簡(jiǎn)要分析高分辨率音頻及便攜式播放器的發(fā)展

聲音的數(shù)字化捕捉及復(fù)制以供人類(lèi)消費(fèi)，這個(gè)歷程已持續(xù)了幾十年。有損壓縮技術(shù)——減小文件尺寸使音樂(lè)更加便攜的技術(shù)，使得年輕的一代更好地接納一路隨他們成長(zhǎng)的MP3“退化的聲音”。激光唱盤(pán)(CD)比MP3的音質(zhì)更高。音頻開(kāi)發(fā)的另一面便是高分辨率、音質(zhì)高于CD的音頻。這種新的音質(zhì)范式要比CD唱片（標(biāo)準(zhǔn)清晰度文件）更加清晰，并能提供更多的音樂(lè)空間。不管高分辨率音頻是否已成為主流，當(dāng)它發(fā)展得如MP3一樣便捷的時(shí)候，越來(lái)越多的人便可以很快走向一個(gè)CD音質(zhì)或標(biāo)準(zhǔn)清晰度音樂(lè)的“中間地帶”。

盡管MP3的音質(zhì)已被大眾接納，但音樂(lè)家、音頻工程師和高保真音響愛(ài)好者對(duì)音質(zhì)有更高的需求。自90年代初，當(dāng)CD開(kāi)始替代黑膠唱片和磁帶接管市場(chǎng)時(shí)，聽(tīng)眾一度對(duì)數(shù)字媒體是否能準(zhǔn)確地捕捉現(xiàn)場(chǎng)音樂(lè)表演的重要品質(zhì)存有爭(zhēng)議。大部分持批評(píng)意見(jiàn)者將矛頭指向嚴(yán)重有損便攜式文件，雖然這些文件經(jīng)過(guò)重度壓縮后下載速度更快。音樂(lè)家和制作人則傾向于為便攜式消費(fèi)發(fā)行高分辨率音頻文件。相比壓縮文件格式存儲(chǔ)音樂(lè)的方式，這已經(jīng)是很大的改進(jìn)，但它也超越了標(biāo)準(zhǔn)清晰度文件(CD文件)。CD音質(zhì)并不限制音頻分辨率，但優(yōu)于CD的分辨率 (高清)造價(jià)昂貴，改進(jìn)不佳，這是個(gè)問(wèn)題，尤其是如果人們認(rèn)為沒(méi)有必要購(gòu)買(mǎi)標(biāo)準(zhǔn)清晰度的音頻時(shí)。

音質(zhì)相關(guān)的考慮因素

想了解音頻質(zhì)量，必須首先理解兩個(gè)主要考慮事項(xiàng)。第一便是采樣率和位深度(請(qǐng)參閱文末術(shù)語(yǔ)欄的定義)。這兩個(gè)規(guī)范都是在錄制歌曲時(shí)進(jìn)行確定。目前CD質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是采樣率44.1千赫(kHz)、位深度16位。

圖1:音頻采樣:藍(lán)色點(diǎn)是紅色模擬信號(hào)的樣本。位深度垂直顯示，采樣率水平顯示。圖片來(lái)源:Wikipedia.org

另一個(gè)需要考慮的因素是文件壓縮。音頻文件的本機(jī)位率是每個(gè)音頻通道(立體聲是兩個(gè)聲道)的采樣率和位深度的乘積。不過(guò)，文件的位率取決于其如何被壓縮及編碼。大多數(shù)音頻文件都被壓縮到一個(gè)便攜設(shè)備上。通常，一個(gè)音頻文件被壓縮，并從一個(gè)巨大的波形音頻文件(WAVE)（位率為每秒1411.4千比特），轉(zhuǎn)換到一個(gè)類(lèi)似MPS、Vorbis或無(wú)損音頻解碼器（FLAC）的較小的文件格式 (最大位率為320 kbps)。軟件編碼器進(jìn)行壓縮，每一次都使用不同的算法來(lái)決定哪些數(shù)據(jù)可以被刪除，而不需要大幅改變音頻。例如，128 kbps的Vorbis文件比同等位率的MP3音質(zhì)要更好，因?yàn)閂orbis編碼器使用了不同的算法來(lái)壓縮文件。FLAC格式以有效無(wú)損壓縮及不受許可成本限制而聞名，因此，它已或多或少成為大小合適且高質(zhì)量音頻的代名詞。蘋(píng)果公司有其自身開(kāi)發(fā)的格式：用于iPod的有損壓縮高級(jí)音頻編碼(AAC)(可與MP3媲美)，用于Mac的無(wú)損壓縮蘋(píng)果無(wú)損音頻編解碼器 (可與FLAC媲美)，以及音頻交換文件格式(AIFF)，即一種與WAVE相當(dāng)?shù)奈磯嚎s文件格式。

音質(zhì)低劣的問(wèn)題使得許多發(fā)燒友都不喜歡任何數(shù)字或便攜的產(chǎn)品，而另一些人則一直鼓吹對(duì)舊音頻進(jìn)行重新采樣，并以更高的音質(zhì)進(jìn)行發(fā)布。Neil Young的公司Pono首次對(duì)高清晰度、無(wú)損壓縮的音樂(lè)進(jìn)行了收費(fèi)。Pono音樂(lè)播放器播放的是24位192kHz的 FLAC文件，位率范圍是1411kbps到9216 kbps。CD通常是16位44.1 kHz。如今，大部分音樂(lè)都是高分辨率錄制的，但數(shù)字錄制仍是新領(lǐng)域，“數(shù)字大師”就以CD音質(zhì)進(jìn)行錄制?！澳M大師”可以以所需的高分辨率音頻規(guī)格從磁帶轉(zhuǎn)換到數(shù)字，但以16位44.1 kHz錄制的音質(zhì)并不能達(dá)到“Pono音質(zhì)”的標(biāo)準(zhǔn)。如果高分辨率能滿足年輕人的愿望，那更多的內(nèi)容將需要以高分辨率錄制。音樂(lè)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開(kāi)始為那些被認(rèn)為是高分辨率的東西制定標(biāo)準(zhǔn)，但音樂(lè)愛(ài)好者們會(huì)認(rèn)可嗎?

圖2:Pono市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)片Pono規(guī)格與其他音樂(lè)格式的比較

只有當(dāng)消費(fèi)者認(rèn)為質(zhì)量的提升值得付出額外的成本時(shí)，才會(huì)有更佳質(zhì)量的內(nèi)容產(chǎn)生。更高的質(zhì)量需要更多的存儲(chǔ)空間。64g(GB)內(nèi)存的iPhone可以收納大量256kbps MP3音樂(lè)，如果用戶(hù)可以在播放器上下載更多的內(nèi)容，他們似乎很樂(lè)意聽(tīng)壓縮音樂(lè)。Pono播放器也有64 GB的內(nèi)存，但平均為192 kHz 24位FLAC(Pono音質(zhì))的文件，約195兆字節(jié)(MB)左右。相對(duì)而言，44.1 kHz 16位的FLAC僅為6.7 MB。“Pono音質(zhì)”音頻作為無(wú)損CD音質(zhì)文件占據(jù)了近30個(gè)空間。當(dāng)然，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)造價(jià)越發(fā)便宜，且占據(jù)面積越來(lái)越小，所以對(duì)音頻文件大小的擔(dān)憂都只是暫時(shí)的。但就目前而言，這種在感知改善方面的小小提升需要占用昂貴的空間，對(duì)于大多數(shù)音樂(lè)播放器或智能手機(jī)來(lái)說(shuō)則不實(shí)用。

像Pono這樣的播放器還擁有專(zhuān)門(mén)的硬件，并聲稱(chēng)“任何文件都將有更佳音質(zhì)”。但這卻大大提高了播放器的成本。Pono播放器目前售價(jià)為$399，且額外配置一副優(yōu)質(zhì)耳機(jī)費(fèi)用$300，一副耳機(jī)放大器則$200，這樣才可以從Pono商店($20)聽(tīng)到高清質(zhì)量的專(zhuān)輯。但時(shí)間已經(jīng)證明，發(fā)燒友對(duì)于高質(zhì)量的音響系統(tǒng)愿意支付更多的費(fèi)用。但如果他們花費(fèi)了額外的費(fèi)用，卻聽(tīng)不出音質(zhì)有何差別，則要另當(dāng)別論。

高音質(zhì)是否優(yōu)于CD？

對(duì)于高清視頻，在大屏幕上顯示時(shí)，分辨率差異變得尤為明顯，而高清音頻并非如此。每樣本位數(shù)越多，量化誤差則越小。24位音頻的優(yōu)勢(shì)主要凸顯在音頻工程師的工作中。在錄制過(guò)程中，他們可以使用24位音頻來(lái)對(duì)抗噪音，從而使音樂(lè)創(chuàng)作有更多的 “空間”。雖然聽(tīng)眾幾乎不會(huì)注意位深的增加，高采樣率的優(yōu)勢(shì)也幾乎沒(méi)有凸顯。應(yīng)用一些工程原理，尼奎斯特定理認(rèn)為，為準(zhǔn)確采樣信號(hào)，樣本頻率必須是源信號(hào)的兩倍多。人類(lèi)聽(tīng)力的極限是20 kHz，所以44.1 kHz是人類(lèi)聽(tīng)力極限值的2倍。因此，理論上而言，它可以捕捉到人類(lèi)能聽(tīng)到的最高的音調(diào)。這就是為何標(biāo)準(zhǔn)變成了CD音質(zhì)，且更高的采樣率只能捕捉聽(tīng)不清的頻率。

出于各種原因，音頻工程師可以使用更高的采樣率。音調(diào)調(diào)整和速度調(diào)整便是案例。不過(guò)，他們通常會(huì)在控制過(guò)程中去除聽(tīng)不清的聲音。因此，對(duì)于最終的聽(tīng)眾而言，位率和采樣率對(duì)聲音帶來(lái)的改進(jìn)作用都是微小的。在儀器和那些聽(tīng)不清的頻率之間，通過(guò)更高的位率降低背景噪音所獲得額外 “空間”的成本是多少? Neil Young的高分辨率專(zhuān)輯額外收費(fèi)$10。

這里的討論當(dāng)然不限于Pono播放器。隨著存儲(chǔ)成本越來(lái)越低，更多的人可能會(huì)轉(zhuǎn)移到無(wú)損文件。問(wèn)題的核心是：消費(fèi)者選擇了便利而不是質(zhì)量。人們壓縮音樂(lè)以便隨身攜帶。消費(fèi)者并未注意到，他們的壓縮音樂(lè)聽(tīng)起來(lái)比CD音樂(lè)要糟。相比將高清音頻文件推向消費(fèi)者，Neil Young是否會(huì)努力說(shuō)服人們?cè)?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/107/" target="_blank">手機(jī)上使用無(wú)損壓縮的CD文件，以此為音樂(lè)界提供更高的服務(wù)?許多消費(fèi)者不再購(gòu)買(mǎi)CD，因?yàn)閺氖謾C(jī)上下載音樂(lè)更加便利。將來(lái)，更好的壓縮技術(shù)加之更快的網(wǎng)速，音樂(lè)愛(ài)好者可以更快速地下載FLAC，有損壓縮業(yè)務(wù)將退出歷史舞臺(tái)。消費(fèi)者可以在手機(jī)上擁有更優(yōu)質(zhì)的音樂(lè)，且不用額外支付費(fèi)用。除了文件質(zhì)量更佳，高質(zhì)量硬件也將體現(xiàn)價(jià)值。據(jù)稱(chēng)，在便攜式設(shè)備上，由于定制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，Pono的CD音質(zhì)文件比CD播放器更好。拋開(kāi)有關(guān)高分辨率的科學(xué)問(wèn)題，這一事實(shí)讓Pono在音頻質(zhì)量上贏得先機(jī)。在便攜式設(shè)備上以CD音質(zhì)播放相同數(shù)量的歌曲，使之聽(tīng)起來(lái)就如同立體音響系統(tǒng)，這是不錯(cuò)的體驗(yàn)。

說(shuō)到音樂(lè)聲，我們已經(jīng)擁有了最好的音樂(lè)。購(gòu)買(mǎi)高分辨率文件可能是一種浪費(fèi)，因?yàn)樵O(shè)備本身不足以匹配更高清的文件，并且人耳分辨不出音質(zhì)的差別。對(duì)于那些認(rèn)為值得為高分辨率文件買(mǎi)單的人而言，許多播放器都是“金耳朵”。數(shù)字音頻的最佳組成部分是，每個(gè)人都可以選擇自己想要付費(fèi)的音質(zhì)，且現(xiàn)在，對(duì)于那些想要在口袋里裝滿更好保真音樂(lè)的人來(lái)說(shuō)，有了更多的選擇。

術(shù)語(yǔ)

模擬——根據(jù)不同的頻率和振幅，音頻以連續(xù)波形的形式呈現(xiàn)，由磁帶和黑膠唱片捕獲。聲音的自然棲息地。

數(shù)字——音頻以離散二進(jìn)制樣本的形式，被計(jì)算機(jī)捕獲和存儲(chǔ)。

采樣率——通過(guò)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)采樣或捕獲每秒有多少次波形。一個(gè)樣本捕獲一個(gè)波的振幅(響度)。44.1 kHz是CD音質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的采樣率。

位深度——每個(gè)樣本的大小。在實(shí)際操作中，每個(gè)樣本所寫(xiě)的數(shù)據(jù)越多，樣本所能捕捉到的精度就越高。類(lèi)似于攝像機(jī)捕捉的像素的數(shù)量。位數(shù)越多，細(xì)節(jié)越多。CD標(biāo)準(zhǔn)是每個(gè)樣本16位。

位率——每秒音頻文件中寫(xiě)入的字節(jié)數(shù)。未壓縮的位率是采樣率與位深度的乘積(立體聲的兩倍)。未壓縮的PCM(CD寫(xiě)入的格式)文件是每秒1411.4千比特(kbps)。對(duì)于壓縮格式，位率根據(jù)需要的文件大小而不同，如：音質(zhì)不佳的MP3是128 kbps，音質(zhì)最佳的MP3是320 kbps。

壓縮——音頻文件尺寸最小化。這是通過(guò)音頻編解碼器完成的，它將文件轉(zhuǎn)換成一種新的格式。Codec可以是無(wú)損或有損。

無(wú)損——音頻文件壓縮即所有原始數(shù)據(jù)都涵括在內(nèi)，不需要為磁盤(pán)空間犧牲一些數(shù)據(jù)。例如，蘋(píng)果的無(wú)損音頻編解碼器(ALAC)和免費(fèi)無(wú)損音頻編解碼器(FLAC)。

有損——文件通過(guò)刪除數(shù)據(jù)來(lái)壓縮。有損codec使用算法移除人耳可以捕捉的一些數(shù)據(jù)，但是過(guò)多的壓縮會(huì)使音頻聽(tīng)起來(lái)不完整，如：MP3和Vorbis。