音頻的高清規格如何影響音質[24bit 352.8KHz音樂體驗]
趙宇為 于 2011.09.09 10:07:52 | 源自:www.soomal.com | 版權:原創
平均/總評分:09.57/220

在一個多月前,樂之邦在發布Monitor 03 US/03 PS音效卡后,推出了一款驅動程式,支援最高32bit/384KHz采樣率的數字訊號輸出,而且還支援該規格的DA轉換,可以輸出模擬訊號。也就是說,用這兩款音效卡可以聽到最高這個采樣率音頻檔案的播放,雖然第一版本驅動在模擬輸出時會伴隨噪聲,但樂之邦很快修正了驅動,這也讓我們在多年前曾經推薦過的一首索尼 SACD DXD規范錄制的24bit/352.8KHz[8倍于44.1KHz]的音頻檔案能夠順利播放。關于DXD規范,和高清音頻檔案的內容,請參考以下文章。

我們知道,作為CD規范的延續,我們目前能夠接觸到的大多音樂制品采用16bit 44.1KHz的標準,而在視訊的音軌中,大多采用16bit 48KHz的標準。隨著藍光碟片的推出和逐步普及,由于存儲空間充足,高清視訊中的音軌也可以支援更高標準的采樣精度和采樣頻率,只不過電影公司更愿意把光碟中的存儲空間多制作幾條導演解說音軌或是多國語言音軌等等。但依靠藍光光碟的足夠大的存儲空間,SABD[非官方名稱]的音樂藍光碟也隨之出現,由于國內音像制品進口限制,我們并不十分了解這類音樂制品的發行情況。不過,我們比較熟悉的是來自挪威的2L唱片公司的高清規格音樂制品,除此之外,來自于英國的Linn公司的高清音樂,也是相對比較熟悉的。這兩家公司的音樂制品,通過FLAC格式在網路上銷售,大家可以通過信用卡購買,并通過網路下載獲得。我們也曾經介紹過2L公司網站和購買方法,它們的價格并不貴,一張24/96規格的音樂售價與一張進口正版CD相當,Soomal將不提供這類音樂下載。

而談到32bit/384KHz規格音頻,除了它在音樂制作和后期處理方面的優勢外,它在民用音樂播放時是否有優勢?從理論上來說,即便不考慮存儲空間限制,它在現有的還原裝置上可能也顯得有些奢侈。而樂之邦的新Monitor音效卡可以播放這樣規格的音頻,也只能算一個小小的增值服務。我們早期在2L.no官方網站下載過一個他們提供的24bit/352.8KHz規格的WAV檔案,這首音樂時長9分56秒,檔案大小為1.17GB。目前官方網站已經不提供該檔案下載。

理論上來說,雖然索尼發布了DXD的規范[24bit/352.8KHz],但我們很難找到這樣規格的音像制品出售,仔細查找2L公司的所有制品會發現,他們的高清規格錄音大多以DXD規范保存,但發行制品則以24bit/96KHz或24bit/192KHz,藍光光碟作為介質出售或FLAC網路下載。甚至最近的一些SACD,也使用DXD規范錄音,然后再轉為DSD。

可是,如此高的采樣頻率和采樣精度在音樂播放中有什么作用?簡單的說,提高采樣精度可以提升訊號的信噪比和動態范圍;而根據恩奎斯特采樣定律,某一頻率的低通訊號的采樣率在理想狀態下要是該頻率的兩倍。即理想狀態下,我們通常使用的44.1kHz采樣率訊號,最高頻率為22.05kHz。而DXD規范的352.8KHz最高可以達到176.4KHz的頻率,可是這顯然是沒有用的。人類不可能聽到如此高的頻率范圍,即便96KHz采樣率可實現的48KHz頻率,似乎也沒有什么意義?是否真的如此?

從人類感知“超聲波”的角度來看,高采樣率并沒有什么意義,雖然有一些“玄學”認為,人類可能有某種除了聽感以外的感知超聲波的能力,但我們認為,以常用音頻還原裝置和常見音樂制品在超聲波頻率訊號強度來說,這種可能性并不存在[如上圖所示,一首24bit/192KHz的音樂,確實存在很豐富且一定強度的超聲波訊號]。但同樣根據恩奎斯特定律,定律中認為理想狀態下低通訊號的采樣率是該頻率的兩倍,是一個很低的要求。即當使用44.1KHz采樣頻率時,22.05KHz的訊號在一個周期內只有2個采樣點,而這在20KHz時也基本是同樣水準。我們以20KHz、15KHz的正弦波和方波為例,大家從圖中可以看到此時一個周期內采樣點數只有2個,雖然大家看到圖中波形還為正弦波,但這是軟體的用戶界面優化的結果。顯然,給任何人兩個點,要求畫出一條正弦波,顯然不會有標準答案。正對于訊號的錄制和還原也是同樣道理。

由于早期的錄音、制作、存儲等各個環節的技術限制,44.1KHz的采樣頻率的標準在當時也是最優化的解決方案,但在對人耳可聞的頻率范圍內,這個采樣率在高頻上的能力是非常不足的。這也是在CD剛剛開始流行的年代,大家談到“數位味”的主要原因之一。而同理,我們再來看一組在192KHz采樣頻率下的20KHz、15KHz的正弦波和方波。如圖所示,采樣點由于采樣頻率的提高得到相應倍數的提升,對于波形的描述自然更加準確[由于目前音頻編輯軟體不支援192KHz以上檔案生成和編輯,所以以192KHz為例]。

綜上所述,大家應該明白,各種高清規格、高采樣率的音頻檔案,并不是為了生成更多的超聲波訊號來豐富所謂的聽感,而是更高的采樣率在高頻部分可以提供更多的采樣點,讓訊號記錄更加準確。而從聽感來說,我們還是以2L的音樂制品為例,同樣一首音樂在16bit/44.1KHz和24bit/96KHz下高頻品質的差別還是較為明顯的,這甚至不需要特別頂級的裝置就可以感受得到。但是即便使用頂級耳機,也較難察覺96KHz和192KHz采樣頻率的差別。

當然,目前主機板集成音效卡的Codec晶片也可以支援到24/96甚至更高的數模轉換標準,但數模轉換過程還牽扯到更多決定音質的因素,并不是這一項采樣精度和采樣頻率可以決定的。而如果大家有條件,在擁有品質較高的音樂音效卡以后,可以考慮嘗試一下高清規格的音頻檔案,應該會從中體會到它帶來的改變和不同。而至于352.8KHz甚至更高規格音頻檔案,樂之邦音效卡首次實現播放,我們能夠聽到DXD錄音的原始檔案固然十分開心,不過這種有趣的應用也只是錦上添花,并不推薦大家盲目追求。

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All signals with content entirely below the Nyquist frequency (half the sampling rate) are captured perfectly and completely by sampling; an infinite sampling rate is not required. Sampling doesn't affect frequency response or phase. The analog signal can be reconstructed losslessly, smoothly, and with the exact timing of the original analog signal.

那個所謂兩個點無法恢復正弦波的話是完全錯誤的。在正確采樣點下,不考慮量化精度部分,只要假定輸入訊號頻率在一半采樣率(20khz)之下,那么是可以完全恢復的。
兩個點是無法恢復一條曲線,但是限定該曲線是拋物線,那么當然可以恢復。數碼多在這邊忘記了限定條件就打比方,造成了錯誤。

更詳細的解釋請參見
http://xiph.org/~xiphmont/demo/neil-young.html
發表于2014.12.17 11:41:44
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220.180.208.***
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發表于2014.04.24 12:06:26
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122.189.210.***
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發表于2014.02.20 20:30:43
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180.149.133.***
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發表于2013.11.17 09:35:17
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雖然數學不好 , 這個觀點還是理解的一個周期2兩個點確實可以還原一個正弦訊號,只是一直不知道還原起來干什么,現在明白了
發表于2012.10.23 00:20:59
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125.115.085.***
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發表于2011.12.28 10:08:37
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218.193.***.***
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我就是47樓,無論我的上條發言是否正確,既然已經被管理員解封了就說明soomal確實是一直奉行“批評不自由,則贊美無意義”的,只是因為目前不開放注冊所以交流顯得不太方便。數字訊號處理確實博大精深,其實對于目前的大部分soomal上的技術貼歸根結底即是如何才能使音源輸出的離散訊號更貼近原始的連續訊號,超高采樣率,更多的位深,SRC,jitter,音樂格式,有損無損壓縮等問題均源于此。但是因為是離散訊號,和平時書本上教授的連續訊號處理差異還是很大的。也希望能與大家就此一起研究探討:-)
發表于2011.12.06 17:04:02
51
坐等樓主對47樓的回復。
發表于2011.12.06 12:14:19
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112.118.213.***
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發表于2011.12.05 22:32:01
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210.072.130.***
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發表于2011.12.03 18:40:51
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220.160.***.***
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“我們以20KHz、15KHz的正弦波和方波為例,大家從圖中可以看到此時一個周期內采樣點數只有2個,雖然大家看到圖中波形還為正弦波,但這是軟體的用戶界面優化的結果。顯然,給任何人兩個點,要求畫出一條正弦波,顯然不會有標準答案。”——我認為這里對恩奎斯特定律的理解有誤。分析一下離散傅里葉變換就知道對于離散時域訊號到離散頻域訊號的變換是能量保持的,而且既包含有確定頻率下正弦波的幅度資訊也包含其相位資訊,換句話說,即使是每個周期內只能采集兩個點,根據離散傅里葉變換的性質,也是可以還原出一個正弦波訊號的,而并非是軟體自己臆斷出來的一個波形。而實際上采樣率帶來的問題主要是由于恩奎斯特定律產生的混疊效應。這是由在時域上的采樣率過低所導致的。如果說存在臆斷的話,對時域上的(比如說每秒44100個采樣點的)兩個采樣點之間的過渡才是導致失真的來源。而對于已經采樣得到的時域上的離散點來說,都會得到一個標準且唯一的正弦波:-)
發表于2011.12.03 16:52:18
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123.064.115.***
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發表于2011.11.18 22:23:19
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221.006.029.***
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發表于2011.11.13 23:44:22
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221.006.***.***
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技術分析,好。
發表于2011.11.13 23:43:11
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111.240.191.***
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發表于2011.11.09 18:04:08
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發表于2011.09.14 22:50:36
42
114.243.225.***
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發表于2011.09.14 12:48:36
41
183.005.196.***
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發表于2011.09.14 10:16:01
40
發表于2011.09.13 23:54:29
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