CD机靓声设计法
慧聪影音商务网 2003-10-16 8:43:22
当今世界上一些最好的（也是最贵的）高保真设备是由Naim音响公司出产、出售的。但是，该公司去年采用大部与许多低档机所用的相同的集成电路，作出了价值高达3000英磅（约合2万多元人民币）的超级激光唱机。究竟Naim公司获得高质量音响的秘密在哪里呢？请听该公司的创始人Julian Vereker（威克尔）的介绍。
按照威克尔的说法，音响工程是最难解决的电子学课题之一，“必须处理15种8度音和100dB的动态范围”。他的音响获得这些指标的方法，是以系统级上来消除薄弱环节的问题。威克尔说，包括大部分数字电路的芯片组并不是薄弱环节。
该公司采用的是菲利浦公司的芯片组（菲利浦和索尼两公司联合制定了激光唱机标准），包括解码器，纠错电路，数/模（D/A）转换器，伺服驱动器以及光拾音器芯片，威尔克说“我们假定，菲利浦公司当时在设计这些芯片时，很明白这些芯片将用来做什么，我们相信他们的设计”。这与其他一些音响公司在努力改进性能时，总是把眼睛盯住所用的器件和技术的来源形成鲜明的对比。虽然有的公司已从器件方面得到了些好处，但另一些公司从中尚无所获，他们这样做，所希望的，最好也不过小有所益。
然而，Naim公司却把眼睛盯住整个音响系统，这样能得到显著的改进。
值得密切注意的一环是信号处理系统中D/A转换器后面的抗扰频（antialiazing)滤波器。D/A的输入信号频率为44.1KHz，分辩率为16位。由于音频带宽仅仅延伸到20kHz，所以，有人相信，要把数字量化（噪声）移去，只需要简单的模拟滤波器。
事实上，模拟滤波器可完成更多的任务：对付急剧的下降（Steeproll off）的幅频特性，Naim公司采用了七极点设计的滤波器。这样做有两点理由。第一，虽然20kHz以上的频率，理论上不是音频，听不见，但威克尔相信：高频噪声对音质有影响，人耳是最终的测试仪器。第二，电路的数字部分引入了显著的相位线性误差。即使不发生错误，也会产生某些奇怪的效应（例如在极端情下，可以听到开始演唱后的呼吸颤抖高频声）。还有就是要正确感受到声音的空间立体效应，两路立体声通道的相位必须匹配。
该滤波器由标准运算放大器做成。Naim公司的工程师测量了数字芯片的性能以及所用的由计算机模拟相位响应的那些数据。从中他们开发了一种滤波器，在整个频率范围内，可产生接近线性的相位响应以及平坦的幅度响应。Naim公司在超级激光唱机的开发中，一个起重要作用的因素，是颤噪声（Microphong)效应的识别。威克尔注意观察过去所用的集成电路，除了发现硅器件对振动灵敏外，其他未发现什么问题。单个晶体管一般无问题，但公司已避免采用运放电路，因为当输出端噪声显著时会出现振动。
激光唱机的设计除了采用集成电路外，又别无选择，按威克尔的说法，所用的大部份数字芯片都有颤噪声。解决办法是把印制电路板用弹簧将它与激光唱机底座在机械上隔离开来。细心设计的三支弹簧将会把产生的振动阻尼掉。
将激光唱机的转盘隔离也是必要的，因为激光的聚焦情况以及转速都可能受振动的影响，顺便提及，弹簧需要很仔细地选择，因为最后受阻尼的振动并不一定为伺服驱动器或光拾音器电路时间常数的子谐波（submultiple）
Naim公司进一步采用了夹紧的设计，将激光唱片保持固定在转盘上。许多厂家采用了牢固地夹紧措施来保证无滑动。但是，这样却能很可能把伺服电机的振动传送到光盘。Naim公司采用光磁夹紧（light magnetic clamp）方法来保持光盘既足够牢固又能使振动的影响减到最小。威克尔借助于实验：把机器固定在实验室的实验台上，测量激光唱机的输出频谱表明，当电路板有弹簧时，噪声跌落40dB，这是对那些认为把注意放在降低振动上是陈腐的观点的一种迅速反响和驳斥。
另一种潜在的薄弱环节是电子电路的定时。威克尔说“在模拟电路中要处理频率和幅度，但在数字系统中，处理的只是时间”。他估计在激光唱机中的定时要精确到几纳秒（秒）。当信号被重复计时时，误差会导致产生晃动，从而使音频输出发生畸变。
时钟源本身是石英晶体，因此没有问题。但是印制电路板的布局是重要的，因为长的引线或电路走线会引起时延。Naim公司在它的印制电路板布局，减少尺寸以及合理走线方面花了很大精力。射频设计所用技术和方法都使用了。最值得注意的是采用大量的弯曲走线来减小急剧的阻抗变化。
电源噪声也是对数字信号有影响的。首先威克尔假定，激光唱机并不需要像模拟放大器所需的低噪电源（在模拟放大器中，电源噪声直接成为音频噪声）。但是，电源噪声窜入数字信号将会产生显著的定时误差（即晃动），使音频输出发生畸变。要克服这些，归根到底激光唱机必须要用合适的电源，它在性能上要与最好的模拟系统所用的电源等效。
激光器是激光唱机中的另一个要求严格的器件，尽管菲利浦半导体公司提供的电路工作得不错，但考虑到它们集成在系统中，潜在的问题还是有的。激光唱片有一系列的凸起部分，这是在压制时产生的，它代表了音频信号。盘的表面是镀银的，所以反射性能很好。
来自红外二极管的光经聚焦射在唱片上。当光射中镀银表面的平板时，光被反射回去，但是，当光射中凸起部分时，光就被散射，检测器接收不到红外光线。于是，当散射光能从激光唱片转盘机构的其他部分反射回来时，问题就发生了。这些光大多是非相干光，没有什么影响，但是，常有足够的相干光到过检测器，从而引起误差。
这种误差对音频信号的影响是难以定量表示，但人耳的感觉却是很清楚的，威克尔把它的作用描述为使声音像敲“破铜烂铁”（“brash and clangy”）。解决的办法是把红外吸引涂料涂在有问题的地方，因为在正常的机械运转时，涂料可能被频繁地碰触，这样会降低涂料的吸收性能。
Naim公司把激光唱机作为一个整体来设计，反映了系统设计师有价值的战略眼光。集中在系统元器的精力是很少的，因为元器件已经工作得不错，这时从重视其他方面可得到更显著的收益。Naim在超级Hi-Fi系统方面的声誉卓著，其中原因之一就是很重视注意到一些细节。
只要声音好，设计本身是没有问题的。有时，要试验三根不同的电缆以便得到更好的声音；连接电缆的路径常常是重要的。总之，凡影响音质的每个环节都要进行分析，试验和评价。
我们需要学习的是要把系统作为一个整体来理解，凡影响最终性能的每一方面都要进行分析，试验和评定。对系统设计来说，把眼光只盯在对性能有最显著影响的元器件，常常不是最佳的方法。
