libratone小鸟音响修理对话Thorsten Loesch：解读PCM

　　相信很多音频发烧友和我一样，对于PCM和DSD之间的问题，早就有了不解。一个偶然的机会，我看了著名音频发烧媒体audiostream和Thorsten Loesch的这篇采访，算是解了我的疑惑！

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　　原生DSD或原生PCM已经成为一个实质性问题。 如果我们观察PCM和DSD数字化波形的原始数字输出，我们可以清楚地看到PCM和DSD是两种完全不同的格式。

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　　每种格式都有自己的优点和缺点。 当我们将一种格式转换成另一种格式时，不可避免地会出现一些损失。更糟糕的是，在格式转换的过程中，我们往往会去掉一种格式的优越性，而对其施加另一种格式的限制。 所以实际上我们得到的是两种格式的糟粕而不是两种或其中一种的精华。

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　　音频始于PCM(主要是日本EIJA标准的14位PCM和16位PCM，以及Decca使用的非标准系统)和类似DSD但dbx700形式略逊一筹的比特流系统。

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　　原始CD标准的PCM系统每22.7微秒(44.1kHz采样率)将音乐信号转换成65536个值中的可接受的单个值(2个16-16二进制加权位)。所以就像在模拟系统的情况下，在每个时间点都有一个绝对定义的值作为参考。 重要的区别是，它没有连续的波形，而是一个类似于原始波形的阶梯形波形。改进的模拟低通滤波器平滑了阶梯波形。

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　　如果我们将44.1kHz/16Bit的PCM音频持续1秒，并将其可视化为图像，我们将获得44100*65536(宽*高)像素的图像。PCM的幅度具有很高的精度和分辨率。鉴于其缺点，我们必须通过低通滤波对模拟信号进行严格的重新编码，这导致相位和时域误差以及相当粗糙的时域分辨率。

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　　附录:44.1kHz PCM数字音频系统(如索尼PCM F1)

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　　附录:Schler先生拥有的索尼PCM F1便携式录音系统，原属Allen Parsons。

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　　相比之下，DBX位流系统每1.55微秒(664kHz采样速率，约为DSD的四分之一)测量一次信号相对于前一个样本是向上变化还是向下变化。所以每个点都没有绝对值。对于长度为22.7微秒的窗口(这是PCM44.1kHz的窗口)，只能描绘14.6个值，而PCM有65，536个值。

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　　“噪声整形”技术可以使更多的东西值得描述，但它平均需要更长的时间窗。DSD的高采样率在一定程度上改善了这种情况。

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　　如果我们取一个1秒的644kHz dbx比特流系统，并将其可视化为一个图像，我们将得到一个644，000 * 2(宽*高)像素的图像。单比特/比特流系统的振幅域精度和分辨率往往不高，但具有较高的时域精度。 看它的优点，虽然还是需要低通滤波器，但是比特流系统不需要PCM要求的陡坡抗失真滤波器。

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　　附录:传统比特流数字音频系统(dbx700)

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　　附录:dbx700位流AD&DA处理器

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　　任何系统都需要在回放环节进行某种形式的低通滤波，这就要求我们在压缩超声噪声和段/时域误差之间进行综合权衡。

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　　在这场PCM与比特流格式之争中，PCM成功打赢了第一回合，成为数字音频的行业标准，随后成为CD、DVD音频系统的标准。索尼的便携准专业型号PCM-F1和录音室专业型号PCM1630成为早期数码录音的行业标准，而dbx 700只是历史的旁注，几乎被世人遗忘。

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　　附录:20世纪90年代末的数字音频系统——单位ADC信号传输到CD或DVD，然后输出到单位DAC (16bit/44KHz或24bit/96KHz)

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　　真正的PCM数字录音和录音回放使用多位模数转换器(ADC)录音和多位数模转换器(DAC)转换。 这种多位转换器非常复杂和耗时，因此非常昂贵，但它在数字音频发展的第一个十年中占据了主导地位。

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　　相比之下，单比特流ADC和DAC的结构简单得多，因此生产成本较低。90年代初，硬件(ADC和DCA芯片)市场偏离了真正的PCM，发展成为单比特/比特流转换器。

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　　附录:晶振CS4303德尔塔适马DAC和旭化成AK5327德尔塔适马ADC

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　　然而，也有例外。到20世纪末，Pacific Microsonic Model 1(随后是类似的Model 2)是最后一个仍在生产的多位ADC系统。虽然低端市场被廉价的单比特/比特流器件占据，但多比特音频DAC却设法坚持了更长的时间，至今仍在许多顶级超高保真回放系统中使用。

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　　我们现在的情况是，大部分ADC和DAC都是单比特/比特流器件，而ADC单比特或比特流必须转换成PCM才能在CD上回放，CD上的PCM信号需要转换回单比特/比特流才能在单比特/比特流DAC中输出。这种双重转换无疑是一个坏主意:我们的信息遭受两次，音质遭受两次。 随着所谓的‘音量竞争’(指当时混音行业提高母带音量的竞争)的影响，商业音乐录音的质量在20世纪90年代中期至21世纪初降至最低点。

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　　所以我们可以推测，90年代中期以后发行的很多“PCM”录音，其实都是来自单比特ADC(DSD与此类似)，然后转换成PCM进行编辑、母带后期处理和播放。它们甚至作为“高清晰度”PCM在市场上销售。

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　　附录:雅马哈01V单比特ADC数字混频器和16比特PCM音频输出到marantz单比特DAC CD播放器，CD格式。

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　　事实上，几乎只有Pacific Microsonics Model 1或2制作的录音被认为是真正的高清PCM音频，而这种转换器非常罕见，所以这种录音非常罕见。所以很少有人真正听过真正的“PCM”，更别说“高清”PCM音频了。很悲哀，但这是事实。

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　　附录:20世纪90年代末的高清PCM数字音频系统–支持HDCD的Pacific Microsonic Model 2 studio多位AD/DA处理器(24位/176.4KHz)

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　　鉴于上世纪90年代末出现的上述问题(更多的是出于其他商业原因)，索尼和飞利浦在业界尝试采用一种叫做DSD的商业比特流格式。起初，它被用作存档格式，后来作为CD的替代格式，它被称为超级音频CD(SACD)。DSD省去了单比特到PCM的转换，回归直接使用单比特或比特流记录。所以DSD/SACD是对CD上单比特/比特流ADC的重大改进，用单位/比特流DAC回放。

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　　附录:20世纪90年代末的DSD数字音频系统-SACD

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　　然而，在市场上销售比特流格式的尝试并不成功。在此期间，甚至黑胶唱片的销量也持续高于SACD。

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　　随着更高的采样率和更长的记录长度成为DVD和电影的标准，硬件行业面临着生产能够超越CD质量的ADC和DAC的压力。他们发现单比特/比特流技术的兼容性普遍较差，因此大量所谓的“混合”系统成为了新的标准。在这样的系统中，多个比特中最重要的6个比特的转换与比特流转换混合。

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　　附录:2013典型DSD复兴数字音频系统——“支持DSD格式的DAC”

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　　这些ADC和DAC使用的最佳技术已经非常完善，本质上，这种技术现在被视为格式转换的新标准。这里当然有问题。我们现有的ADC运行在6-8位和256甚至512倍过采样，DAC也有相同的规格。 这可能不等于一个好的多位ADC或DAC可以真正支持24bit- 768KHz，但原则上它的潜力超过了传统的单比特/比特流器件。

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　　然而，这些ADC和DAC之间的转换仅适用于不同采样速率的DSD或PCM。新系统没有“本地”格式。这导致了DSD试图再次解决的相同问题，只是在更高的质量水平上。 为了回放录音，我们必须将录音转换成DSD或PCM格式，任何类型的转换都会使原始录音失去一些独特的品质。

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　　如果我们将一个24位的352.8KHz(DXD-PCM)文件转换成1位的2.822MHz (DSD)文件，我们将损失PCM格式支持的近99.96%的幅度信息，但我们只能得到12.5% DSD系统支持的时域信息。

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　　如果我们把DSD文件转换成DXD文件，也就是2.822MHz的1位转换成352.8kHz的24位，我们会丢失DSD文件87.5%的时域信息，虽然理论上我们可以把这些重新映射到幅度域。

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　　所以，本质上我们得到的是两种格式的糟粕，而不是其中一种格式的精华！

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　　因为这些ADC/DAC部分一般是针对PCM主导的市场开发的，在PCM主导的市场中，母带的录制、编辑、后期处理和回放都是基于PCM的，ADC输出PCM信号，DAC输入PCM信号，所以这些基于PCM的操作往往是经过优化的。

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　　现在的DSD往往只是后来加入的提供“神秘技术术语”的东西。 例如，许多DAC都有完整的PCM音频路径，具有数字滤波和数字音量控制功能。在这些DAC中，首先将DSD转换成PCM，然后进行数字滤波(过程中会加入将所有PCM转换成DSD数据流的问题)，最后转换成多位δ σ。所以我们在黑盒中心(我们称之为DAC芯片)有两个不好的转换。

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　　最后，我们从过去回到现在，回到“原生”DSD和PCM音频。如果我们真的想听到DSD最好的声音，那就先把它转换成PCM，当作PCM来处理，再当作多位δσ调制来播放，这其实和把DSD马上转换成PCM，用PCM来播放没什么区别，很多所谓的“DSD DAC”就是这么做的。

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　　附录:Mac/Audirvana上DSD本地传输协议支持的单比特ADC和带混合功能DAC的“Brand X”和“DSD DAC”

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　　我们用PCM和DSD转换器回放时听到的声音差异，很清楚的告诉我们，这是算法的转换，而不是格式本身的差异。与原始的未经处理的DSD流相比，这种音质损失是不可避免的。

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　　所以，理想情况下，我们用一个真实的多位DAC在PCM的路径上回放PCM(不管它的原生ADC源是什么，我们总能减少一级的运算和损耗)。而我们用纯δσ调制重放DSD，不需要在时域进行任何运算(不管它的原生ADC源是什么，我们总能减少一级的运算和损耗)。 如果这是我们的需求，我们会发现现在的“旗舰”DAC非常不理想。他们损坏了PCM和DSD。

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　　在* * 普乐之声polkaudio音响故障代码 *(此处保存Thorsten Loesch设计的新车型)中，我们将尽力提供良好的性能。找到既能处理DSD又能处理PCM的现成DAC芯片是一个挑战。 一般供应商对芯片的内部结构介绍不多，往往需要进行详细的实际测试才能确定芯片是什么样的。

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　　我们在* * *(这里省略了Thorsten Loesch设计的新型号)上使用的DAC芯片为我们提供了一种不同寻常的解决问题的方法。它使用6bit多位DAC*处理PCM音频中的6个重要位，提供Burr Brown品牌多位DAC引以为豪的温暖有力的声音。而上面提到的6bit以外的位会被一个低阶的256速σ -δ调制器(实际上是DSD256)转换，这样PCM的播放也有了众所周知的DSD声音的软特性。

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　　*附件:这是翻译在TI DSD1793官网PDF介绍文件(http://www . TI . com/lit/ds/sym link/dsd 1793 . PDF)中截取的信息。另外，经过查阅，索引级别较高的DSD1972和DSD1794也有这个特性。

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　　播放DSD时，使用同一个σ -δ调制器直接将DSD流转换成模拟信号。当然，数字滤波和数字音量控制是DSD所没有的，所以我们必须在模拟信号的处理部分加入这些功能。 最后引用我们国家(英国)——想知道布丁的味道，你最好自己尝一尝。

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　　如果您对以上观点有任何疑问，请与Thorsten Loesch讨论。

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　　如果你对文本的翻译有任何问题，请联系我。翻译中难免有不完善的地方。请指正交流。

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　　主题翻译:bv

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　　辅助翻译:redgt(Joy_c)@三耳工作室

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　　稿件:曾秦颂博士&redgt(Joy_c)

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　　曾秦颂博士解读《高清音乐档案》

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　　曾秦颂博士寄语*:

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　　鼓励所有音响发烧友和发烧友阅读以上翻译，以便对DSD和PCM这两种不同的数字音乐格式有更全面的了解。自从SACD和HDCD格式出现以来，市场上有许多24/96 kHz的随机使用。24/176.4 khz；24/192 kHz和DSD这几个字标榜的是高采样格式的数字音乐文件和CD。这种现象大致可以分为两类:1)原始音源是旧的16/44.1kHz CD格式，通过SRC转换成高格式数字文件或者转换成SACD再重新发布；2)以24/96kHz或更高采样率的格式进行录制，但在制作CD母带的过程中，16/44.1kHz带宽的瓶颈无法回避。

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　　*(曾博士是权威录音师、资深作曲家、唱片制作人，现任北京现代音乐学院客座教授。从1985年开始使用PCM数字录音，也是世界上第一个使用新英格兰数字Syn克拉维尔直接到盘以100kHz高采样率录音的中国人。它也是国际录音技术的先驱。)

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　　以下是曾博士使用Apple Logic Pro X软件对部分高格式音乐文件的检查结果。

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　　让我们用Apple Logic软件提供的FFT显示来查看一下国外高格式数字音乐网站HDtracks终极下载体验的24/96kHz音乐文件。曲目名称是:

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　　尼古拉·里姆斯基·科萨科夫:雪姑娘——酒杯之舞

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　　明尼苏达管弦乐团/大植英次

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　　正常速度播放，可以看到音乐信号从10kHz到20kHz非常丰富:

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　　在4倍慢速播放中，音乐信号以4倍频率移动到图表左侧，可以看到高频信号无缝扩展到30kHz (7.5kHz X 4):

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　　查贝多芬的《豹妹代代相传的郑锦最好的音乐的24bit/192 KHz WAV HD音源》第五交响曲，你会发现一个用SRC提高192k频率的例子，图1显示正常速度播放时，在20kHz附近有一个独立的噪声，从音乐信号中分离出来。

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　　减速4次可以看到这个噪声出现在(12kHz x 4)=48kHz左右，这是升频过程中产生的混叠噪声。慢速播放时，耳朵会听到一串碎音。

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　　音乐最重要的是好的表现和出色的录音。高格式不一定意味着音乐听起来更好。16/44.1kHz的CD已经为音乐爱好者成功加载了30多年。只有在A/B对比下，高格式带宽和声场还原的优势才会明显。 至于是否有必要为了格式而升级设备，关键始终在于音乐软件的制作工艺。而唱片设备厂商刻意标榜高格式，更多是为了给爱好者提供更多消费和游玩的选择。

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　　来自翻译器的辅助信息:

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　　相信很多音频发烧友和我(Joy_c)一样，对于PCM和DSD之间的问题，早就有了不解。 一个偶然的机会，通过audiostream和著名音频发烧媒体Thorsten Loesch看到这篇文章的采访者，急着让他的女朋友抓紧时间完成这篇文章的主要翻译，然后由我负责专业术语的翻译和对外传递，希望能帮助更多的朋友解惑。

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　　期间甚至遇到了惊喜小插曲。曾秦颂博士得知我在处理完翻译稿后主动提出帮忙修改，更是热情地提供了他详细测试的数据，希望能让烧友们远离“忽悠”。在此，我要特别感谢他。

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　　看完这个，一个不是结论的结论应该已经出来了:“目前PCM和DSD没有绝对的优劣。目前更应该关注的是业内从录制到最终播放的统一流程，以及烧友要远离‘假高清’”。 遗憾的是，我们可以通过文章了解PCM和DSD的历史、现状，甚至一些技术原理，但面对目前市面上很多刁钻的作品，无论是音频设备还是录音，我们还是无可奈何。采访中提到，90年代中期到本世纪00年代中期有过“卷争”之类的烂历史，现在还有很多所谓的DSD作品等等。......

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　　一直有一句话叫“最好的发烧设备服务于好的录音”，但今天，我们纵观全球的录音行业，还是只关注身边的华语唱片。似乎越来越少的新唱片值得我们在播放设备上花费金钱和心思。 最后，更多的期待不仅仅是为了播放设备的不断完善，而是为了以后能听到更多好的新唱片。

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　　另外，欢迎朋友们关注@三耳工作室，参与更多互动。

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　　原文地址:http://www . audio stream . com/content/QA-Thorsten-loes ch-am rifi-audio stream-addendum-PCM-vs-dsd

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