CD唱盤/音樂播放軟硬體做了哪些事？

[drunkenlife]

CD都快沒人賣了，音響迷還是在吵數位音樂再生到底是哪裡沒搞好...
有人說是用不同的機器取得的CD數位資料不同、有人說不同的線傳輸的資料不同...真的有驗證過？你聽過掉資料的聲音長啥樣嗎？雜訊的聲音長啥樣？
來，給你一堆檔案聽聽，https://goo.gl/N3w3a8

4K -- 完整漂亮的4KHz sine wave
invert1 -- 在2秒處，取峰值一個sample反相，模擬資料錯誤
lost32 -- 在2秒處，大幅衰減32個sample的振幅，模擬掉資料
lost64 -- 掉64個
lost128 -- 掉128個
lost256 -- 掉256個
noise256 -- 將256個sample改成white noise，模擬random data錯誤

大多數音響迷不是理工底子，也缺乏邏輯思考辯證能力，唯一會做的就是以耳比較，數位音樂再生這題目我寫過一大堆，沒幾人看得懂，不信者恆不信，都當做天方夜譚，直到這篇搞成以耳驗證，眾人才有感啊...

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看的懂的本就懂，看不懂的，可能再看十遍還是不懂...
糟糕的是，不懂的還要說懂的在唬爛...

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當年還在吵CD能撐多久不壞勒...不用等到CD壞，就已經變成檔案，散佈在全球不知道多少的儲存媒介中了...

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不知從何時開始，台灣有些音響迷說latency會影響音質，怪怪...
且來思考個最極端的，一張CD三十年前製作的 vs 昨天製作的，完全相同的內容，latency（其實這個詞必須精確定義，在此故意搞的...）差了三十年，你想，聽來會有差異嗎？若真的有差異，這差異是源自於這"三十年"嗎？

另一個極端，某個音樂檔案，copy成二份，一份擺在你的電腦上，另一份擺在遠在地球另一端的巴西的某個server上，分別經由電腦餵給你的DAC唱，你想，聽來會有差異嗎？若真的有差異，這差異是源自於這"跨越半個地球二萬公里的internet傳輸latency"嗎？

顯然都不可能，這二種比較，其變因真的只有latency一項嗎？
就說後者，資料來源其一是硬碟，另一是Etthernet或WiFi，二者動用的電腦組件並不相同，各位音響迷不是很愛比線？換條光纖、同軸S/PDIF數位傳輸線你都聽得出來差異，換個SATA IO vs Ethernet IO會不會也聽得出來差異勒？

好啦，我知道有些人在討論DAC的driver buffer size設定會影響音質，試問，你邊唱歌邊跳舞，每秒跳一步 vs 每秒跳十步，聲音會不會有差？
每秒44.1KHz x 16bits x 2ch資料，buffer size減半，傳輸次數就得加倍，每次傳輸的動作是哪些你知道嗎？
player軟體通知OS要讀下一批資料，OS通知硬碟driver去讀那個位置的資料，driver通知IO介面，IO介面通知硬碟，硬碟讀出來後反過來傳到player軟體，再送到OS下的DAC driver，再傳到IO介面，而後送到DAC去，總共過了幾關？
這每關都要吃電，都會產生一批電訊號，當然也都造成一批電源與數位雜訊；
再回來剛才提的buffer size減半，傳輸次數就得加倍，造成的雜訊頻率就加倍，如果雜訊頻率落在人耳最敏感的2K~5KHz呢？
如果你懂這個，就絲毫不會訝異為何改buffer size會影響音質，而且，不是只有DAC buffer size會影響，硬碟 driver的buffer size也會影響，只是一般人不會改而已。

電腦再怎麼改，照樣一堆雜訊，USB實測有460mV的common mode noise（ http://www.miaofoundry.url.tw/phpbb/vie ... f=4&t=3755 ），

畢竟數位電路的存在就是為了抗雜訊啊～反過來說就是一堆雜訊照樣不會錯，
但DAC這種類比輸出的東西就不是這麼一回事囉...

喔，如果latency在你的音響聽來差異很大，那就表示，你的DAC太爛！沒錯吧？

有雜訊，就阻絕、隔離、濾除之，請用UI1或UF1 http://www.miaofoundry.url.tw/products- ... vices/DAC/


或許這題的緣起是：有人發現調整buffer size會影響聲音，這buffer size又會影響啥呢？latency，於是就變成有人說調整latency會影響聲音了...
呃...這邏輯對嗎？

[drunkenlife]

這又讓我想到一點，如果44.1KHz的音樂設定成讓DAC以96KHz唱呢？那，OS必須搞sampling rate轉換，資料量變成二倍多，buffer size若不變，搬資料的頻率就變成二倍，那麼雜訊頻率也變二倍，如果因此避開了人耳敏感頻段呢？哈...或許這才是所謂的upsampling會比較好聽的真相...

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小時候聽羅大佑講過這回事，錄音帶播放出來再錄到另一卷錄音帶，這麼一直重複多次，結果會？
很爛...
那，一個檔案，copy成另一份，再copy成另一份...這麼一直重複多次，結果會？
完全相同，
這就是數位存在的原因。

到底啥是數位？你說的出來嗎？0或1就是數位？低電壓就是0，高電壓就是1？
其實不限於0或1，有時是00、01、10、11，一次表達二個訊息；
也不限於高低電壓，加上第三個電壓也可以，電壓變換也可以，也不限於電壓，光的相位變化也可以，聲音也可以，短音表0，長音表1，摩斯電碼不就類似？

最大的重點是，如果是0或1這種組合，數位就沒有0.5這回事，不是0就是1；
例如，我告訴你下一個資料，我說的不是0就是1，你若是聽不太清楚，模模糊糊但相當確定0不會聽成1，那就算我在遠處山頭喊，你還是不會搞錯，這就是數位的優點，抗雜訊；
你再將我喊的數字喊給另一個山頭的人聽，喊出來的數字也不會是模糊的，而是清晰的0或1，這就是數位的特質，複製無損失。

如果是類比呢？那就可能是0.1, 0.2, 0.3, 0.4....0.9，我喊0.3，你聽到可能糊的很，變成0.4，你再喊給下一個人聽，又不知道會變成啥...這就是類比的缺點，精準複製幾乎不可能，因為實際上不是0.3這麼簡單，可能是0.31415979...長到不得了的數字，導致失真無所不在。

那數位實際上怎麼做到抗雜訊呢？
以最常用的低電壓表0，高電壓表1來說，例如低電壓是0V，高電壓是5V，實際上的作法是，盡可能讓訊號接近0V或5V，避開中間的模糊地帶，0.8V以下算低電壓表0，2.0V以上算高電壓表1，如此就算傳輸過程有雜訊、失真，只要別太嚴重就不會錯。

那，如果真的爛到出錯呢？有沒有辦法知道錯了？
那就是加上檢查碼，例如RS232有個parity check，就是最後附加一個bit，讓所有bits合計的1的數量一定偶數（或奇數），若錯一個bit就一定知道；
更複雜的例如CRC，那是以整個packet的資料來運算，理論上湊巧錯到看不出來的機率微乎其微；
若真的錯誤呢？那就重傳啊～

且回到音響，到底各位音響迷是在杞人憂天個啥呢？
怎麼你從不擔心你在網路上轉帳的金額、帳號會錯，偏要擔心就在你眼前的DAC資料會錯？那個牌子的DAC和電腦啊？

[drunkenlife]

如果某人用很爛的電腦，雜訊很大，傳個檔案給你，你收到後，驗證無誤（否則就會重傳啦～），那麼，其人的電腦雜訊再大，與你何干？顯然沒任何關係；
再來呢，這檔案送給DAC唱，那其實是類比的事，與數位沒關；
當然啦，數位這種東西的特點就是會產生對類比而言是很大的雜訊，要應付的是這部份。

[drunkenlife]

數位還有個特質，容易驗證錯誤與否，parity check就是個簡單例子，其根基當然是建立在抗雜訊，一翻兩瞪眼，（幾乎）沒模糊地帶；因此發展出許多檢查碼手法，甚至可以直接修正；
類比呢？完全不可行，因為其沒有"數值"可言，就像那個 π，3.14159265359...每傳遞一手，就會有些失真，因為沒有解析度無限高的設備可以精準複製，加上雜訊串入也無法得知（頂多搞hi pass filter或low pass fitler濾掉關注頻段以外的雜訊），於是註定一定會失真。
喔，你知道銀行帳號也有檢查碼嗎？雖然說帳號數字不只是有0和1而已，只要是明確的數字，就是種數位。

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啥叫jitter？抖動，在數位音樂這領域談的是clock的jitter，也就是clock頻率不規律，而且是極短時間，每個clock之間的差異，所以先要問的是clock從何處來？
一張CD有帶clock嗎？一個檔案有帶clock嗎？
上面只是標示著，這該用44.1KHz唱，那該用96KHz唱，搞錯了，唱出來的音調就很詭異，就像45rpm的vinyl用33又1/3的速度唱一般；
那，clock出現在何處？
顯然是讀檔案出來後，要餵給DAC唱時，才給它clock，通知DAC說，嘿，照這個頻率唱這資料喔～

請各位先搞清楚這點！！！

Clock實際上怎麼應用的？

典型的作法是，在電壓上升或下降時，將數位資料丟進DAC轉成類比訊號；
因此，如果這上升或下降的時間，每次都抖動呢？
那就像你在唱歌時中氣不足抖動，唱出來的聲音也就是抖的。

再問，clock是數位訊號？還是類比訊號？
看起來是個數位訊號啊？長的典型數位訊號的樣子，是嗎？
那clock有0或1嗎？
其實沒有，clock的重點在那上升或下降的變動，其實是個類比訊號！（數位訊號只是種特化的類比訊號而已）
任何類比訊號都不可能完美！

任何clock都會有jitter，這世上不存在完美的clock，只是jitter不同的差異而已，有些很嚴重，有些非常輕微，當然，我們希望jitter越少越好；
喔，還有，jitter也是有頻譜的勒～有些偏高頻，也就是抖動的很快，有些偏低頻，緩緩變化；
如果快到人耳聽不出來？那根本不用在意；慢到某個程度也是如此。

既然clock是個類比訊號，那麼每次clock經過一手傳遞會？
一定會失真，一定會引入雜訊，jitter一定會越來越嚴重；
因此，最好的手法是？
clock就擺在DAC IC旁，直接餵給DAC IC，傳輸距離最短，最乾淨，沒錯吧？
這就是所謂的async USB DAC搞的，這是相對於由電腦端決定clock的adaptive USB DAC；
async的動作是，電腦通知DAC說，我們來唱音樂吧，DAC就告訴電腦說，來一筆資料吧，收到後開始唱，唱到資料快唱完了，再對電腦說，再來一筆吧；
像是在翻譜一般，電腦只負責給資料，完全沒給clock！
clock由這USB DAC自己產生，那麼clock好壞就能由DAC自己決定囉～砸大錢才能搞好，隨便搞搞就很爛。

若是CD唱盤走光纖或同軸這種S/PDIF到DAC去勒？clock哪裡來？
就由S/PDIF訊號產生，也就是由CD唱盤發送出，看這邊 https://en.wikipedia.org/wiki/S/PDIF#Pr ... ifications

the format has no defined data rate. Instead, the data is sent using biphase mark code, which has either one or two transitions for every bit, allowing the original word clock to be extracted from the signal itself.
...
...
The receiver does not control the data rate, so it must avoid bit slip by synchronizing its reception with the source clock. Many S/PDIF implementations cannot fully decouple the final signal from influence of the source or the interconnect. Specifically the process of clock recovery used to synchronize reception may produce jitter.[9][10][11] If the DAC does not have a stable clock reference then noise will be introduced into the resulting analog signal. However, receivers can implement various strategies that limit this influence.

這麼做是為了避免CD唱盤與DAC之間各跑一個clock必然會發生的二者不可能頻率完全相同，唱久了必然會掉資料或資料塞爆；
那麼，這clock過了幾手？
clock源，送到S/PDIF發送器，經過光纖或同軸線，送到S/PDIF接收器，PLL"猜"出clock頻率，再送到I2S，再送到DAC IC，過了幾手？

那，貓窩的DAC2.1, DAC3, DacAmp2搞的re-clocking又是啥勒？
這是很細部的技術手法，DAC IC的輸入訊號是I2S，其中就包含clock與資料，這I2S訊號源自於前端與USB介面溝通的processor，再前面當然是個石英震盪子（最原始的clock來源），
也就是說這個架構中clock一定會多過一手 -- processor，而且這processor是整個系統中最耗電，運作最快的，產生的雜訊也最大，數位嘛，難免...clock經過這一手一定會很糟...怎麼辦呢？
就把石英震盪子擺在靠近DAC IC處，在I2S進DAC前，重新用石英震盪子直接出來的clock重新鎖定I2S訊號，重發一次，就搞定了～
效果呢？當初DAC2是手工改這部份，一換上去，哈～天壤之別囉～
就說癥結點就在clock/jitter啊！

[drunkenlife]

http://wps.pearsoned.com.au/sf3_2/130/3 ... index.html

大家應該都聽過救護車靠近時，聲音越來越急促，離去時聲音越來越低沈，而且還知道這叫做都卜勒效應；
為何會有這效應？重點在，聲音傳遞需要時間！
想像，有人對著你連續以固定的頻率打出龜派氣功，如果他站著不動，你會感受到一波波很規律的頻率襲來；
如果他每打一拳就往前跳一步呢？你會覺得下一波比上一波的時間還要短吧？也就是頻率變高了；反過來，他一直往後跳呢？頻率就會變低；這就是都普樂效應。

如果套在數位音樂再生上，取樣頻率44.1KHz，照說該以這頻率規律穩定的唱出數位資料記載的音量，但，倘若這頻率會抖呢？
也就是有時比上一次快一點，有時比上一次慢一點，就像是打拳有時往前跳、有時往後跳，那麼聲音會？
聽來就會頻率忽然變高、忽然變低，當這變動很頻繁時，聽來就是糊掉啦～
原本該是很乾淨的一個音，例如100Hz，可能變成97, 98, 99, 100, 101, 102, 103全都有，而且原本振幅該是90dB，因為散開來，也沒那麼高，聽來就覺得沒高音啊...
所以說，要聽DAC好不好，就聽極高頻，三角鐵、玻璃杯、鋼琴的泛音結構這類的。

這clock抖動就是所謂的jitter，糟糕的是，大多數數位音響再生的jittter都偏高，於是音響迷就...用那種砍中低頻的線...假裝高頻很好...
當真的來個jitter很低的DAC時，反倒覺得太亮了...冤枉啊...

Jittter的影響當然不是只有極高頻，jitter的頻段也不只限於極高頻，而是整個20~20KHz都會受影響，導致全頻段的聲音都是糊的；
高頻比較容易聽出音調跑掉，中頻則是表現在音像、音場，所以說注意音像是否穩定具體，而不是薄薄的不真實；音場是否深遠，而不是淺淺的很平面。

好，最後出個考題，對那些還認為S/PDIF比較好的人，試問，同軸線 vs 光纖線，那個高頻比較好？音像比較穩定？你所謂的"冷"是啥？"溫暖"是啥？