内部音调-第3部分：播放引擎

当我开始构想Tonal概念时，市场上已经充满了以发烧友为中心的播放器：对于macOS平台，主要名称包括Amarra ， Audirvana ， BitPerfect ， Decibel ， Fidelia ， Pure Music ， Roons等等。 起初，我不确定在这个细分市场中是否还有新应用程序的余地，或者Tonal需要的仅仅是一种奇特的营销策略。

在使用这些产品几个月后，对市场营销副本进行了研究，并研究了macOS音频体系结构之后，我再也不感到困惑了。 发烧友的应用程序仍有很多工作要做。

本文不仅介绍了Tonal成为真正的发烧级学生所要做的事情，还介绍了为什么我们认为它们很重要。

与模拟电路设计相比，发烧级播放引擎更适合在社交编码平台（例如GitHub）上进行开放式协作。

现有的供应商通常将其播放引擎的技术设计和实现视为“妖术”，不愿透露内部信息。 因此，尚无公认的框架可以执行客观的，从头到尾的评估。 在这种情况下，选择发烧友应用程序将成为发烧友的“黑手艺” 。

为了永久改变这种情况， Tonal需要为社区带来代码级透明性：没有代码级透明性就无法进行开放式协作。 当社区可以达成更多共识时，一些有关播放引擎设计的古老争论可能会解决。

有许多因素影响发烧友的表现。 可预测性是使这些影响最小化并为下一阶段提供相对稳定的性能（例如USB DAC）的能力。 如果Tonal听起来很棒，您可以向您的朋友推荐Tonal ，并放心他们也会喜欢的。 仅当Tonal具有可预测的发烧级表现时，才会发生这种情况。

Tonal旨在为发烧友带来最高的发烧友可预测性。 让我们看一下可能会影响可预测性的一些因素，看看Tonal如何将这些影响最小化：

1. 音频数据。 无损格式并不意味着无损质量。 无损质量的音频可能包含毛刺。 Tonal包含了复杂的音频预处理步骤，以确保收集的所有专辑都具有完美的质量。 阅读该系列的第1部分以了解更多信息。
2. 硬件。 由于Apple多年来一直保持精益产品线，因此macOS应用的硬件环境通常在特定时期内仅限于几种型号。
3. 操作系统。 在过去的十年中，Apple每年都有更新macOS的良好记录。 最新的macOS的采用率很高。 因此，macOS应用程序具有相对可预测的操作系统环境。
4. 音频堆栈。 色调挂钩到HAL（硬件抽象层）API中，该API跨内核和用户空间之间的边界，绕过所有CoreAudio服务。 尽可能短的信号路径提高了发烧友表现的可预测性。
5. 信号路径上的活动。 得益于HAL（硬件抽象层）架构，信号路径中没有混频器，采样率转换器或任何不必要的处理（即使不影响输出精度）。 播放时， 音调也会占用设备。 没有更多的信号可以进入路径。
6. 信号路径之外的活动。 由于在音频预处理步骤中对音频数据进行了归一化（编码和打包），因此Tonal在流式传输音乐时会带来处理器和内存使用情况的高度可预测模式。

与HAL（硬件抽象层）API进行通信时，将反复调用软件中断以将音频数据传递给驱动程序。 此过程对于发烧友的性能至关重要，不仅因为它是流音乐时输出阶段中唯一的活动部分，而且还因为它是由IO线程同步调用的。

在经典的乒乓缓冲区的帮助下， Tonal可以仅用10行代码来设计该过程，这转化为少于50条反汇编指令。 为了进行比较，一个受欢迎的发烧友播放器在同一过程中包含2000多个拆卸指令。

除了微内核之外，回放引擎中的其他部分（2级缓冲，IO例程等）均以恒定的时钟频率（基于44.1kHz的采样率是1.3458Hz，基于48kHz的采样率是1.4648Hz）工作。

这对于高分辨率流而言尤其重要：如果没有恒定的时钟速率设计，则流192kHz音频会使引擎时钟以4倍的速度传输，而不是流48kHz音频。 采用恒定的时钟速率设计，可以改善发烧友表现的可预测性。

一些发烧友应用程序包含用于设备参数调整的专用接口，这不仅使常规用户不堪重负，而且损害了可预测性-为一个系统调整的参数可能不适用于另一个系统。

音调采用完全不同的方法：最佳参数是在您的设备和环境上自动测量的：只需单击“播放” ，最佳参数将在几秒钟内设置。

尽管支持内部扬声器和耳机端口，但Tonal应用程序仍有望将音乐流式传输到外部USB DAC。 Tonal还可以通过检测以下规范来帮助您更好地了解USB DAC：

• 支持的最大采样率。
• 支持的最大位深度。
• USB协议类（1.0，2.0）。
• USB同步类型（异步，自适应等）。
• 制造商，型号，固件版本，序列号等。

多亏了完整的端到端解决方案， Tonal播放引擎不需要适合不同的硬件，操作系统，音频堆栈，文件结构和解码器。 因此，发烧友表现的可预测性要优于现有的音乐播放器。

HAL（硬件抽象层）API用于确保最短的信号路径，因为HAL恰好跨越内核和用户空间之间的边界。 少于50条拆卸指令的微内核被设计用于紧急中断。 因此，发烧友性能的可预测性比依赖于更高级别CoreAudio服务的流服务更好，后者将混频器，采样率转换器和额外不必要的处理添加到信号路径中。

播放引擎中除微内核以外的所有部分均以恒定的时钟速率工作，这进一步提高了发烧友性能的可预测性，尤其是对于高分辨率音频。

与其他应用程序不同， Tonal应用程序不需要对音频设备进行复杂的调整。 专门的优化阶段会自动确定所选设备的最佳参数。

最后但并非最不重要的一点是，外部USB DAC得到很好的支持。

除播放引擎外， Tonal还具有音频预处理步骤和高度创新的音乐元数据解决方案。 阅读“同调内幕”系列中的更多文章：

1. 第1部分：音频数据-为您的收藏提供白手套服务
2. 第2部分：音乐元数据-新的旧问题

我鼓励您将一些您喜欢的专辑收集到Tonal中，并以最佳方式体验发烧友的表现。 如果您需要更多信息，请随时与我们联系sheng@icmd.org。

愿音乐感动您。