alpine

Hi-Res高解析音频格式与传统的CD及压缩音源相比,具有两个特点:
・涵盖人类通常无法听见的“超高频带”
・从小音量到大音量的“平滑流畅衔接”

(图1)纵轴为bit数,表示可记录的声音精细度。CD可记录的精细度为16bit起,Hi-Res高解析音频可记录的精细度从24bit起,最高达32bit。

横轴为采样频率。采样频率越高,越能在短的时间间隔内记录数据,因此能够更为忠实地按照原音波形记录数据。CD的最大采样频率为44.1kHz,而Hi-Res高解析音频则扩大到最大384kHz。能够以更精细的时间精度和bit数,更加准确地将自然界的流畅模拟波形(图2)转换为数据并记录下来(图3),从而实现包含更多原始模拟波形信息的记录和播放。(图片和数据来源:阿尔派实验室)

下面以小提琴为例,看看播放这种超高音域具有怎样的意义吧。(图4)使用专业设备测量,小提琴的声音波形是这样的。

(图5)构成音阶的基音,加上更高频率成分的“泛音”,构成了乐器各具特色的音色,比如小提琴的音色。而且这些泛音的高频成分有时可以达到人耳听不到的频率范围。虽说人耳听不见,但如果去除高频成分的泛音,(图6)有特色的音色就会变弱,很可能变成与乐器原声相去甚远的声音。

Hi-Res高解析音频通过捕捉这种泛音成分到人耳听不见的范围,忠实地再现了乐器的原始音色。特别是丰富了高音域的表现力,拓宽了细腻度和深度感。

而最重要的是声音拥有强大的音压,失真却极小、声音很鲜活。这就是Hi-Res高解析音频的巨大魅力。

抖动失真

在汽车音响系统中,由于安装空间狭小,音源、控制音源的“主机”和进行声音调谐的“音频处理器”必须分离成不同的单元。过去,各个进行数字处理的产品分别按照不同的时钟(时间)来处理数字信号,但在传输数据时会产生名为 "抖动"的轻微信号偏差。这种轻微的信号偏差(抖动失真)是导致音乐失去真实现场感的原因。当播放384kHz 32bit时,轻微抖动的影响更是一个不可忽视的因素。为了解决这一问题,Alpine F#1 Status开发并装载有“主时钟管理系统”,将音频处理器内以高精度振荡的时钟作为 "主时钟 "发送给主机,使信号处理同步。由于实现了“主时钟管理系统”,数字信号与单一时钟同步,从而最大限度地避免了抖动的产生。

最高精度水晶振荡器

在这一主时钟管理系统的核心部位进行振荡的水晶振荡器,毫无疑问精度决定一切。我们采用了与开发合作伙伴专门开发的世界最高精度的“OCXO DuCuLoN®”,主时钟OCXO DuCuLoN®中,核心设备音频处理器(在车内进行音频调谐)的中央保留有专用空间,形成了不易受噪音及温度影响的结构。

OCXO DuCuLoN®是定制车载用SPEC。采用了两个专为该系统开发的晶体,与温度补偿电路一起内置在隔热结构的箱体内,具有车载设备首创的加热功能、使温度变化引起的振荡范围尽可能地稳定在0%,在接通电源后,加热器加热振荡器,当达到时钟精度稳定的温度后,温度将保持恒定并维持高精度,时间精度达到了普通水晶振荡器的约500倍。普通水晶振荡器时间精度约为0.005%,OCXO DuCuLoN®的精度达到0.00001%。(数据来源:阿尔派实验室)

声音到达时间补正

无论怎样去追求设备的精度和性能,如果不严格考量最终从扬声器中播放出来的声音,一切都将是徒劳。在汽车上,存在同一声道高、中、低音各个扬声器的安装位置不同导致的时间差以及左、右扬声器距离的不对称,所以需要利用通过音频处理器进行时间校准的时间补偿功能。有了高规格的Hi-Res高解析音频,每个扬声器发出声音的正确调音精度也必须比以往更为严格。例如从驾驶员来看,左侧扬声器和右侧扬声器发出声音到达时间的偏差很大或很小的情况下,如这个概念图所示,合成音就会出现差异。距离偏差会导致来自各扬声器的声波相互抵消,造成 "失真",大大影响音质。

阿尔派以往的产品在气温20℃条件下的调整范围是7.2mm,而AlpineF#1Status音频处理器的调整精度为0.9mm,实际上约相当于过去的1/8。Hi-Res高解析音频可处理的的高音域尤其容易感觉到距离感,因此这种细微调整非常重要。就像这样,车内空间需要高精度的调音。为了实现更精确的调音,我们实际搭载了4台Analog Devices产顶级数字声音处理器,其处理速度与电脑CPU相同,达到64bit/最高1GHz。与阿尔派以往产品相比,处理能力达10倍以上。这样便能在处理时不损失高规格Hi-Res高解析音频信号的信息。(数据来源:阿尔派实验室)

采用CFRP的理由

以往阿尔派扬声器各单元的播放带宽都分别使用了适当材料和结构。然而,由于各单元特点不同,这种方法会导致各单元的音色出现细微差别。而Alpine F#1 Status则通过统一材料和结构,向各单元音色的优美匹配发起了挑战。经过无数次的试验和摸索,阿尔派人终于找到了答案,那就是“CFRP”,一种既轻又硬的碳纤维强化树脂。相同质量下,CFRP的强度是钢的5~6倍、铝的3~4倍,已经应用在航空领域及专业摄像机机身等。民用方面,虽然CFRP价格昂贵,但我们判断其是统一音色的理想材料,因此这次所有单元都采用了CFRP。CFRP很轻,因此具备了良好的响应性,其高刚性又使其具备了大幅降低失真的良好性能,被认为是播放高规格Hi-Res高解析音频的理想选择。

其效果包括,各单元的播放频率较以往更宽,各单元间的频率区域可以设定的更宽,例如中频单元安装位置比以往更加自由等优点。因为根据安装位置的不同,通过声音调整克服差异变得更容易。

OP-AMP(运算放大器)

运算放大器是音频处理器模拟电路中经常使用的集成电路。补偿信号的反馈电路和首段放大电路等都离不开运算放大器,不仅是产品的电路,该零件内部也是我们阿尔派人长年从事模拟音频电路设计的知识经验集大成之处。此次我们与合作伙伴JRC携手共同开发出全新的专用MUSES高品质芯片。我们关注内部电路的细微电流变化及因数MHz带宽的高次谐波对Audio带宽的影响而产生的音质变化,通常一块芯片由两条电路构成,而我们采用了单电路规格,提高了信号处理的纯度,另外放大器电路的各阶段也作为独立电路,彻底排除了相互干扰。