听到你以前没听过的！简单建构SACD多声道系统
当我说大部分发烧友都没有听到完整的录音时，一定会被鄙视耻笑一番，但不开玩笑，哪怕使用千万元器材的超级大烧，真有可能漏掉很多原始录音中的信息，那就是多声道!在传统的黑胶、磁带、CD等载体中的确只存在二声道立体声。而数字录音发展之前，模拟录音虽然可以做到复杂的多轨混音，1970年代曾发行了数以千计的四声道唱片其实用的是矩阵技术，也没有多声道的困扰。但1999年推出SACD后，情况改变了!
飞利浦和CrestDigital合作的美国第一条SACD光盘生产线于2002年量产，很可惜未被主流市场所接受。12公分的SACD光盘与CD具有相同的物理尺寸。光盘的面密度与DVD相同，又分成种类型：
①混合SACD，具有4.7 GB的SACD层（HD层），以及普通CD机可读取的音频层。
②单层SACD：只有一层4.7 GB信号，例如前阵子发行的邓丽君SACD。
③双层SACD：具有两层SACD总容量8.5 GB，没有CD层，第一层的数据螺旋从内向外编码，第二层从第一层结束的点开始编码，并在光盘的最里面结束。SACD使用DSD数据格式，未压缩码率为5.6 Mbit/s，是CD红皮书规定码率的四倍，因此被认为有更好的音质与细节。
绝大多数SACD光盘都包括环绕声（五个全频加上LFE低音通道）和立体声（双声道）二种新号，一些光盘纪录真实的多声道录音；一些则是后制混音而成，另有一些保留了早期多声道格式的混音，例如1973年Mike Oldfield《Tubular Bells》的四声道混音，或者Mercury唱片原始的三声道录音。
SACD光盘中储存的信号，有DSF与DFF未压缩编码格式，DSF用于SONY，DFF用于Philips，相当于CDDA碟片中的WAV文件。此外为了节省空间，多声道部分会以DST无损数据压缩进行编码，相当于FLAC、APE是对CDDA中WAV数据的无损压缩。经过DST无损压缩后，信号容量会减少2-3倍，光盘就能储存80分钟的2声道和5.1声道信号。DST无损压缩在2005年被标准化为MPEG-4音频标准。
简单的说，80%以上的SACD光盘，同时带有2声道与5.1声道的信号。早期Krell、Music Fidelity、Esoteric、Pioneer、SONY、NAD、Marantz、Philips、Linn、Onkyo、Denon等厂家都推出过内建译码，可以输出多声道模拟信号的SACD机，现在几乎全部停产了。
目前想读取SACD光盘中的多声道信号，唯有依赖全功能的蓝光机了，当然也有例外，4K蓝光机中的天王巨星松下UB9000，就不支持SACD!顶级发烧友对使用蓝光机听音乐，多半都有不入法眼的轻视，就那玩意，怎么能和Hi-End音响比拟。的确蓝光机设定的消费人群并非金字塔顶端的音响发烧友，但也因为这样，我才说很多人都没享受过完整的录音全貌。
不妨改变一下观念，认为蓝光机好用的请继续支持，重度发烧的人请选择国产柏韵Pure Audio的AirCore播放器，这是唯一能读取多声道格式，并透过HDMI输出多声道DSD源码的数播，声音可比蓝光机高档多了。这个专题的目的是教大家用甚么方式，能听到SACD光盘中被我们忽略的那部分精彩声音，我们分几部分来说明:
⑴多声道音源。目前能买到的蓝光机，有以画质见长的松下Panasonic、注重音质的先锋Pioneer、影音效果平均的索尼SONY、还有韩国三星Samsung、LG，国产的杰科GIEC等，可选择的并不多。
OPPO退出市场对发烧友来说相当遗憾，而松下不支持SACD更是让人伤心。虽然国产的数播几乎都能硬解SACD提取的iso镜像档，把它们分解成DSF或DFF文件，但都只有二声道部分，多声道理所当然的放弃了。索尼的游戏机PlayStation 3前两代能读取SACD光盘，从第三代开始（2007年10月推出），SACD播放功能被移除。
旧版PlayStation3 能使用2.00系统软件将多声道DSD转换为1.5 Mbit/s DTS编码，以便通过S/PDIF数字输出播放，随后的修订版删也除了该功能，这些古董游戏机却成了提取SACD光盘iso文档的最佳工具。由于当初SACD联盟规定，SACD播放机不能提供带有未加密DSD的输出，所以目前少数Hi-End厂家如Esoteric、dCS、emm Labs、CH Precision、Orpheus等都是额外付出权利金，再以各自设计的接口来输出DSD信号，当然也没有多声道。
柏韵的AirCore是目前唯一可以播放多声道音源的数播，它读取iso文件时，会把里面所有的资料都打开，所以在手机上操控能看到2CH与MCH二种内容，前者是立体声，后者是多声道，视需要点播就可以。
⑵多声道译码器。有没有纯音响用的多声道DSD译码器呢?当然有，录音室常见的Merging NADAC解码器就是，这部解码器可以说是PyramixVirtualStudio录音工作站的延续，内建ESS9008S SABRE解码芯片，有2声道、8声道、16声道等不同版本。
NADAC意为Netwok Attached DAC(连接网路的解码器)，采用为专业产品开发的RAVENNA网络技术，便于从电脑上将数据传给NADAC，使用用一根网线就可以传输48个声道的DSD256信号，可靠运行长度达到100米。
换句话说，Merging NADAC解码器只能连接计算机播放，家用的蓝光机、数播都无法搭配，而且操作上比较麻烦。目前最方便的方式，还是日系的AV环绕功放，一条HDMI线就能搞定，虽然有些产品会把DSD转成PCM再译码，或者会对DSD256以上的高清格式进行降频译码，但至少我们还可以听到不错的效果啊!
另一种更发烧的方式，是拿一部蓝光机，或者柏韵的AirCore数播，搭配3台立体声译码器，然后连接5.1声道的有源音箱。柏韵的罗先生在音响展会进行过演示，由AirCore负责播放多声道SACD iso，通过HDMI接口输出多声道的DSD信号，再由3台柏韵AirDSD解码，中间经过一个多声道版本的HDMI2DSD mch的负责接口数据转换（HDMI输入DSD转4组同轴DSD DoP输出）。如此一来，获得的通透感、细节与乐器线条、低频能量都远非AV功能所能比拟。
⑶连接方式。对一般家庭用户来说，HDMI是首选推荐。HDMI规范里已明确定义了DSD的传输，许多万能播放的蓝光机都可在菜单设置成DSD源码通过HDMI输出，这是目前唯一官方认可的DSD数码输出方式。
虽然蓝光机有了DSD数字输出接口，那DSD解码器就也得具备HDMI接收才行，HDMI接收有专门的接收DSP芯片（譬如美国晶像公司Silicon Image产品），它们工作时一种为真DSD接收，即I2S输出的真DSD信号；一种为伪DSD接收，将DSD源码转成了PCM。很多AV功放上带的均为伪DSD接收，所以直接用蓝光机播放SACD光盘经由AV功放译码效果并不好，还不如把蓝光机菜单设置成PCM输出。
HDMI传输还有一个好处，它是以I2S(Inter-IC SoundBus)模式工作，这原是飞利浦设计在解码（编码）芯片和接收（发射）进行数字传输的一种格式，分为三条线路，一条数据线路，一条时钟线路，一条同步线路，由于数据和时钟信号分离避免了因时差诱发的失真。
目前仅在极少数高级CD转盘或数播上能见到I2S的接口，因为硬件接口没有严格规范，所以有的用光纤，有的用RJ45网线、DIN五针接口、4个BNC头，或者HDMI等等，接口的不统一让I2S推广困难。其他数播上面看到的HDMI端子，主要目的不是传送DSD信号，因为接脚的定义各不相同，所以只能与同一品牌产品搭配使用。
⑷多声道有源音箱。如果按照传统的音响组合方式，5.1声道就需要用到3台立体声功放，占用空间、增加预算、操作不便等都是制约因素，我们建议想尝新体验者使用有源音箱。
理论上，5只音箱最好采用全部一样的产品，SACD或DVD-Audio要求音箱频宽达到5Hz-100kHz频域，相信对绝大多数发烧友来说都是天方夜谭。退而求其次，5只相同品牌、相同型号的有源音箱容易得多，而且它们在Hi-End音响领域性价比非常高。如果用3部功放去推被动的Hi-Fi音箱，即使预算不成问题，功放本身恐怕就无法满足24Bit录音的标准。
SACD要求的信噪比至少为120dB，24Bit录音则高达144dB，而目前高端功放的信噪比能达到110dB已经很厉害了。144dB以上的信噪比可能吗？这时噪声电平相当于0.12μV RMS，而一只10Ω电阻室温下在0Hz～96kHz带宽系统工作时的热噪声理论值就为0.12μV RMS，一只50Ω电阻就足以产生使24bit量化出现误差的热噪声，所以144dB的动态范围只不过是纸上谈兵。
这时还不如选用经过DSP校正过频响的小型有源音箱，可以省去很多麻烦，何况部分产品已经进化为无线连接，线材的困扰都一并解决了。
⑸多声道音箱摆位。SACD多声道音乐信号基本上使用5声道（有时为3-6声道），有时候LFE（低音炮）被独立为第六声道。欣赏时基本布局为2个前置、1个中置、2个环绕（后置）音箱围绕聆听点围成一圈。
SACD推荐按照ITU-R BS.775-1国际电信联盟（ITU）指定的方式进行音箱摆位，ITU是联合国的15个专门机构之一，总部设在瑞士日内瓦，其前身是1865年在巴黎创立的国际电报联盟，也是世界上最悠久的国际组织，主要任务为制定标准、分配无线电资源，组织各个国家之间的国际长途互连方案。ITU-R BS 775建议的内容包括:
●使用五个相同大小的全音域音箱
●五个全音域音箱与聆听位置距离相等
●五只音箱与聆听位置的角度，分别是中央0°、前置±30°、环绕±110°，若用作观看电影，前置音箱则放在±22.5°
早期的DVD-Audio在音箱的摆位方面，建议同样是以皇帝位聆听点为中心作一个正圆形，前方左、中、右音箱分别处于-30线、中轴线和30线来摆放，而后方左、右声道音箱则处于-120线和+120线摆放，每个音箱离聆听者的耳朵距离应一样。这二种方式与杜比、DTS、Auro 3D等电影环绕声建议的摆位大不相同，甚至还引起不少争议。
例如美国Chesky公司认为两个前面、两个前侧面和两个后面共6个声道的音箱摆位法(取消了中置声道)，才能“最准确”地模拟出录音现场的真实感。其他唱片公司八仙过海各显神通，导致目前多声道的录音方式差别巨大，也没有一定的标准。Channel Classics唱片的老板Jard Sacks认为，一般人在现场听到的声音包括了乐团直接音与周围反射音两者的混合，所以在多声道录音时，他们强调从前方过来的声音，前方三个声道所占的份量最重，而环绕声道负责的仅是空间残响与反射音的营造。
由录音师Andreas Spreer创办的德国Tacet唱片观念不同，他提倡的“Tacet Real Surround Sound”技术，认为多声道要创造出完整的音乐包围感，亦即所有的乐器演奏围绕着聆听者，整个乐团把人包围在中央。
撇开这些争议，两声道与多声道录音的确有根本差异。西方音乐发展初期，吟游诗人并不是正襟危坐在皇宫里演唱歌曲，而是在乡间、在弄堂、在随处席地而坐的各种场所里娱乐人群。直到王公贵族们开始邀请乐师在宫廷演奏，才逐渐变成乐师站在舞台上演奏，其他人在台下欣赏，直到今日我们还是习惯演奏者在前方的音乐表演形式，两声道似乎比较合乎自然的现场音乐再现。
但毕竟聆听经验不该是一成不变的形式，如果有机会站上指挥台，或者坐在乐团中间，那时候每一个声部不会是左右分离，而是从四面八方涌向耳朵。多声道录音提供更强烈的音乐包围感，让我们不再是安静坐在舞台下的听众，反而象是交响乐团的一员，听到飘荡在360度空间中的声响。
实际上按照ITU的建议，我们也不容易摆位。普通家庭用作立体声的听音房都不会太大，而且多数是在客厅，如果以皇帝位为中心点作圆，那最多只能摆放多声道的前方左、中、右3个声道的音箱，而后方左右音箱均无法等距离摆位。更何况，这样摆位要对客厅的家具作重新布置，除非听音房有6米以上的宽度，否则前面3个音箱距离太近，声音的压迫感又很明显，音场也会因重叠而混乱。
折衷的方法是以影院AV系统的方式来听多声道SACD，虽然会损失一些空间感与细节，至少是比较可行的。我自己是按Auro-3D的方式摆放了将近20只音箱，包括顶部的2只天空声道，欣赏SACD多声道音乐时会加上Auro-3D处理，音乐厅舞台感与空间感也算自然完整，没甚么明显的问题。
最后来说说，SACD的多声道部分听起来效果有特殊之处吗?美国NuPrime新派中国代理商，汕头的连总是较早有这种概念的音响人，他说不同于鱼龙混杂的CD碟片，5.1声道的SACD碟片基本上都是大公司的严肃制作，录音本身没有问题。
他使用蓝光机透过HDMI线与AV功放连接，搭配Genelec真力G/F系列有源监听音箱，组成数万元预算内最接近录音棚音效的系统，效果非常好。五只真力G系列全频有源监听音箱，再加一只F1或F2低音炮，在所有音箱都紧靠墙面的家居环境下，声场、现场氛围轻而易举得以重现，这在立体声无源系统简直是不可想象的。
事实上在SACD里面的多声道信号，新近录音者多半是真正的多声道制作，1990年以前的则可能是事后混音而成。不管哪一种形式，都有机会得到比立体声更好的现场感、堂音空气感，尤其丰满程度更让人垂涎，同一曲目相形之下，会显得音场浅窄，立体感不足，甚至频域两端的伸延都受限。
当然凡事没有绝对，如果原本的录音就不好(声音差的SACD多了去)，多声道在透明度、层次感、音场的深阔、声象定位、从容度等高保真要素都不一定有优势。记得飞利浦第一次在美国CES与索尼共同举行多声道SACD的示范，所有参加的媒体与录音师，都对多声道特有的真实现场感和丰富堂音、音乐细致度、层次感和音色平衡赞不绝口，当时飞利浦用的是ITU建议摆位方式。
既然飞利浦是多声道SACD的开拓先锋，我们就来看看它们为多声道录音所做的努力。目前飞利浦唱片已经暂停，前Philips古典音乐主管们，与Polyhymnia International公司（前身是Philips古典部门录音中心）共同成立了新品牌Penta Tone Music。
他们认为5声道环绕音响终将取代传统的两声道音响，所有爱乐者只要听过他们的示范，都会同意多声道才是更接近自然真实的音乐重播方式。目前Penta Tone唱片分为二大系列，一系列是采用DSD技术的新录音，另一系列是将Philips、Decca经典发烧名盘采用DSD技术重新编辑制作。
基于Philips传统，录音鉴听依然采用B&W Nautilus音箱(修改过)、vdH功放与线材。整体来说，Penta Tone的录音人声自然圆润厚实、形体正确不夸大，器乐高贵柔美，小提琴声更是温柔婉，毫无锐利毛边，音场空间真实如临现场，音场排列层次分明。多数录音都很精采。
Polyhymnia自1997年就参与了SACD 的开发，早在该格式推出之前，Polyhymnia工程师Erdo Groot使用飞利浦录音系统制作了一些实验性DSD录音，据说一整个硬盘只能录制几分钟的 8通道DSD素材。
人称“指挥沙皇”的捷杰耶夫(ValeryGergiev)，还有已经去世的古乐指挥加德纳(John Elliot Gardiner) ，都曾在伦敦协助测试评估DSD录音质量和各种环绕麦克风技术。Erdo Groot还在1999年8月，制作了与布达佩斯节日管弦乐队的现场音乐会，这是第一张完整的多声道SACD录音。
从那时起Polyhymnia就致力于SACD项目，最终完成对SACD 的完整支持，从原始DSD录音、编辑和混音，到最后的SACD压片母版。
1990年代以前，作为飞利浦录音中心的Polyhymnia与其他全数字录音的录音棚有不同见解，他们认为数字设备还没有百分百完善，好的模拟设备仍然可以胜过数字设备（尤其是AD和DA）。
他们升级的第一个项目不是器材，而居然是布线，录音室的各种接线长度超过数公里，必须降低损耗与减少干扰。他们请荷兰范登豪van den Hul重新设计麦克风与所有信号线，要求双重屏蔽（甚至三重屏蔽）、低电容、拉伸强度和零噪音。第二个需要重新设计的项目是麦克风前级。
将来自麦克风的微小信号放大到适合AD转换或进一步混音处理，现代技术并没有让电磁场干扰处理变得更简单。工程师Jeroen Olde-Dubbelink(我不认识他，但肯定是个技术王，飞利浦多数设备都是他负责研发)花了几年时间设计新的麦克风前级，它们必须有极强的抗干扰性，高输入阻抗（非常适合飞利浦一贯使用的电容式麦克风)、超宽带率响应（0.1Hz – 150 kHz）、完全平衡的信号路径和极低失真（低于AP System 2的测量水平）。
它还包括一个独特的输出级，可消除接地环路噪声，与平衡和非平衡输入无缝工作，Polyhymnia大约有100部这样的前级，用于PentaTone所有的录音。
下一个要修改的项目是模拟混音器，原本的设备是1970年代专为宝丽金而打造，重新改造后依然是模拟方式而非数字化。使用低偏移Burr-Brown模块替换所有运放，并移除信号通道中所有电容与变压器，具有超宽带响（超过150 kHz）、极低的失真和低噪音。
麦克风也要修改，飞利浦原来就用Neumann、Schoeps、Danish Pro Audio、Sennheiser等最佳麦克风，修改后它们都可以标准48V工作、而且抗干扰，频宽从1 Hz-200 kHz，输出阻抗低至8 ohm（适合驱动长电线）。元件以通常用于制造卫星电子设备的厚膜陶瓷技术制成，修改过的麦克风包括B&K 4006全指向和4011心形麦克风、Neumann 100系列和Schoeps Colette系列，所取得的效果非常明显。
至于环绕播放控制器，因为买不到合适的设备只能自己做，控制器采全平衡设计，具有整体电平控制、通道选择、每个通道的单独电平控制和静音。输出部分是无变压器的平衡线路，完全不受接地回路影响，带宽为0.1Hz-200 kHz，失真无法测量。而历史名盘的重新制作，使用2002年修改过的两轨和四轨Studer A80开盘录音机，加上新的麦克风前级替换开盘机内置放大，同样获得令人惊讶的效果。
没有错，今天我们在Penta Tone地SACD中，就可欣赏到精心打造的多声道录音，空间开阔、堂音自然、舞台感立体、定位鲜明、动态强烈，高低二端延伸释放，听起来非常的过瘾。另外几家值得推荐的多声道录音包括Telarc、Reference Record、Mercury(三声道)、Channel Classics等。如果没机会欣赏到隐藏在SACD光盘中的多声道格式，你不觉得遗憾吗?
——END——
智能硬件的音频接口，该如何选型？一文看懂I2S、PCM、TDM接口！
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用简单的语言，讲复杂的技术！
在智能硬件和物联网产品设计中，经常遇到声音的传输。本文主要讲一下最常用的音频接口，以及使用场景。
主要分类：模拟、数字（I2S、PCM、PDM、TDM）
模拟音频，就是功放输出的，驱动音箱和喇叭的音频。模拟麦克风采样回来的数据也是模拟音频。通常会有单端或差分两种信号。
数字音频，不能直接驱动喇叭，必须要通过DAC转换成模拟音频，才能发出声音来。数字音频的接口比较多，目前较为通用的是I2S、PCM、PDM和TDM接口。
什么时候用模拟的？
在智能硬件产品中，模拟音频主要用在：喇叭播放声音、Line-in外接音源、麦克风输入等。设备外的音频传输一般使用模拟信号。
通常看到的音频波形，都是模拟音频，能够和声音实际的波动完全对应起来 。
当前有不少音频产品使用D类音频功放 ，输出波形看起来是方 波 ，但实际上还是属于模拟音频类型的。是高频载波叠加的模拟音频的波形，经过LC滤波之后能够还原成模拟音频波形 。
如下图，下半部分是D类功放输出的方波状的音频信号，上半部分的正玄波是还原出来的模拟音频波形。
D类功放输出的方波状的模拟音频信号
什么时候用数字接口？
智能硬件产品的设备内音频传输，采用I2S、PCM、TDM、PDM等数字接口。
I2S速度快，专门用于传音乐。
从MCU往Codec传音乐数据，一般使用I2S。包含主时钟、左右声道时钟、正反两根数据线。
如下图的I2S接口的时序，最典型的特征是LRCLK，用于区分左右声道的时钟。
I2S接口的时序
PCM/TDM，主要用来传语音
这里讲的PCM不是PCM编码，而是PCM接口。和I2S差不多，也是4根线，通常用于AP处理器和通信MODEM之间传输语音数据（就是双向打电话的数据）。
AP处理器和蓝牙之间也是通过PCM来传输语音数据，打电话的蓝牙数据走的是PCM，放音乐的蓝牙数据走的是串口（不是PCM）。
I2S只能传2个声道的数据，PCM可以传多达16路数据，采用时分复用的方式，就是TDM。像现在最流行的语音智能音箱的7麦克风矩阵，一般都是用TDM来传的数据，同时可以传输7路麦克风输入和3路以上的音频反馈信号。
如下图是某智能音箱，7个麦克风通过5个ADC，接入一组TDM接口上，传输给AP处理器。
某智能音箱TDM接口（局部）
PDM，只有2根线，传音乐，编码方式和I2S不同。
很多数字麦克风使用的PDM接口，有数据和时钟两根线。PDM接口和I2S最大的区别是编码方式不同。
PDM和I2S接口的数字麦克风
其他数字接口：USB
除了上述几个，在很多外接的音频模块上，用的是USB音频。
像科大讯飞的多mic降噪模块，用的就是usb接口，方便调试。
但是万变不离其宗，不管用的什么接口，传输的都是PCM或者PDM编码的数字音频。
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