一.音乐CD音质问题
音乐CD是在人们需要一种与唱片相类似但可以比较容易保管，不容易损坏而又能重复得到相同音质的媒体的需求下产生的。在这种需求背景下产生的音乐CD，使用了不经时变化而又可重复再生的数?
爰锹挤绞揭约岸曰鬯鸹档瓤梢杂幸欢ㄐ砣荻确墙哟ナ焦庋Ф寥》绞健?BR>
因为采用了数码记录方式，所以从理论上来说每次都可以读取到相同数据。但实际上即使是由相同的数码做成的CD也会由于再生的环境，盘片的物理特性以及数码记录品位的不同而不同。
这里所说的再生环境是指CD放音机，扩大机，喇叭以及这些音响机器的电源因素。另外CD盘片的物理特性是指盘片中心孔的精度，重心位置的精度以及此盘片记录层个性等等。
音响机器以及盘片是使用者所有，对于刻录机厂商来说我们能做的是为客户提供能使现有的音响机器，盘片发挥最高性能的盘片刻录设备。
二.PLEXTOR最注重的是记录品位以及音乐CD-R的音质向上等等的关键因素
PLEXTOR品牌刻录机大家都知道，但您是否知道PLEXTOR最初投身电子产业时是专门从事业务用音响机器制造的。业务用音响机器(如背景音乐放音系统)事业直到今天我们还在做，所以我们拥有对音乐再生技术以及音质控制的最权威的工程师队伍。
用数码技术记录的音乐CD，根据录音环境不同而产生的音质差大多数人会觉得不可理解。其实用CD-R或CD-RW盘片记录的音乐CD大致由2方面的因素决定了音质差异。
1.盘片厂商不同造成的记录层色素不同，即盘片因素。
2.记录音乐的刻录机因素。
这两个因素相互交错影响构成了音乐CD再生的音质品位。
在下面我们主要介绍刻录机因素造成的音质变化问题以及为了改善音质我们主要在哪些方面做了研究改进。
三.决定CD音质的要因分析
刻录机不单是一种存储装置，如果能实现非常高的记录品质的话，就可用于音乐制作室等音乐原盘制作等要求非常高的地方，PLEXTOR做到了这一点。
1.决定记录品质的要因JITTER是什么？是如何发生的？
数码音乐的失真小，经时变化小是它的魅力所在，但正因为是数码信号所以数字信号/模拟信号的相互变换就是不可避免的,在这种变换中就包含了影响数码音乐音质的因素.
2.为何记录了同样数据的CD的再生音质会不同?
在刻录机的电源的微小变动时记录的盘片发生的各种问题都可以从JITTER的角度得到说明,简单地说就是JITTER值大的盘片对CD PLAYER来说很难读取.
3.为何JITTER值大的盘片的数据难以读取呢？
难以读取的盘片在再生时,CD PLAYER的电源会比平时波动大,这会造成音质的恶化,所以说要最大限度的发挥CD PLAYER的性能来再生音乐的话就必须使用刻录品质好刻录机来复制音乐CD.
4. 为何CD PLAYER在读难以读取的盘片时电源会比平时波动大呢？
四.音乐CD的特征
音乐CD与唱片的再生音质何种为好各有各的喜好,但音乐CD比唱片要容易保管以及重复使用的寿命长却是不争的事实.
这些CD的有利之处在于采用了非接触式的光学读取方式以及为了支持这种方式而实行的强力纠错功能.
比如说唱片有划痕时或者在长期使用磨损后次唱片记录的模拟音乐信号数据多少也会改变,这就造成了音质的变化或者是产生了杂音.但音乐CD的场合即使有一点微小的划痕也会因为强力纠错功能的作用而得到与完全无划痕的CD同样的音质.而且因为是非接触式读取所以不会发生长期重复使用后磨损而发生的音质劣化.
五.CD纠错的方法
CD规格的前提本身就是建立在因为采用非接触光学读取方式,所以CD盘片上的划痕及灰尘等一定会造成读取错误的基础上.在发生读取出错的部位,就得不到这部分数据,但为了再现原先的数据就产生了[用计算来修复没读到的数据]必要.为了实行修复,所以在向CD盘片记录数据时首先将数据分割为数据段,然后在每一个数据段上附加修复用的数据,但要注意的是在一个数据段内如果有许多出错的话那就修正不了。
在这种情况下CD规格为了使纠错功能更强,就必须使在一个数据段内不能有许多的出错,这时采用的方法就是在记录数据时将数据段再分割成更小的数据段并重新排列并记录(见附图).这样在一般情况下即使盘片上有2毫米以下的不能读取部分也可以将此修复到与源数据完全相同的数据了。
记录时将数据段分割并一边重新排列一边记录
再生时将数据排列还原
六.CD记录数据的方式
使用光学读取方式的CD是用激光束照射盘片并产生反射,然后根据反射的强度来判定是0还是1.通常的音乐CD,CD-ROM(此类CD叫压制CD)中的镀铝膜上有凹部,凹部的光反射弱,非凹部的反射强.但CD-R/RW的记录方式如下.
CD-R的场合,PIT是指被激光照射后不反射的部分,即相当于上述压制CD的凹部.LAND是指没受激光照射而仍然保持既有反射率的部分.CD-RW的场合是利用相变化(物理现象)产生反射率低的PIT部分,但基本上记录的原理并没什么大的差别.
七.CD-R/RW盘片上的记录品质
前面已经说过CD具有非常强的读取能力,在再生根据同一源数据作成的CD-R/RW时基本上不会发生读出与源数据不同的数据.数码数据没有变化所以从道理上说用相同源数据作成的音乐CD-R/RW盘片在相同装置上再生时能再生出相同的音乐但实际上由于记录用的硬件的影响,有时再生出的音乐会产生音质变化.这是何原因呢?
简单地说作成的CD对于再生用的CD PLAYER来说是否是易读盘片就成为最关键的要点.这种易读性的数值化表示就使用了PIT(LAND) JITTER(以下简称JITTER)来解释.本文就对JITTER的定义以及JITTER的影响是通过何种构造显现出来的做一下重点说明.
上述PIT,LAND都具有9种长度,表示为3T,4T,5T……10T,11T,下图是2枚不同的盘片上记录的3T PIT长度的测定值示意图.
在CD规格上3T是一个固定的长度,但实际在记录到盘片上时就存在一定的差异.如左图所示其实存在一定的长度范围,每一个PIT,LAND的规定长度与实际长度的差就用JITTER来表示,JITTER越小当然就说明记录品质越高.
八.JITTER的详细解说
前面已经讲过,在CD规格上有3T……11T的PIT与LAND的规定长度,这些规定长度与实际长度的差的范围用JITTER来表示,也就相当于统计学上所说的[标准偏差].我们一般都用3T PIT的JITTER来举例,这是因为在CD中存在最多的就是3T的PIT与LAND,接下来是4T,5T……,越大存在确率越低.所以一般在讨论JITTER时使用3T来举例。
我们下面举例说明JITTER大时的影响。JITTER值较大时会生成大于规格值的PIT,LAND。下图中重叠部分到底是作为3T还是4T就不能判断了,当然这时就会出现读取出错。根据我们的调查，一般市场上销售的刻录机大部分其记录品质虽然有程度差但如下图一样都会产生因PIT与LAND各自与规格值的不同而产生重叠部分。而PLEXTOR之产品实现了不产生重叠部分的记录品质。
注:JITTER这个单词本身的含意即为[偏差],所以并不是指PIT,LAND的偏差时的专门用语,但这里为了叙述简单而将PIT,LAND的偏差通称为JITTER。
九.JITTER产生的原因
1． 转速控制
决定记录时产生JITTER大小的原因为两大部分。一是刻录机的问题,另一个是刻录盘片的问题,在这里我们主要讲述刻录机的问题。
刻录机在记录时首先是转动盘片,然后将激光断续对盘片进行照射,在照射到的部分生成PIT。也就是说盘片的旋转速度与激光的照射时间决定了PIT的长度，同样盘片的旋转速度与激光不照射的时间决定了LAND的长度。
首先盘片的旋转方式有两种。
１) CLV方式(固定线速度)
２) CAV方式(固定角速度)
现在刻录机都采用的是CLV方式。
两种旋转方式的特征
CLV方式就是线速度固定，也就是在激光头的下方通过的速度是固定的。这样对于盘片来说,在记录外周时的转速慢,在记录内圈时的转速快。音乐CD PLAYER的再生方式也是采用CLV方式。
CAV方式就是角速度固定即保持转速一定。此方式一般用于高速读取的CD-ROM驱动器,它的特征是在读取外圈于内圈时的读取速度是不同的。
当然PLEXTOR的刻录机在刻录时也是使用CLV方式转动盘片的。在激光头下通过的盘片线速度是一定的,而激光头根据命令的时间发射激光。
如果实际上线速度并不恒定而是在一定范围内变动时这种变动一般被称为Wow。如果激光头的发光时间一定而转速比规定的快时生成的PIT,LAND就比规定的长,相反则短(下图参照)。
在前面已经说过JITTER就是PIT,LAND长度的偏差程度。而在上述转速不恒定情况下就必然使JITTER值增大。所以控制转速使线速度保持恒定的机构设计,能压制转速不恒定的马达强力控制对抑制JITTER值就是非常重要的了。
转速不安定之场合盘片的动作例
2． 刻录方式
现在市场上有各种盘片销售,但每种盘片使用的色素(RW盘片之场合是相变物质)因厂商不同而不同也是常事，即使是相同色素系但各厂商各自都对使用色素进行了组合(混合)使用。这些盘片对于激光照射
反应虽然微小但确实存在差异。所以对于刻录机来说就需要对盘片的制造厂商,使用的色素等进行判别然后自动采用最适合这种盘片的刻录方法来刻录。所以刻录机的激光强度固定是不行的。单纯的说对于使用对激光照射反应敏感色素的盘片使用的激光强度就低,反之使用的激光强度就高。而这种刻录时调整激光强度的技术就是刻录机厂商的技术所在,通常我们称其为「刻录方式」。
刻录时,激光的照射,不照射是非常频繁地交替进行的,激光头中内置的激光二极管并不会在通电瞬间发射出规定强度的激光,虽然这种时间是非常微小但到达规定强度也是需要时间的。这就会造成在一个PIT中也会出现长短不同。所以对激光头的通电时机,并且根据不同盘片控制微妙不同的通电时间都是刻录方式中的重要要素。
而对一种盘片的最佳刻录方式,是要经过在各种条件下的反复试验并找出最适条件后得到的。这一点非常重要。如达到这一点就意味着对各种盘片都能使用最适合它们的刻录方式来达到高精度刻录。而代表这个高精度的数值就是JITTER值。
3． JITTER与盘片易读度的关系
(1)刻录方式方面
在再生音乐CD时对于CD PLAYER来说盘片是否易读与否其实就是JITTER值大小决定的(在前面也已提及),在这里我们来说明为何JITTER值大的盘片就不易读取。
在前面我们已经说明了JITTER发生的原理,因为有JITTER的存在所以CD上的PIT即使同样是3T它们的长度其实也是不同的,有的比规定的长,有的则短。而CD PLAYER对虽然同种(比如说3T)但PIT长度存在微妙差异的PIT就会采取不同的读取速度,即PIT长的转速快,PIT短的专的就慢。这就是说对JITTER值小的盘片就不用急速变换转速,但对JITTER值大的盘片就必须频繁变换转速才能读取数据,这样的盘片对CD PLAYER来说当然就是不易读取的。
如下图所示,JITTER值小也就是与最上面原始数据最相近。反之就如第二,第三个一样必须频繁变速才能读取了。
再生记录品质不太好的音乐CD时,一般的音乐CD PLAYER会对转速进行大幅度且频繁的变换控制以尽量来读取数据。最近的CD PLAYER产品在这反面有很大的改善,即使JITTER值很差的盘片读错的数据个数也会很少。但因为频繁变速读取,机器的耗电量会有大幅增减,即电源曲线波动并造成再生音质不好。对于这部分的技术说明我们将放到这篇文章的后半部分来进行。
要制作再生音质好的音乐CD,就必须使之让CD PLAYER易读,也就是使之JITTER值小而不必进行大幅频繁变速。这就取决于厂商所谓的刻录机机构,刻录方式的完成度了。
在我们这里对于刻录的盘片(R片,RW片)的评价是使用CD测试仪。当然测试仪也有各种类型,在这里我们使用了对发生数据出错部位即次数进行图像显示的「CDT58S」,盘片的JITTER值也是使用同一测试仪。
这些测试仪的目的不是对刻录的内容是否能正确读出而是相反。即测试已刻录的盘片是否能在规定的转速下被正确读取,所以先使盘片在规定的转速下转动,然后就会测试到错误发生状态,当然错误发生状态取决于盘片的刻录品质。
我们来看用测试仪测出的读取实行时的出错发生数及其分布情况,蓝色的点被称为「C1」错误,这是可以修正的错误。随着JITTER值的增加我们可以看到错误数也增了,在下图中三枚盘片都没有不可修正的错误,所以数据没有损坏。
上述试验除了刻录机外我们也尽最大努力在同样的条件下来进行比较。记录数据是37分25秒的音乐数据。JITTER值测定是对记录领域内圈部分(从5秒至35秒)与外周部分(从30分00秒至30分30秒)的两处,并表示出它们的算术平均值。
很明显我们可以看到JITTER值与出错数的相关关系。在PC用的驱动器,音乐CD PLAYER等为了纠错进行了各种努力并搭载了相应装置的情况下出错数与JITTER值之间的相关关系并不显著,但对于这些机器而言JITTER值大的盘片总是不易读取,负荷大的。
(2)盘片旋转控制方面
我们先来看看因盘片的旋转控制不良而造成多处出错的盘片。蓝点表示将盘片在测试仪上测试时测出的发生C1错误的部位,测试仪还是CDR58S。
造成这种旋转控制不良的最大原因是由于盘片的偏重心或中心孔偏心。根据刻录机构造的完成度,有时各种刻录机都会有自己独特的特征。
左面的盘片是在刻录时转速没有控制好造成的情况,右面的则是均一转速下刻录的盘片的情况。
左面的盘片在它的右面部分转速产生了变化而导致此部分的PIT,LAND长(或短)。象这种盘片因异常部分有限所以JITTER值本身还不算太坏,但会造成如下所述的问题。
将次盘片放入音乐CD放音机,我们可以想见在出错多的部分马达的速度变化将很大,每转一圈都会产生很大的速度变化,而此时电源波形也会以盘片的转速为周期发生波动。对电源来说这是低频波动,这就对音乐的低音部再生产生不良影响。
而象右面的盘片就没有明显的转速变动,对于放音机来说就不必频繁变速,这样读取就容易多了。
十．左右音质的要素
到这里大家对JITTER的发生原理想必已有了了解。在下面我们来说明刻录的音乐CD-R/RW盘片为何在再生时产生音质劣化的一般原因及影响。
音乐CD再生时的音质劣化的原因中,影响较大的要素是在再生时由于各种因素造成再生用机器内的电源电压产生波动后,再由此对时钟回路,交直流变换回路等造成微妙影响。这里所说的各种原因就是指先前已述的盘片转速控制问题,JITTER值恶化造成的出错数增加等。虽然由于电源波动造成的音质变化很微小,但人耳是非常敏感的,即使微小的音质变化也会有许多人听得出来。这种微小变化造成的音质变化可以简单的如下表述(因个人间存在差异,这只是一个例子)。
电源波动的各频率成分对音质造成的影响,其中具代表性的如下。
100Hz以下的低频成分 : 低音的量感减少·中域音源定位游移
中域成分 : 左右声道的相位摇摆,音源定位恶化
高频成分 : 高音域的听觉杂音增大·子音成分变得突出
时钟回路被影响时 : 音源的定位恶化·全体有扭曲感
1． 电源波动造成音质劣化的理由
CD放音机具有读取部分(激光头),信号处理部(数码),数码／模拟变换回路(DAC),信号处理部(模拟)等主要电气回路,其他有盘片转动部分,激光头驱动部等机械构造部分。对音质有最大影响的是决定数码信号时机(Timing)的时钟部分与DAC部分的电源波动。数码部的时钟如有变动就意味着在将数码信号转换为模拟信号前已经有了扭曲。这样当然输出的模拟信号也是扭曲的。
DAC部分的作用就是将输入的音乐数码信号转换成人能听得见的信号,就如同演奏者读乐谱然后演奏出音乐一样。而DAC部分的回路电源有波动就如同笛子演奏者在吹奏时吹气强度不均而造成颤音一样,当然就会造成音质的变化了。
2． 电源波动的原因
１) 盘片转动马达转速控制与电源的波动
就如在「JITTER与易读度的关系」中已述的一样,音乐CD放音机为了减少读取出错所以不断的控制着盘片的转速。JITTER值大的音乐CD再生时为了回避出错就造成了转速大幅变化,当然控制转速变化的次数也就会增加了。
盘片转动马达的原理是在速度变化很少时其通过的电流是基本固定的。但盘片的转速急速变化时当然通过的电流也就需要急速大幅变化。一般的CD放音机内部最耗电的部件就是这个马达,而通过这个马达的电流的大幅变动当然会对这个机器全体(信号处理用电子回路等)的电源产生很大影响。
这种电源变动就如家庭厨房中的水龙头,在应该用一定的小水流洗东西时,拧大或拧小水龙头当然水流就会变化了。这种现象如发生在CD放音机中,那么厨房水龙头就相当与信号处理回路的电源,浴室水龙头相当于马达电源,马达的转速控制就相当于浴室水龙头的开或关。
即使记录品味低的CD也能通过马达转速的加减减少出错数,使音乐数据就象没出错一样得到再生,但于此同时也产生了对维持音质非常重要的回路电源波动等副作用。
２) 读取出错发生增加造成的电源波动
CD采用的是非接触式光学读取方式,所以从原理上来说读取出错是一定会发生的,所以为了修正出错数据而装备纠错机能也是必然的。CD的纠错机能(CIRC)已发展到非常强力的阶段。
所以JITTER与出错率之间相关联的情况已不多见(在前面已述及),但因放音机的「再生能力」可以发生很强的相关关系。这种再生能力被称为「放音可行能力」。这是CIRC纠错功能以前的能力,即此机器本身机械上,软件上的问题而造成的正确读取盘片上数据的能力。
实际上JITTER值并不太好的CD在再生时,「放音可行能力」强进入CIRC回路的数据本身错误少,修复数据就不用化时间,「放音可行能力」弱进入CIRC回路的数据本身错误多,修复数据就很花时间。
修复数据需要在回路上进行很复杂的计算,回路上计算的增加就会增加回路所需电流的增加。出错发生是不规则的,有时多,有时少而电流量也就随着这多少而增减这就造成了电源波动。
回路的设计组成也有关系,如果放音机出错修正回路的电源如靠近DAC回路的电源或时钟回路的电源,这时如果修正次数增加对音质的影响就大了,所以人们常说的放音机有因为品牌不同而音质不同,其实「放音可行能力」就是造成音质不同的原因之一。
如盘片的易读度高,「放音可行能力」即使低一点也能给CIRC回路提供良好的数据,当然「放音可行能力」强就更好了。
综上所述如盘片的记录品味高,也就是JITTER值小那么就能使任何放音机都能发挥最高性能。
转自 华君软件园
