刘汉盛

降低Jitter的设计表过，接着要谈MEDEA的提升取样（Upsampling）、超取样（Oversampling）部分。有些读者可能会以为提升取样与超取样是二种不同的设计，其实这是一体的二面，基本说来是做同一件事，它们都是把取样频率的数值提高。「提升取样」可以采用自写算法（Algorithm，为某种目的而特别写的软件），把特定的算法灌入DSP芯片中，以DSP来运作。另一种「超取样」或「提升取样」则是普遍包含在市售的数字模拟转换芯片成品中。

或许您心中有一个疑团：既然在模拟讯号转为数字讯号的过程中，取样频率已经被「定死」了（如CD的 44.1kHz），我们为什么还要在数字转模拟的过程中把取样频率提高呢？这样做有实质意义吗？其实是有的，不过其目的并不在于改变原始录音时的取样频率，而是要让低通滤波器（Low Pass Filter）工作得更容易。

低通滤波器的任务

这话怎么说呢？为了让读者们明白，我必须从录音时模拟讯号转为数字讯号说起。当我们在做数字录音时，依照Nyqust取样理论，取样频率至少要有最高截止频率的二倍。受到当年制作CD规格时的科技限制，工程师们把最高截止频率订在20kHz。由于模拟音乐讯号不止到达20kHz而已，所以超出20kHz的频率必须在模拟转换成数字讯号之前先行滤除，而滤除高于20kHz频率时不可能刚好从20kHz处像切豆腐般垂直陡峭滤除，它一定会有一个「缓冲区」，所以最高截止频率订为22.05kHz。 22.05kHz的二倍就是44.1kHz，这就是CD取样频率的由来。这个用在模拟讯号A/D化之前的低通滤波器就是所谓的Anti-Aliasing Filter（抗锯齿，修边的意思）。

而当我们要把数字讯号还原为模拟讯号之前，也就是D/A之前，还需要再做一次数字讯号滤波的动作，这是因为此时的数字讯号中并不仅只有0-20kHz的频率而已，它还包括了取样频率的高次谐波，这些高于22.05kHz的高频谐波必须滤除，否则可能会引起扩大机内的内调失真，甚至烧毁喇叭的高音单体（这也是为何SACD唱盘设有高频限制机制，防止损毁扩大机或喇叭单体）。此时，我们再度需要一个低通滤波器，让低于20kHz的频率通过，高于20kHz的频率将其滤除。这个用在数字讯号D/A化之前的滤波器就是所谓的重整滤波器 Reconstruction Filter，一个模拟式低通滤波器。

必须让缓冲区加宽

问题来了，我们可以设计一个滤波曲线很陡峭的低通滤波器，让滤波缓冲区只在20kHz-22.05kHz的狭窄范围内。但是，这么陡峭的滤波曲线代表着每个八度可能需要高阶滤波（例如8阶或10 阶…）。这么高阶的滤波器往往会在截止频率处带来严重的相位问题与振铃（Ringing）副作用，而导致声音难听。为何我们不采用和缓的滤波曲线，以低阶滤波器来工作，这样不是可以让相位与振铃问题降到最低吗？同时，低阶滤波器的制造成本也会较低。

另外一个问题又来了，假若我们要采用低阶的滤波器，那就代表滤波缓冲区要很宽，这样滤波曲线才能够和缓而不陡峭。换句话说，就是要拉高低通滤波的起点，这样滤波的起点(取样频率)就不能设在原始的44.1kHz处，而是更高的倍数处，一般最常见的就是8倍（352.8kHz）超取样。滤波曲线和缓的滤波器不仅制造成本较低，同时相位失真与振铃现象也较低,，结果就是让声音更好听。

结合DSP与DAC芯片的优势

在一般的数字模拟转换器或CD唱盘中，可能只使用内含提升取样或超取样功能的市售D/A转换芯片。而在MEDEA内部，不仅采用DAC，还用上了Analog Devices SHARC DSP一个、Motorola DSP一个，作为提升取样频率、降低Jitter以及De-Emphasis之用（数字讯号接收芯片采用CS8413）。或许您又要问：既然市售数字模拟转换芯片内已经包含超取样功能，如果再用DSP做一次数字滤波，岂不是叠床架屋？没错，假若市售数字模拟转换芯片内的超取样品质很高，这样做当然是多余的。但是，如果有更高明的工程师自认自己以DSP来设计的数字滤波功能与品质超过市售数字模拟转换芯片呢？这就是高价数字模拟转换器能够大作文章的地方了。设计工程师可以把市售数字模拟转换芯片内的超取样功能完全或部分旁路，以自己设计的DSP来取代。假若设计得当，应该可以得到更低的相位失真与振铃。 Weiss的设计工程师就是以DSP来做8倍提升取样频率的工作，让取样频率从44.1kHz提升为352.8kHz（或384kHz，如果输入讯号为 48kHz取样时）。如此一来，数字讯号频宽就可达到176.4kHz。从20kHz到176.4kHz，这段滤波缓冲区已经够宽了。