是不是真的王者？創新X-FI技術再細看

7.關于保真度的問題

    在聲音轉換為數字形式時，是按一定的時間間隔進行采樣的。如果兩個不同的模數轉換器處理同一段聲音，產生的數字序列可能會不同，但是兩者都準確地表現了原始  信號。同樣，采樣率轉換也能理想地生成樣本的新序列，從數學的角度來說，這一新序列與原始信號是等同的。如果有誤差，應歸因于執行的數學操作本身的精度有限。重點在于，要保持由樣本集表示的連續信號的保真度，將數學運算帶來的誤差降到遠低于信號固有的模擬噪聲、可以忽略不計的程度。

    在采樣率轉換過程中，有兩類信號衰減現象。線性誤差出現在那種并非完全沒有起伏、但出現的是“波紋”的頻率響應之中。這種誤差是由于采樣率轉換器原有的濾波器所致。如果將波紋放大到近 1dB，它就變得清晰可聞了。信號處理的鏈條式流程中，會用到多個采樣率轉換器，造成波紋效應的累積，每個轉換階段都會產生一個極小的波紋。

    非線性誤差的產生與原有濾波器的規格和實現這些濾波器時的計算誤差有關。非線性處理誤差最常見的放大倍數測量方法是“THD + Noise” 總協波失真。這一測量方法將信號中所有的失真組件和所有隨機噪聲疊加求和，與預期信號(通常是正弦波)的級別進行比較。雖然這種測量方法簡便易行，但還不能完全準確地衡量我們感知的信號質量，因為每種不同的失真組件，在聽覺范圍內的變化都很大。

    THD+N 總協波失真測量常被應用于測試在整個數字處理鏈式流程中的全級別信號。例如，一般的 CD 播放機的 THD+N 為 0.002% (-90 dB)，也就是說，一個全級別的 997Hz 的正弦波，產生的失真信號級別為該數值。需要注意的，在這種情況下，失真的倍數與信號強度無關。因此，本例中一個–60dB 的正弦波，THD+N 的值可能為 2% (-30dB)，是很容易聽到的。

    與此不同的是，采樣率轉換器的 THD+N 記錄了信號的強度，因此，–60dB 的信號產生的失真比全級別信號要小 60dB。另外，當多個采樣率轉換器被插入一個數字音頻處理時，每個轉換器產生的失真會以一種相當有益的方式組合在一起，因為各個失真元件并非“相關”。簡單地說，N 次轉換完成后，產生的失真僅是按 N 的平方根增加。例如，如果處理鏈中有 100 個采樣率轉換器，噪聲僅是單個轉換器的10(100 的平方根)倍。只比一個轉換器的情況高 20 dB。這意味著，即使使用了多個轉換器，其技術指標依然十分優秀。

    如果采樣率轉換器只是對采樣率稍作改動(例如，轉換器只是糾正了采樣率的某些微小的不精確之處)，產生的失真將與原有信號的頻率十分接近。此時，失真幾乎是聽不到的，因為它被與之接近的信號頻率掩蓋住了。

8.傳統的采樣率轉換器

    傳統的采樣率轉換器算法采用多相有限脈沖響應濾波器，簡稱 FIR。這種濾波器根據原始樣本的產品總數計算新的樣本。為了達到優秀的技術指標，需要進行大量的運算。FIR 濾波器的“order”是指每個輸出樣本的計算產品數，這與轉換器的質量有關。

    正如上面解釋的那樣，采樣率轉換器在已錄制的樣本之外的各點計算原始的連續音頻信號值。最簡單的算法是采用“連線游戲”，其中的連續信號是根據線段予以估算的。這種方法被稱為“線性插值”，對應 order 2 的 FIR 濾波器。雖然這易于理解，但是效果很差。

    傳統的采樣率轉換器技術，包括 order 64 的 FIR 濾波器，每個轉換器每秒需要進行約 3,000 萬次數學運算，這還不能滿足 X-Fi 所設定的品質目標要求。

    X-Fi 有 256 個采樣率轉換器。在某些應用，如 3D 音頻和音樂合成中，會對大量的采樣率轉換器輸出進行混音。為了在模數轉換過程中使音頻質量達到我們的目標，每個轉換器的 THD+N 性能必須十分優秀。X-Fi 音頻處理器還支持任意的信號圖，允許音頻進行多次采樣率轉換。為了能夠對這些類型的信號圖提供透明化的支持，X-Fi 采樣率轉換器只能有極低的波紋效果。THD+N 和波紋效果的品質目標，以及 X-Fi 采樣率轉換器的數量要求，使傳統的采樣率轉換器架構在計算方面變得十分昂貴。