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音响设备和晶振的关系

音频与晶振的关系 ~声音质量与时钟的相位噪声~

analog digital

为了将模拟信号数字化,需要以一定的频率进行"采样"(*1)。要尽可能忠实地再现原始声音,就必须提高采样频率(*2)和比特率(*3)。目前的高解析度音源与CD音源相比,采样频率与比特率都有所提高,可以更接近原音地实现数字化。

(*1) 采样:

以固定间隔将模拟信号转换为数字信号的过程。

(*2) 采样频率:

表示从模拟信号转换为数字信号时,每秒采样的次数。

(*3) 比特率:

表示每秒包含的信息量。

[数字音源的采样频率与比特率]

数字音源 采样频率 比特率
CD音源 44.1kHz 16bit
高解析音源 96kHz 24bit
192kHz 24bit
384kHz 24bit

导致声音劣化的噪声成分与抖动(Jitter)

为了准确再现高解析音源,需要在数字音频设备中抑制音源的劣化,并准确地从数字转换为模拟(DAC)。而DAC的转换精度取决于音频设备时钟频率的噪声特性(除所需频率以外的多余频率成分)。

如果时钟频率中完全没有噪声,频谱应为一条单线(右图①),但实际上会如右图②所示,由于噪声的调制,频谱在附近会带有多余的频率成分。这些多余的频率成分称为"相位噪声"。

这种时钟频率的相位噪声会影响DAC的转换精度,使时间间隔变得不规则,这被称为"抖动(Jitter)"(见下图)。

对准确、低噪声时钟源的需求

在数字音频中,时钟频率的相位噪声会以抖动的形式影响DAC功能,成为音源劣化的原因之一,阻碍了对原音的忠实再现。因此,为了提高音质的再现性,需要具备优良相位噪声特性(抖动小)的主时钟晶体振荡器。

相位噪声是以晶体振荡器本来的频率为基准,在其偏离一定距离处测得的频率成分的水平来表示的。基准频率的偏离量称为偏移频率(Offset Frequency),主要在1Hz~1MHz范围内进行测量。

晶体振荡器通常被认为频率稳定性非常重要。频率稳定性是指在长时间内频率保持不变的程度。在音频设备中,作为主时钟,通常采用频率稳定性约为±30ppm~±100ppm的SPXO(*4)。此外,在高端数字音频系统中,为了追求更高品质的音效,有时会使用OCXO(*5)。

(*4) SPXO:Simple Packaged Crystal Oscillator。不进行温度补偿或温度控制的基本结构的晶体振荡器。本公司将SPXO中用于时钟用途的小型产品分类为"时钟用晶体振荡器"进行介绍。

(*5) OCXO:Oven Controlled Crystal Oscillator。通过恒温槽将晶体振荡器内部的晶体谐振器的周围温度保持恒定,从而实现高精度的晶体振荡器。

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