专题丨时基误差和时钟

　　在进入数字音源时代，我们开始追求极低的失真和无压缩的动态还原。与传统黑胶唱机原理不同的是，数字音乐档案的还原更多依赖数模转换芯片和电子电路，尽管早已摆脱了模拟唱机因机械振动所带来的失真和误差，但实际上数字音乐设备同样需要面对它们自身领域所面对的问题：Jitter（时基误差）。因此在当今数字音响设备中，尤其涉及到音源部分，各大厂家都浑身解数设计最佳的线路、最短的信号传输路径、最好的防干扰屏蔽和加入最精准的时钟校正组件，以最大程度降低这类设备和器材因时基误差而带来失真的影响。
　　很多初入门的爱好者认为这些技术名词过于艰涩难懂，觉得时基误差所带来的影响不是十分大，对聆听影响相当有限。实际上不少玩家在真实比较下，会发现同一个数字音乐档案在极低时基误差的系统环境下重播，音乐的清晰性、条理性、动态控制力和低频的扎实感都有着更好的表现，也就是说声音表现确实更加高保真了！说了这么久，那究竟什么是Jitter（时基误差）呢？关于这个概念我们以前在业内经常听到，尤其与数字音乐玩家和年轻发烧友交流的时候。
　　其实Jitter也叫做时钟抖动，属于一个电子领域的通识概念，这种抖动主要发生在信号传输的过程中，定义为信号的定时事件与其理想位置之间的偏差。抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。在绝大多数文献和规范中，Jitter被定义为高速串行信号边沿到来时刻与理想时刻的偏差，所不同的是某些规范中将这种偏差中缓慢变化的成分称为时间游走Wander，而将变化较快的成分定义为时钟抖动Jitter。而在音响领域中，我们更多以时基误差进行定义和描述。
　　音频世界中的Jitter认识
　　在数字音频中，我们要直接和数字信号的发送与传输打交道。声音以二进制编码被储存在存储介质中，在回放音乐的时候，这些010101的信号被送进DA数模转换器，并被还原为模拟波形信号。而反过来，在录制数字音频的时候，一个参考时钟信号会和音频信息一起被送进AD模数转换器，转换器把模拟信号转换为0101的数字信号到存储设备中记录下来。
　　数字信号总是和一个参考时钟信号一起传送并且记录，一些数字音频传输格式如SPDIF和AESEBU，它们在一个信号中同时传送数据和时钟。数字音频的时钟信号是一种方波（SquareWave），并且在频率以及振幅上被进行了修正，而且它的占空比要达到50。信号的改变（方波波形的高低变化即电平的高低）记录着时钟信息。如果信号传输所用的时间不相等，那么就产生了时基误差，实际上，世界上是没有任何一个不存在时基抖动的电路。下面我将继续讲述Jitter产生的来源。
　　Jitter是怎样产生的？
　　播放Jitter来源于大量因素的累加，包括设备自身的主时钟、逻辑装置、转动CD机械系统等等。一根数据线甚至也会比另一根产生更多的Jitter，每个Jitter产生的源都以自己的方式给DA转换器添加各种Jitter，这些Jitter的总和称为系统Jitter。
　　关于Jitter的来源，我下面给大家介绍一下。
　　一、主时钟Jitter
　　需要精确的东西都是越精确越难以做到，看似非常矛盾的话却是对技术中客观的反映。我们所认知的Jitter发生较多的地方往往也是非常高频率的石英晶体振动器（简称晶振）。基于晶振（晶体振荡器以及压控晶体振荡器）产生的时钟具有非常低的Jitter，但是Jitter仍然存在。当然，在设备中还有其他产生远比压控晶体振荡器产生更多Jitter的源头。这里所说的其他Jitter源包括电源供电部分产生的电压波动，这些波动对于DA转换器是很致命的，它会导致转换点在逻辑上发生时间变化。
　　二、不同界面和接口产生
　　Jitter可以分为两种：交界面产生的Jitter（InterfaceJitter）和采样中产生的Jitter（SamplingJitter）。交界面产生的Jitter可以进一步被划分为传送过程中产生（TransmitterJitter）（比如为了把数字信号输出到转盘外部所产生的）和线材引起（LineInducedJitter）。当我们把CD的数字输出和外部的数模转换器连接在一起的时候，不管使用同轴线缆，还是Toslink光纤接口，或者SToptical接口，都将在源信号中引入Jitter。有趣的是，不同的接口会引入不同类型的Jitter（波形，频率，振幅以及相关性上的不同）。这就解析了为什么不同的数字接口（光纤，同轴）音质不同，尽管他们传送的都是相同的信号？为什么线材长度会直接影响音质？为什么不同厂家生产的同样长度的同轴线材音质也有不同？
　　三、转动拾讯装置
　　CD播放器转盘中存在伺服系统对CD自传速率进行控制的机电系统，即使最先进的CD播放器设计有数据缓冲区，可以对Jitter进行一定的容忍度，但通常有锁相环（PhaseLockedLoop）参与其中，锁相环依然对Jitter相当敏感。即使在顶尖的CD播放器设计中，采用CDROM高速读取数据，并将数据完整缓存进内存中，但这种方式某种程度可以避免Jitter的产生。不过CD唱片自身也会产生Jitter，例如CD上的坑点代表着数据记录，读取数据时这些坑点间距变异也会产生Jitter。工业上CD由玻璃主盘生产而来，这些CD坑点的位置变异甚至比通过优质的CDR以1倍速度刻录至CDR母盘上的变异会更多。
　　四、逻辑缓存区
　　数字音频数据以自己的方式通过系统、线缆、轨迹、有时是缓存区，诸如驱动SPDIF线材的缓存区。所有这些缓存区都是在有限的反应时间里准确地检测信号电平的变化。这意味着，即使信号可能没有太多的Jitter进入缓存区，但在缓存区出口可能添加了额外的Jitter。这种Jitter可能会由设备的反应速度、硅片的热效应、功率输出、甚至是传输线引起的。
　　五、电源系统
　　对于那些处理或传输数字音频信号的器件，对它们的直流电源供应是至关重要的。如果他们的电源供应不稳定，电压值经常变化，这些器件对于数字信号也会做出相应的反应。电源噪音，可能是Jitter最大产生源之一。电压变化或电压滚降（VoltageDroop）可以发生在电路板、电源线、甚至硅片本身的任何地方。电源电压的变化会改变传输中数字信号的数字逻辑的反应速度和反应时间，从而产生Jitter。
　　六、电路板
　　电路板上至少有两个影响因素会引起Jitter，其中包括信号串扰和接地反弹（Groundbounce）。信号串扰通常是高速信号传输时发生在电路板走线间距十分靠近的地方。串扰会随着印刷电路板的绕线布局密度增加而越显严重，尤其是长距离总线的布局，更容易发生串扰现象。一个信号产生其他信号的感应电压。这就是明显的Jitter。当信号返回电流遇到电路板相对地平面的高阻抗或较长的路径时，通常会产生接地反弹。这会在接地平面或返回路径中产生一个电压滚降，电压滚降会使信号产生电压位移，从而引发Jitter。
　　时钟的必要性
　　Jitter之多也正说明了各设备和各环节中存在不一样时钟（Clock）。在数字信号的世界里，Clock一词指的是使一个系统内的所有频段保持同步并在同一基准时刻运行信号。因此为了发出一个精确和可靠的精准信号，Clock的系统必须有一个标准：定义一个时间段有多长。这个标准通常是通过振荡器来定义的（一个将直流电能转换为具有一定频率的交流电能的电路）。但由于不同设备的Clock不一样，或者我们需要一个再生时钟重整我们系统的时间，那么独立时钟设备就拥有了现实的意义。
　　目前市面上有一定数量的再生时钟，某些采用了比较老的技术，而另一些则采用了比较新的技术。总的来说，主要有三大类再生时钟：使用只有运行晶振和数据存储缓存区的再生时钟（真正意义上的再生时钟）、使用一系列锁相环（PhaseLockedLoops）减少Jitter的再生时钟、使用ASRC（异步采样率转换）减少Jiiter的再生时钟（也是一种锁相环）。锁相环再生时钟可以减少Jitter，但锁相环在一定程度上会收到输入信号Jitter的影响，锁相环的级联越多和PLL环路滤波器的滤波阀值越低，就越好地减少Jiiter，这也是一些HiEnd级解码器采用的设计方式。而对于最后一种ASRC异步采样率转换的再生时钟对输入Jitter比较敏感，同时还有通过上采样改变数据的特点。
　　值得提及一下的是，目前时钟主流以10MHz频率进行运行，而且有很强的兼容性。针对音响领域目前有如下代表：Mutec、AntelopeAudio、Aurender、CHPrecision、Esoteric、Gustard、iFiAudio、M2tech、SoulNote、SOtM、TEAC等等。要强调的是，Jitter在任何电子设备中均会存在，即使内部电路再理想的产品也是如此。对于顶级的数字音乐设备厂家，它们努力设计最顶尖的线路目的是尽量减少Jitter的存在，降低Jitter的发生，从而让我们敏锐的耳朵感受到最高保真最真实的声音还原。