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超级CD格式的再思考
蚂蚁博士 发布于: 2003/9/5 12:10:12 | 楼主
一年多前的国际音响大展上超级音频CD SACD和DVD-Audio就放声高歌,基本标准1.0版本也已敲定,按说应该在音响发烧友的期望中很快上市。

  无论是SACD还是DVD-Audio碟片的物理格式和数据处理部分都与DVD-Video相当,价格绝对不是问题。特别是DVD-Audio设计时满口承诺可以被DVD-Video下兼容。后期出品的DVD-Video不少已把DVD-Audio标准中的多种格式编程在内,当然前题是播放没有加密的DVD-Audio碟片。还音基本设备已经有了,可碟片呢?除了少量试音碟或DVD-Video试机片中的少量片段,真正由音乐录音公司生产的碟片不多。而这些试音碟中的片段有没有给你耳目一新的感觉?大多没有。音响大展上都是用极品功放和音箱还原的,而用户的音箱还是那个音箱,功放还是那个功放。听出差别可以证明新格式好,听不出也不能说明它不好,但消费者的热情却逐渐退潮了。

  新世纪的超级音频在新世纪到来的过程中,其发展还不及MP3和HDCD来得快。在新世纪到来之时,一开始就没被重视的专家们对超级音频格式的质疑重新引起人们的注意。超级音频格式是消费者的要求吗?是与人类听力相匹配的技术进步吗?还是商家推销商品的噱头?

  人类听觉频率的上限为20kHz,看看贝尔研究所以实验为基础绘制的频率与最小听阈痛阈关系曲线,发觉14、15kHz以上就不画了。实际上,大多数人16kHz的声音就听不见了。不信可以从雨果发烧碟(一)测试碟的单频正弦信号一试。当时,超级音频的支持者也承认单频确实已听不见,但认为声音的高次谐波能美化音色。但这只是一种说法,并没有实验证明。反问之,干干净净的背景上都听不到的高音,混在一起反而能听出味道,是否有点不近情理。超级音频增加出来的20kHz~96kHz的频率成分究竞有没有用?

  对原始声音的高取样率有二个好处。第一,能记录下很高频率的声音振动。仪器分析已知有些乐器确实存在20kHz以上甚至近百kHz的声波。第二,如果仍用来记录0~20kHz的频段,那么经D/A变换器恢复后的波形会更加平滑,播放机后段模拟滤波的要求可以降低。但第二点,在播放机中采用高倍再取样也可以达到同样的目的,并非超级音频的"专利"。

  多余的频段中还会进入新的噪声。若用192kHz取样,那么20kHz~96kHz中的噪声也额外地被取了进来。虽然这些噪声同样地人耳也听不到,但如果系统某个地方,如喇叭或放大器,有非线性失真,那么这些信号就会差拍出可听频段内的噪声来,比不取这段信号时的信噪比还要低。对于低档和普通级别的还音设备来说,肯定弊大于利。

  再来看24bit的量化的作用。人耳听力的动态范围(听阈至痛阈的声压差)在2kHz前后最大,也仅接近130dB,在300Hz和6kHz只有110dB。频率更高或更低由于可听阈的上升,动态范围进一步收缩。而且在不同声压时,听觉的灵敏度是不同的。大声压时灵敏度迅速下降,所以还可以用非线性压缩的方式来充分利用比特率。

24bit量化的电平动态范围略大于144dB,量化噪声低于-144dB。若以通常标准0dBFS为2VRMS的话,-144dB就相当于0.12μV RMS。而一只10Ω电阻,在0~96kHz带宽系统内,于20℃室温下工作,本身的热噪声电平就有0.12μV RMS。即使带宽限制在0~20kHz之内,一只50Ω的电阻就可产生0.12μV RMS噪声,即24bit系统允许的整个误差。热噪声是电阻的理论噪声,还不包括实际电阻存在的材料或工艺缺陷产生的噪声,而这些噪声相对于晶体管放大器件的噪声来说都算小的。所以,24bit的解析力,技术上简直是在痴人说梦。你不能把整个设备放入低温环境运行吧!因此热噪声不可避免。

  24bit对人类既没有用,整个系统在技术上也无法达标,只是因为碟片物理容量大了,多放点东西让你感到心理上的满足,是不是商业味比技术味道更浓?

迄今为止的A/D、D/A变换器都做不到24bit的精度,最好的D/A变换芯片PCM1704也只能标上120dB的信噪比和动态。120dB只相当于20bit量化的理论噪声量或动态范围。

  SACD就更容易打马虎眼了。1bit、1bit逐步相加,并不表示不管加到1kbit还是1Mbit,精度都是1比特。就象1mm、1mm地量到1km,除非每次测量的精度都高于1mm/1km=10-6,总的才能有1毫米的精确度。这是学工程的人都了解的基本道理。也就是ΔΣ型A/D和D/A很容易生产廉价的高比特型产品,而发烧级的变换器还都用权电阻网络结构的原因。

  实践也表明当从16bit原始取样率,上升到18bit、20bit时,听感确有明显的不同。而当20bit再上升至24bit时,就不明显了。影响系统还音质量的瓶颈已经转移到别的地方。所以在整个系统的噪声电平以下再去细分,实在没有多大意义。制作原始音乐素材的单位多保留几位量化比特,有利于减少因运算和处理操作带来的误差。而最后制作到用户碟上真没多少用处。

  可事实上就这么确定了。WG-4有40多个大型企业的成员组成,没人想到这些基本点?不知道,但至少不往这方面深究。他们想的是开发新产品,尽快替代因没有加密的技术而容易被盗版的CD;想的是自己研发的技术被用得多一些;录音工业界可以认可;以前的一大堆原始录音材料转制时容易些。40多个成员协商的主要不是技术,而是利益和商业政治。

  说到底开发新品并不需要别的同行或政府来认可,只要有用户即可。18年前推出的CD格式,不就是索尼和飞利浦说了算。前二年花很大力气统一格式的民用数码摄录机DV上市不久,索尼不照样又弄出一个只兼容自己而不兼容别人的数字8mm格式。40个成员组织中除了弱者,谁也不会听谁的。最后通过了一个六种取样频率,三种词长的大杂烩。使DVD-Video对DVD-Audio碟片全部格式的兼容变困难了。

六种取样率中,三项是源于CD格式的升级44.1kHz、88.2kHz和176.4kHz,另三项是DVD-Video伴音和专业音频标准的升级:48kHz、96kHz、192kHz。原来录制的44.1kHz和48kHz素材,只要插入几倍取样点就成为超级音频了。当你在赞美这种设计美妙的时候,请想想这种不用重新录制原版音乐,就能制作出超级音频的格式,是不是一开始就有"胡弄"消费者的企图。而向下1/2或1/4抽取样本点,就能成为44.1kHz和48kHz的现行数字音频格式,似乎又与防盗版的初衷相勃。

  而SACD的2.8224MHz取样频率,同时可以被44.1kHz和48kHz除尽,颇有异曲同工之妙。

  要说两者的共同特点就是把DVD碟片具有的4.7GB空间弄成只能装74分钟的双声道立体声节目,有意地把音乐信号比特量搞大。

  要把多余的容量用掉,还有一个方法是放入多声道声音。电影多声道是成功了,却并不说明以PCM编码编录多声道音乐也能成功。现在市面上已有一些DTS编码的音乐多声道软件,当然用超级音频格式以PCM编码来编录多声道音乐,每个声道出来的声音质量会更卓越。但多声道音乐本身是什么没人说得清。听过这些DTS音乐多声道节目的人觉得声场怪怪的。当画面上指挥背对听众,面向乐队时,与传统立体声相仿,后方声道基本上是微弱的混响。而指挥面对听众时,主要音乐又都转到后方音箱中去了,就象听众转来转去地听音乐。这样的软件,经典交响乐发烧友能接受吗?

  从技术上讲,采用多声道以后,最高品质的音频格式就不能在一张碟片上,录下录音音乐协会要求的74分钟的节目。一开始DVD-Audio采用不同声道数配不同取样率和比特率的方法解决。后来有了MLP无损压缩技术,就可放下6个声道96kHz/24bit规格的多声道节目74分钟了。影碟上采用的杜比AC-3、DTS和MPEG压缩都利用了人类听觉特性把某些声音信息压缩掉,故称为感知码技术。而MLP的压缩与计算机Zip和Mac类文件压缩类似,压缩记录空间不影响原来信息,输出数据可以精确地恢复原输入声音信息。这样,要原来的DVD-Video来播放DVD-Audio就更麻烦了。

  超级音频的技术优越性是不言而喻的,但似乎已超越了现实基础。现状是DVD-Audio并不象开发者预期的那样随着DVD-Video的普及顺水推舟地流行开来,并逐步替代CD。SACD连播放机都要另起炉灶,没有合适的性价比不可能成为商品。实际上,由于功放、解码器特别是音箱的原因,现行CD格式的上限水平还没有挖掘出来,更高品质的音源用户并不关心。

  音乐工业界全面失败的例子很多:七十年代的四方象限音乐立体声,由于没有录音理论的指导,没有一种格式和技术成为商品而存活下来;48kHz的民用数字录音机和飞利浦的DCC磁带,都没能替代掉模拟磁带,尽管前者音质好,后者不但音质好而且还能兼容模拟盒带。

  超级音频还原的声音频率超过了人类的听力极限,甚至超过了蝙蝠的超声感觉范围,即使有昂贵的周边设备也未必能感觉到。音乐是大众的产品,如此阳春白雪和者渺渺当属自然。国外评论家调侃40多个成员组织的协商结果是:开始要设计一匹马,最后弄成了一头骆驼。真没法在市场上跑了吗?




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