谈谈松下CD的M.A.S.H技术
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吧务
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jellzone 楼主
下面是松下的MASH专利翻译,解读放在二楼:
本发明是一种将数字信号转换为模拟信号的数模转换器 (DA)。本发明涉及一种转换器,特别是一种过采样类型的数模转换器 (DA 转换器),近年来广泛应用于数字音频设备,具有良好的单调性和不产生零交叉失真(cello-cross distortion)的特点。
发明背景
过去,已经提出并在数字音频设备中使用了电阻梯型和积分型 DA 转换器。然而,为了获得良好的单调性和抑制零交叉失真的发生,电阻梯型 DA 转换器需要精确调整电阻值。此外,虽然积分型 DA 转换器具有良好的单调性且不产生零交叉失真,但它需要非常高频率的时钟信号进行积分操作。传统上,为了抑制连接到后续级的模拟滤波器的阶数,从而减少模拟滤波器引起的相位旋转并提高重现声音的质量,在 DA 转换器之前连接了过采样去噪滤波器进行采样。通过这种技术,可以将频率提高四到八倍。之后,由于积分操作所需的时钟信号变得过高,积分型 DA 转换器失去了其实用性。
取而代之的是一种过采样 DA 转换器。
这种过采样类型的 DA 转换器使用 ΔΣ 调制器对数字信号进行重新量化,使生成的量化噪声具有微分特性,并将信号带内的量化噪声推出信号带外。这称为噪声整形,它允许显著减少样本中的位数。
顺便说一句,如果 ΔΣ 转换器的阶数为 N,则 ΔΣ 调制器的输入 X(Z)、输出 Y(Z) 和量化噪声 Q(Z) 表示为以下公式:
𝑌(𝑍)=𝑋(𝑍)−(1−𝑍−1)𝑁⋅𝑄(𝑍)+1Y(Z)=X(Z)−(1−Z−1)N⋅Q(Z)+1
因此,如果 ΔΣ 转换器的阶数增加 (1-Z^{-1}) 项或微分特性项,噪声整形效果将相应增强,并且信号带内的噪声也将减少。然而,已知在三阶或更高阶的 ΔΣ 调制器中,为了避免系统不稳定,需要具有三个或更多值的量化级别。例如,使用四阶 ΔΣ 调制器时,至少需要 3 位的量化输出。在这种情况下,Y(Z) 成为 3 位输出。
传统实例如图 2 所示。在图 2 中,数字滤波器 201 是插值滤波器,从与采样频率 fs 同步输入的 16 位输入信号 DIN 生成四倍频率的信号 X。噪声整形电路 202 由三阶 ΔΣ 调制器组成,输入信号 X,将命中次数重新量化为 3 位,并输出为 64 倍采样频率 fs 的信号 Y。PWM 203 是脉冲宽度调制器,根据信号 Y 的 3 位数据,将存储在 ROM(只读存储器)中的八种类型的脉冲宽度数据转换为频率为 fs 的 512 倍的时钟 F S 512 同步读取,从而进行脉冲宽度调制。低通滤波器 204 是一个模拟滤波器,用于去除 PWM 203 输出的脉冲宽度调制信号(PWM 信号)中的高频分量,并转换为模拟信号 V 进行播放。
本发明要解决的问题
在上述传统实例中,PWM 203 将多位输入信号 Y 转换为 1 位信号 P。然而,PWM 信号的时间精度高于时钟信号 F S 512 的时间精度,因此如果 F S 512 包含抖动,将直接对 PWM 信号进行频率调制,导致信号带中产生大量噪声。因此,在该传统实例中,除非 F S 512 时钟的纯度非常高,否则重现信号的信噪比不会高。例如,在用于 CD 播放器等仅播放音频设备时,F S 512 可以从晶振提供。然而,当用于日益流行的数字放大器和 DAT 时,这些设备在数字连接时成为接收器,因此 F S 512 必须由 PLL 电路生成,抖动量相当大。因此,重现声音的质量会受到影响。
解决问题的方法
本发明是为了克服上述问题而提出的。在本发明中,噪声整形电路的输出不进行脉冲宽度调制,而是以多值输出进行积分。使用模拟滤波器对其进行平滑处理,从而获得重现信号。
作为解决方案,该配置包括一个将输入 PCM 数据的采样频率 fs 倍增的数字滤波器 (k 是整数),以及一个将数字滤波器的输出量化为三级或更高级别并同时消除量化噪声的噪声整形电路,该电路将信号驱出信号带,一个积分器,用于对噪声整形电路输出的量化级别输出进行积分,并与采样频率 fs 倍增的时钟信号同步输出,以及一个采样保持电路,用于采样和保持样本。
通过这种配置,由于噪声整形电路的输出不进行脉冲宽度调制,DA 转换器输出的周期保持在 fs 的两倍,抑制了抖动噪声的产生,因此即使使用来自 PLL 电路的时钟信号,也不太可能包含抖动。即使在使用数字放大器时,也能获得高质量的重现信号。
2024年05月24日 07点05分 1
吧务
level 10
jellzone 楼主
## 什么是数模转换器(DA 转换器)?
数模转换器是一种能够将数字信号转换为模拟信号的设备。比如,当你听音乐时,音频文件是以数字信号形式存储的,但耳机或扬声器需要的是模拟信号,因此就需要数模转换器来进行转换。
## 这个发明是什么?
这个发明是一种新的数模转换器,能够更好地把数字信号转换成模拟信号。它特别适用于数字音频设备,比如音乐播放器、数字放大器和数码录音机。
## 为什么需要新的数模转换器?
以前的数模转换器有两种类型:电阻梯型和积分型。
电阻梯型:需要非常精确地调整电阻值,才能获得良好的声音质量。
积分型:虽然声音质量很好,但需要非常高频率的时钟信号来工作,这样的时钟信号很难获得。
后来,人们发明了一种叫做过采样 DA 转换器的新方法。这种方法能够提高转换的频率,减少噪声,提高声音质量。
## 这个发明有什么特别之处?
这个新的过采样 DA 转换器有几个关键点:
使用 ΔΣ 调制器:这是一种特殊的技术,可以把数字信号中的噪声移到听不见的频率范围,从而减少信号中的噪声。
多级量化:这意味着它能够把信号分成更多级别进行处理,从而提高转换精度。
减少抖动噪声:传统的数模转换器在转换过程中容易产生抖动噪声,这会影响声音质量。新的设计通过避免脉冲宽度调制(PWM)来减少这种噪声。
## 总结
这个新发明的数模转换器通过使用更先进的技术和设计,大大提高了数字信号到模拟信号的转换质量,减少了噪声,提供了更好的音频体验。无论是在音乐播放器、数字放大器还是数码录音机中使用,它都能带来更纯净、更高质量的声音。
2024年05月24日 07点05分 2
level 7
非常牛逼的技术,松下CD机真的好
2024年05月24日 14点05分 3
level 1
专业[惊讶]
2024年05月25日 02点05分 4
level 1
楼主好 我想买一台cd机给妹妹做礼物 她喜欢听泰勒 预算五百到一千左右 请问有什么推荐吗
2024年06月01日 06点06分 5
比较保守的 全新的选飞利浦的exp5608 别买国产的牌子
2024年06月01日 08点06分
最好颜值高一点 不是二手的[太开心]
2024年06月01日 07点06分
level 6
MASH全称Multi Stage Noise Shaping。即,多级噪声整形。Δ∑数模转化器对原信息进行了幅度密度转换,对噪声进行整形是必要的,否则数模转换器不能工作。其它Δ∑数模转换器也有类似的机制,MASH谈不上有什么本质区别。消费者对产品营销的概念要有分辨的能力。
Δ∑数模转换器本身是以低成本,小型化为目的研发出来的。论性能,远远不如多电阻数模转换器。像松下声音最好的XP7用的,就不是MASH,而是多电阻数模转换器。
2024年06月03日 05点06分 6
我认为xp7 声音不是最好的,只是最接近模拟味而已
2024年06月03日 07点06分
level 5
索尼后期的NE900.920.10.20音质呢?
2024年07月26日 06点07分 7
惨不忍睹 后期大旗在松下
2025年12月01日 09点12分
比松下差远了
2025年12月15日 07点12分
level 4
🔬 不同年代 M.A.S.H 的进化
松下的 M.A.S.H 有好几个版本:
■ 第一代:MASH(单级)
早期的 1bit 方案,噪声整形不够强,但已经很稳。
■ 第二代:3阶 M.A.S.H(3rd-order MASH)
90 年代主流,性能大幅提升
大量松下 CD 机如 SL-S、SL-CT 系列 + Technics 家用 CDP 都是这个。
■ 高级版本:Extended / Advanced M.A.S.H
用于高端 Technics CD 机、功放 DAC 内。
特点:
更低失真
更低噪声
人声更圆润
2025年12月09日 07点12分 8
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