1. 摘要

    X-Fi 音频处理器使用了独特的新型架构，它所进行数字化采样率转换可保证极高的保真度。本文的开始部分将介绍采样率转换的流程及如何应用于音频。接下来的部分介绍采样率转换器品质的衡量标准及X-Fi 在性能方面所要达到的目标。最后讨论 X-Fi 采样率转换器的架构和测试时的关键技术指标。

2. 采样率转换简介

    当我们听到声音时，我们的耳机感觉到的，是由周围物体运动引起的空气压力的连续变化。在模拟音频电子学中，空气压力的变化是由电路中电势或电压的连续变化表示的(图 1)。不过，在数字音频中，此类变化存储为一组数字，每个数字都对应某一时刻的空气压力状况，而没有用连续的值。通过数学证明，我们知道了这样一个有趣的事实：一个连续的声波，完全可以用一组有限的数字，以任意的精度表现出来。

图 1 – 由声音的压力波产生的模拟信号

    在模拟至数字的转换中，音频被转换为数字形式，这一过程请参考图 2。为了避免产生严重的“量化失真”，必须向模拟音频信号加入少量噪音或“抖动”。加入这类噪音之后，产生的信号将按某一时间间隔进行数值测定或“采样”。若将要生成的目标音频的最高频率为某一值，采样的频率(采样率)应至少是这个值的两倍，单位为赫兹(Hz)。例如，采样率为 48,000 Hz (48 kHz)，意味着每秒钟要取 48,000 个值。在相反的过程中，数字音频信号的各数值将通过“数模转换”还原为连续的信号。

图 2 – 模数转换过程

    数字音频的数学原理保证数字音频信号能精确而完整地还原连续空气压力声波的原貌。因此必须利用某种方法，只根据采样值就能计算出任意时刻的波形。这种计算方法使数字音频信号由某一采样率转换为另一采样率成为可能，这一过程就是我们所说的“采样率转换”。如图 3 所示，由原始采样率数据，可以估算新采样率下某一时刻对应的压力值，从而计算出新采样率的数据。通过复杂的数学运算，这样的转换过程可以实现任意的精度。如果运用得当，采样率转换中产生的计算性错误将远远小于原信号中的抖动噪音，听者几乎感觉不到它的存在。

图 3 – 采样率转换

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