[分享] 為什麼數位升頻有效

陳誠誼2014-9-8 20:24

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從1980年類比音樂在 飛利浦及SONY等國際大廠的帶動下進入數位化的時代，當初的規格制定者飛利浦認為14位元就夠了，SONY等卻堅持16Bit，掀起了位元之爭，後來證明SONY是對的，取樣頻率定為44.1KHz，(這有點像當初VHS及Beta之爭)由於當時規格制定的限制，大大的限縮CD音樂的圓潤感。直到後來的DAT數位錄音帶的問世將取樣率定為48KHz，數位化的腳步不停的前進到了DVD時更有劃時代的進步，將取樣率又更進一步的提升為96KHz，這也是為什麼DVD播放影片及音樂比CD好的原因。為什麼取樣率的改變會使聲音有那麼明顯的改變，那就得談談什麼是取樣率，用白話文講就是樣本，你在一定的容量之內，你要有的取樣點，看維基是如何說取樣的:
聲波通常使用44.1k次/秒 (CD)或48k次/秒（professional audio）的取樣頻率。這已經足夠用在大部分實際用途，因為人類的聽覺系統所能聽到最高頻的聲音大概在15-20kHz。在44.1KHz的取樣率中會有高通濾波器以及低通濾波器這個濾波器就設在44.1KHz的一半，即22.05KHz，又有2K左右誤差，所以實際上來說你所聽到的只剩最高18至20KHz，所以為什麼取樣率重要的原因在此。

最近的趨勢是使用更高的取樣頻率（大概是基本需求的兩倍或四倍），這尚未有理論支持，而且即使在吹毛求疵的聆聽環境下，也無法讓聽到的聲音有什麼不同。然而有許多錄音室正使用96kHz的配備且承諾'superaudio'格式將會和DVD一樣是個選擇。許多聲稱取樣頻率必須高於48kHZ的文章都認為16位元的音訊訊號的動態響應範圍應該是96d，這個數位通常是簡單的對量化的最大值和最小值的取比率，也就是,或者65536。這樣的計算錯誤在於沒有考慮到訊號的峰值並非理論上允許的最大正弦波訊號值，而量化步長也並非平均雜訊值，即使它們是一致的，它也不能夠在不考慮ITU-R 468雜訊加權函數的前提下表示聲音的大小。在對典型的程式量值在聲音處理的各個環節進行嚴格的分析以後，可以發現這樣一個事實，也就是在良好的工程基礎上16位元的錄音質量可以遠遠的超過最好高保真系統的表現力，而其中麥克風噪音和擴音器的容量才是真正的制約因素。
文章部分來自:http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%8F%96%E6%A8%A3

那麼在數位串流音樂流行的今日雖然CD已逐漸沒落(關鍵在於便㩗性及儲存不易，因此數位化過程中手機以及數位播放器就逐步取代CD了，在這些數位串流的播放系統中，可以發現數位音樂已往24Bit/192KHz去發展了，這是CD遠遠不及的，這些強大的規格讓音樂的細節及動態的範圍更加寬廣，這也是HTC蝴蝶2有進入數位播放的趨勢，當人們不斷追求高品質音樂，做為手機商如能搭上潮流就掌握未來。在現有的規格定制裏44.1KHz，已是不磨滅的事實，如何能夠讓聲音的表現更加完美，那只有升頻一途，下面進入我們的主題升頻:
升頻即在原有的44.1KHz中插入更多的取樣點且聽專家說法:

CD問世將音樂聆聽從類比帶入數位時代，迄今已將近三十年，當年制訂16bit/44.1kHz的CD標準規格，隨著數位處理晶片技術的進步，已經進步到24bit/192kHz，甚至目前最新32bit規格數類轉換晶片都已問世。不過究竟數位昇頻（Upsampling）有何妙用？且聽義大利North Star Design老闆兼設計者Giuseppe Rampino說分明。

North Star Design自家最出名的器材，就是Model 192 MK II數位訊源，包括Model 192 MK II CD轉盤、Model 192 MK II DAC數類轉換器與更高檔的Extremo DAC數類轉換器。Giuseppe Rampino經常被問到「數位昇頻」究竟有什麼好處？於是這位資深音響設計工程師便給了這麼一篇專業又中肯的答案。

圖左為類比訊號，圖右則是經過數位取樣的訊號。

音響設計沒有「魔法」存在

Giuseppe表示，任何音響的設計都沒有「魔法」存在，一切都有技術性的答案。關於「數位昇頻」也是如此。

關於「數位昇頻」，Giuseppe開宗明義說數位昇頻「不能提升」音質，使用數位昇頻的DAC聲音表現比較好，那是因為「不昇頻」的標準CD轉換聲音比較差，所以顯得數位昇頻音質較好。這還真是個直接的答案。

        
在標準44.1kHz的數位訊號送入DAC之前，數位音樂訊號要先進入一個數位濾波器，透過晶片運算把數位訊號「昇頻」，通常是8倍頻。
Giuseppe深入解釋「數位昇頻」的運作過程，在標準44.1kHz的數位訊號送入DAC之前，數位音樂訊號要先進入一個數位濾波器，透過晶片運算把數位訊號「昇頻」，通常是8倍頻，然後將昇頻過後的數位訊號送入第二組數位濾波器，這一段濾波有非常陡峭的斜率，把昇頻過程產生的額外高頻噪訊濾除，留下純淨的數位音樂訊號。昇頻並經過濾波的純淨數位訊號，接著送入數類轉換，過程中還要經過另一次濾波，但這次則是類比濾波，通常是2階或3階濾波，但類比濾波階段則會產生相位偏移。

相位偏移對時間範疇的影響

瞭解數類轉換的過程之後，我們可以來看看相位偏移對時間範疇的影響。一般真實樂器在演奏的時候，彈奏一個音的同時會產生基音與泛音，透過音響播放時，重現正確的基音大概沒問題，但是泛音重播時通常會帶著這類相位飄移，並且造成若干程度的時間延遲，這相位飄移和時間延遲，通常被視為「失真」。

如果音樂訊號經過數位昇頻之後，標準44.1kHz藉由運算插入並重新取樣，賦予原始音樂訊號達到192kHz的取樣頻率，但請注意：這個過程並沒有對原始音樂訊號進行「增加」的動作，即使取樣頻率到達192kHz，音樂訊號的頻寬依然只能到達20kHz。



既然沒有「增加」頻寬，那數位昇頻為何比標準44.1kHz的數位訊號聲音要來得好？差別在於數位濾波，當我們使用數位昇頻拉到192kHz之後，數位濾波的中心點就是96kHz，而第二關類比濾波的參考點就會遠離「人耳所能聽見的頻率」（說得準確一點就是96kHz）。

解釋到這裡，數位昇頻處理後的數位訊號經過數類轉換，在「時間範疇」的意義來說，可以更忠實地接近原始訊號。換句話說，昇頻之後可以大幅度降低相位飄移的現象，這也是數位昇頻的音質表現比標準CD訊號更好的原因。

升頻有效文章分享來源:
http://review.u-audio.com.tw/reviewdetail.asp?reviewid=195

★HTC論壇三週年生日快樂★
因為你讓我超越想像、不斷實現完美的畫面，讓我看見這一路令人驚豔的一切，我愛上HTC～

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