專家坐檯:講述音效卡數據背後的秘密!

2021-01-15 泡泡網
專家坐檯:講述音效卡數據背後的秘密!
2008年06月13日 05:16作者:王逸馳編輯:王旭晗文章出處:泡泡網原創

    泡泡網音頻頻道6月13日 從去年下半年開始,音效卡市場逐漸開始甦醒。雖然還不能夠在此成為熱點,但是坦克、華碩等廠商推出的數款音效卡著實得到了許多音頻愛好者的關注。而我們也對這塊領域十分關注,這一年來推出的音效卡都進行過測試。不過,有不少朋友反應不是很看懂其中的數據測試。就此,我們諮詢了PC HiFi的資深專家——王逸馳先生,請他為大家解答一下。


《高清必備!華碩中端音效卡Xonar DX首測》

    對於音效卡來說,比較重要的就是輸入/輸出的性能指標。我們一般稱之為音質,它對主觀聽感有決定性作用。目前,普遍採用專業術語來描述,並以此衡量音質的好壞。而在這方面有很多的專業術語需要大家知道,並且大家肯定想知道在這裡面是不是存在什麼奧秘呢?究竟一個什麼樣的指標才是好的呢,本文就是為了回答這個問題寫的。

    首先我們來看一個RMAA例子,如下:
    Frequency response (from 40 Hz to 15 kHz),dB: +0.17, -0.03 
    Noise level, dB (A): -91.7 
    Dynamic range, dB (A): 91.0 
    THD, %: 0.0008t ;
    IMD + Noise, %: 0.0079 ; 
    Stereo crosstalk, dB: -93.5
    IMD at 10 kHz, %: 0.0082 %

    下面,我們就開始逐一解釋各種術語的意義和影響。

● 信噪比(SNR, Signal-to-Noise Ratio)

    信噪比是指系統的靜態噪音功率和最大不失真音量功率的比值,單位為dB。在信噪比的定義中要注意這麼兩點,首先什麼是靜態噪音,這裡面的概念在於系統輸入口被關閉以及系統並沒有發出聲音。也可以說是當外界對於系統沒有交流的時候噪音功率。其次是不失真,那個最大音量一定要在不失真的情況才可以。只有滿足上述的兩點,測試條件才被滿足。


《劍走偏鋒!坦克小夜曲純音樂音效卡評測》

    從以上兩點我們看出,雖然信噪比號稱能夠反映噪音的大小,而在實際情況中卻不能。首先,我們平常使用音效卡的時候聽到的不會是靜態噪音,因此有可能產生遠大於靜態噪音的情況,而這時候的感覺並沒有信噪比的數值顯示得那麼高。其次,我們聽音樂的時候也有可能是在失真的大音量下,這時候信噪比又顯得高於測試結果。因此,看待信噪比的測試結果,也要注意實際中應用的情況。

    另外,我們還經常在信噪比後面看到A-weight這個詞,這代表了測試中使用的噪音濾波器為A-weighting濾波器。A-weighting濾波器的優勢在於其基於人耳的等響度曲線,因此其測試結果相當符合實際聽覺。但是廠家喜歡A-weighting濾波器並不全在於這點,而在於A-weighting濾波器能夠幫助他們掩蓋一些缺陷。

    由人耳的等響度曲線可知,人耳對於低頻很不敏感,因此A-weighting濾波器在低頻上會有較大的衰減。而最討厭的2次和3次線性失真全部集中在低頻,A-weighting濾波器能夠將他們減小12-20dB之多,對於廠商來說真是再好不過的事情了。而A-weighting濾波器的另一個特點在於,高頻衰減也快。

    對於進入24位時代的AD/DA來說,24位帶來了更大的噪音——也就是更大的挑戰。而為了減小這些討厭的噪音,AD/DA廠商需要一個聰明的噪音塑型(NoiseShaping)技術,將噪音儘量移動到20KHz以後。雖然在20KHz以後,這些噪音不可聞,但卻可以測量到。而A-weighting濾波器可以更好的衰減這些噪音。從總體來講,A-weighting濾波器有時候可以將信噪比提高10dB之多。因此見到A-weighted的結果,一定要想想廠商可能隱藏了什麼?

    如果不使用A-weighting濾波器,那就只能在一定的帶寬下測試。電子元件的噪音與帶寬有很大的關係:帶寬越大噪音也越大。而通常使用的帶寬為22KHz。在這種情況下,所有的頻率都被平等地測量。

    因此,如果我們看到SNR=90dB,那沒有任何的參考價值。正確的應該是SNR=90dB re +4dBu,22KHz. 其中+4dBu是參考電平,22KHz為帶寬。要知道,同樣的90dB信噪比,+4dBu和-10dBu,22KHz和60KHz,是沒有比較價值的。

● 動態範圍(DynamicRange,DR)

    動態範圍是指系統的輸出噪音功率和最大不失真音量功率的比值。如果模糊一些可以認為是最大音量和噪音的差距。這裡除了要繼續注意最大不失真音量之外,還要注意到一點:動態範圍要求的是輸出噪音功率——也就是輸出工作時候的噪音。從這一點來說,動態範圍這個參數比信噪比要實用很多,更能體現出現實情況。


《新領軍人物誕生!德國坦克HiFier首測》

    除了仍然存在的A-weighting濾波器和帶寬問題,動態範圍仍然要注意的參考電平,而且要更加注意。因為,參考電平的變動將會對動態範圍有更大的影響。兩個設備,一個動態為120dB,一個動態為126dB,在你決定選擇126dB的時候,一定要注意126dB是在什麼條件下的,帶寬多少?參考電平多少?如果兩者這兩點不同,則沒有任何的可比性。

    正確的動態範圍應該如下:
    Dynamic Range = 120dBre+4dBu, 22KHz BW;

● 頻率響應(FrequencyResponse)

    這就是我們常說的頻響曲線了,理想狀態中應該為一條平直的曲線
判斷音響器材的頻響好壞就看是否平直。音效卡的結果一般都很平直(Live!由於SRC造成的波動曲線除外),而音箱就要有很多波動了。而我們的目的,是要從這條線上,看出音效卡聲音的風格走向。有以下三種情況可以討論:


《娛樂之王!華碩第一款音效卡最詳盡測試》

    高頻平直或者有所提升的曲線,一般預示這塊音效卡的聲音將會偏向清冷的風格。典型例子如RME 9632和Lynx 2的頻響曲線。

    高頻逐漸下降,中頻有所提升的曲線,一般預示這塊音效卡的聲音將會偏向溫暖的風格。典型例子如帝盟MX200、創新AWE64 Gold的頻響曲線。

    曲線出現異常波動,我們統稱為問題曲線。可能原因為SRC處理不當和音效卡收到幹擾(需要仔細檢查電源以及插槽情況)。

    頻率響應的正確表示方法為:
    20Hz-20KHz,+0.5/-0.5dB。

● 總諧波失真(TotalHarmonic Distortion,THD)和總諧波失真+噪音(THD+N)

    根據本人看來,總諧波失真乃是最能反應音效卡音質水準的一個數據,其原因有二。第一是總諧波失真代表了失真程度,包括東西很多;其二是總諧波失真測試數據很難造假或者掩蓋什麼。


《5000元專業音效卡!RME HDSP9632美圖秀》

    而總諧波失真就是當系統播放一個音頻信號的時候,產生失真而添加到原信號中的諧波成分。它一般是由一個1KHz的測試信號在一定的參考電平下產生的(因為1KHz的信號的總諧波失真一般比較小),然後測量產生的諧波失真的信號功率,通過累加得出最終結果或者是用和原信號的百分比來表示。而THD+N,由於允許噪音存在於測試中,因此更加接近於實際情況下的表現。總諧波失真直接反映了信號的純淨度,因此是音效卡音質的決定性因素。

    總諧波失真+噪音的正確比表示方法為:
    THD+N Less than 0.01%. +4dBu. 20-20KHz,unity gain, 20KHz BW

    總諧波失真的值需要越低越好,目前在頂級的DAC,決定檔次的並不是信噪比,而是總諧波失真。因此,大家查閱AD/DA的Data Sheet的時候,一定要注意總諧波失真的好壞。

● 互調失真(IntermodulationDistortion, IMD)

    互調失真是一種測量非線性失真的方法,它是來自於兩個頻率F1與F2在F1+F2與F1-F2所產生的諧波,這些諧波彼此之間又能繼續組合出和、差的頻率。如14KHz與15KHz的諧波失真就包括了1KHz與29KHz,通過其中的1KHz又能和14KHz組合出13KHz,依此類推會產生更多的諧波。


《強悍音樂卡!樂之邦 莫邪Ⅱ MUSIC圖秀》

    測量這些位置的諧波大小,就是互調失真。而由於實際播放/錄音中,頻率的疊加和相減每時每刻都在發生,因此互調失真對於聽感的影響非常之大,甚至超過了總諧波失真對聽感的影響。互調失真的值使用百分比來表示,越小越好。如果這個值比較大,在聽感上就會感到聲音比較模糊,不清晰。

● 通道分離度(ChannelSeparation or Crosstalk)

    通道分離度是用來衡量一個聲道中的信號滲入到另外一個聲道中的程度。通常由於線路布置的因素,可能產生電磁感應或者額外的幹擾,造成信號出現串擾的現象。在聽感上,如果這種串擾足夠嚴重,則會導致立體聲定位模糊不清,從而影響整體音質。通道分離度通常使用dB來衡量,這個值應該越小越好。

● 不要過分看重RMAA的測試結果

    通常,音效卡的一些測試,除了廠家提供的專業測試結果,大部分都採用RMAA測試。但就測評結果來說,需要注意的是RMAA結果不是完全可信,其並非是RMAA軟體存在很大的缺陷,而在於測評過程中的缺陷。使用者千奇百怪的測試步驟和不同的配置情況,對於RMAA的結果都會有相當大的影響,其中最大差距可以是10dB之多。


《迎奧運 樹新風 樂之邦2008版音效卡上市》

    首先,RMAA相當倚重音效卡上的ADC部分性能,理論上ADC的失真越小,錄音造成的損失也就越小,結果也就更加精確。因此,當測試者音效卡的AD部分性能不佳的時候,結果的可信度就會受到相當的影響。

    其次,音效卡的表現有時候受到電源、主板等多種因素的影響,這些部件一旦造成異常情況而用戶又不知曉,結果就會受到相當大的影響。

    最後,RMAA的標準化要求相當高,如果出現電平無法對齊或者設置錯誤變成內錄,結果也會受到影響。

    RMAA的客觀測試數據與主觀聽感之間的聯繫相對複雜,很難快速作出推斷。從客觀測試結果推斷出聽感需要花費相當的時間。而對於沒有專業知識的用戶,就根本無從判斷聽感。

    想必,大家能夠學習到不少的知識吧。其實不僅是大家,小編也是受益匪淺。而從這些上面,也折射出小編知識的不足,也反應了自己與圈內的資深人士以及老前輩還有不小的差距。不過還好,我們可以學習,可以汲取他們的寶貴經驗。在此,小編要感謝王逸馳老師的詳細講解,同時也期待著與大家的共同成長。<

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