器,几乎天天有人催着上市,那么,它是PL200的升级版吗?

  2、数字音频各部分独立,是更高级的玩法:数字音频从面世到现在,无论格式、存储介质如何变换,在转成模拟之前,总是需要一定流程的内部处理的。只是以前这个流程被厂家“封装“了,大家买到一台带模拟输出的CD机或者数播,接到功放上就可以享受音乐的感动了。但同样是CD机,为什么有些CD机卖几百元,有些卖几万甚至十数万?这里面除了读取架构、伺服系统、解码芯片、电源、模拟电路甚至端子、焊锡……之外,还有没有其它差别呢?

  后来有更高要求的用户,将CD的读取和解码独立,声音效果得到立竿见影的提升;一些玩家开始津津乐道于Delta Sigma与R2R解码器架构的听感差异,或者比较ESS、AKM等解码方案提供的数字滤波器的异同。然而,老牌专业音频厂商DCS,却用其旗舰机器Vivaldi,从更专业的角度,给出了他们的答案:数字音频信号在进入解码器之前,被“一分为三”:独立的时钟、转盘之外,更有一个数字处理中心,主要负责时钟同步、ASRC及升频。这种玩法实际上将播放端数字音频的秘密半公开了:要想得到更好的数字信号源,独立时钟和独立的数字音频处理,是更高端更先进的玩法!

  3、与其说T2是个纯CD转盘,不如说它是带CD读取的高精数字音频处理中心:今年以来,VMV T2的工程机频频亮相各个耳机展会,大家也都知道它和PL200是一样的CD读取架构(官方称之为P.A.S.S. Precision Access Servo System,精密加载伺服系统)。

  这个架构的抗震性能极其优秀,已经在苏州的汽车音响烧友车上得到验证(详见【汽车音响作业】电车往返3000KM,美食到胃,音响到位)。

  然而,这可能就是SMSL PL200和VMV T2从功能上几乎唯一相同之处了。大家不妨看以下这个表格:

  由上图可见,T2除了拥有齐全的数字输入输出接口,还比一般数字界面增加了独立时钟接口,以及内部数字整形!CD读取,只是作为数字输入的其中一个接口,仅此而已!VMV T2真正的身份,是一台高精数字音频处理中心!

  4、业界罕见,同时支持“字时钟”输入和“标准时钟”输入:在数字音乐的录音和制作阶段,“时钟”就是最基础和最重要的组成部分:它是一种极为稳定的脉冲信号,用于将不同采样频率的数字音频信号协调后在同一系统中进行交流。因此,对时钟的选择与正确使用,对于录音师而言就是其中一项基本功。这几年来数字音频文件格式越发多样,导致以前以44.1KHz和48KHz为基准的字时钟系统无法完整覆盖;因此,更高阶(不代表更好声音效果)的10M标准时钟,得以引入到现在的数字音频播放领域。

  当我还在头疼如何分享“时钟”对数字播放系统的决定性作用时,《新音响》杂志的赖英智主编一篇文章《独立时钟有没有用?——Aurender MC10 Master Clock来告诉你》,实在写得太好了(如果不是字数限制,我都想全文摘抄过来……)

  如果系统的字时钟同步出现问题,会导致信号质量严重降低、产生极大噪声或爆裂声。实际上我们使用的CD机、解码器、蓝牙接收、数字播放器等所有数字设备,甚至路由器、投影机、计算机、硬盘盒……内部都有自己的时钟信号,高级的器材还会用温补晶振(TCXO)或恒温晶振(OCXO)来提高时钟的稳定度。在音响系统中,会有一个主要数字设备负责为整个系统提供字时钟信号,其他设备都按照主设备的时钟所决定的采样频率进行工作。

  时钟一般来说都使用Crystal Oscillator晶体振荡器(简称XO,晶振)来生成。比如我们经常见到的“石英钟”,就使用适当切割的石英材料作为晶振,最好的精度能做到±25ppm左右。但是!晶振在工作过程中,会受到电压、振动、温度等的影响,从而产生一定的漂移,如何去避免或者弥补这种偏差,就造就了不同技术分支的更高阶的晶振分类。在数字音频领域经常使用的晶振包括TCXO、VCXO和OCXO。

  1)TCXO,Temperature Compensate Xtal(Crystal) Oscillator,温度补偿晶振。简单来说,使用一个温度检测和补偿电路,以抵消温度上升时晶振的漂移。绝大多数的CD、数播和解码器都使用TCXO,但价差极大,从几毛钱到几百块都有。而且,由于需要对应44.1KHz和48KHz基准频率,一般来说需要使用两颗(如VMV D2R就使用了两颗accusilicon公司的AS318-B晶振);但有些入门级产品只会使用一颗,另一个频率完全靠“计算”生成,精度可想而知。

  2)OCXO,Oven Controlled Crystal Oscillator,恒温晶振。XO不是有温漂嘛,那简单,我让它工作在恒温状态就行了……于是,弄一个严密包裹的恒温箱(oven本身就是烤箱的意思),然后把XO放进去,就是如此简单粗暴。那么,它的精度大概是多少呢?最好的能去到±0.0001ppm……所以常见于军工、通讯、遥感等高精尖领域。(无奖竞猜,HP 3805A,是什么类型的)

  3)VCXO, Voltage Controlled Crystal Oscillator 电压控制晶振。这个晶振可以接受一个外部的信号到锁相环中参与调制,从而生成一个极其精密的时钟信号。专业领域中绝大部分数字设备都带有BNC口的时钟输入端子,然后用一立的主时钟(Master Clock),对所有数字设备进行同步,这些数字设备就使用了VCXO。高精的VCXO还有另一个用途,会在下文细说。

  VMV T2里面,使用了三颗时钟晶振:两颗TCXO,频率分别是45158.4KHz和49152.0KHz,对应的是44.1KHz和48KHz的整数倍。这两颗TCXO比VMV D2R的网红时钟晶振还要好(毕竟音源嘛……更好一点也正常),还有一颗VCXO,用以接收外部时钟并进行同步。这颗VCXO可不简单,它不仅可以接收“字时钟”(44.1KHz或者48KHz)信号,还可以接收“标准时钟”(10MHz)信号,并根据需要生成精确时钟信号!放眼全世界的CD转盘,几乎找不到支持10M时钟输入的(二嫂的SACD支持10M时钟,但它是SACD),而高端的外置时钟,大部分都是OCXO,只提供10M时钟输出……更而且,由于“字时钟”信号和“标准时钟”信号所使用的时钟信号线的菜单里增加了时钟信号线阻抗匹配选项,供大家手动调整,将输入的时钟通路设置到最佳状态。

  5、略显神秘的Clock Alignment究竟是什么:大概从2021年开始,家用音响界出现了一个名词“洗水”,就是在音源和解码间增加一台数字入数字出的机器,但也不改变采样频率,声音得到正向的提升。其实原理很简单,利用PLL锁相环,对输入的数字音频信号进行抖动衰减(jitter attenuation)从而达到信号优化的目的。

  这种玩法(我们一般称为“数字整形”)其实上世纪90年代就在专业音频领域出现并普及,很多专业的Master Clock(主时钟)、ADDA(模拟转数字及数字转模拟)都带有这个功能,我手头拥有可以“洗水”的机器,包括Drawmer DMS-1(这个DMS系列几乎都可以)、Apogee Bigben、Lucid 88192、Digidesign 88824、Benchmark ADA2008、Behringer src2496、Prism Sound AD124等,价格都不贵(百灵达只需几百块……),且效果显著。在我的影响下,很多朋友都认知到录音棚用的器材的专业性和先进性:比如Prism Sound 的开山神器AD124(1998年面世),直接加了D-D按钮,只需一键,就能实现;而Lucid 88192及Digidesign 88824,则可以进行最多4次DD,并且可以加载外接时钟进一步提升数字整形的精度。

  VMV T2继承了专业音频领域的这一功能,并加以发展:1)通过界面的“Clock Alignment”选项,可以设置为“关闭“”Clock Mode1”、“Clock Mode2”模式;2)当不外接时钟时,只要Clock Alignment打开,无论哪种数字输入(共有CD、USB、蓝牙、AES),它的时钟信号都会通过内部的时钟配合VCXO进进行降Jitter,直接将Jitter衰减到20多ps(皮秒)以下;3)当外接更精密的时钟时(比如HP 3805A),只要Clock Alignment打开,无论哪种数字输入(共有CD、USB、蓝牙、AES),它的时钟信号都会通过外接的时钟配合VCXO进进行降Jitter,Jitter将会进一步降低到我们手头的仪器难以测量的程度……

  1)VMV T2采用了两只线性电源+多路供电,将CD读取、数字输入输出、Clock Alignment等供电完全独立,保证了供电的稳定和不受干扰;2)VMV T2的数字输出都使用了数字输出隔离变压器,而且设置了 2 个互不干扰的AES输出,这个业界不多见的小设定(但在专业领域很常见),大家不妨思考一下究竟有何用处,然后,我相信,您会发出会心且邪魅的一笑……

  VMV T2的总体介绍以上述。由上可见,CD转盘只是T2其中一个输入接口,为大家提供一个从音质上具参考价值的音源,其真正核心,乃在于高精的数字音频处理上!那么,怎样才能更好的用好T2,以及T2究竟藏着哪些令您“O嘴”的玩法呢?下篇见!