扩频多址方式（两声道讯源的类型与发展）

原文作者：陈彦骅

出处：《AV新视听》，略有删减。

模拟讯源,数字讯源差别在哪?数位讯源的格式又有什么差别呢?以笔者过去接触过的音乐迷来看,其实多数人搞不懂数位音档格式所代表的意义,大部份印象无非是“黑胶最好听”、“串流很方便”或是“CD是不是过时了?”等,因牵涉观念与名词较多,口头解释时往往又过于繁琐,导致许多人没办法好好理解这些讯源实际上的差别，本文将会针对讯源做介绍。

模拟讯源---黑胶唱片

说到好音质,许多音乐迷肯定会推崇黑胶唱片的好声,不过其中却不乏有根本没听过黑胶唱片的人,同样跟著赞赏黑胶唱片的美声。为什么会有这种情况发生呢?其实多半是听家中长辈所说,再加上近年黑胶市场复兴,造成市面上普遍有“推崇黑胶”的印象。那么黑胶唱片到底是什麽呢?黑胶的英文写做LP(Long Playing),可能有人会纳闷,为什麽也有厂商写做Vinyl?原来Vinyl是指製作唱片的材料,学名上称为乙烯基,类似生活中常见的PVC塑胶材质。不过Vinyl原本是透明无色的,只是过去生产时习惯加入颜料调成黑色,才会俗称黑胶。另外,由于早期还没有Vinyl这种材质,当时所使用的材质则是虫胶(Shellac)。

关于黑胶唱片的发展,最早可追溯到1920年代,当时美国西电(WE)因要录製电影配乐,发展出每分钟33又1/3转,直径16吋的唱片,而这种唱片每面能播放11分钟,符合当时24格,每300公捲尺的35毫米电影胶卷的格式。虽然78转的唱片在1950年代时一度造成风潮,但现今市面上黑胶唱片大多为33又1/3转以及45转的版本,直径尺寸则有10吋,12吋两种大小。

为何会有这麽多音响迷推崇黑胶唱片呢?最主要原因是黑胶唱片在播放时,并不像CD及其他数字讯源,经过数字讯号转换成模拟讯号的过程。进一步说,声音若储存为数位音档,是以许多取样点的形式呈现,因此多半不是平滑的波形曲线,而当数字档案要转换成模拟讯号时,必须将取样点透过数字运算方式转换为平滑的模拟讯号,在这个步骤就会造成失真问题。

由于黑胶播放时是以唱头读取唱片上的刻度,再由读取到的刻度传输模拟讯号,理论上它的声音会更平滑,贴近现实生活所听见的,简而言之,就是更加自然。但必须要注意的是,由于黑胶播放时会影响到声音的因素很多,例如唱头,唱臂,唱头放大,甚至是唱盘本身都会让声音有所差异,常常同一片黑胶用不同厂牌的唱盘来放听感就会不同,因此黑胶的声音也非绝对中性,相较数位系统挹注成本也会高上不少。黑胶唱盘看上去就像工艺品一样美,而这也是许多音响迷推崇的点之一。

黑胶唱片的发声原理,是以唱头读取唱片上的波形刻度,再藉由唱头放大器放大讯号还原,不需经过数字转换的过程。

盘带

盘带可说是音响迷追求类比声的极致展现,虽然市面上流通极少,但仍让部分人深深为之著迷,甚至不惜一切想收藏。盘带英文写做“Open Reel”,最初是拿来当作78转虫胶唱片的母带。所谓母带,就是乐手在录音时最初的载体。而最早的商用盘带机是德国AEG在1935年时所推出的K1,这间公司同时也是Telefunken的母公司,后者可是让老音响迷津津乐道的经典厂牌。不过盘带的音质也不是一开始就被重视,早期盘带机音质始终无法超越78转Vinyl唱片,一直到后来推出的Magnetophon录音机,才终于超越78转虫胶的音质,但此一技术始终被德国视为”最高机密”,一直到二次世界大战败阵后,同盟国才取得相关技术。

由于各大唱片公司理解到盘带能呈现出良好音质的优势,在1950年代时,市面上除了黑胶以外,也有最高规格“1:1”等速拷贝的7吋盘带。但由于单价,成本都极高昂,再加上1963年飞利浦推出便宜的卡式带,使早期高规格盘带仅在1955至1962年风行,之后便迅速消失于市场。因为多数音响迷追求的是最真实,接近现场的音质,所以现在仍有人持续收藏盘带。盘带除了录音最可能为第一手以外,还有调整上较黑胶唱片精准等优势。例如黑胶光是唱片换个厚度就要重新调整唱头,否则声音会不正确;但盘带只要一开始调整完成,就不太需要再做修正。虽然因为成本问题盘带不太可能造成风潮,目前仍有部分音响迷为追求真实音质而收藏。

由于体积较大,盘带机看起来相当有气势。

卡式录音带

卡式录音带英文写做“Compact Audio Cassette”,俗称卡带,录音带,名称中的“盒”源自于法语,意为小盒子。卡带外观最早虽有许多不同的格式,但多数皆作记录声音之用途,一直到1971年,由Advent公司推出的201型磁带机问世后,才真正被用于音乐用途,也开启了高传真卡带及卡带播放器的时代。当时这款磁带机除了具备杜比B型降噪系统外,也採二氧化铬(CrO2)磁带,并搭载由3 m公司Wollensak相机部门提供商业级磁带传动构造,使卡带声音更上一层。

1980年代时,以索尼随身听为首的携带型袖珍卡带播放器(随身听)大量攻占市场,使卡带轻巧的优点更能被全面发挥。不过在大部分西方国家,卡带虽在1980年代末期还迎来了市场上一阵风潮,但在1990年代初期时便急遽衰退,取而代之的便是CD。

虽然卡带在市场上已然衰退,但目前仍有部分音乐迷会以播放卡带的方式来聆赏音乐,主要的原因在于相较黑胶,盘带,卡带所需要付出的成本较小,却同样能够听到带有暖味的类比声。且由于卡带的录制相当快速,能够短时间内便制作完成,相对成本也较小,现今仍有较无资源的独立音乐创作者,乐于以卡带形式推出限量版商品。

不过卡带虽然也具有类比暖味,但同样与黑胶,盘带一样有很难精确选歌的缺点。另外,卡带本身并不易损坏,但卡带播放器必须定期维护才能维持有效率的工作状态,例如磁头须定期清洗除去污点,灰尘;或是当零件老化,供带轮比紧带轮转得更快时,也有可能使得卡带被播放器卷入,产生“绞带现象”。

卡带有著体积轻巧,制作成本低等特点,因此独立音乐创作者仍会以卡带形式发行限量版商品。

卡带可说是将大众聆听音乐习惯转变为随身聆听的鼻祖。

数字讯源---CD

CD完整名称为“Compact Disc”,早期中文翻译为“雷射唱片”,但近年来大都以英文CD称之。CD是由日本的索尼与荷兰的飞利浦共同开发,于1974年首度发表,当时称为“Audio CD”,并在1982年正式问世CD的诞生改变了大众聆听音乐的方式,全球音乐市场也就此从类比进入数位时代。

一张标准的CD直径为12公分,具备700 mb储存容量,能够容纳74分42秒音乐。但最初索尼与飞利浦只是想打造一款能够播放60分钟,直径为10公分(或11.5公分)的数位音乐载体,由于当时索尼副社长大贺典雄坚持,必须要能够播完贝多芬第九号交响曲,才会是现今看到的这个格式。

美国自1981年开始销售CD,于2000年时达到顶峰,该年美国整年约销售出9亿4300万张CD,但在此后便逐年下降,至2016年时只剩下约9千900万张的销量,与最高峰相比整整萎缩了90%以上。最关键的点在于,2001年时,苹果推出第一款iPod,就此开启了网路下载数字档案的时代。CD内存的音乐档案,位元数为16位,取样频率则为44.1 khz,前者用于记录声音的强弱,轻重变化,后者则是每秒取44100个样本组成离散讯号(关于数字档取样频率,后面会再说明)。

虽然目前CD在市场上风光不再,但由于经历过流行乐蓬勃发展(约1980至2000年)的时代,许多经典曲目如果串流平台上没有,或是数字平台找不到高解析档案的话,它依然会是聆听较高品质音乐的好选择。且由于播放CD档案的成本并不高,即便只有电脑做讯源也能够透过软体轻松拾取(分离)成数字档案,因此许多音乐迷还是会倾向以CD无损音档做为聆听音乐的方式。

顺带一提,目前市面上也有各种不同名称的CD,如SHM-CD, HQCD, K2HD, XRCD, LPCD等等,虽然都号称具备超越CD的高音质表现,甚至也有标榜母带直刻的产品,但实际上它们的解析度规格都仍为16位/ 44.1 khz。

雷射唱片的诞生,正式使模拟讯源转变为数字讯源时代。

SACD

SACD完整名称为“Super Audio CD”,同样是由索尼与飞利浦于1999年所开发出的音乐储存载体。当时的时空背景为CD市场正迈向高峰,看起来是发展更高音质技术的好时机,索尼与飞利浦因而制定了SACD格式,取样频率高达2822.4千赫(以1位脉衝讯号来记录音量高低落差),为一般CD取样率的64倍,且SACD取样频率范围更高达了100 khz以上。

SACD以DSD(Direct Stream Digital)方式录音,与传统PCM录音方式不同,原理是将所有讯号以每秒280万次直接把类比讯号波型转变为数字讯号,如此取样方式将可以得到趋近于模拟讯号的波型,且在中低频能够有更多的动态,而高频部分相位误差也会降到极低的程度,但高频噪音则会出现在远高于人耳极限的极高频,这个缺点在后来已获得大幅改善。顺带一提,SACD省去位元转换过程,降低数字滤波可能产生的失真与杂讯。

如果要白话点来讲,SACD的音乐储存方式较接近黑胶等模拟讯号,属于线性的波型,理论上听起来声音会与黑胶有相同的滑顺感,也会更加自然。由前述内容看来,SACD的音质理论上是胜过CD的。

SACD规格会在光碟片身上特别标注“Super Audio CD”。

90年代末期,正当索尼与飞利浦试图以SACD格式的专利再次称霸市场时,便有其他厂商不愿意再让他们主导市场,因此联手推广dvd音频;在SACD出现一年后,dvd音频也正式在市场上推出.DVD-Audio与CD一样採用PCM编码方式储存音乐,最高可储存24,192 khz的高解析(高分辨率,缩写高分辨率)音乐档,且製作上也与CD大同小异,当时大多数音乐製作公司都有能力製作。

SACD通常要搭配专用播放器,才能够发挥出其高音质的特色。

数字档案

在CD问世之后,音乐市场虽然正式从类比走进数字时代,但由于CD还是以整张专辑销售的概念,因此多数音乐迷仍会看重专辑的整体性,不过在弹跳及线上下载服务开始普及后,专辑的概念已然被打破,使用者可以依照自己的喜好选择歌曲,编辑歌单,至此创作者的理念也与过去不同。

前面提到的数位讯源,有各种不同的格式,例如PCM的格式可以为WAV, FLAC, MP3及AIFF(苹果专用)等,现在还有MQA正逐渐普及;DSD档案则有DSD64, DSD128等规格,这些数位档案因为数位平台的崛起,而逐渐能够轻松购买,甚至有些串流平台也有支援到DSD档案。以下笔者将介绍PCM与DSD的差别。

PCM

脉码调制又可写做LPCM(Linear Pulse Code Modulation)中文翻译为”线性脉衝编码调变”,最初即是创造来将模拟讯号转化为数字讯号使用.PCM会将讯号强度依照固定间距分成数段,再使用独特数字讯号将其量化,这个过程也被称之为取样(Sampling)。

以CD为例,其取样率为44.1 khz,位元数为16位,前者也就是每秒取44100个样本组成离散讯号。PCM取样逻辑是以处理数字资料的形式进行。但在储存时,声音讯号的强弱已被相邻两个阶梯牺牲,而在播放时数字讯号又会再经一次数字滤波过程,此两过程皆会让许多音乐细节消失;由此看来,取样率的多寡,就与音乐失真程度息息相关。而如何将讯号还原成最贴近原始状态,就考验著每家厂商的功夫,这也是高级厂家DAC(Digital to Analog)价格高昂的主因。

顺带一提,目前市面上还有一种PCM格式,即是由英国子午线研发的MQA(Master Quality Authenticated),这项技术能够将高分辨率的档案压缩,让高分辨率的档案大小等同于CD无损音档(16位/ 44.1 khz)。其原理是将超过24 khz的音乐讯号“摺进“0 hz至24 khz的频域中,只要透过MQA技术解码,便能够聆听到88.2 khz, 96千赫(软体解码),甚至是176 khz, 192千赫(硬体解码)等高规格音质。

由于MQA只需要DAC具备对应解码能力即可,因此也被部分音乐製作公司视为是复兴CD片的要角,近几年市场上逐渐看得见MQA CD的踪影。但目前市面上无论是能够解码MQA的CD播放器或是DAC选项仍相当少,且皆价格不斐。音乐迷与其购买能解码MQA的DAC,更可能选择能直接解码MQA的数字串流播放器,这也使得MQA在数位串流上的应用较为普及。

PCM是以量化方式将模拟讯号转化为数字讯号储存,因此无论在模拟转数字,数字转模拟过程,皆会有失真情况产生。

DSD

有别于PCM用钻头纪录音乐讯强弱,DSD是以脉波疏密程度来代表音乐讯号的电位变化。举例来说,若讯号波形正”向上走”,便会以1作代替,反之若讯号向下则会以0作代替,因此当音乐讯号快速变化时,就会出现一长串的1与0疏密排列。

以SACD的DSD档(1位/ 2.8224 mhz)为例,它即为“每2.8224百万分之一秒”的速率送出一个“1”或“0”讯号;“1”的密度越高时,表示音讯波形曲线上行速度越快,“0”的密度越高,时则表示音讯波形曲线下行速度越快。

前述内容有提到,DSD最早为索尼与飞利浦为了开发SACD所制订的数位音乐格式;而在全球音乐市场已然成为数位下载档案的天下后,索尼于2006年推出DSD-Disc(以SACD为基础),并将其防拷贝保护层移除,让DSD档案可以被複製进家用电脑中。虽然在失去市场主导地位的情况下,DSD-Disc只短暂出现后便退场,但也使DSD从过去实体载体,转变为可数位流通的型态。目前在网路上,已有数位平台提供DSD音档可供使用者付费下载。

由图可看的出,DSD是以脉波疏密程度来代表音乐讯号的电位变化,例如,当音波急遽向上/向下时,会个别以密集的0和1表示。

串流平台

在2001年iPod问世后,数字音乐下载平台成为了市场主流,无论是早期有损压缩的MP3音档,到后来音响迷追求的高解析DSD音档,付费下载聆听音乐档的形式一度造成全球风潮。但这个盛世在2016年便已结束,该年串流音乐(Streaming Music)服务平台营业额已经超过下载音乐档。串流音乐从2009年兴起至2018年为止,成长已超过260%。

串流平台可说是目前音乐市场最重要的讯源,无论是否为追求高音质享受的音乐迷皆有所耳闻。另外,也有用户会透过Youtube聆听音乐,虽然平台本意并非用于提供串流音乐,但形式上它也可算是一个串流平台了。

而所谓串流,即是指平台供应商会将音乐或影像先行压缩,再透过网路传送到用户端,用户端不需要下载,只要有暂存,缓冲功能,便能由缓冲记忆体读取播放,播放完便会消失。用户可以随时点选自己想要的内容,也可自行编辑清单。除了可随选,不占容量的优点以外,串流服务实惠的价格也是吸引使用者的重要特点。以目前串流平台所能提供的音质来看,Spotify,Apple Music以及KKBOX三者所提供的皆为MP3规格。如果想聆听高分辨率的音质,则可选择TIDAL,Qobuz, Deezer等,其中TIDAL,Master,Qobuz Sublime 甚至还支援MQA等级的高解析音质。

由于聆听音乐的习惯改变,市面上有越来越多的串流播放器,甚至是结合串流功能的一体机,使得音乐迷享受音乐的方式变得更加轻松。

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