发信人: hqf(Garfield)
整理人: jackneng01(2003-01-13 11:54:38), 站内信件
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CD机由飞利浦公司和索尼公司联合开发,自1982年诞生至今已有20年之久了。作为音频载体的一种主要格式,CD已经家喻户晓成了发烧友的一种“宠物”。HDCD于1992年诞生于美国,英文全名为High Definition Compatible Digital,译为“高解析度兼容数字技术”,也有人称之为“高解析度数码CD”。1999年飞利浦公司和索尼公司又联合推出了SACD,英文全名为Super Audio Compact Disc,译为超级音频CD。那么HDCD“高级”在哪里?SACD又“超级”在哪里呢?
CD机、HDCD机、SACD机都是数码音频播放器材。重放音质的优劣与音频编码的规格密切相关,而音域范围、动态的大小,失真度和信噪比又是影响声音质量的四要素。自从发明了数码音乐后,取样率和量化精度(也有人称为量化比特率)又成了音频信号处理中最基本的两个参数。
模拟信号变成数字信号,首先从连续的信号中,按一定的时间间隔一点点取出信号,我们把这一过程称为取样。每秒钟取样的次数即为取样频率。用Hz(赫兹)表示。1Hz就是1秒钟取一点。在取样频率中常见到的数据规格是32kHz、44.1kHz、48kHz、96kHz、192kHz等。CD的取样频率是44.1kHz,HDCD的取样频率是96kHz,而SACD的取样频率是2.8MHz,是CD的64倍。取样频率越高,取样间隔就越密,也就越精确,重放的声音也就越自然流畅而细腻,清晰度高而细节丰富。
我们把对总的信号幅度划分的层次的多少称为量化精度,也有人称之为量化比特率,其单位是bit(比特)。在相同总幅度的情况下,划分的层数越多,层次之间的间隔就越密,量化就越精确。也就是说量化比特率越高,层次就分得越细,但此时数据量也成倍上升。每增加一个比特,数据量就翻一番。在量化精度中常见到的规格是16bit、18bit、20bit、24bit等。量化精度是一个极为关键的参数,动态范围、信噪比等又都与它有着十分密切的关系。CD是采用二进制编码,将模拟信号转换成数码信号是采用线性脉冲编码调制PCMPulse Code Modulation 。这种方式的固有缺点是易造成失真,CD的量化比特率是16bit。HDCD是一套从录音到再生的完整技术。录音时模拟信号先被读入编码器,在编码器中经A/D转换器被转换成相应的数码信号。在这个转换过程中取样频率高于44.1kHz,量化精度大于16bit。这一高解析度的数码信号包含着比普通CD上信号更多的信息量。其后再经处理器运算,将人耳能感知的信息编码为线性PCM数码信号,另外一部分发被编成隐藏的控制信号。当HDCD编码信号在普通CD机上重放时,附加的线性PCM信号会让人们感到其音质要好于普通CD。如果用带HDCD解码的机器播放时,隐藏的信号会启动解码器的解码功能,将那部分信息精确地还原出高解析信号。这一信号随后再以20bit 8倍超取样方式输出到数模(D/A)解码器进行转换。由于HDCD解码器取代了常规的单片数码滤波器,所以在重放普通CD时也担负着数码滤波器的作用。由此可以看出HDCD数码录音技术的编码/解码系统,能大大地减少数码录音过程中普遍存在的“添加失真”与“丢失性失真”。所以我们获得的是低失真高动态且更接近现场的自然的声音。SACD是采用了1bit DSDDirect Stream Digital 直接流数码的编码和译码格式,采用2.8MHz取样频率。这一取样频率正好是传统CD使用PCM取样频率44.1kHz的64倍。DSD总的信息容量为传统CD的4倍。理论上SACD的频率响应也大大超越了传统CD那20kHz的极限。DSD是一种极其先进简洁的新型录音编码技术,用超高速采样频率直接将音频模拟信号以“1”和“0”的方式编码成16bit信号流,解码时无须抽样和插值,也无须噪声整形,只需经电流脉冲数模转换和模拟低通滤波即可。从而克服了PCM编解码的固有缺点,通过一个低通滤波器滤掉100kHz以上的信号,就能得到与输入的模拟信号十分接近的信号。DSD因为在录制和重放的整个过程中不需要附加数字滤波,也没有数字滤波带来的噪声。这样它不仅减少了数码处理过程中的失真,从根本上剔除了PCM所固有的一些先天性失真,而且还将频响范围拓宽到100kHz,为普通CD的5倍。动态范围也由CD的98dB提升到120dB。由此可以看出SACD的音质达到了高保真要求,是目前最纯真的数字音源之一。
信噪比是指音响系统对音源软件的重放声与整个系统所产生新的噪声的比值,用dB(分贝)表示。一般高保真音响系统的信噪比需要在90dB以上。信号数码化而带来的噪声叫量化噪声。它是由于量化时将平滑的声波曲线,按量化层次变成了沿原平滑曲线方向延伸,但又变成了阶梯式的数字信号折线而产生的噪声。显然,在相同取样频率的条件下,量化精度越高,幅值层次间隔越小,数码信号折线的台阶就越细小,量化噪声就越小,信噪比就越高。CD格式用16bit的量化精度,其理论信噪比则是97.8dB。HDCD的量化精度是20bit,理论信噪比是110dB。SACD的量化精度是24bit,那么其理论信噪比可提升到120dB以上。
音响系统重放时的最大不失真输出功率与静态时系统噪声输出功率之比的对数值称为动态范围,单位是dB(分贝)。一般情况下,性能较好的高保真音响系统的动态范围在95dB左右。我们也可以从某种型号的机子给出的数码音频的数/模转换量化精度值来粗略估算这台机子的动态范围。其方法是用量化精度值乘以6。例如CD的量化精度值是16bit,那么它的动态范围大约为96dB。同理HDCD的量化精度值是20bit,那么它的动态范围大约为110dB;SACD的量化精度值是24bit,那么它的动态范围大约为120dB(注意实际测量与理论计算值略有差异)。
音响设备重放时的频率范围,以及声波的幅度随频率的变化关系称之为重放音频范围,又称频率范围或频率响应。高保真音响系统的总体频率响应理论上要求为20Hz~20kHz,一般至少要达到32Hz~18kHz。在将模拟信号进行数码化编码时,只要取样频率大于模拟信号频率上限的2倍,就基本上不会丢失被取样信号的信息。人类听觉的最高频率为20kHz,只要能达到40kHz以上的取样率原则上已足够。CD的取样频率为44.1kHz,在实用过程中,人们发现数码音乐比模拟音乐的音质差,声音细节不能完整的重现,听起来冷、硬、尖,欠柔和及温暖感,即所谓的“数码声”。只要我们将取样频率提高,可还原的声音高频上限也就随之升高,声音细节丢失就减少,“数码声”就减少,音乐味就越好。CD的频率范围是5Hz~20kHz,HDCD的频率范围是2Hz~20kHz,SACD的频率范围是2Hz~100kHz。由下列比较表中可以看到,取样频率、量化精度、信噪比、动态范围、频率范围等诸方面,均是HDCD高于CD而SACD又高于HDCD,所以无论是人声还是乐器声,其声音的清晰度、像真度和质感,HDCD都明显好于CD,而SACD又明显好于HDCD。SACD声音的那种如身临现场的像真度,那种一尘不染的纯净度是有史以来任何数码音源都无法比拟的,是目前音响业界公认的技术最为先进、音质最为理想的数码音源之一。
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