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舊 2003-06-04, 11:45 AM   #1
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預設 介紹DVD Audio,SACD,XRCD,K2,CD之音樂產品之不同

介紹DVD Audio,SACD,XRCD,K2,CD之音樂產品之不同   
文/天碟唱片有限公司 陳添福

DVD Audio:
與DVD Video尺寸容量相同,為音樂格式的DVD光碟;DVD Audio採用與過去CD相同的「PCM線性「錄製,或採用由英國Meridian所研發的「非刪減式壓縮技數「MLP。
DVD Audio並支持多種數字訊號格式,其允許的位有16位、20位、24位三種,多聲道模式最多達6聲道;以兩聲道192KHz /24bit或6聲道96KHz /24bit時,可容?#123;74 分鐘的錄音,動態範圍達144dB,頻率回應由DC~996KHz,效果令人振奮。

SACD:
SACD碟片採用單面雙層,其中一層與CD相容,另一層為高密度錄音層(HD),即SACD重點所在;HD層又細分成三軌,可分別載入2聲道訊號、6聲道訊號及其它信息(如:片名、曲目、其它相關資訊或靜態圖文件),播放時間約74分鐘。SACD之HD層錄音以Direct Stream Digital技術(簡稱DSD),采1位取樣頻率高達2.8224MHz,頻率回應寬達DC-100KHz,頻率回應寬達DC-100KHz,此等規格將使錄音效果更臻完美。

XRCD:
使用JVC獨家開發的K2超級數字編碼器,進行仿真/數碼的轉換,這個20bit,128倍超取樣的模疑/ 數碼的轉換器,可提供108dB的動態範圍,±0.05dB的平直響曲線,並極大的消除了低電頻信號的諧波失真。
經K2超級數字編碼器編碼的20bit數碼信號送入SONY PCM-9000光碟錄音機中,20bit的信號在加工過後再轉成16bit,K2數碼系統在20bit轉成16bit時,保留了低電頻信號的完整性,也保證了真正16bit錄音的範圍。
16bit數碼信號經過EFM(8-14?#123;制)編碼被送至JVC另一個K2雷射燒錄系統,這個燒錄系統與K2超級數字編碼器系統一樣,為使XRCD的數碼傳輸更為穩定精準,製作XRCD的所有設備均經過獨立****濾波的電源供應器,減少系統執行時不純淨的交流電對數碼的雜波干擾。
由於XRCD全部按照16bit/44.1KHz的CD標準製作,所以不需特殊的CD唱盤或譯碼器就能明顯展現出與眾不同的優越性。

K2:
由日本VICTOR所研發的之K2雷射定位錄音技術,是一種傳奇性的方法,對於消除雜音及任何可能在CD唱盤之雷射光學讀取器的差異,都予以消除。這樣的技術使得原音得以忠實呈現。這個產品已經由JVC以K2超級模擬母帶系統,重新製作母帶。
前言
  這一篇文章是由網友 LukeLo 所撰寫,預計發表在台大物理系系刊-時空上,我們有幸率先享用這一篇可說是本站開站以來最精彩豐富的文章,實在是非常的榮幸。以下是 LukeLo 的原文:
2002/01/01 補充:網友 LukeLo 將自己的文章精益求精,把文字修飾的更精簡了。
本文
  自電腦發明以後,信息的數字化是不可阻擋的潮流,也是二十世紀人類文明的重大革命,影響所及,深入現代生活各個層面,反映在音樂方面最常見的產物就是CD。自音樂CD在九零年代成為主流音樂儲存媒體,數字音樂已與你我生活密不可分。本篇文章希望以深入淺出的方式,帶領讀者探索數字音樂的各類儲存格式與訊號處理技巧。
何謂數字化?
  從字面上來說,數字化(Digital)就是以數字來描述事物。例如用數字紀錄一張桌子的長寬高尺寸約案髂玖祥g的角度,這就是一種數字化。跟數字常常一起被提到的字是模擬(Analog/Analogue)。模擬的意思是用相似的東西去表達,例如將桌子用傳統相機將三視圖拍下來,就是一種模擬的紀錄方式。
音樂如何數字化?
  將音樂數字化,首先必須將音訊數字化。將音訊數字化的方式有很多,最常見的方式是透過PCM(Pulse Code Modulation)。音樂CD即是紀錄此種格式的數字訊號,轉換原理如下。首先我們考慮聲音經過麥克風,轉換成一連串電壓變化的訊號,如圖一所示,我們現在開始將這聲音波型的模擬訊號數字化(Analog to Digital)。這張圖的橫坐標為秒,縱坐標為電壓大小。要將這樣的訊號轉為PAM(Pulse Amplitude Modulation)格式的方法,是先以等時距分割橫坐標。假設用每0.01秒分割,則得到圖二。

  接著我們把分割線與訊號圖形交叉處的坐標位置紀錄下來,就完成了PAM。我們把橫坐標數字紀錄下來,得到如下資料,(0.01,11.65)、(0.02,14.00)、(0.03,16.00)、(0.04,17.74)…..(0.18,15.94)、(0.19,17.7)、(0.20,20)。現在我們已經把這個波形以數字紀錄下來了,也就是完成了來源訊號的PCM。由於我們已經知道時間間隔是固定的0.01秒,因此我們只要把縱坐標紀錄下來就可以了,得到的結果就是11.65 14.00 16.00 17.74 19.00 19.89 20.34 20.07 19.44 18.59 17.47 16.31 15.23 14.43 13.89 13.71 14.49 15.94 17.70 20.00這一數列。這一串數字就是將以上訊號數字化的結果。看,我們確實用數字紀錄了事物。在以上的範例中,我們的取樣頻率是100Hz(1/0.01秒)。其實電腦中的.WAV檔的內容就是類似這個樣子,文件頭紀錄了取樣頻率和可容許最大紀錄振幅等信息,內容就是一連串表示振幅大小的數字,有正有負。前面提到音樂CD是以PCM格式紀錄,而它的取樣頻率(Sample Rate)是44100Hz,振幅紀錄精度是16Bits,也就是說振幅最小可達-32768(-2^16/2),最大可達+32767(2^16/2-1)。在這裡我們可以發現無論使用多麼高的紀錄精度,紀錄的數字跟實際的訊號大小總是有誤差,因此數字化無法完全紀錄原始訊號。我們稱這個數字化造成失真稱為量化失真。
  以上是PCM理論上的運作方式,但是實際上我們的電路沒有辦法紀錄瞬間的振幅大小,而是紀錄取樣時距內的振幅最大值,也就是Sample/Hold的運作方式。這樣的運作方式會造成波型的偏移,且很難用事後的運算來補償,為PCM的一大缺點。
為什麼要數字化?
  數字化的最大好處是方便資料傳輸與儲存,使資料不易失真。只要紀錄資料的數字大小不改變,紀錄的資料內容就不會改變。傳統模擬的方式紀錄訊號,如使用LP表面的凹凸起伏或是錄音帶表面的磁場強度來表達振幅大小,在我們複製資料時,無論電路設計多麼嚴謹,總是無法避免噪聲的介入。這些噪聲會變成複製後資料的一部份,造成失真,且複製越多次訊噪比(訊號大小與噪聲大小的比值)會越來越低,有意義的資料細節也越來越少。如果讀者曾經複製過錄音帶或是錄像帶,一定有過發現拷貝版噪聲較大的經驗。在數字化的世界裡,數字轉換為二進制,以電壓的高低判讀1與0,並可加上各種檢查碼,使得出錯機率大大降低,因此在一般的情況下無論資料複製多少次,都可以達到不失真的目標。
  或許讀者會問,既然CD是數字化的儲存媒體,為什麼用燒錄機複製的燒片放到CD Player中音質往往比原版片來得差呢?數字化的複製不是不會失真嗎?這個問題我們留到後面再解答。
  那麼,數字化的資料如何轉換回原來的音樂訊號呢?這時候我們需要一項裝置叫做DAC(Digital to Analog Converter),中文叫數類轉換器。DAC的功能如其名是把數字訊號轉換回模擬訊號,在我們的CD Player,音效卡中都有這裝置,而在許多電路中也經常被用到,例如顯示卡的RAMDAC。我們可以把CD Player中以PCM運作的DAC想像成16個小電阻,各個電阻值是以二的倍數增大。當DAC接受到來自CD讀取機構的二進制PCM訊號,遇到0時相對應的電阻就接上電路,遇到1相對應的電阻不作用,如此每一批16Bits數字訊號都可以轉換回相對應的電壓大小。這些電壓大小看起來會像階梯一樣一格一格,跟原來平滑的訊號差異,因此再輸出前還要通過一個低通濾波器,將高次諧波濾除,這樣聲音就會變得比較平滑。在Hi-Fi音響術語中,我們將讀取CD且輸出模擬音訊的器材叫做CD唱盤,單純讀出CD資料輸出數字訊號的器材叫做CD轉盤。我們可以把CD唱盤當作CD轉盤+DAC。在Hi-End音響的領域大部分傾向將CD讀取分成轉盤+DAC。值得一提的是,雖然CD轉盤和DAC間傳遞的是純粹的數字訊號,但是我們往往可以發現更換之間的線材(常用規格S/PDIF為阻抗75奧姆的同軸電纜或是Toslink塑料光纖),卻可以影響音質,這部分的問題我們也留到後面再說明,而這裡有相關實驗結果(http://www.dearhoney.idv.tw/phpBB/a...=18877&start=70)。
細說音樂CD(Compact Disc Digital Audio)
  關於音樂CD實在是有太多可以聊了,這個於1982年由Sony和Philips共同制定於紅皮書的儲存媒體,便於攜帶音質又比錄音帶好,流行至今毫無頹勢。關於它的規格有許多有趣的故事,例如為什麼一片標準長度的CD是74分鐘呢?話說這是因為設計者想要把貝多芬第九號交響曲存進一片CD中,於是開始估計CD的直徑,另一套說法是著名指揮家卡拉揚(Herbert von Karajan)這樣要求,也有人說是Sony公司當時主席的太太這樣要求,另一套說法是Sony當時的Mr. Oga所決定的。另外要補充的是Herbert von Karajan指揮的貝多芬第九號交響曲總長度大概在68分鐘左右,一般的版本大概在65~74分中間分佈。   根據網友nightmare告知,大賀典雄的傳記記載當卡拉揚還活著時,跟大賀的交情匪淺(算亦師亦友的感情吧),因此當年Philips找上Sony制定CD規格時,大賀就一口咬定一片CD一定要能裝得下貝多芬第九號交響曲(大賀本身是聲樂家),因為古典音樂單首曲目的長度比這個長的也寥寥無幾,為了在聆賞時不影響興致,所以大賀對此非常堅持,而日後大賀用此錄卡拉揚預演的曲目,並讓卡拉揚聽,而卡拉揚非常讚賞這個劃時代的數字媒體,甚至後來在說明會之類的活動時,卡拉揚也幫 CD 說了不少好話。
  CD是以螺旋狀由內到外儲存資料,在一片標準74分鐘的CD中,從裡繞到外總共有22188圈,把它全部伸展開來長達5.7km。音樂的CD讀取方式是等線速度(CLV),每秒有1.2m長的資料經過雷射頭,雷射在真空中波長為780nm,以偵測CD表面的凹凸變化判讀訊號。表面的凹凸刻痕寬0.5um,深度為0.11um(約為780nm雷射在CD塑料材質內波長的1/4),長度為0.8到3.1um。CD是以由凹變凸和由凸變凹定義為1,平坦的部分為0,所以改變刻痕的長度可以改變資料內容。而讀取頭就是靠著凹變凸和由凸變凹時的光干涉作用來判讀訊號。
  音樂CD的規格為什麼是44.1kHz、16Bits呢?關於44.1kHz這個數字的選取分為兩個層面。首先我們知道人耳的聆聽範圍是20Hz到20kHz,根據Nyquist Functions,理論上我們只要用40kHz以上的取樣率就可以完整紀錄20kHz以下的訊號。那麼為什麼要用44.1kHz這個數字呢?那是因為在CD發明前硬碟還很貴,所以主要數字音訊儲存媒體是錄像帶,用黑白來記錄0與1。而當時的錄像帶格式為每秒30張,而一張圖又可以分為490條線,每一條線又可以儲存三個取樣訊號,因此每秒有30*490*3=44100個取樣點,而為了研發的方便,CD也繼承了這個規格,這就是44.1kHz的由來。
  一張刮痕纍纍的CD放到CD Player中聽起來聲音常沒有什麼問題,這又是什麼原因呢?這是一個非常複雜的問題,我們必須從CD的訊號儲存格式說起。首先要引入的名詞是block,CD每秒鐘的資料被分成7350個block。每個block內有588bits的資料。可是這588bits無法全部用來儲存有意義的資料,因為過度密集的凹凸變化會造成硬體設計難度的增加,且CD是以由凹變凸和由凸變凹定義為1,無法重複出現1,因此每14個bits中只有8個bits是有意義的,這就是所謂EFM(Eight-to-Fourteen-Modulation)的目的。扣除6bits無意義的資料,每個block剩下588*8/14=336bits,再扣除同步(sync)與合併(merge)信息,剩下264bits,等於264/8=33bytes。在這33個data bytes中,有1個sub-code byte、12個odd-audio bytes、4個Q-redundancy bytes、12個even-audio bytes和4個P-redundancy bytes。其中最有意義的就是那12+12=24個音訊bytes,每個block共有24*8=192bits,由於CD以16bits紀錄資料大小,因此每個block有6個立體聲取樣點資料(6*16*2=192)。還記得前面說過每秒鐘有7350個block嗎?由此可以得知每秒鐘有6*7350=44100個立體聲取樣點!沒錯,就是這個數字。順帶一提的是每98個block組成一個frame,每秒有75個frame(98*75=7350)。好了,我們還沒講到重點,為什麼有輕微刮痕的CD聽起來還是很正常呢?
  答案就在於這24bits的音訊資料,並非單純按照出現順序儲存在單一的block中,而是打散順序離散分佈在接下來109個block中,因此若有刮痕造成一部份的資料無法正確讀出,可以藉由前面提到的P-redundancy bytes和Q-redundancy bytes作同位檢查確保資料正確性,進而重建資料,還可利用聲音連續變化的特性,由問題資料的前後取樣點來內插補點。實際編碼時,是先將12bytes的even samples重新排列然後經由C2編碼計算出4 bytes的Q-redundancy得到28bytes的資料,然後由這28bytes的資料來決定這24bytes的音訊要如何分佈在0到108個block中。再來將這28Bytes的資料經過C1編碼,如此就得到4bytes的P-redundancy。P-redundancy另外的用途是確保當取樣點都為0時這block中的32bits仍不都為零。另外每個block還有一個sub-code byte,其用途非常廣泛,在lead-in的區域sub-code紀錄了這張CD有幾軌、總長度多少﹔在音軌的部分則記錄了從這軌開頭已經經歷了多少時間、從第一軌開頭又經歷了多少時間、這音軌是二聲道還是四聲道(不過從來沒聽說過四聲道的CD)、是否允許複製、以及該音軌是否有經過Pre-emphasis處理與一些偵錯信息。另外sub-code也可以用來記錄該CD的UPC(Universal Product Code)碼與該音軌的ISRC(International Standard Recording Code)碼。ISRC由IFPI統一發放,前兩碼英文代表國名,再來三碼英文為發行者,最後五碼是數字。
  我們常在古典音樂CD上看到DDD,ADD,AAD字樣,又代表了什麼意思呢?這三個英文其實是Digital或Analog的縮寫,第一個英文表示錄音時的母帶為數字或是模擬格式,第二的英文代表混音及剪輯時母帶使用數字或是模擬格式,最後一個英文字代表最終的Master母帶是用數字還是模擬格式儲存,由於音樂CD的母帶一定是數字化的,因此最後一個英文字都是D。
  接下來想要介紹一些CD的衍生物如HDCD,xrcd2等,但是不可避免要提到一些數字錄音著專業術語,因此我們先解釋一下這些術語。
數字音訊處理名詞解釋
Pre-emphasis
  Pre-emphasis就是在錄音的時候將高頻訊號放大,放音時再把訊號用同樣的倍率縮小以還原波形(De-emphasis),在模擬錄音的時代,這個技巧的主要用途是作為提高訊噪比。例如廣播發送時將頻率1500Hz to 2000Hz以上以每八度音6dB的倍率提高訊號,或是LP唱片(LP)在錄製時的RIAA(美國唱片工業協會)等化曲線(不過這曲線的制定目的主要與LP的結構有關,且放大訊號不只高頻而已),以及錄音帶用的杜比抑噪系統,都是使用同樣的原理。在數字的領域,Pre-emphasis的主要用意在於降低量化失真,因為一般的音樂訊號高頻段往往振幅比較小,而且越高的頻率振幅越小,所以從PCM取樣的原理中我們可以發現這些小振幅會被分配到較少數的bits來記錄,這樣有效描述振幅的數字就變小了,與原波型的誤差就變大了,因此我們使用Pre-emphasis的技巧先增加高頻振幅再取樣來降低高頻量化失真。使用這功能的音樂CD非常少見,推測是因為Pre-emphasis和De-emphasis這一來一回的計算,反而造成了更大的失真。就筆者所知風之谷原聲帶就有經過Pre-Emphasis處理,由之前提到的subcode紀錄著這項信息。

Supersampling(Oversampling)
  Supersampling字面上的翻譯叫做超取樣,原理是從已有的數字訊號經過內插補點計算得到取樣點間的訊號振幅信息,例如把44.1kHz轉成176.4kHz的四倍超取樣。超取樣並不能幫我們把更多的細節從量化失真中找回來,它的主要用意是說明 我們獲得更正確的模擬訊號。怎麼說是更正確的呢?從之前關於PCM取樣的介紹我們知道越高頻的訊號被取樣的次數就會越少,想像一個20kHz的正弦波經過44.1kHz的取樣,一個週期分不到三個取樣點,要從這三個取樣點算出原來的正弦波理論上是可以辦到的,但實作的這樣的數字電路來計算是非常繁雜的,因此發展出來了各種取巧的方式希望能藉由較簡單的計算得到接近原波型的結果,超取樣算是其中的一種方法,用意是為了重建高頻訊號與原始波型。
Dynamic range
  中文叫做動態範圍,也就是容許紀錄資料最大值與最小值的比值,例如16Bits紀錄精度的音樂CD其動態範圍最大就是20*log[(2^16)/1]=96.3dB。用越多bit紀錄,我們就可以得到越大的動態範圍。如果能紀錄越大的動態範圍,我們就能紀錄越多的細節,並且更能儲存爆炸聲等大音量聲音的波形。當動態範圍不足時,為了不造成破音,我們只好降低錄音音量,可是小範圍的聲音變化可以分配的bit就減少了,造成量化失真更為嚴重。
Peak Level
  我們把一段波型的最大振幅叫做Peak,peak level則是這最大振幅與最大可容許紀錄振幅的比值。在16bits的例子中,最大振幅就是32767,20bits的例子中就是524287。在之前PCM取樣原理的介紹中我們可以發現越大的振幅可以分配到越多的bit去紀錄,因此同樣的一段波型只要Peak Level不超過1(超過可能會爆音),則原始模擬訊號音量越大紀錄的波型越精準。
Normalize
  Normalize就是將一段波型音量放大,放大的目標是讓原波型的最大振幅(peak)等於最大可容許振幅。我們常常會抱怨自做精選集CD這一首音量好大,下一首音量又太小,這時將每首都經過Normalize處理可以改善這個問題。不過由於經放大過後的振幅大小可能不是整數,最後不可避免要用到四捨五入之類的技巧,因此處理過的波型和原波型造成非線性放大產生誤差,再度導致量化失真。所以為了保留音色與相位的正確性,處理數字音樂盡量避免Normalize,除非放到後剛好不須捨棄位數。
Dither
  Dither是數字音樂處理上非常神奇的技巧,目的是用少數的bits達到與較多bits同樣的聽覺效果,方法是在最後一個bit(LSB:Least Significant Bit)動手腳。例如用16bits紀錄聽起來好似20bits的資料,聽到原先16Bits無法紀錄的微小信息。舉例來說,今天我有個20Bits的取樣資料,我現在想把存成16Bits的資料格式,最簡單的轉換方式就是直接把後面四個bits直接去掉,但是這樣就失去用20Bits錄音混音的意義。比較技巧性的方法是在第17~20Bits中加入一些噪音,這段噪音就叫做dither。這些噪音加入後,可能會進位而改變第16個Bit的資料,然後我們再把最後四個bits刪掉,這個程序我們稱為redithering,用意是讓後面四個bits的資料線性地反映在第16個bit上。由於人耳具有輕易將噪音與樂音分離的能力,所以雖然我們加入了噪音,實際上我們卻聽到了更多音樂的細節。
  關於dither有種比喻是說我們透過手指間的細縫只能看到眼前部分的圖形,但是如果前後揮動手掌,就可以透過不同時刻看到的各個圖形的一小部份,在腦中建構出完整的圖形信息,這是大腦神奇的地方,不是簡單的理論就可以說得通的。在此我提供一個網址,該網頁內提供經過dither處理和原始的wav檔下載,內容是一個固定頻率的聲音以等比例逐漸降低音量,我們可以發現經過dither處理過的聲音聽起來失真比較少且持續比較久,也就是可以讓我們聽到更小的音量與細節,還附有dither前後的波型圖示,網址如下:http://www.mtsu.edu/~dsmitche/rim42...,Sony公司的SBM(Super Bit Mapping),LIVE STUDIO RECORDINGS的ULTRA MATRIX PROCESSING,都是專攻20bits轉16bits的技術。Dither在數字音訊處理用途非常廣泛,舉凡兩個波型的相加、振幅的縮放、Normalize都會用到。現在的錄音室已經進展到24bits錄音,在CD還是主流儲存媒體的時代,dither還是非常重要的技術。順道一提,在影像處理領域,將24bits的全彩圖形以16bits的高彩畫面顯示也會用到dither的技術。
Jitter
  Jitter一般翻譯作時基誤差,是數字音訊播放音質劣化的原因之一。Jitter會造成聲音的改變,成因並非振幅資料本身的錯誤,而是時間部分出錯了。在之前數字化的程序中我們知道一個取樣點包括振幅和時間這兩項資料,而jitter造成振幅沒有在準確的時間呈現出來使得波型扭曲。在普通的CD Player中,由於讀取機構是由資料流量來判斷轉速是否合宜,而電路的工作時脈又是以讀出的一連串數字訊號的多少來決定,因此當轉速不穩定時,每秒讀出的資料數量就有誤差,而電路工作時脈就受到影響,由電路工作時間所決定的各個取樣點的出現時間與實際的時間就產生誤差,這就是jitter的成因之一。還有很多影響工作時脈的因素可能造成jitter,例如CD的重量與厚度是否均勻影響轉動穩定性、反射面的材質、石英震盪的品質、CD轉盤到DAC之間的連接線,都會造成jitter。要避免jitter發生最直接的方法就是re-clock,將接收的數字訊號先存到緩衝存儲器中,在精準的時鐘運作下重新送出這些數字訊號,並且讓後續的數字電路以這個時鐘為運作基準。有些Hi-End器材使用不同於一般S/PDIF的單線數字傳輸接頭,加入包含時鐘訊號的接線用意即在此。S/PDIF將運作時脈信息藏在資料的變化中,因此資料流量會影響運作時脈。
  或許讀者仍對所謂資料正確但是音質受到影響感到疑惑,為了讓讀者對jitter有更深刻的認識在此提出一個相關實驗。準備一張音樂CD,然後複製成另外一張,並用抓音軌軟體檢查確保這兩張CD的資料內容是相同的,可是放到CD Player中聆聽卻發現兩張CD的音質有很大差異。原先猜測是因為CD Player的讀取機制不如電腦光碟精準,但經過專業用音效卡CardDeluxe數字錄音從CD Player的數字輸出(SPDIF Out)的結果,經過多次的比對我們發現數字錄音的結果與直接抓音軌的資料內容相同,也就是說CD Player讀取資料內容並沒有問題,而影響音質的主要原因是jitter。服務機構時間資料流量不穩定的變動造成jitter,但這些資料內容本身並沒有出錯,因此不能單從數字錄音的資料發現錯誤。一般來講,除非設計上有瑕疵,jitter不該會大到使資料內容出錯,否則該稱為Error而非jitter。
音樂CD的衍生物與接替產品
HDCD(High Definition Compatible Digital)
  別給這個產品名稱給嚇到了,HDCD本質上還是CD,放到一般的CD Player中播放完全沒有問題。HDCD是Pacific Microsonics創始人Keith Johnson和Pflash Pflaumer於1995年提出的規格,其技術本身也包含從20Bits的原始母帶dither至16Bits的技術,但其獨特的地方在於比dither更有效利用CD的第16個Bits(LS,它不但用dither技術處理LSB,使得音質比一般CD好,甚至將LSB以固定的數字排列,當作是一種指令,這種指令在一般的CD Player對於聽覺沒有影響,可是在搭載HDCD譯碼晶片的CD Player上,這些特殊的指令就可以改變聲音的特性,例如增加某頻段的音量,提升整體動態範圍,或是音場?#123;整。這些加料的功能使得聲音聽起來細節更多,定位更加精準,這正是HDCD的特色。常見的CD如孫燕姿的幾張專輯都經過HDCD處理過。HDCD的技術並非限於音樂CD,在DVD-Audio上也有發揮的空間。目前HDCD的技術屬於Microsoft,Windows XP內建的Media Player就有辨識HDCD的功能。
xrcd(extended resolution compact disc)
  Xrcd也是不折不扣的音樂CD,由JVC製作發展。Xrcd的特色是以DIGITAL K2處理。這套技術不光是以20bits 128倍超取樣將模擬訊號轉為數字訊號,還加上另一套20Bits轉16bits的dither技巧,意圖將CD製作程序的每一個步驟最佳化!不但非常注重各個器材的供電品質,器材的連接線材,配送系統,且為了降低jitter對音質的影響,所有的數字訊號都改用SDIF-2傳輸,有別於一般所使用的AES/EBU工業標準,並對於時鐘的運作精度做過特別的校正。經處理最後的CD母帶資料儲存於Sony PCM9000 MO,送至位於日本橫濱全世界唯一一條xrcd生產線。Xrcd另外一個特色是以鋁作為反射面(與一般CD相同),JVC宣稱是因為使用鋁可以達到比較低的jitter。Xrcd價位相當高,通常要一千三百元以上,便宜的如麥田之歌也要八百多元,但是音質與音場表現的確有其獨到之處,因此在****音響界仍有其市場。
DVD-Audio
  DVD-Audio是以DVD(Digital Versatile Disc)作為儲存媒介的新音樂媒體,於1999年三月提出。取樣方式為LPCM(Linear Pulse Code Modulation),可選項性採用MLP(Meridian Lossless Packing)無失真壓縮技術減少龐大的資料容量。DVD-Audio的取樣率有44.1kHz、48kHz、88.2kHz、96kHz、176.4kHz、192kHz等,可以16Bits、20Bits、24Bits取樣,使用立體聲錄製時最大資料流量可達192kHz 24Bits,當採用5.1聲道(家庭劇院用中置一顆揚聲器、主聲道兩顆、後環繞兩顆、超低音一顆合稱5.1聲道)錄製時最大取樣率可達96kHz。DVD-Audio可於播放時搭配畫面與音樂輸出。DVD-Audio如此高的取樣率最大的好處在於不需要繁複的超取樣運算就可以得到正確的音訊波型,另一個好處是減少jitter對音質的影響。DVD-Audio目前的價位大概在一千兩百元左右。
SACD(Super Audio Compact Disc)
  SACD是Sony所提出以DVD為儲存媒體的下一代音樂儲存規格。SACD的最大特色在於摒棄PCM來數字化,改用Delta-Sigma Modulation(屬於PWM(Pulse Width Modulation)的一種)。其實Delta-Sigma Modulation是很常見的技術,平價的CD Player,床頭音響,CD隨身聽,音效卡,都是先將PCM訊號先經過Delta-Sigma Modulation然後再轉為模擬訊號。Delta-Sigma Modulation之因為可以用較低的成本和比較少的數字濾波器達到較高品質的聲音水準,因此大受歡迎,Philips的bitstream也屬此類技術。Sony將其改良的Delta-Sigma Modulation技術命名為DSD(Direct Stream Digital)。PWM不同於PCM取樣以訊號振幅大小為主,而是改為紀錄目前資料數值大於或是小於前一個資料,是相當複雜的技術,我們簡略地以下圖表示:

(上圖取自SONY的SACD廣告文件)
  SACD使用DSD的最大好處是從錄音到播放全部都以Delta-Sigma Modulation處理數字訊號,不用在錄音時先用PWM取樣再轉回PCM儲存,放音時又要把PCM經過PWM處理再經轉回模擬訊號的層層手續(聽起來很笨,可是絕大部分的CD都是這樣運作的),因此可以降低失真,以下是運作圖示:

(上圖取自SONY的SACD廣告文件)
  SACD同樣也有立體聲和5.1聲道的規格。由於SACD並非PCM編碼,不需要多bits儲存振幅,只要一個bit就夠了,且取樣率使用高達2822400Hz。SACD如同DVD-Audio有單面單層和單面雙層的規格,比較特殊的是混合光碟(Hybrid Disc),此種格式第一層資料與普通CD相同,可以放到CD Player中播放,第二層則是存放正統DSD訊號,供SACD Player播放。Delta-Sigma Modulation是相當專業的技術,想要進一步認識請參考以下文件,內容取自高傳真233期 P.63,作者為黃克強先生。http://freehomepage.taconet.com.tw/...ch/article4.doc
dts CD
  dts CD其資料格式與一般CD相同,都是16bits,44.1kHz,可是紀錄的資料內容並非PCM取樣訊號,而是經過dts(Digital Theater Systems)編碼後的5.1聲道訊號。Dts CD聆賞時必須將CD轉盤的數字輸出接至支持dts的譯碼器才能獲得5.1聲道模擬訊號。由於dts CD格式與普通CD相同,因此與HDCD、xrcd一樣都可以用普通的方法複製。
音樂CD複製技術
  音樂CD的複製,終極目標是音質與來源CD相同,甚至更好。要達到這個目的要分為兩個層面討論,首先是資料的正確性,再來是降低jitter。
  音樂CD的主要偵錯機制在於C1/C2編碼和subcode,雖然沒有CD-ROM的ECC/EDC編碼嚴謹,但輕微的刮傷還是能重建完整的資料。在複製音樂CD時,最好先將音軌資料抓到硬碟裡,然後再從硬碟燒錄。直接對燒的壞處在於當光碟發現音軌有問題時,沒有充裕的時間可以多讀幾次確定資料內容,因此很容易燒出爆音,且刮痕太嚴重時,過多無法讀出的資料甚至會造成燒錄中斷。
  抓音軌(DAE igital Audio Extraction)時光碟的品質與抓取模式對資料的正確性影響甚大。有些光碟抓音軌的速度很慢,也有些光碟抓得很快卻爆音連連。當光碟抓取的資料量超過本身cache負荷時,光碟必須暫停讀取,等cache有空間了才能繼續。有些光碟在經歷這暫停再讀取的程序,再次讀取的位置會跟停止前的位置不同,造成資料的斷層,也就是爆音的出現,這就是抓音軌不宜一味求快的主因。要有優良的抓音軌能力,光碟必須要具備Accurate Stream的功能,這樣就能避免以上緩衝區滿載重讀出錯的問題,更進階的是C2錯誤信息擷取功能,也就是當光碟在抓音軌時會同時偵測C2編碼,如果出錯的話自動重新讀取,對於資料的正確性與速度有顯著說明 。綜合以上要求,TEAC和Plextor出品的CDROM是相當優良的音軌抓取裝置,尤其是Plextor的產品,DAE速度特別出眾。另外在抓音軌時很多人喜歡用Burst Mode求其速度快,但是這種讀取方式只讀一次不回頭,如果片子很乾淨的話不會出什麼問題,要是有刮痕的話常會爆音連連,何況當遇到刮痕時光碟常常要降低轉速,讀過去了又加速,反覆加速減速嚴疊影響光碟壽命,因此實在不建議使用Burst Mode對付有括痕的片子。
  除此之外,我們可以發現將燒好的片子中的音軌抓出來跟來自母片的音軌做比較,來自燒片的wav文件音樂資料前面總是多了一些為0的取樣點,可是檔案總長度卻沒有改變。我們稱這種情形叫做資料排序的offset。這些0的來源有兩個,來自抓音軌光碟的Read Offset和燒錄機的Write Offset。之所以會有Read Offset是因為光碟讀寫頭認為自己所在的位置跟實際上資料出現的位置有誤差,因此當音軌抓出來的時候,總是與原始資料產生位移,於檔案開頭多個幾個0或是少了幾個0(以上是以假設這片CD每一軌之間都是靜音來討論),而在這些0之後的資料又跟原始波型完全相同。同理燒錄機的Write Offset成因也是一樣。這些Offset並不會影響音質,只是資料和來源有些微的差異,但音樂信息是相同的。目前能夠克服offset的抓音軌軟體和燒錄軟體非常少見,個人推薦使用免費軟體Exact Audio Copy(網頁http://www.exactaudiocopy.de/),不但可以單獨設定各光碟與燒錄機的offset,又有獨特的Secure Mode DAE將每個frame至少重複讀取兩次,如果資料不同會重複讀取到最多82次來確定資料內容。EAC可以做出無論用什麼軟體抓音軌內容都與來源片完全一樣的燒片,是目前尋求燒錄音樂CD資料正確性的最佳解決方案。
  接下來要解決的是jitter的問題。影響的jitter層面很廣,舉凡燒錄的速度,空片的材質,燒錄機的電源等都會影響。筆者參考日本的燒片測試網站[url]http://www.ne.jp/asahi/fa/efu/media...html後發涵/url]{以水?/a>{片的jitter較小,金片最大,而不同的燒錄機各有jitter最低的燒錄倍速。為了降低jitter我們建議購買日制That's水?#123;片或是新加坡/日本制三菱湛?#123;片並且?#123;整燒錄速度,而且避免開啟Just-Link或是Burn-Proof以免造成資料斷層。很可惜的是雖然經過這一連串的努力,燒錄出來的片子跟原版CD還是有所差異,所以為了尊重著作權與音質表現,請大家支持原版CD。不過台灣很多盜版音樂CD的jitter很大造成音質跟原版片有顯著差異,我們發現用以上的方法燒出來的片子聲音還比較好。這也告訴我們jitter是可以在事後處理加以改善的。
  另外要補充的是有些燒錄軟體和DAE軟體上會有Jitter Correction的選項,但是我們從上面的文章可以知道jitter其實不會影響資料的正確性,也就是說jitter大小並不會改變抓出來的的音軌資料內容。這些軟體所謂的Jitter Correction其實是指光碟會藉由反覆讀取比對資料來確保資料內容的正確性,主要是用來對付有刮痕或壓制有問題的CD。這個Jitter Correction的處理層面跟上述數字音樂的jitter不同,個人建議改稱為Error Correction。
  講了半天都在講CD,數字音樂並不只包含CD,接下來就來介紹其它的數字音樂格式,就從我們常看的VCD和前一陣子震驚全台住宿大學生的話題格式MP3開始吧。
MPEG與MP3的壓縮方式
  MP3是當前最流行的音訊壓縮格式,全名為MPEG Audio Layer 3,為MPEG(Moving Pictures Expert Group)這個團體當初和影像壓縮格式同時研發的音訊壓縮格式。舉凡一般VCD影像壓縮所使用的MPEG1,音訊所使用的MP2編碼,以及DVD-Video影像壓縮所使用的MPEG2編碼都是這個團體的研發產物。這些影像和音訊的編碼都是失真(破壞性)壓縮。相較於CD和DVD的容量,未壓縮的影像和音訊資料容量是非常龐大的。想像一片音樂CD本來只可以儲存74分鐘的聲音(其實超過74分鐘的音樂CD也很多,甚至有超過80分鐘的),在VCD中不但要儲存差不多長度的音效還要加入畫面,可見壓縮率必須相當高,而且必然是破壞性的。DVD-Video的聲音格式常用的有LPCM,Dolby Digital,dts,其中LPCM通常是16Bits,48kHz立體聲訊號,與Dolby Digital同屬與DVD標準音訊規格。Dolby Digital如同MP2,MP3也是一種破壞性壓縮編碼,特色為聲道數從立體聲到5.1聲道(最新的是7.1聲道的Dolby Surround EX)都有,壓縮流量最大可達448kbps(kilo bits per second),將這個數字除以三對喇叭的的資料,我們可以算出每對喇叭(前置或後置)可以分到的流量約為149.3kbps,與時下流行的128kbps MP3大不了多少,且壓縮效率又比MP3差,因此其實大家不用對DVD-Video的Dolby Digital聲音品質存有太大的遐想,其實流量只比普通的MP3大一點點而已,何況448kbps只是最大流量,很多DVD-Video根本沒有用到這麼大的流量。
  DVD-Video的dts與音軌前面提到的dts CD使用同樣的編碼技術,最大流量與立體聲LPCM相同,也就是每秒48000*16*2=1536000bps=1536kbps,遠比Dolby Digital所提供的448kbps來得大,破壞性壓縮失真較少,因此可以想見dts DVD的音質一定比Dolby Digital來得好,這也就是為什麼市面上經過dts編碼的DVD總是賣得比較貴,身價高人一等的原因。一般支持dts的DVD-Video為了在不支持dts的設備上也可以播放所以通常會同時搭載經過Dolby Surround編碼的二聲道的Dolby Digital音訊。
  到此還沒說明為什麼MP3壓縮比例為何那麼高。音樂CD的流量是每秒44100*16*2 =1411200bps =1411.2kbps,而我們常用的MP3流量只有128kbps,壓縮後的容量小於原先的十分之一,而聽起來聲音卻還不錯。MP3壓縮時運用到五個重要的技巧,分別是最小聽覺門坎判定(The minimal audition threshold),遮蔽效應(The Masking effect),位儲存槽(The reservoir of bytes),The Joint Stereo,和Huffman編碼。
  最小聽覺門坎判定是一種減少資料量的手段,因為人耳對不同頻率的聲音聽到的音量反應不是平直的,因此我們可以將大部分的紀錄信息集中在人耳最靈敏的2kHz到5kHz,其餘頻率分配比較少的容量紀錄。
  遮蔽效應也是聽覺心理學模型(Psychoacoustic models)的一種,在視覺上呈現的效果是在大太陽下比較難看到天空中飛翔的鳥,聽覺上的涵義就是當有一個音量或音色特別突出的聲音出現,其它細小的聲音會比較難被察覺,就像是管絃樂團齊奏時不易發現觀眾的咳嗽聲,儘管咳嗽的音量與沒有其它聲音時其實是相同的。因此在編碼時我們不需要把所有的聲音細節都編進去,而該把資料拿去紀錄比較突出容易引起注意的聲音。
  位儲存槽在解釋前要先說明MP3的流量屬性內容,CBR和VBR。CBR是Constant Bitrate的縮寫,也就是說該MP3每秒鐘的資料流量是固定的,常見的MP3都是以CBR編碼,好處是壓縮速度快。相對的VBR是Variable Bitrate的縮寫,每秒鐘的流量是可以變化的,好處是在訊號複雜時用比較多的容量去紀錄,波型簡單時就用比較低的流量,以有效利用空間。CBR的缺點就是每秒鐘的流量都相同,很容易造成空間的浪費,因此有reservoir of bytes的出現,用途是當波型簡單時不要用那麼大的流量,把多餘的空間保留下來儲存將來比較複雜的波性資料,維持流量的大小,達到類似VBR的效果。VBR的MP3並不需要reservoir of bytes。
  Joint Stereo是一種立體聲編碼技巧,主要分為Intensity Stereo(IS)和Mid/Side (M/S) stereo兩種。IS的是在比較低流量時使用,利用了人耳對於高頻訊號向位分辨能力的不足,將音訊資料中的低頻分解出來合成單聲道資料,剩餘的高頻資料則合成另一個單聲道資料,並另外紀錄高頻資料的位置信息,來重建立體聲的效果。例如鋼琴獨奏的錄音就可以利用這種方法在有限的資料流量中減少音場信息但大幅增加音色信息。
  Mid/Side (M/S) stereo在左右聲道資料相似度大時常被用到,紀錄方式是將左右聲道音訊合併(L+R)得到新的一軌,再將左右聲道音訊相減(L-R)得到另外一軌,然後再將這兩軌資料用上面提到聽覺心理學模型與濾波器處理。Mid/Side (M/S) stereo與IS一樣的是利用部分相位(phase)信息的損失來換得較高的音色紀錄信息。一般的MP3是Mid/Side stereo和Intensity Stereo交替使用的,視資料內容與流量而定。如果是更高流量如160kbps以上的MP3,則可以單獨將立體聲的兩個聲道獨立編碼,以儲存相位信息。
  Huffman編碼(coding)是一種常見的無失真壓縮方案。當PCM訊號被分成好幾個頻段並經過以上的處理之後,最後經過MDCT(Modified Discrete Cosine Transform)(類似FFT(Fast Fourier Transforms)),將波型轉換為一連串的係數。這些係數最後經過Huffman編碼來做最後的壓縮。Huffman編碼的原理是將比較常出現的字串串用特定的符號表示,壓縮後就得到一個紀錄每個符號代表的字串串的編碼表以及一連串由各符號組成的資料內容。Huffman編碼可以節省約20%的空間,而也因為經過了Huffman編碼,我們可以發現用WinZip、WinRAR之類的壓縮軟體並沒有辦法把MP3檔縮小多少,理由就是因為這些壓縮軟體也是利用類似Huffman編碼的技巧,因此壓縮程度有限。以上關於MP3編碼的資料取自http://www.mp3-tech.org/tech.html。
  MP3播放時的運算遠比編碼時簡單,只要先經過Huffman譯碼再由MDTC的逆運算重建波型就可以了,值得注意的是MP3不同於PCM沒有振幅紀錄精度(bits)的概念,我們可以自由使用16bits或是20bits甚至24bits的運算精度來重建波型。一般的MP3 Player運算精度都是16bits,而Winamp的MP3解碼外掛MAD(作者網頁http://www.mars.org/home/rob/proj/mpeg/mad-plugin/)則是以24bits處理,如果使用的音效卡支持24bits格式的PCM,就可以直接輸出24bits的訊號。一般的娛樂用音效卡都只有16bits數類轉換能力,因此訊號送給音效卡前必須要先經過re-dithering的程序,我們從之前的介紹可以知道經過這樣的處理可以聽到比16bits更多的聲音信息與動態範圍,因此MAD在一般的音效卡上仍有其使用價值。筆者使用MAD與Winamp 2.74內建的MP3 decoder比較,發現MAD音質的確比較好,聲音開闊,小提琴擦弦感與鋼琴力度都比內建decoder好很多,強烈建議各位聽MP3時搭配使用。
  網路上有相當多的MP3壓縮軟體,有的強?#123;速度快,有的強?#123;使用接頭間單易用。我個人是以音質作為第一考量,趁此幾會再次向各位推薦一個免費的MP3壓縮程序LAME(下載位置http://www.jthz.com/~lame/),這套程序屬於自由軟體,遵照GPL規範,為網路上很多熱心人士所集體研發而成,目前仍持續更新中,原始網頁為http://www.mp3dev.org/mp3/。截稿之?..家韻戮W頁介紹。
http://www.dearhoney.idv.tw/MP3/mp3PRO/
http://www.dearhoney.idv.tw/phpBB/a...m=3&topic=19810
  從前Internet頻寬還不大時,MP3的交流比較少見,一般網頁通常使用MIDI作為背景音樂。MIDI也是數字音樂的一大分支,以下就來介紹MIDI。
MIDI(Musical Instrument Digital Interface)
  MIDI是在1982年由世界上各電子樂器大廠所共同制定的一種電子樂器通訊接頭,藉由傳送各軌發音所要的音色類型、各個音符的強弱、高低、長短、以及使用效果器的種類與參數,來記錄音樂信息。電腦中套用MIDI格式儲存一首曲子的各音符資料的檔案種類很多,例如.mid,.midi,.wrk,.rcp....等,這些檔案由於只儲存音符的資料,而沒有關於音色波型的紀錄資料,因此容量比起wav、MP3都相當小,大部分經過WinZip壓縮後都只有十幾kbytes。
  要播放這些MIDI檔案,除了MIDI文件和播放軟體外,最重要的是MIDI音色和對應的效果器支持。我們可以把MIDI文件視作為樂譜,播放軟體視為樂團的成員,MIDI音源視為樂器,三者缺一不可。一般來講,要達到譜曲者所想表達的音響效果,最好是拿譜曲時所用的音源來播放最忠於原味,因此,MIDI的音色容量未必越大越真實越好,效果器功能也不是越誇張越好,能夠符合原作者要求而恰如其分才是最適合的。如果很不幸地無法獲得相對應的音源,至少要使用該音源廠牌同等級產品來播放,才能達到類似的效果。
  MIDI音源一般來講可以分成三種,第一種是硬體音源,例如音源器(Sound Moduler),音源卡,MIDI鍵盤,還有音源子卡。其中音源器和琴以及許多衍生配備,必須要搭配MIDI適配卡(如從前常見的Roland MPU-IPC-T)才能與電腦相連接,達到發收MIDI訊號的功能。許許多多的MIDI檔都是由譜曲者用MIDI鍵盤彈出音符,再經由MIDI Cable把訊號傳至MIDI適配卡由電腦紀錄下來。音源器是外接設備,面板上通常有音量?#123;整與選項各軌效果器的按鈕與液晶顯示螢幕,而音源卡則是將音源器的發聲構造做在電腦適配卡上,屬於內接設備。音源子卡在使用上必須另外搭配音效卡提供電源和MIDI訊號,並且放大音源子卡輸出的模擬訊號。音源子卡在1994年以後開始流行,是電腦音效卡的龍頭老大Creative所提出的標準。當時有很多音效卡支持音源子卡,例如Creative SB16,SB AWE32,近代的瑞麗聲之鑽,和氏璧,春之頌Pro,Diamond MX300,Turtle-Beach SantaCruz,Labway Xwave Thunder 3D等。這裡有一些音源子卡與音效卡連接的照片http://www.dearhoney.idv.tw/SoundCa...湧ā@?暵鋌land MPU-401AT本身是MIDI適配卡,KORG NS5R是音源器。在眾多的音源子卡中,最有名的分別是日本三大MIDI音源廠的產品Roland SCD-15、YAMAHA DB50XG和Korg Topwave。關於以上天花亂墜的器材長相請參考Dearhoney數字音樂工作室博物館,看過這些器材的照片後對於以上文字會有比較清晰的概念。
  另一種MIDI音源是軟體音源,常見的軟體音源例如YAMAHA S-YXG系列,是以音源器YAMAHA MU-15(架構與音源子卡DB50XG和音源卡SW60XG類似)這台音源器為仿真對象,相容於GM,XG與GS﹔Roland VSC系列,是以Roland SC-88Pro作為仿真對象,相容於GS,GM和GM2﹔WinGroove則是由作者中山裕基先生自多台硬體MIDI音源中采樣音色,相容於GM與部分GS。軟體音源的缺點是需要較高的CPU使用率且很難做到實時發音。想像一下當按下琴鍵後過了0.3秒聲音才發出來是個多麼令人難過的事情。GigaSampler也屬於軟體音源的一種,有公開的音色文件格式,在專業領域很受歡迎。
  還有一種MIDI音源就是目前娛樂用音效卡所廣泛採用的技術-將MIDI音色存在硬碟中,當使用時再存到主機板上的RAM內,而不同於傳統上將音色資料燒死在音效卡上的ROM中。這種觀念的始作俑者是Gravis UltraSound,問世當時風靡MOD界(簡單來說MOD是一種包含音色波型的MIDI文件),但該音效卡是將音色存在卡上的RAM中,與現在的音效卡將音色存在主機板上的DRAM中還是有所不同,但目的都是避免將音色燒在卡上的ROM中以降低成本和提高使用彈性。目前市面上娛樂用音效卡的發聲晶片中,以Ymf724/744/754的內建音色與效果器支持度最廣,所用的音色與功能和S-YXG100相當類似,支持GM,XG與GS,對於這三種格式製成的MIDI檔有一定的相容性。SB Live!(發聲晶片為EMU10K1)屬於另外一種典型,它具有強大的樂器音色替換功能,並具備分頻取樣能力,可以讓使用者隨心所欲製造各種音色。很可惜地是SB Live!只支持GM,且還不吃GM Reset指令,因此播放GS/XG規格的MIDI文件,很難達到忠於原味的效果。其餘大部分的市面上的娛樂用音效卡MIDI音色都很貧弱,與其使用這些音色,不如直接去安裝上述軟體音源。
  順道一提,MS Windows98/Me和2000/XP都有內建軟體音源,只要安裝音效卡的WDM版驅動程式即可使用。其音色來源是Roland,只支持GM,不過品質相當差勁,聽過之後實在很難讓人相信是出自Roland的音色。
  GM,GS,XG這三種常見的MIDI音源規格,以GM最為廣泛。GM(General MIDI)是第一個以以音源標準化生產為目的共通統一規格。在GM尚未制定以前,各種MIDI器材之間通訊雖然都遵照MIDI標準,但是每台機器對同樣的訊號反應可能都不同,在這台音源器上的第一號樂器是鋼琴,跑到另一台音源器上可能變成了長笛,這樣子就算有了MIDI檔,流通性還是大受限制。為了解決這混亂的局面,在各廠商的傳輸協定下,1991年10月由位於美國的IMA(International MIDI Association)以及在日本的JMSC (Japanese MIDI Standard Committee),共同傳輸協定採用GM規格,作為音源的共通統一規格。GM音源規範了128個樂器以及鼓組的排列順序與同時發音數至少要達到24,還有Reverb和Chorus這兩個效果器的功能。
  在GM尚未制定之前,已經有不少遊戲使用MIDI作為配樂標準,當時Sierra公司率先使用音源器Roland MT-32作為發音音源。當時一台音源器就要比一台個人電腦還要貴了,因此能擁有MT-32最為遊戲音源的使用者都是真正的玩家。在GM制定之後,Windows 95上市以前,也有很多DOS下的遊戲都是使用GM音源作為MIDI標準。不過雖然是說支持GM,各大遊戲廠商仍普遍使用Roland SC-55作為譜曲音源器。當時配樂水準特出的Lucasarts X-Wing、TIE Fighter,Blizzard的魔獸爭霸II,Ganix美少女夢工廠II、Westwood的凱蘭迪亞傳說-命運之手等,搭配Roland SC-55真可謂餘音繞樑三日不絕與耳。
  關於Roland制定的MIDI標準GS可視為GM的擴充。其實當GM制定前Roland SC-55已經上市了,GM的128個音色正是SC-55的前128個音色,而發音數,效果器也是量身訂做,因此當GM制定後出廠的SC-55上都被打上GM字樣,這也是為什麼遊戲廠商紛紛以SC-55作為GM配樂標準的原因。XG是Roland的死對頭YAMAHA後來提出的規格,同樣相容於GM,且YAMAHA支持XG的音源普遍具備TG300B Mode,其實這就是GS Mode,只是YAMAHA打死不願意在自己的器材打上GS字樣。而GM2是1999年提出的GM擴充標準,有著256個音色與更多的效果器。雖然看到Roland就會想到GS,想到YAMAHA就會提到XG,但這些格式都是死的,並沒有制定音色資料,因此真正的播放效果還是要看各音源的支持度與規格,並非支持某特定規格的音源聽起來就一定是怎樣怎樣,還是要以該音源器的規格與發聲機制為主。
  MIDI在日本最為風行,很多業餘的玩家常常把電玩音樂用耳朵把旋律抓出來再譜成MIDI檔,這個程序叫做耳copy。一些熱門的遊戲,常常同一個曲子就有幾十種不同版本的MIDI檔,展現各編曲家的創意與技巧。我曾經在Roland的首頁看到每年舉辦一次的MIDI作曲大賽,競賽內容包括日本與台灣民?#123;編曲,參賽者都是一些小學生,可見MIDI在日本有多麼普遍。目前最新的MIDI規格是GM Lite,對象是手機鈴聲,是GM標準的精簡版。
結語
  拉拉雜雜講了一大堆,從數字化講到CD再講到各種儲存媒介和數字音樂與電腦的關係,希望能讓讀者對於數字音樂有初步的認識。以上這些資料全部取材自網路上,網址文後附上。希望這點心得對拓展各位的視野有所說明 。最後要感謝網友Tiberius和JamesT的大力協助,提供了豐富的資料與技術支持,為這篇文章增色不少。
參考資料
DearHoney數字音樂工作室,http://www.dearhoney.idv.tw/
關於CD
Compact Disc The Inside Story,http://home.mira.net/~gnb/mac-cdis/index.html#conts
Nyquist Functions,http://www.cs.cmu.edu/~rbd/doc/nyquist/part6.html
CD-Recordable FAQ,http://www.cdrfaq.org/faq02.html
IEC-908...The BIG picture,http://www.ee.washington.edu/consel...95x7/iec908.htm
Pre and De-Emphasis,http://www.batlabs.com/predemp.html
The Secrets of Dither,http://www.digido.com/ditheressay.html#RTFToC8
What is dither?,http://www.mtsu.edu/~dsmitche/rim42...420_Dither.html
HDCD - About HDCD - Our Story,http://www.hdcd.com/about/ourstory.html
XRCD by JVC,http://www.xrcd.com/
DVD-Audio for High Quality Music,http://www.disctronics.co.uk/downloads/dvdaud.pdf
Sony Super Audio CD,http://interprod.imgusa.com/son-403/format.asp
關於MP3
MP3' Tech - Overview of the MP3 techniques,http://www.mp3-tech.org/tech.html
Huffman Coding,http://www.rasip.fer.hr/research/co...pp/node124.html
Modified Discrete Cosine Transform (MDCT),http://www-ccrma.stanford.edu/~bosse/proj/node27.html
THE LAME Project,http://www.mp3dev.org/mp3/
網友 Tiberius 的 LAME 使用/參數說明,http://www.dearhoney.idv.tw/MP3/Enc...berius20001119/
MAD Plug-in For Winamp,http://www.mars.org/home/rob/proj/mpeg/mad-plugin/
關於MIDI
Stairway to Heaven,http://spinserve.com/stairway/
DearHoney數字音樂工作室MIDI博物館,http://www.dearhoney.idv.tw/MUSEUM/midi.htm
若遺園,http://gwanlin.tolmall.com/music.htm
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HDCD、DSD、SACD、XRCD究竟是什麼東西?

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SACD簡介

SACD全稱叫Super Audio CD,是超級音瀕光碟系統,它是由新力和飛利浦公司合作開發的一款具有全面取代CD音源實力的最新格式的數碼系統。SACD採用DSD數位錄音技術,它的頻率範圍和動態範圍均優於CD。SACD是一種新型的光碟,它不是CD格式,而類似DVD光碟,播放時 需使用SACD專用的播放設備。

SACD光碟結構大致與DVD相似,播放面有單面和雙面,訊息層有單層和雙層。目前市場上的SACD光碟較多採用單面雙層結構,一層是0.6mm基片上儲存16bits傳統CD格式的信號,可與CD相容,另一層是0.6mm基片高密度的半透明層,儲存SA CD格式的信號,再將兩片基片像DVD碟片那樣粘合而成。這種光碟可以在普通CD播放機上播放,也可以在SACD播放機上播放,當然,兩者的音質是有差別的。
下面我們將SACD與DVD-Audio和CD作一比較:

從上表可以看出,SACD的技術指標遠優於CD,而與DVD-Audio相似。
SACD的核心技術是DSD (Direct Stream Digital 直接資料流),它與CD、DVD-Audio的多bit錄製原理有根本的區別。


DSD的技術要點

DSD的技術,簡單地講:它是將信號以2.8224MHz採樣、經多階Δ-Σ調製,輸出1bit信號流。

多階(如:7階 7th Order)Δ-Σ調製器,運用負反饋,將信號與上次採樣的波形進行比較(差分運算),「大於」便輸出「1」,「小於」便輸出「0」。利用求和器將波形在一個採樣週期中積累,以形成下次的比較波形。Δ和Σ則分別是差分和求和的含義。由此可見,1bit信號流是相對值,而傳 統的PCM記錄的量化值是絕對值。
上圖是一個正弦波經多階Δ-Σ調製後1bit資料流的示意圖。圖中顯示,正半周,振幅越大,出現「1」越多;負半周,振幅越大,出現「0」越多。這個圖讓我們想起揚聲器發出的聲波在空氣中傳播的情形:正半周,紙盆推出,壓縮揚聲器前方的空氣,使空氣密度增加,振幅越大密度也越大;負 半周,紙盆拉回,使空氣密度降低,振幅越大,密度也越低。由此可見,1bit信號流竟然反映的是原始的模擬信號作用於揚聲器後聲音在空氣中形成的疏密程度!目前,有的公司已經在研究開發數位功放和數位揚聲器,希望將1bit二進制的資料經過數位功率放大器 放大後,直接提供給數位揚聲器,數位揚聲器既是一個簡單的低通濾波器,又是將電能轉換為聲能的換能器,這樣,不但簡化了結構,而且提高了重放效能,相信不久以後,我們會看到這種數位器件的實際套用。

與傳統的PCM信號比較,1bit信號流調製程序較為簡單,而且精度高、成本低,解調程序更是簡捷方便。從理論上講,重放端僅需要一個RC積分電路就可成功地還原音瀕模擬信號。同時,又從根本上剔除了PCM所固有的一些失真,使音瀕信號得以高度的返真還原 。DSD制式的取樣頻率為2.8224MHz,較傳統CD的取樣頻率 44.1kHz高出64倍,而總的訊息容量為傳統CD的4倍。理論上可以把頻響範圍增強至0Hz-400kHz,這就大大超越傳統CD的20 kHz的極限。而64倍於CD的超取樣頻率,又可使聽域範圍的量化噪聲完全被分配到人耳的聽域之外。更因為DSD技術中又開發了所謂的"噪聲整形電路"可進一步把可聞頻帶(0 ~ 20kHz)內的噪聲進一步轉移到20kHz以上的超音瀕範圍中去,從而令SACD的信噪比高達120dB以上。

SACD與DVD-Audio比較,兩者原理雖然不同、電路也各有差異,但都比傳統CD的音質改善甚多。而就技術指標而言,SACD和DVD-Audio可謂旗鼓相當。因而兩者之爭至今也無法統一。但就目前的情況而言,SACD始終保持著領先的地位。

首先:在硬體供應方面,SACD已先一步走到DVD-Audio之前,早在兩、三年前,SONY公司就有一款轟動業界的SCD-1旗艦問世,之後接踵而來的SCD-777SE、SCD-555、SCD-XB940,甚至影音相容的DVP-S9000ES、Manantz公司的SA-1、SHARP公司的DX-SX1、先鋒公司的DXAX100;飛利浦公司的SACD1000,還有日本著名的Hi-Fi精品金嗓子DP-100/DC-101分體機,其它如日本安橋、愛華、第一音響等等,不勝枚舉。而DVD-Audio陣容到目前為止也僅有松下、勝利、天龍等幾家公司的少量品種應市。不過近來DVD-Audio也在加快步伐追趕。

其次,軟體供應方面也是SACD捷足先登,至今已有超過300款SACD唱片面世,國內看得到的也有近百種,其中SONY和Philips一方面憑借自己旗下的唱片公司源源不斷地出版SACD碟以示支持。另一方面更說服Telarc、DMP、拿索絲、DI GITAL等發燒唱片公司加盟SACD陳營,不斷推出SACD軟體給廣大消費者造成了"先入為主"的極深印象。而DVD-Audio卻時乖命蹇,還在搖籃中就被電腦黑客破解了防盜版密碼,從而大大推遲了DVD-Audio唱片推出的時間表,這也是許多飽受盜版之苦的唱片公司暫不考慮對DVD-Audio陣營支持的主要原因。

等級方面:SACD一開始就把自己定位於Hi-end等級,新力推出的第一台旗艦SCD-1可謂極盡發燒之能事,無論內部用料、整機工藝都嚴格按Hi-end唱機規格設計,以後推出的中便宜機種機型也嚴格按厚重沉穩,用料實在的發燒理念設計製造。深受廣大Hi-Fi發燒友的青瞇與肯定。而DVD-Audio陣營在與SACD的爭鬥中,一直把DVD-Audio當作是一種花費不多,效果不錯的功能附加在普及型DVD影碟機上進行宣傳的,給人的印象是一種普通貨,加之DVD-Audio功能眾多但並不專一,機身纖薄,用料一般,故在廣大音響發燒友心目中並不好看,從而在等級上輸給了SACD。
音質方面:由於SACD自身的定位以及1比特量化DSD直接資料流在技術方面的簡潔和優勢,大多數資深的音響發燒友經過親耳聆聽後,主觀感覺都認為SACD在音質上略勝一籌。因而音響界許多朋友都認為,若組建家庭影院相容Hi-Fi,DVD-Audio應該是首選。但若以玩高傳真音樂為主,特別是以追求音質音色的至真至純為目的的朋友而言,SACD是您理想的選項。

xrcd介紹

  xrcd是採用日本JVC公司開發的K2接頭,包括了Mastering設備、製造工序、硬體與理論等多方面成果。發明這一技術,在CD製作的各個環節都以獨創的主時鍾系統對時基進行控制,使CD製版的抖晃失真係數以及玻璃母模的組誤差係數有大幅降低 ,製版精度相應地則有大幅提高,從而使CD製作中的保真度有了很大的保證。

  xrcd可以說是完美的16位,不需要任何附加設備,在任何一部唱機上都能表現出CD的最高音響效果來。在完全一樣的音響系統上,xrcd很明顯在透明度、高頻的圓滑延伸、立體感與珠圓一滑的質感等方面,要勝過原版CD。好透明的聲音,好乾淨的背景, 絲毫不帶火氣與毛邊的樂器與人聲,這是首次聽XRCD者共同的印象。原來的CD都像有一層薄霧遮掩在聆聽者與演奏者之間。xrcd如同一陣風吹散了輕煙,眼前一片通清明朗。

xrcd2則是xrcd的昇級版。

我公司採用xrcd技術出版的節目有:《雲之南》(xrcd);《東方大峽谷》(xrcd2);《天之山》(xrcd2)等。


xrcd2介紹

xrcd2向完善的數碼音瀕這一目標繼續了一大步,她是JVC多年來刻意追求再現原音的代表性技術成果。xrcd2是通過對母版進行藝術加工及工業加工程序中,對有關的設備及理論進行深層次研究後才開發出來的錄音製品,她將xrcd系列以更加卓越的版本方 式提供給追求高水準音質的聽眾。同時,與xrcd家族的其它產品一樣,它不必使用特殊解碼器及專用的CD唱機。

通常的CD加工工序是在整理母版後,用U-matic1630格式磁帶或者PMCD、DDP磁帶的媒體形態送到加工工廠去壓片。此後,表演者、製片人、導演及錄音師只能祈禱從工廠出來的產品—CD是與他們所精心創作的作品聲音不要發生太大的變化。錄音棚和生產加工工廠之間沒有一個聲音的判斷基準, 即使數碼系列是正確的,也未必能保證實現最高音質的再現。另外,CD的生產工序是由多種設備及技術構成的,結果是其音質也受各種設備的狀況所左右。這意味著要想忠實再現記錄在原始母版上的聲音,必須對從CD母版的調音製作到生產加工的每一個細小環節都要精 心的實現追求。因此,不能只滿足現有檢測資料單純的高指標。所以,不只是依靠單純的測試資料,而是加上活用長期以來的聽覺感受,判斷採用了最好聽覺效果的精良設備構成方案。這種努力甚至包括從安裝及連接方法、交流電源系統、時鍾的精度、記錄格式、交接系統 直至生產CD的材質都作了各種組合的測試,其結果即是xrcd2。她是迄今為止比任何CD都明瞭的對原音進行了鮮明、清晰的忠實描寫,從而實現了成功提供音質更加卓越的CD。

xrcd2的工藝是從對母版的加工開始的。先將模擬信號經過特製的母版加工專用調音台,再用JVC產20比特K2模/數轉換器轉換成數碼信號。再將這個20比特數碼信號通過新開發的數碼K2從SDIF-2接頭器輸出,記錄在磁光碟(MO)上。在這個程序中用數碼K2遮斷數碼部分給模擬部分帶來的影響,從而實現了高純度模數變換。另外,xrcd2的加工工序使用了具有安定性及20比特以上記錄能力的磁光碟作為送到生產工序的音瀕記錄媒體。
拿到JVC橫濱工廠的20比特PCM-9000格式磁光碟,再一次通過數碼K2重放。在這個階段重放中寄生在數碼信號中的「吉塔」噪音除掉。接下來,由K2超級編碼器將20比特信號變換成具有20比特優勢的16比特信號,再經過EFM編碼送入K2雷射。在此,將EFM信號在送入雷射燒刻機之前 的一刻進行重放。在最後的階段,將留在資料流中的時間性「吉塔」噪音除去。

通過上述的從母版到生產程序的各工序,實現了將原版母帶的最高音質傳送到CD。充分的照顧到原音的細節,從而再現表演者的細膩表演,將這種與錄下時的聲音不走樣的重放出來,讓聽眾充分領略到表演者、製片人、導演、錄音師的聲音表演意圖,這就是xrcd2。

Xrcd技術已得到業界的一致好評,而最新問世的xrcd2版本產品,更加強了xrcd系列忠實再現原音的優勢。JVC公司為了保持xrcd品牌的優勢,在選項母帶品質上極為嚴格,而且對母帶的xrcd再製作、刻母碟、壓片等各工序都有嚴格的要求,加之技 術保密等原因,JVC公司嚴格規定只能在本公司的本土的定點製作室及定點工廠加工生產。由於這些特性,即使是以數碼對數碼的刻制母碟這樣嚴格方式進行非法複製,加工時不使用xrcd技術,xrcd的優勢也將毫無顯示現。因此xrcd又被稱為是「不能被盜版的 光碟」。





什麼是HDCD?

  HDCD即High Definition Compatible Digital(高解析度相容性數碼技術)的縮寫,它採用一種新的錄音技術,在將母帶上的模擬音瀕信號送入HDCD編碼器的時候,以超過傳統CD制式44.1KHz,16bit的高解析力編成數碼信號,此時產生的信號將多於普通CD所能容納的信號。

高相容高解析度的HDCD

CD現狀

  12cm 的CD 雷射唱片問世至今已十幾年的光景了。由於它許多特有的優勢如:小型、容易儲存、頻響寬、信噪比高、動態範圍大,至今仍是 Hi Fi 設備的主要音源。隨著人們鑒賞力的提高,CD 音源固有的缺陷也日漸突出。同傳統 LP 唱片相比,CD 所播放的聲音總有一點生硬感,細節少,臨場感欠缺。如果把近幾年風起的 VCD 音質也列於其內的話,那就更使許多燒友、行家們宛惜之聲不絕了。

  對於 CD 這種固有缺陷,得從 CD 當年制定的紅皮書規格說起。

  限於當時微處理技術軟硬體的限制,1982年2月發怖的CD DA雷射唱盤紅皮書標準做了如下規定:唱盤直徑120mm,盤速1.2m/s,調製方式EFM,誤碼校正CIRC,資料速率0.6Mbps,資料量0.7GB。如要將變化著的模擬音瀕信號記錄到這張光碟上,首先要對模擬信號進行採樣,其重現信號波形的條件關於香農定理:設信號帶寬為Bw,採樣頻率為fs,如滿足Bw<=fs/2的條件,即可完整重現原波形。關於人耳可聽到的最高頻率為20kHz這一研究結果,CD的採樣頻率為44.1kHz,將採樣所得的採樣值相對於振幅進行離散的數值化操作(即量化)就可得到一系列的脈衝串,再加上CIRC糾錯碼、同步信號和位址訊息之後, 再經EFM格式調製後所得到的資料訊息即可灌制到CD唱片上了。

  由於受當時雷射唱盤容量和晶片技術的制約,量化採用了16 bit 操作,其能夠表現的動態範圍D為D=20lg2+1.76[dB]=98dB(n=16),這就是CD的理論動態範圍。

  20kHz的頻響,97dB的動態範圍再加上低不可測的抖晃度,使得雷射的唱盤在數位音響領域中大放異彩,很短的時間內即成為HiQFi放聲設備的重要音源,以致人們毫不猶豫地拋棄了磁帶和膠木唱片。但是,隨著數位音響進一步深化和探討。這種44.1 kHz/16bit的記錄格式其缺陷已日漸突出。

  首先,44.1kHz採樣率是影響音質、音色的第一要素,44.1 kHz 的採樣能夠完整重現一個20kHz的正弦波,卻難以完整重現一個7kHz的非正弦信號。這是因為非正弦信號可分解一個基波加上二次三次…諧波組成。雖然基波能夠重現,但三次以上的諧波在D/A轉換後可能丟失掉或畸變,至使最終得到的波形與原始訊息產生差距,造成音色的變化。

  受當時的認識和條件制約,雷射唱片的資料訊息記錄格式定義為16bit其能夠實現的理論動態範圍為98dB,實際上為留有一個安全裕量,以免出現強限幅,尚不能完全用足16bit,加上錄製編碼至解碼程序的丟失掉,使得動態範圍難以突破96dB,這對於 表現古典打擊樂(118dB)顯然不夠。這是人們發現的數位音瀕所特有一種失真—缺損性失真(Subtractive distortions)。

  由於原始模擬訊息是無限連續變化著的。而雷射唱碟上的訊息是將這些原始訊息分成65536個階段進行記錄的。16bit的CD錄音為完善訊息只得把處理階段之間的聲音四捨五入,加到上一階段或下一階段中去。這樣一來,CD所含有的訊息即使能夠完全復原 也與原來的聲音相比有誤差。

  如果量化的精度高,則重現原始模擬訊息越逼真,細節更豐富,用一個16位遊戲機和32位遊戲機的畫面做比較很容易得出結論。低位元的量化使得量化後的誤差也比高位的量化大,這些量化後產生的誤差(量化噪聲)使得聽感發刺、混濁,尤其是小信號時影響更加突 出,這些原信號中未有的諧波成份構成了增加失真(additive distortion)。

  做為數位音響的一個特例,VCD所表現的音質更是典型的數位運算後得出的結果。它較之普通CD唱片放音感覺更為空洞缺乏細節和層次,高音尖刺感更突出,這是因為VCD為兼顧圖像聲音訊息能夠在一張12cm的光碟上重放,對圖像和聲音訊息利用人耳的掩蔽 效應忽視了那些人們不易察覺的訊息,對資料進行了大量的壓縮和編碼重組,其程序為一大幅度減法運算,其最終結果是形似而神少。

  如果採用高比特和高取樣率進行數位處理其音質可獲得質的飛躍,實際上,不少錄音公司已在CD先期製作採用如96kHz取樣率、20∼24bit的錄音技術製作母帶,但在製作CD唱片時,受制於現行CD規格,不得不重新進行編碼處理使得符合16bit/44.1kHz的格式,因此我們所能見到的標有20、24bitCD唱盤,實際上仍然為16bit的資料流。

  如要改變CD現狀,一是推翻現有CD格式,採用高取樣,高比特記錄格式和播放設備,這無疑要增加訊息容量和傳輸速度。現行CD機無法勝任,好在DVD的面世已可解決這個問題。但是高品質音瀕光碟的記錄格式尚未確定,而一旦確定則意味著已風光市場十幾年 的CD轉盤、DAC、LD、VCD機將與其無緣而成為玩具,即使上萬元的CD機也難逃厄運。

  解決問題另一辦法則是對先行CD進行改良,以求得在現行體制下能有所突破,如同當年黑白電視向彩色電視過渡一樣。HDCD技術則是這類方案中一個成功而成熟的典範。

HDCD簡述

  為改善現有CD記錄格式的缺陷,使之既能高度相容而在音質上又能有所突破,美國Pacific Microsonics公司推出了具有專利保護的HDCD錄播新技術,它的英文全稱是High Definition Compatible Digital,譯為高解析度的CD。用HDCD方式編碼製造的雷射唱片與普通CD具有高度的相容性,用在普通的雷射唱機上播放,已可領略到HDCD編碼錄音技術的優越性,如用帶有HDCD解碼功能的CD唱機播放,則可充分欣賞到全部解壓縮的HDCD訊息所 特有的魅力: 音質清晰細膩、動態範圍廣闊、信噪比極高,音色更為自然逼真。

HDCD的編碼與製造

  針對傳統CD錄音格式的局限與不足,PM公司的兩位HDCD創始人,Keith O·Johnson錄音師和Michael W.pflaumer電腦專家在多年音響製作中,尋找並證實了對CD音質影響的幾個關鍵因素,並提出切實可行的解決方案。

  HDCD技術是在前期錄音製作中即重視所錄製信號的完整和精確性,採用高於一般兩倍的取樣頻率88.1kHz對模擬信號進行採樣,以最大限度地展寬高頻回應,減少缺損性失真,高的採樣率也為HDCD編碼運算留足了空間。

  用24bit量化其取樣值為1677216個,它比16bit系統高出256倍,採用高位元處理技術可以提高處理精度,降低量化誤差,增加動態範圍至120dB。

  在模擬至數位信號轉換程序中,HDCD技術十分重視轉換精度,盡量減少串音和處理的穩定性,其能夠達到的指標為轉換精度百萬分之一,失真份量<-120dBfs。

  這個高精度、寬頻帶的數位信號構成HDCD編碼製造的基礎,其資料訊息量十分龐大。用一般CD PCM編碼格式無法將其容納。如要在普通CD機上相容播放,需經特殊運算編碼方可。

  用高採樣和高比特技術進行CD的錄音製作已被普遍認可和廣泛採用,但提醒一點是目前市場上所能見到的20、24bit CD雷射唱盤其實質應是錄音程序中採用的比特數,由於CD「紅皮書」所制定的44.1kHz/16bit標準格式制約,這些高訊息量的母帶在灌制CD唱片時,均經過重新運算,編碼製成16bit的CD唱片。因此,我們現在CD唱機所能解讀出來的規格仍然是16bit/44.1kHz,由於各唱片公司在轉化程序所採用手法不同 ,我們現在能聽到的不同版本的CD音質也的確各有千秋,但有一點可以肯定:高比特高取樣技術製作的CD音質遠勝16bit/44.1kHz錄音格式製作的CD。

  那麼HDCD技術又是怎樣製作與普通CD相容的高清晰度唱片呢?

  取樣頻率轉換。首先對88.1kHz取樣資料進行動態轉換,這是HDCD技術一大特色。它採用多個資料插值濾波器經分析系統做動態控制,這個系統既時分析信號頻帶寬度,波峰能量和高頻訊息,以高分辨信號精確控制濾波器的波通特性。執行結果使得即使變化 為44.1kHz最後採樣率,其頻寬在16kHz∼22kHz變化仍然很少。該系統有超越44.1kHz取樣率的記錄,能夠反映聲音的每個精細微妙的變化。

  振幅分析。HDCD技術另一特點就是對振幅進行了有效控制,由Decimation濾波器傳送的是一個24bit/44.1kHz的信號,為了容納這個信號,編碼器在這一級被精確地進行振幅解析和增益控制量化編輯為20bit然後再分配到16bit格式中執行。

  自然界的音響變化範圍是很寬的,突響的聲壓能造成記錄設備瞬時過載出現削峰現象,在模擬磁帶記錄程序中採用電平壓縮方式以避免磁帶的飽含失真,而對於一個數位記錄系統過載可導致出現不必要的量化誤差(資料碎片),同樣會對音質產生影響。為此普通A/D轉換器設備都有一個絕對最大錄音電平(0dB)以保證峰值不削波。HDCD採用獨特的振幅編碼技術,可獲得比一般數位記錄多出一個比特(相當於+6dB)的容量來處理大動態信號。由於採用數位運算處理方式,這個增強訊息能以精確穩定的特性控制重放設備的 譯碼器復原。加上數位處理特有的「超前處理」(Look ahead)能力,所以系統能在一個大信號開始前瞬時恢復增益,提供更大訊息容量避免信號瞬時過載。

  對於這個一個比特的訊息擴張量,何時操作受制於HDCD的隱含控制碼(稍後講到),對於普通CD播放,訊息無變化,而用HDCD譯碼器播放,則可在隱含碼的控制下,訊息準確膨脹,達到大動態播放的目的。

  高頻擾動技術(Dither)。採用高頻擾動技術,可提高量化信號的分辨能力,使之量化器的非線性變換特性得以改善,降低低電平信號的諧波失真,而且有可能重現低於量化差值的信號。但如增加不當,高頻振蕩(dither)將會變成真正的增加噪聲。HD CD技術採用了改良的高頻擾動技術,使得音樂細節更為豐富而噪聲低不可聞。

  HDCD隱含控制碼。對於HDCD的最後量化操作部分,為準確控制HDCD編碼記錄的超量訊息在解碼器上精確播放,特設定一相關的控制程式碼,這個程式碼被插入資料記錄的字組段中的最小有效位LSB位,如被普通CD機播放該碼為隱含而不被激發。由於所處的 特定位置且只佔LSB位元的1%∼5%,對於CD音質的影響弱不可聞。當用HDCD解碼器播放時,系統可準確捕捉該隱含碼並用來啟動主要資料通道的訊息,使得訊息量膨脹,得到數倍於普通CD格式的訊息輸出,經DA轉換即可獲得大動態、細節豐富、高信噪比的 模擬音瀕信號。

  為避免誤碼操作,HDCD採用在主副通道設定雙重程式碼同步計時器,這樣它與該字組段中的主要資訊相伴而生時序不會錯位。只有在隱含碼與主要相關程式碼呼應時,主通道選項資料才有效,否則取消解碼操作。

  模擬音瀕信號經緩衝器低通濾波後,先進行模數轉換,並用一個高頻擾動信號對ADC既時控制,量化產生88.1kHz、24bit資料流,該資料流向主副兩通道,主通道訊息被延遲儲存於,而副通道訊息相對於主通道提前一個份量進行資料分析產生控制信號,該 信號動態控制數位濾波器做取樣率變換,振幅編碼和增益控制。最後由微處理器將分析、濾波、資料再格式化容易被漏失的訊息分離(這些訊息可能涉及到音色、聲場、微細聲音),與控制碼一起組合產生隱含碼被插入主通道音瀕資料LSB位,經高頻擾動處理後再量化為 16bit/44.1kHz標準CD格式輸出,完成全套HDCD編碼程序。

HDCD的解碼程序與PMD100

  HDCD的解碼操作是編碼程序的逆動作。設計目的是在DAC的數位濾波器部位用HDCD解碼專用整合電路取代,完成HDCD訊息解碼及超取樣數位濾波雙重作用。

  解碼器首先檢測資料流中的LSB位中是否攜帶有HDCD隱含碼,如有則按照隱含碼的連續指令啟動主通道音瀕資料訊息使之膨脹,恢復在編碼程序中對資料訊息的壓縮。由於隱含碼的控制,可準確地對波峰進行適時增強,對低於平均電平值的訊息做適當的增益下減 ,因此HDCD方式可獲得高於一般的大動態及小信號的高清晰度。

  作為HDCD的唯一解碼晶片是美國PMI公司生產的PMD100,該晶片需經使用權使用。它是一個28腳DIP封裝的大規模整合電路。

  當PMD100接收到輸入資料為HDCD編碼方式則自動轉換到HDCD解碼格式下工作,並在其27腳輸出電流驅動LED發光管做狀態指標。

  當非HDCD信號時,訊息資料被接收做一般超取樣數位濾波處理,因此該器件有雙重特性。在做普通CD格式數位濾波器使用時該器件特性也相當優良,通帶紋波從0∼20kHz不超過0.0001dB,阻帶衰減>120dB。

  該器件的其它特性為:
  ·具有2、4、8倍超取樣數位濾波
  ·可接受24bit輸入資料及同精度處理
  ·可按受32∼ 55kHz任一輸入取樣頻率
  ·輸出16、18、20及24bit不同資料格式
  ·具有數位去加重功能
  ·可用0.188dB步長進行數位音量控制
  ·時鍾頻率為256fs或384fs可選
  ·具有軟、硬兩種靜噪方式
  ·提供硬體設定及程序方式兩種控制模式,
  ·提供8種不同檔案類型的高頻擾動模式以適應不同檔案類型的DAC
  ·提供恆定輸出時鍾到DAC,即使輸入資料和主脈衝都丟失掉也能保證DAC輸出無偏移和產生脈衝的可能

  解碼晶片PMD 100的管腳排列與一些頂級數位濾波器有相似之處,如SM5842、SM5803、DF1700等,因此在有上述濾波器的DAC或CD機上,通過稍加改動就可將普通CD機或DAC改為具有HDCD解碼功能的處理器了。

不知不覺間CD(Compact Disc)雷射唱盤問世已有十幾年光景了,像筆者一樣收藏了數百甚至數千張CD的音樂愛好者、發燒友不計其數,然而在新世紀伊始,我們不得不面對這樣一個現實:CD的變種(或稱增強版CD)、SACD、DVD-Audio已經逐漸形成三雄爭霸的局面。作為 消費者應何去何從?本文將與大家一起揭開它們的神秘面紗。


CD為什麼要被陶汰?44.1KHZ、16BIT的數位化採樣導致的的丟失掉性失真是以往數位錄音的缺陷,這正是普通CD的一個根本的問題。16BIT的CD的動態範圍只有40-50DB,高頻顆粒感與微弱的訊號喪失令發燒友無法忍受;此外A/D和D/A轉換所引起的增加失真,44.1KHZ、16BIT的數位化採樣導致的的丟失掉性失真是以往數位錄音的缺陷。在世紀末,對於Hi-end級發燒友來說,最靚聲的音源媒介毫無疑問仍然是早已淘汰多年的模擬LP黑膠唱機!雖然要忍受諸如性噪比差、易用性低、成本極高等缺點,但進階LP系統回放出的聲音確實是要比CD甚至現在的SACD、DVD-AUDIO動聽的多,無論是同價位產品的A/B切換對比還是追求音樂韻味的發燒友,LP仍是最佳選項。但時代是需要進步的,如何改進普通CD的音質、如何全面超越LP的音質尤其是LP的音樂生命力成為新的課題。顯然已經誕生近20年光景的CD已顯廉頗老矣!CD之後聽什麼?什麼是最佳選項?本文不會 給你答案,但希望能給你一些啟發。


一.延續CD發燒生命的使者


1.壯志未酬身先死-HDCD:HDCD的全名是HIGH DEFINITION COMPATIBLE DIGITAL,中文名是高清晰相容數碼CD。HDCD誕生於著名的美國太平洋音響軟體公司,自1986年起開始研究,至1992年終於開發出一套複雜的編碼技術從而提高了CD的音質。你可能已經聽說過HDCD或擁有許多HDCD碟片,也可能經常在一些C D唱機甚至盜版CD上看到HDCD的標幟,可到底什麼是HDCD呢?您可以使用進階的Hi-end級CD機,這樣即使播放普通CD也有極其出色的效果,如世界著名音響公司馬蘭士的旗艦產品CD7(定價40000元人民幣左右),這是一款16BIT CD機,但它的重播效果依然出類拔萃,因為它的A/D、D/A、轉盤、電源等等設計不計成本、出類拔萃。但我們不能否認原始的44.1KHZ、16BIT的數位化採樣導致的的丟失掉性失真既數位錄音程序中的損失是極大的。HDCD既是針對CD這一弱點提出的改進方案,HDCD可以說是從錄音到再生的完整技術,錄音時 以一個高品質的A/D轉換器為開端,其規格高於16BIT/44.1KHZ,其後再以11只摩托羅拉DSP56001處理器運算。運算的程序關於音響心理學與聽覺生理學,同時兼顧機械原理,數碼訊號在這裡分成兩部分,人耳能感知的訊息被編碼為PCM數碼信號,另外一部分被編碼成隱藏的控制信號。當使用帶有HDCD 解碼的機器播放HDCD編碼的軟體時,隱藏的信號會啟動解碼器的解碼功能,機器的顯示視窗的HDCD指示燈點亮,訊息被準確的還原出來。這一信號隨後以20BIT信號取樣方式輸出到唱機中的D/A轉換,就會獲得更自然、低失真與高動態的聲音。優點:比較一個用HDCD編解碼的母帶和一個傳統的16bit/44.1kHz版本的母帶,HDCD可以得到更多的細節解析度;音色的還原也更加準確;高音部分更加平滑,也少了許多人工的痕跡;更寬的動態範圍;大動態和複雜的章節更有透明度;更寬廣的聲場;當其他大音量的樂器演奏時,可以更好地聆聽小音量樂器的精微演 繹。如果對HDCD比較感興趣而自己的CD播放機又支持HDCD解碼的話,可以視聽以下三張CD作為參考:1.FIM(First Impression Music) Audiophile Reference 4(見圖1) 以HDCD技術加上24K金CD作為主打招牌的"一聽鍾情"公司曾是HDCD技術的堅定支持者,Audiophile Reference則是HDCD中招牌的招牌。2.RR(Reference Recoding) TUTTI!(見圖2)國內俗稱"無敵天碟"的就是它了!既然敢稱為"參考級錄音",當然是實力非凡了,不但錄音靚到極點而且動態範圍之巨大駭人聽聞,如果自認為器材夠等級卻從沒試過這張碟的話,恐怕會被人笑話的哦。 3.馬可波羅公司的呂思清版《四季》(見圖3) 中國小提琴大師呂思清用6把價值上億的名琴演繹維瓦爾第的傳世名作,加之馬可波羅公司頂級的錄音器材、24K金盤、HDCD技術輔佐,造就了這張演錄俱佳的發燒名盤。


缺點:什麼樣的人需要HDCD?!從目前的市場狀況看,HDCD前景堪憂,甚至已經在發燒友和音樂愛好者中淪落為雞肋的角色。HDCD剛推出時受到了大家的肯定,但由於受到日本廠商抵制以及缺乏DG、DECCA、飛利浦等國際唱片巨鱷的支持,加之歐美Hi -Fi器材廠商生產的帶有HDCD編碼器的進階CD機越來越少,因此逐漸失勢。近幾年採用HDCD技術的大陸Hi-Fi CD機倒是很多,前兩年炒得也較火,甚至許多幾百元的大陸DVD也號稱支持HDCD解碼(效果之差可想而知!)……筆者前些年購買過2款大陸HDCD播放機,分別為山靈CD-S100(見圖4)和原創A9(見圖5),單純從音樂欣賞角度考慮,個人認為在低價位Hi-Fi CD機中HDCD功能顯得無所適從。目前在發燒友中基本形成了"帶HDCD解碼功能的大陸DVD、CD機均是入門級的騙人玩意"的概念,雖然有失偏頗,但市場的否定決定了HDCD的未來將是走向滅亡的。

  2.叫好不叫座的另類王者-XRCD:上文提到,導致HDCD市場推廣受阻的最大原因之一就是需要帶有HDCD解碼功能的CD播放機"硬解壓"。日本JVC公司的XRCD此時應運而生,並號稱完美的16位CD。XRCD不同於HDCD,它不需要任何附加設備,在任何一部唱機上都能表現出CD的最高音響效果來。JVC開發的K2接頭,包括了Mastering設備、製造工續、硬體與理論等多方面成 果,數位訊號經過K2接頭,最大的作用是降低時基誤差既發燒友常說的Jitter失真。事實上唯有真正降低時基誤差,才能得到正確無誤的數位訊號,這也是K2接頭的最大功效。在數位化程序中,JVC把訊號儲存在Sony的PCM-9000 MO光碟上,最後一連串的K2編碼,以及K2燒刻、壓片,全由JVC位於橫濱的工廠內進行,中間絕不假手他人。透過SDIF-2傳輸(Sony開發的數位傳輸技術,JVC認為比工業標準的AES/EBU更好),以及爾後的每個環節,JVC在時鍾位准與電源淨化上都下了很多功夫,確保數位訊號不受任何干擾。K2所用的20位,128倍超取樣A/D轉換,動態範圍可達108dB,總諧波失真-96dB,有效頻寬範圍內頻率誤差小於0.05dB。在完全一樣的音響系統上,XRCD很明顯在透明度、高頻的圓滑延伸、立體感與珠圓玉潤的質感等方面,要勝過原版的CD。與一些粗製濫造的HDCD截然不同,XRCD絕無那種陽光奪目、高頻過亮的現象,既 擁有超越普通CD的解析力,又帶來了更好的音樂感,那些樂器、人聲的稜角被修整得平順無比,難怪無數膽機(電子管功放)、LP(模擬唱盤機)愛好者也對其刮目相看!優點:"不食人間煙火"XRCD共經歷了3代發展,分別為XRCD、XRCD2和XRCD24,其中筆者在親耳聆聽過XRCD2版《鄧麗君十五週年》(見圖6)後毫不猶豫將其買下,酷似LP的那種不食人間煙火的聲音讓人足以忘卻200元張的"天價"帶來的肉痛!

二.未來音瀕之王

1.新構架、新陣營、新價格--SACD:SACD(Super Audio Compact Disc,超級音樂壓縮光碟片)是日本新力和荷蘭飛利浦(原先開發出CD光碟的兩家大公司)再度聯手研製出的新一代數位音樂光碟,相對於HDCD、XRCD甚至DVD-Audio的"換湯不換藥",SACD可謂音瀕屆一次翻天覆地的革命。雖然SACD和CD均採用120MM直徑碟片,但SACD的訊息容量已大大增加,由CD的650MB增加到4.7GB+650MB或8.5GB。SACD採用了一種新的訊息編碼技術DSD磺IRECT STREAM DIGITAL,即直接流數碼。這種編碼技術使音瀕編碼和解碼程序得到簡化。與CD所採用的線性脈衝編碼調製PCM PULSE CODE MODULATION相比,可減少錄音程序中的很多失真。DSD採用1BIT量化精度,對錄音信號作連續脈衝調製直接錄音,而它的取樣頻率又高達2.8224MHZ,是CD的64倍,因而不需在錄音和放音程序中附加濾波器,減少了數碼處理程序中的失真。由 於訊息數碼處理程序中失真的減小,SACD輸出的音瀕信號與輸入的模擬信號非常接近,重放頻帶寬度達100KHZ,是CD格式的5倍,動態範圍也由CD的98DB提高到120DB。此外SACD採用PSP PIT SIGNAL PROCESSING,即PIT信號處理技術對版權進行保護,防止盜版和非法複製。SACD採用的PSP保護技術包括不可見水印,可見水印,內容加密等。理論上,SACD的頻響可延伸至1.4MHz,然而在實際套用上則限制在100kHz之內。1bit系 統是利用串聯的數位比較器傳達各音瀕信號取樣電壓與設定值的差異,其優點是1bit數模轉換器僅需使用一個低通濾波器,在硬體方面的技術要求遠比多比特的轉換器更為簡單,但仍能獲得高傳真的原音重現。SACD可以同時記錄74分鍾六聲道的音樂,以及兼有兩 聲道74分鍾的CD音樂,以便與目前的CD唱機相相容。目前唯一能與SACD相抗衡的是DVD-Audio,但其格式僅是原來CD與DVD格式的擴充而已,亦即其取樣率/量化精度由原來CD的44.1kHz/16bit向上提升,變成從二聲道的最高取樣率192kHz/24bit直到六聲道的96kHz/24bit等。從SACD和DVD-Audio這兩種格式可知,它們彼此最大的區別就在於1bit和24bit的數位技術套用上的不同。未來發燒友的主流選項:SACD陣營目前已經推出多款高效能SACD播放機,日本的SONY、馬蘭士、金嗓子,法國米格等等Hi-end廠家均已有各種規格、等級的成品機問世,國內發燒廠商亦是大跟SACD之風,新德克、山靈、鍾神、歐博等已經先後推出了自己的SACD播放機,甚至如先鋒6550這樣的中檔DVD播放機也已經全面相容SACD播放……軟體支持方面SACD也明顯走在 了對手前面,DG、拿索斯、Telarc等近期均有大批SACD軟體上市,圖11即為FIM著名的SACD軟體《江河水》,值得一提的是現在的SACD軟體均含有CD播放層,即使用普通CD機亦可播放,這對於DVD-Audio陣營來說又是一個優勢了。筆者個人認為SACD最有可能繼CD之後成為純音樂欣賞制式的王者,而DVD-Audio似乎更適合多聲道的AV玩家。

2.皇家血統、正宗接班人-DVD-Audio,DVD-Audio是由DVD Forum Audio Working Group(WG-4)與International Steering Committee共同制訂的規格。從外表來看,DVD-Audio同CD一樣,單層單面DVD-Audio碟片可儲存於4.7GB的資料,大約是CD碟的7倍。如果以 CD 44.1kHz/16bit的格式儲存於兩聲道立體聲的話,儲存於時間可達400分鍾;如果用線性PCM 96kHz/24bit的格式的6聲道,或是以難以置信的192kHz/24bit的格式儲存於2聲道的聲音,儲存於時間為74分鍾。逼真的細節再生,意味著能夠通過DVD-Audio獲得完美的音響效果和真實度。DVD-Audio不僅能夠播放2聲道的超高傳真音響,還能播放線性PCM 最多6個聲道的環繞聲音響(96kHz/24bit)。超越CD的高音質和如同音樂廳般的全方位立體聲環繞音效,實現了全新的音樂空間再生:DVD-Audio能夠再現宛如坐在觀眾席上充滿現場感的聲場空間,讓您感受置身音樂會現場的濃厚氛圍氣息。DVD-Audio引以為豪的最大192kHz/24bit的取樣頻率,可完美再現演奏現場的真實感。由於頻帶擴大使得再生頻率接近100kHz(約CD的4.4倍),因此能夠逼真再現各種樂器層次分明、精細微妙的音色成分。而且量子化比特數最大為24bit,確保了約100kHz再生頻率的最大動態范 圍可達144dB。DVD-Audio實現了比CD高約1000倍的高解析能力。此高頻份量確保可播放20kHz以上的音瀕信號(影響人在可聽範圍內的感覺)。由於能夠把原音波形非常接近真實的記錄和再生,所以不僅能夠出色演繹各種高音樂器的固有音色並使其層次更加清晰分明,而且也 使中低音樂器的聲音還原悅耳,立體聲效果更真實,聲場方位感更明確。目前DVD-Audio陣營的技術先鋒為英國Merdian(子午線)公司,這是一家生產Hi-end等級數碼音瀕產品的大碗,其締造者早期就參加了CD格式的制定,對數碼音瀕格式有著獨到的見解,其定價20多萬人民幣的頂級DVD-Audio播放系統Reference8000堪稱全球高燒友心目中的麥加聖地,技術實力無庸置疑。不過目前DVD-A陣營軟體的跟進速度不容樂觀,加上日本公司的心不在焉,使得DVD-A仍顯得曲高和寡,和SACD的高歌猛進形成強烈反差。

後記:目前的音瀕格式之爭錯綜複雜,除了以上介紹的4種較一般的之外,DTS公司的DTS CD、Dobly公司的SURROUND CD等只能稱之為"概念化CD衍生品",多為顯示公司實力和滿足另類玩家獵奇需求的非主流製品,本文限於篇幅就不再惘述了。


我們到底會聽什麼?HDCD、XRCD只不過是延續CD生命的緩兵之策,DTS CD、SURROUND CD等更只能淪為概念化產品。DVD-AUDIO和SACD您會選項誰?從技術層面看兩者各有千秋,從軟體和推廣來看似乎SACD暫佔上風……相信這是一個誰也回回答不了的問題,我們最終會聽的,將是市場所選項的勝者--SACD、DVD-AUDIO之一。
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CDA:CD音軌文件

CD Audio 音樂CD 副檔名CDA

好像沒必要多說了。CDA格式就是唱片採用的格式,又叫"紅

皮書"(Red Book)格式,記錄的是波形流,絕對的純正、HIFI。

音樂CD的回放採樣字元都是16位,現在有些廠家在錄製CD時採用20

位錄音,這樣就產生了些耳朵聽不到但大腦感覺得到的波形,可

謂CD中的精品。YAMAHA前一時期推出的Pro Bit技術也正是把一般

16位唱片通過計算"變"出丟失掉掉的每個比特。

CDA的缺點是無法編輯,文件長度太大。

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如何將MP3轉刻成CDA光碟

音樂的魅力是永恆的,熟悉電腦的人對於MP3一定不會陌生,但MP3播放器昂貴的價格讓人望而卻步。對於所喜愛的MP3歌曲,很多人想把它刻成CD光碟,用隨身聽享受優美的樂曲帶來的震撼。
隨著CDR的普及,其實我們完全可以自己動手製作出一張張自己喜愛的光碟來。很多提供下載MP3的網站,其音樂素材本身音質不是很好,更有許多是音樂FANS自己用軟體壓制的,素材品質難以保證,SO......我們有必要對MP3素材進行調整。
說起音樂,有必要先介紹一下常用音瀕檔的格式:
1) MP3;既指的是MPEG標準中的音瀕部分,也就是MPEG音瀕層。MPEG音瀕檔的壓縮是一種有損壓縮,根據壓縮品質和編碼處理的不同分為3層,分別對應「*.mp1"/「*.mp2」/「*.mp3」這3種音效檔案。MPEG3音瀕編碼具有10:1~12:1的高度壓縮率,同時其音質基本保持不失真。
2) WAV;是微軟公司開發的一種音效檔案格式,它符合 PIFFResource Interchange File Format 檔規範,用於儲存WINDOWS平臺的音瀕資訊資源,被WINDOWS平臺及其套用程式所支援。「*.WAV」格式支援MSADPCM、CCITT A LAW等多種壓縮演算法,支援多種音瀕位元數、採樣頻率和聲道,是目前PC機上廣為流行的音效檔案格式。
要在電腦內處理音瀕,也要通過數、模轉換,這個程序同樣由採樣和量化構成,人耳所能聽到的聲音,最高頻率為20KHZ,因此音瀕的最大帶寬是20KHZ,故而採樣速率需要介於40~50KHZ之間,而且對每個樣本需要更多的量化比特數。音瀕數位化的標準是每個樣本16位元-96dB的信噪比,採用線性脈衝編碼調製PCM,每一量化步長都具有相等的長度,在音樂CD的製作中,正是採用這一格式,也就是44.1K的採樣頻率,速率88K/秒,16位量化,既標準CD格式。
對於音效檔案的編輯,我們在這向大家介紹兩款功能強大的音瀕、音效處理軟體:COOLEDIT2000(PRO)和SOUND FORGE 4.5 可以對聲音素材進行電平調整、頻譜分析、去雜訊、以及淡入逐漸消失效果等等,COOLEDIT2000採用世界上一流的MP3壓縮引擎,測試工作效果優於SOUND FORGE,下面我們就以COOLEDIT2000為例,詳細講解MP3轉CDA的工作程序。大家可以在http://202.99.168.198:8080/mp3/music/rj/cooledit/cedit2000.zip下載這個軟體,安裝簡便,整個安裝程序採取預設方式就可以了。

首先啟動COOLEDIT,按下FILE-OPEN開啟要編輯的音效檔案,在COOLEDIT的工作區就可以看到音效檔案的波形,在最下面的就是電平指示器,如果音效檔案超過0電平,超出限幅器的部分就會被切割,損失聲音的高頻部分,聲音聽起來就會渾濁不清晰,也就是飽和失真,這時候我們就要降低整首曲子的電平,先在工作區雙按音效檔案的波形選項全部檔,在功能表欄的TRANSFORM項中選項AMPLITUDE-AMPLIFY,(如圖一)在CONSTANT AMPLIFICATION中調整百分比就可以提高或降低電平,總的說來以不超過0電平為準。(如圖二)
還有很多的音效檔案沒有空白頭,一開始旋律就起來了,不符合人耳的聽覺習慣,這就需要我們手動式新增一段靜默時間,先用滑鼠點擊檔的最前端,選項功能表欄的GENERATE中的SILENCE,SILENCE TIME對話方塊就是靜默時間,服務機構是秒,一般來說片頭的靜默時間不超過三秒鐘。(如圖三)

頻譜調整:有很多的音效檔案高、低頻分散並不是很合理,比如有的歌曲聽起來低音很重,而高音不豐富,這個時候就需要我們手動調整音效檔案的頻譜分散。首先選全部或其中的一部分需要編輯的檔,在功能表欄的TRANSFORM項中選項FILTERS--QUICK FILTER,(如圖四)勾選LOCK TO THESE SETTINGS ONLY,下面那些滑動調節桿分別對應需要調整的頻段,樂曲的中高音部分主要集中在1.4K到3.6K左右,拉動那些滑桿就可以分別提升或降低。(如圖五)需要音效檔案淡入逐漸消失的時候用COOLEDIT2000來完成也很簡單,COOLEDIT在TRANSFORM項中AMPLITUDE-AMPLIFY--PRESETS中整合了FADE IN 和FADE OUT(淡入逐漸消失)效果,先在開始或結尾部分選合適的音效檔案長度,再選項FADE IN或FADE OUT 就可以了,COOLEDIT會以線性平滑均勻的調整音效檔案的電平。(如圖六)對於音效檔案中的雜音問題,特別是有的網站提供下載的是音樂愛好者自己從CD光碟上轉錄的MP3檔,因為製作的時候這樣、那樣的原因,經常會出現或輕或重的「哢...哢...」以及背景的電噪音,這個時候就可以在音效檔案的波形上看到很整齊的噪音方波,COOLEDIT 支持精確到千分之一秒的編輯精度,我們可以先選項噪音方波大約的位置,再用放大工具,仔細的觀看噪音部位音效檔案的波形,就可以把噪音方波移除了。因為人的聽覺習慣是有掩蔽效應的,如果被移除的部分不是很長,就不會發覺聲音有停頓了,要是較長的一段被刪掉後能聽得出停頓的時候,一般是用其他的段落中摘取相同或近似的部分取代,至於背景的電雜訊,在TRANSFORM項NOISE REDUCTION中先分析背景雜訊,然後降低背景電平就可以了。(如圖七)
OK ,音效檔案現在已經修飾好了,輸出成什麼格式呢?當然是WAV啦,這是標準的CD格式,也是我們所使用的燒錄軟體所支援的格式,雙按調整好的音效檔案,在FILE表單中選SAVE AS......把已經調整好的MP3音效檔案另存為44,1K採樣頻率16比特,STEREO,(雙聲道)的標準CD格式,我們就可以開始燒錄了。
燒錄的程序,也就是把WAV檔轉換成CDA格式的檔,我們推薦大家使用一種簡捷、實用的燒錄軟體,WINONCD 3.8,大家可以在燒刀子的個人網站燒吧(www.shaoba.com)下載這個軟體。我們就已經WINONCD3.8為例,講講光碟燒錄的程序。啟動程式後,第一個是歡迎屏(新增方案)在其中選項一種CD的檔案檔案類型:VIDEO CD、、AUDIO CD、、DATA CD(ISO9660)等等。我們是燒錄音樂CD光碟,當然就選項AUDIO CD了。隨後會進入程式的主界面,主界面基本分為四個區域:
左上角:本地機磁片上的檔列表
右上角:驅動器或檔夾被開啟後的詳細內容
左下角:準備記錄的內容(也就是把上面調整好的音效檔案拖到此處)
右下角:準備記錄的內容的詳細資訊。

用上面的兩個流覽視窗找到硬碟媟Ёあn的WAV檔,然後,拖到左下角那個視窗中去。如果檔格式不合法,就會有一個提示的,這時候你就要看你存檔的格式是否正確無誤。一張CDR光碟標準容量是不超過640M為宜,驗證整張盤的資料量在可允許範圍之內,點「光碟」那個按鈕,會進入燒錄界面。
此時,先放一張空白的CDR到燒錄機堶情C然後進行相關的燒錄設定:
1。關閉此盤,還是允許以後續刻。
2。燒錄模式:僅模擬,模擬成功後寫入,直接寫入。
3。選項與燒錄機相匹配的燒錄速度。(2X,4X,8X......)
4。點「燒錄」按鈕,等......完成後,點對話方塊的「確定」按鈕,燒好的盤會彈出燒錄機的......
最後,結束程式時,會有對話方塊提示,是否要儲存現用的專案檔?可適需要自選決定,如果存檔了,則以後可方便地再次燒錄與此相同的盤。
作者: 趙航


音 樂 格 式



傳統的WAVE

WAVE文件作為最傳統的Windows多媒體音瀕格式,套用非常廣泛,
它使用三個參數來表示聲音:採樣位數、採樣頻率和聲道數。 聲道有單聲道和立體聲之分,
採樣頻率一般有11025Hz(11kHz)、22050Hz(22kHz)和44100Hz(44kHz)三種。
WAVE文件所佔容量=(採樣頻率×採樣位數×聲道)×時間/8(1字元=8bit)。

傳統的MOD

MOD是一種類似波表的音樂格式,但它的結構卻類似 MIDI,
使用真實採樣,體積很小,在以前的DOS年代,MOD經常被作為遊戲的背景音樂。
現在的MOD可以包含很多音軌,而且格式眾多,如S3M、NST、669、MTM、XM、IT、XT和RT等。



電腦音樂MIDI

MIDI是Musical Instrument Data Interface的簡稱,
它採用數位方式對樂器所奏出來的聲音進行記錄(每個音符記錄為一個數位),
然後,播放時再對這些記錄通過FM或波表合成.
FM合成是通過多個頻率的聲音混合來模擬樂器的聲音;
波表合成是將樂器的聲音樣本儲存於在音效卡波形表中,播放時從波形表中取出產生聲音。

龍頭老大MP3

MP3可謂是大名鼎鼎,它採用MPEG Audio Layer 3 技術,將聲音用
1︰10 甚至 1︰12 的壓縮率壓縮,採樣率為44kHz、比特率為112kbit/s。
MP3音樂是以數位方式儲存的音樂,如果要播放,就必須有相應的數位解碼播放系統,
一般通過專門的軟體進行MP3數位音樂的解碼,再還原成波形聲音信號播放輸出,
這種軟體就稱為MP3播放器,如Winamp等。



網上霸主RA系列

RA、RAM和RM都是Real公司成熟的網路音瀕格式,採用了「音瀕流」技術,
所以非常適合網路廣播。在製作時可以加入版權、演唱者、製作者、Mail 和歌曲的Title等訊息。
RA可以稱為網際網路上多媒體傳播的霸主,適合於網路上進行既時播放,
是目前在線收聽網路音樂最好的一種格式。

高度壓縮比的VQF

VQF即TwinVQ是由Nippon Telegraph and Telephone同YAMAHA公司
開發的一種音瀕壓縮技術。
VQF的音瀕壓縮率比標準的MPEG音瀕壓縮率高出近一倍,可以達到1︰18左右甚至更高。
而像MP3、RA這些廣為流行的壓縮格式一般只有1︰12左右。但仍然不會影響音質,
當VQF以44kHz-80kbit/s的音瀕採樣率壓縮音樂時,它的音質會優於44kHz-128kbit/s的MP3,
以44kHz-96kbit/s壓縮時,音樂接近44kHz-256kbit/s的MP3。



迷你光碟MD

MD(即MiniDisc)是SONY公司於1992年推出的一種完整的便攜音樂格式,
它所採用的壓縮算法就是ATRAC技術(壓縮比是1︰5)。MD又分為可錄型MD(Recordable,
有磁頭和雷射頭兩個頭)和單放型MD(Pre-recorded,只有雷射頭)。
強大的編輯功能是MD的強項,可以快速選曲、曲目移動、合併、分割、移除和曲名編輯等多項功能,
比CD更具個性化,隨時可以擁有一張屬於自己的MD專輯。
MD的產品包括MD隨身聽、MD床頭音響、MD汽車音響、MD錄音卡座、MD攝像槍和MD驅動器等。

音樂CD

即CD唱片,一張CD可以播放74分鍾左右的聲音文件,Windows系統中原有的了一個CD播放機,
另外多數音效卡所附帶的軟體都提供了CD播放功能,甚至有一些光碟脫離電腦,
只要接通電源就可以作為一個獨立的CD播放機使用。



潛力無限的WMA

微軟在開發自己的網路多媒體服務平台上主推ASF(Audio Steaming format),
這是一個開放支持在各種各樣的網路和傳輸協定上的資料傳輸的標準。
它支持音瀕、視瀕以及其他一系列的多媒體檔案檔案類型。而WMA是Windows Media Audio的縮寫,
相當於只包含音瀕的ASF文件。
WMA文件在80kbps、44kHz的模式下壓縮比可達1︰18,基本上和VQF相同。
而且壓縮速度比MP3提高一倍。所以它應該比VQF更具有競爭力。

免費音樂格式Vorbis

為了防止MP3音樂公司收取的專利費用上升,GMGI的iCast公司的程序員開發了
一種新的免費音樂格式Vorbis,其音質可以與MP3相媲美,甚至優於MP3。
並且將通過網路發佈,可以免費自由下載,不必擔心會涉及侵權問題。
但MP3在網上已經非常流行,微軟的Windows Media技術也開始普及,
Vorbis的前景還是不容樂觀。



其它音瀕格式

AIF/AIFF 蘋果公司開發的一種聲音文件格式,支持MAC平台,支持16位44.1kHz立體聲。

AU SUN的AU壓縮聲音文件格式,只支持8位的聲音,
是互連網上常用到的聲音文件格式,多由SUN工作站新增。

CDA CD音軌文件。

CMF CREATIVE 公司開發的一種類似MIDI的聲音文件。

DSP Digital Signal Processing(數位信號處理)的簡稱。
通過提高信號處理方法,音質會極大地改善,歌曲會更悅耳動聽。

S3U MP3播放文件列表

RMI MIDI樂器序列



有損壓縮

AAC在高比特率下音質僅次於MPC,在高比特率和低比特率下表象都很不錯。就是編碼速度太慢!

MPC低比特率下表現一般,不及Mp3Pro編碼的MP3和OGG,高比特率下音質最好,編碼速度快!

OGG低比特率下音質最好,高比特率同樣也不錯。編碼速度稍慢。

MP3(MP3Pro)在低比特率下音質次於OGG,其他方面同MP3

WMA高低比特率下都一般,不支持VBR,最高192Kbit/s



無損壓縮

FLAC壓縮率在四個中最差,編碼速度不錯,平台支持很好。

PAC稍慢的編碼速度,壓縮率排第三,平台支持良好。

APE編碼速度最快、最好的壓縮率,平台支持一般。

WV編碼速度非常快,壓縮率在四個種排第二,僅支持Windows平台.



MIDI/MOD/WAVE/MP3/RA/CDA/CMF大比較





當今多媒體世界的聲音格式已越來越多,在此,我對七種最為

流行的聲音文件效果作一比較:



WAVE 副檔名-WAV

該格式記錄了聲音的波形,故只要採樣率高、採樣字元長、機

器速度快,利用該格式記錄的聲音文件能夠和原聲基本一致。從理

論上說,採樣率達44KHz(每秒採樣四萬四千次)、採樣字元長度達

16bit的音質已能和一般CD唱片相當。WAVE是可以對資料不進行壓縮

的,這樣只要拾音程序"把好關",製作出來的品質可以達到專業

級的。

WAVE的唯一缺點就是文件太大,畢竟它要把聲音的每個細節都

記錄下來,而且不壓縮。每一秒鍾就有44K 6 (立體聲)=

1441792個bit(註:不是位元組)產生,那麼一張650M的空白光

盤最多也只能容納六七十分鍾的節目。



MOD 副檔名-MOD、ST3、XT、S3M、FAR、669等

該格式及其播放器大約起源於80年代初,原先是作為"軟音效卡"

問世的--利用Modplayer可以通過機器原有的喇叭或通過LPT口自製

"音效卡"直接播放樂曲。MOD只是這類音樂文件的總稱,因為最初的

文件副檔名是MOD,後來逐漸發展產生了ST3、XT、S3M、FAR、669等

增強格式,而其基本原理還是一樣的。

該格式的文件裡不僅存放了樂譜(最初只能支持四個聲道,到

現在已有16或甚至32個聲道的文件及播放器了)而且存放了樂曲使

用到的各種音色樣本。由於製作人創作歌曲時使用的音色樣本同聽

眾回放文件時使用的音色樣本完全相同,故這樣的文件有幾個顯著

優點:1、回放效果明確。相對於MIDI來說,MOD對回放設備的要求

較低,只要CPU處理速度夠快,不丟失掉掉訊息,編曲者是能夠預測回

放的效果的(而MIDI則完全依賴於回放的MIDI音源);2、音色種

類永無止境。由於MOD的音色樣本製作非常簡單,CD唱片、WAVE音

樂、MIDI音樂、MIC麥克風輸入、LINE IN線路輸入等等所有方式產生

的聲音都能採樣為音色樣本(甚至是人聲),故採用MOD音樂可以

很輕鬆地引入民族樂器、專業效果等音色。此外,MOD文件的製作

不需要樂器鍵盤,可以完全利用電腦鍵盤一字一句輸入。它有點

象"八音盒",你只要在空白的紙片上打小孔就可以了(如果這麼

比喻的話,那麼孔的大小、形狀也是有講究的)。

MOD文件相對WAVE來說小得多,一般三四分鍾的樂曲大約300K

左右,然而它也有一些致命弱點,以致於現在MOD已逐漸淘汰,目

前只有MOD迷及一些遊戲程式中尚在使用。1、效果複雜的MOD要求

CPU速度較高,一般至少要奔騰級;2、MOD格式太多,也沒有得到

統一。很多增強格式間還不能簡單地轉換;3、音色效果雖比FM合

成音色庫要好些,但聽過MOD再聽聽CD唱片,一定仍是"自愧不如"。

畢竟其復音數、效果控制、音色編輯等方面遠不如MIDI,即使通過

增強格式可能模仿MIDI的一些效果但由於不相容,因而無法被正確

地回放,作為這一格式來說還是不可能成為廣播級的;4、MOD文件

較長。相對MIDI而言,MOD的軟體基本是MIDI的十倍,佔用了許多寶

貴資源。



MPEG-3 副檔名MP3

近來BBS上經常提及。它和VCD的影音壓縮原理相似,只是壓縮

量更大。記得曾有篇文章介紹過,MPEG1、2是為家庭娛樂業設計的,

象VCD、DVD之類,MPEG3、4則是與可視電話等通訊有關,用在一般民眾

上,壓縮比的確厲害(一張MP3CD可容納10張CD唱片的歌曲),但

其實際音質並不是值得非常興奮的。可能有人要說,MP3能達到44KHz

16bit為何不能和CD音質媲美?其實單從44KHZ這類指標來看並不能

說明實際效果的好壞。就像VCD,我的VCD播放器是在Win95環境下

的,顯示卡設在1024 68 4bit上,全螢幕回放VCD,那麼是否可

以說VCD的畫面素質比高清晰度電視還要高呢?(的的確確的高分

辨率,但節目源卻只有300 00……)顯然只能和錄像帶比比。

MP3的音質也一樣,它的確可以發出高得耳朵都聽不見的聲音,但

"該發的聲音並沒能全部發出來"。

總之,作為網路、可視電話通訊方面,MP3大有用武之地,如

果要它和CD唱片相比,則令人遺憾。由於本質不同,所以它沒法

和MOD、MIDI相提並論,只能這麼說,從HIFI角度講,MP3有損失,

而MOD、MIDI則沒有。



Real Audio 副檔名RA

只要http://www.real.com就能看到REAL AUDIO及REAL VIDEO

的廣告。這家公司出的REAL格式真可謂是網路的靈魂,其強大的壓

縮量和極小的失真度使其在眾多格式中脫穎而出。和MP3相同,它

也是為了解決網路傳輸帶寬資源而設計的,因此它的主要目標是

壓縮比和容錯性,其次才是音質。

Real Audio的壓縮比很大,一首Do you feel the love tonight

約幾百K。3.0和4.0的文件支持28.8、56K甚至更快的網路傳輸,因

而其音質也比以前高得多。4.0的文件以能標榜"Near CD Quality"。

不過從另一角度來說,這永遠也只是"near",因為它是壓縮的,

有損失的。拿它和MP3相比,從HIFI角度來說,可能是MP3更好,不

過RA有那麼高的壓縮比再加上那麼高的聲譽,如果我要在個人主頁

上放音樂,那我一定是選後者的。



Creative Musical Format 副檔名CMF

這是Creative公司的專用音樂格式。它和MIDI差不多,只是

音色、效果上有些特色,專用於FM音效卡。不過其相容性差,"不成

氣候",且效果感覺象音樂門鈴,無法和別的格式搭脈。



CD Audio 音樂CD 副檔名CDA

好像沒必要多說了。CDA格式就是唱片採用的格式,又叫"紅

皮書"(Red Book)格式,記錄的是波形流,絕對的純正、HIFI。

音樂CD的回放採樣字元都是16位,現在有些廠家在錄製CD時採用20

位錄音,這樣就產生了些耳朵聽不到但大腦感覺得到的波形,可

謂CD中的精品。YAMAHA前一時期推出的Pro Bit技術也正是把一般

16位唱片通過計算"變"出丟失掉掉的每個比特。

CDA的缺點是無法編輯,文件長度太大。



MIDI 副檔名MID

好的留在最後,現在講MIDI。我敢說隨便哪個專業錄音棚裡

都能看到MIDI設備的影子。作為音樂工業的資料通訊標準,MIDI

可謂是一種非常專業的語言,它能指揮各音樂設備的運轉,而且

具有統一的標準格式,能夠模仿原始樂器的各種演奏技巧甚至無

法演奏的效果。因此,MIDI實際上是種產業標準,它的科學性、

相容性、複雜程度等各方面當然遠遠超過本文前面介紹的所有標

准(除交響樂CD、Unplug CD外,其他CD往往都是利用MIDI製作出

來的)。

不過最近BBS上討論的MIDI倒不完全是這個意思。由於大多數

玩家接觸MIDI這一名詞都是從音效卡的說明書上看到的,所以很多

人會認為MIDI就是那些像電子琴、玩具、門鈴裡發出的單調聲音。

瞭解波表合成與FM合成區別的玩家也許可以不會"看扁"MIDI,

認為它的聲音(儘管MIDI是種標準,不是聲音)還遠沒有CD唱片

豐富。比起MOD、MP3來說,好像還是單調。

然而事實上,這得怪MIDI對回放設備的依賴性實在太大。MIDI

文件只記錄樂譜、按鍵力度、效果控制、節拍等參數,對於樂器

的音色它也僅用一個數位表示--1表示大鋼琴,127表示槍炮聲,

這樣,到底大鋼琴的音色是否清晰,迴響是否夠勁,這就得看回

放設備的音色了。一般的FM音效卡的音色庫非常單調,它純粹是通

過數學公式來個調頻調幅變出來的,所以自然沒法和原聲樂器比。

那麼關於WAVE的波表合成音效卡則提供了相當真實的音色,它的鋼

琴聲確實就是取自真正的大鋼琴的,由於硬體回放,因而其效果

比MOD要好得多。如果使用專業音源(如YAMAHA的XG音源、EMU、

KORG、ROLAND等音源設備),那麼每回放一次MIDI就相當於一支

龐大的樂隊在你面前現場演奏一回--從這個意義上說,它的

HIFI程度還要高於CD唱片(它是唱片的"來源碼")。

MIDI作為世界通用標準已很成熟,所謂General MIDI就是最

一般的通行標準,此外Roland公司的GS(General Standard)、

YAMAHA公司的XG等標準也成為購買音源時要考慮的項目之一。由

於其標準化,MIDI文件的長度也非常小,一首歌一般就幾十K,復

雜的稍多些,但遠比MOD要小。

為了發揮MIDI短小的長處,避免對回放設備依賴的短處,現

在網路上開始出現了"軟波表"之類的"軟音源"。採用了專業

音源的波表,利用CPU對網路上傳來的短短的MIDI資料進行回放,

其效果能夠被製作者預測,因而在音源硬體設備未向大眾普及的

時代"軟波表"必將成為處於較高地位。

MIDI的另一個"缺點"就是不能記錄人聲等聲音。它只能將

人聲作為一種樂器儲存在音色庫中,要麼都是"啊"音,要麼都

是"哇"音……總之不能令樂器唱歌講話。這並不是MIDI的錯,

因為MIDI只是個音樂標準,不是錄音標準,因而無法取代ra,但

如果都是回放音樂,MIDI必然是"大哥大"。



好了,說了半天,來個小結吧:

如果有專業的音源設備,那麼要聽同一首曲子的HIFI程度依

次是:

原聲樂器演奏>MIDI>CD唱片>MOD>所謂音效卡上的MIDI>CMF

MP3及RA要看它的節目源是採用MIDI、CD還是MOD……了(死循環?)
psac 目前離線  
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