[疑問]想請教光纖線的品質是否影響音樂音質

ETK wrote:
看來 birdlg 網兄對 Jitter 的認知有個盲點.. 忽略了 noise 的存在.
首先 方波的 slew rate 慢 , 加上 一點點 power noise , 就可以造成 Jitter , 這個原理很簡單

beachboy7689 wrote:
若是電腦播放 WAVE 檔案，轉盤播放 CD 片，同樣的曲目(電腦WAVE 檔取自於同一片CD)

兩者都利用數位輸出利用光纖到同一台 DAC，這樣會有相同的結果嗎？

Jitter 二三事

1. 前言
   Jitter 是一個常被混淆甚至誤用的籠統名詞，由於音響發燒友或是音軌抓取的不同需要，而一再地被提出來。以下幾點是收集自網路上的討論與相關格式介紹文章，重新整理而成。目的是針對 Jitter 的類型，Correction 的類型，應用時機，和 Jitter 與音質的關係等，作討論的拋磚引玉。
   
   
2. Jitter 類型
   
   
   
   1. 時基誤差式的 Jitter⁽¹⁾
      時基誤差是數位信號傳輸過程中產生的問題。時脈波形在達到臨界值前無論如何總需要一段時間增益或衰減，雖然理想中數位信號只有瞬間的開/關狀態，實際上因為物理性質的限制，時脈不可能沒有誤差。由於此處的尺度已經非常小，故誤差修正是採取週期性地同步校時法。
      時基誤差其實又分為 Jitter 與 Wander ，分別對應脈衝跳動(開始太早)與游移(結束太晚)的現象，不過這在不同領域中習慣不同，聊備一格。另外，也有些地方稱此種 Jitter 為 Glitch。
      以生活中的經驗舉例，這種 Jitter 導因於無可避免的觀測誤差，有如拿尺量物，尺本身的刻度誤差再加上量測原點定位上的誤差，只能力求誤差在某個容忍範圍內。換言之，只要誤差不會大於尺本身的精確度，就可以接受。
      時基誤差式的 Jitter 在 CD-Audio 環境下產生的部分，主要是與類比數位轉換(DAC)相關的工作，包括信號傳輸過程，概觀論之就是撥放的過程。
      
      
   2. CD-Audio(CDDA)規格引發的 Jitter^{(2)，(3)，(4)}
      當 CD player 讀取 CD 時，因為沒有可供定位的資訊，無法判斷每一首曲子開始與結束的精確位置。而這樣的設計在配合充分利用有限的sector空間，與定線速度(CLV)循序連續讀取螺旋狀音軌等先決條件下產生。一般讀取環境下並不會有問題。但在微觀的角度下看，讀取頭(pick-up)每次定位都有可能產生重疊(overlap)或缺口(gap)。在紅皮書中規範的容忍度是1/75秒，相當於一個block的長度。這樣的現象，一般稱為 Jitter。於是 CD 上可能預留音軌間隔，避免這種情況。在需要更高的精確度的情形下，就必須採取 Correction 的對策，這部分容後再議。
      
   
   
   
3. Error，not Jitter
   
   
   
   1. 物理機械層次
      CD player 的讀取頭，馬達，轉軸等部分的互動合作，反映出物理機械層次本身的極限。直觀的看法就是振動。也因為振動一詞語意在翻譯上的曖昧，使得 Jitter 被誤用在這個情形上。事實上無論是那一個環結造成數位信號讀取上的誤差，都將硬生生地成為一個錯誤(Error)。CD-Audio 在缺少EDC/ECC 的幫助下，僅能靠著 EFM 與 CIRC 的方式來修正。EFM 與 CIRC 藉著編碼方式的運用，有限度地驗證並回復資料。若是超出這個限度，錯誤將直接以爆音，跳針，無法讀取等方式顯現。要特別注意的是，這裡是針對正常 CD-Audio 撥放流程而言，其他情況則有不同的延伸探討。同時，必需補充說明的是，緩衝區記憶體在此開始發生功用，提供一個喘息的時間，作解碼與插值修正的運算。\r
      
      
   2. 光學讀取原理層次⁽⁵⁾
      CD 以鍍模上蝕刻好的坑洞(pit)來記錄信號，讀取頭藉著反射的時差來定義0/1狀態。同樣地，透過緩衝區的讀取機制，可以有限度地避開這個層次上可能有的問題，絕大多數是 CD 狀態不夠理想，造成反射率不佳，色偏位移等。實際上則包含了讀取頭與 CD 表面的透光度，反射層材質，以及前述機械層次可能加乘上的干擾效果。
      而在橘皮書定義的 CD-R/RW 環境中，以反射層上增加溝槽(groove)，而透過染料變化形成的坑洞或平面(land)，來定義0/1狀態。此種方式下，反射率遠不及直接在反射層上蝕刻坑洞的情形。這個難題的解決方案，將一併於下一節討論 Correction 方法時提及。此處需要說明的，是常見於 CD-R/RW 規格中有關 Pit/Land Jitter(3T) < 35ns 此類文字，Jitter 指的其實是 Pit/Land 的長度，Philips 公司規範的品質等級，由 3T~11T，T=0。281cm，這個單位是由基準線速度1。2m/sec定出來的，最短坑洞長則為 3T=0。843cm。說來可算是在光學讀取層次中造成 Jitter 一詞被誤用的出處。
      
      
   3. 週邊設備層次
      在撥放環境中必定不止於 CD player 本身，還將包含信號傳輸，放大，整流，轉換等機制。任何一個環節都有可能受到外力干擾，最常見的莫過於電磁造成的失真，像是電源或磁場造成的雜訊串音等。這裡面除去與時基誤差相關的部分後，其餘的疑難雜症並不應被稱為 Jitter。事實上，在這些情況下造成的任何資料變更往往難以復原，應直接視為 Error。
      
   
   
   
4. Jitter Correction
   
   
   
   1. 時序同步化(synchronize)校正
      為了解決時基誤差，最基本的作法是將時脈獨立傳送，透過分離並封裝，盡可能地隔絕干擾後，再與信號脈衝作同步化校正。
      
      
   2. 多次讀取(multi-read)比對
      CD-Audio 在必要的情況下，將不再維持單倍速讀取，而將以較高的速度多次讀取某一目標，在緩衝區記憶體內比對讀入的frame是否相同，以判斷定位是否正確。
      
   
   
   
5. Jitter Correction 應用時機
   
   
   
   1. DAC/信號傳輸
      此時的 Jitter 為時基誤差類，以時序同步化校正或其他更精密複雜的方式來修正。
      
      
   2. 音軌抓取
      此時可能不單速讀取，可能不循序讀取，可能不連續讀取，因此往往需要多次讀取比對式的 Jitter Correction 輔助。
      
      
   3. CD-R/RW 讀取
      雖然同樣使用 CD player 撥放音樂，但由於 CD-R/RW 反射率不足，極有可能無法達到一定時間內必需讀取的資料量，因此將不再以單速讀取，改採多次讀取來完成目標。這裡的多次讀取感覺上比較接近一般 DiscMan 提供的短時間內防震功能，當然這只是一個類比，實際上依然有所不同。\r
      
   
   
   
6. Jitter 與音質的關係
   
   
   
   1. 何謂音質
      從數位資料的角度來看，只要資料與來源一致，品質就已經獲得保證。但這是資料的品質。音樂的品質要如何定量分析呢? 一般認為是無解的。於是我們轉向定性分析的路。若是透過人耳親身驗證，雖然難以直接量度，依舊有統計科學的幫助。
      
      
   2. ABX 雙盲(Double Blind)音質比較測試⁽⁶⁾
      首先，欲測試音樂品質者，應該接受 ABX 測試的訓練。ABX 測試是準備欲比較的一組兩個音源，A 為品質的對照組，作為基準; B 為品質的實驗組，待測。測試者先要能明確地由 A，B 兩者中辨認出高下，然後再聆聽一個黑箱狀態下的音源 X，此音源可能為 A 或 B; 以 ABX 的順序反覆訓練至每次皆能準確地辨認出 X 為止。
      完成 ABX 訓練的測試者，才能夠保證具有一定程度的聽力水準，足以利用 ABX 雙盲比較來判斷所謂音樂的品質。
      最後，將不同年齡層，不同背景，不同性別，與其他更多條件不同的測試者的評價統計，才能夠完成科學的，可信賴的音質比較分析。
      
      
   3. Jitter 與音質
      若依照本文前述所定義的 Jitter 類型，其實不難發現，CD-Audio 讀取時的 Jitter 並不會造成資料的錯誤，也不會造成訊號失真，僅是一種位移現象。在紅皮書規範下，這種 Jitter 不應被人耳所察覺。
      但時基誤差式的 Jitter 則將廣泛地影響到整個撥放系統。於是同一張 CD，在不同的器材上，將會有截然不同的表現。
      CD-R/RW 上的資料雖然可以透過各種控制來達到正確地複製，但由於 CD-R/RW 本身環境與原 CD-Audio 就已經有了根本上的不同，雖然 CD-Audio 格式引發的讀取時期 Jitter 可以被修正，但接下來的 DAC 與傳輸過程則有可能因為與標準 CD-Audio 讀取流程不同而造成不同的時基誤差式 Jitter。更進一步來說，時基誤差式的 Jitter 有可能成為一個無法重複驗證的交互作用系統，經過 DAC 或傳輸之後再現的類比訊號根本不可能一致。加上許多其實不屬於 Jitter 範圍的 Error 會在資料讀取完畢，進入撥放流程時才產生，所以很難保證一模一樣的複製。事實上，從熱力學的角度來看，這是必然的現象。
      
   
   
   
7. 結論
   追求 Hi-end 品質的音響發燒友可能非常在意的是時基誤差式的 Jitter，然而這個 Correction 其實是不可能的任務，某種程度上還非做假美化不可，於是此類 Jitter Correction 與音質的關係，只能鄉愿地歸結於各人喜好。
   常做音軌抓取以進行後置處理或複製的玩家，只要好好地處理 CD-Audio 讀取時期因為格式上的限制而發生的 Jitter，無論是降速讀取，使用 firmware 或 software Jitter Correction，或是避免使用非循序，非連續的讀取方式如 Burst Mode 或 Burn-Proof/Just-Link 等技術，並注意音軌間是否有缺口等細節，完全複製出在資料層面上相同的數位音樂資料是有可能的。但若是 CD-R/RW 複製則要進一步考慮反射率等品質問題。
   
   
8. 參考資料
   
   
   
   1. 網路同步之量測與查核
      
   2. CD 規格書
      
   3. 什麼是 Jitter Correction？
      
   4. 台大電機 Maxwell BBS Audiophile 版精華區
      
   5. Thermo-Balanced Writing飛利浦專利智慧型燒錄科技
      
   6. PC ABX Web Site
      
   
   
   
   

richyang wrote:
一般的塑膠光纖該屬於多模光纖,其缺點在於不同頻率的模態在光纖內傳播速度是不一樣的,因此一個方波打進入此種光纖,到出來時可能已經嚴重失真,若由此來recover clock,此clock的jitter想必是不小