数字音频技术(第6版) 786

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　　第18章Σ-△转换与噪声整形759
　　反馈环路中的数字滤波器Ha（参见图1823）能够实现这一点，滤波器的各个系数确定了
　　响应，因此输出噪声被1-H（z）加权，这就是所需心理声学加权函数的倒数。理想情
　　所得的经过加权的频谱能产生一个在所有频率上的可闻度都相等的本底噪声如同罗伯特·瓦纳梅克（Robert Wannamaker）建议的那样合适的滤波器设计是从对
　　加权函数的选择开始的。这条设计曲线经过翻转和归一化以后，产生了一个零均值的功率谱密度，它代表
　　个最小相位噪声整形器频率响应的模的平方。在详细指明了所需的响应以后通过对该频率响应进行一次傅里叶逆变换得到冲激响应。这个响应在进行了加窗处理以后产生H（z）相对应的多个滤波器系数，然后可以由此得出而获
　　FR滤波器
　　理论表明，当使用阶数很高的滤波器Ha）去近似最优的滤波器加权函数时，未经加权的噪声功率会增大，并且当滤波器阶数趋于无穷大时，这个未经加权的噪声功率也趋于无穷大例如，虽然一个最优近似能在可闻加权噪声（使用了能够反映人耳高频滚降特性的一条特别的加权曲线）中产生27dB的减少，但必须设计出具有更适度性能的其他加权函数。比如，当使用一个9系数FR整形滤波器时，被感知的噪声与未经整形的重量化噪声相比降低了17dB总体的未经加权的噪声功率与未经整形的频谱相比上升了18dB，这是合情合理的。换句话说从主观听感上来说，输出与具有额外3个比特的未经整形的被截断信号具有相同的安静程度。
　　这样，具有19bit分辨率的音频数据可以被成功地转换成16biit的CD。当然，类似的技术也可以用于DVD和蓝光光盘的编创上，此时可以使用16bit、20biit或24bit字。
　　降低可闻噪声同时提升总体噪声（在更高的不可闻频率上）的这些方法需要达到一个精妙的平衡。例如，非常高的总体噪声功率会造成高音喇叭的损坏，而且一些听者提出，冒进地推升高频噪声会产生人造声，或者可能遮蔽其他可闻信息。在实际中，根据具体的设计权函数通常会去近似一条独家所有的轮廓线。比如，图18.25所示为一条专利所有的等响噪声整形曲线，为了清晰起见，绘图时采用了线性频率轴。在一些情况中，这条曲线是固定的；在另一些情况中，这条曲线是根据信号的情况自适应变化的。类似地，一些设计采用了与音频信号相关的自适应抖动信号，可以让音频信号对加入的抖动噪声形成遮蔽。例如可以对音频信号进行频谱分析，就能产生出在频率上略微高一些的抖动频率图1826所示为一个幅度为-90dBFS的1k忆z正弦波。测量是通过一个16kHz低通滤波器进行的，该滤波器能近似表示人耳的平均响应。20bit的录音是相当准确的被截断成16bit
　　时，量化是很明显的；当它被抖动（±1LSB三角形概率密度函数）到16bit时，量化噪声得到了缓解，但噪声增大
　　施加噪声整形时，在这个低通滤波测量中的噪声得到了降低。这种6bit表示与原始的20bit表示非常相似。图1827展示了同一个-90dBFS正弦波在四种表示方式下的频谱。20bit录音具有很低的误差和噪声；截断产生了严重的量化误差；抖动移除了这个差，但增加了噪声；噪声整形降低了低频和中频噪声，同时提升了更高频率的噪声。