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ZEPHONE『常识』关于各种数字音乐碟片格式

2021-09-03  93

大家是否知道曾经带给我们无数欢乐的CD唱片,到底是从何而来的呢?其实早在1957年第一张光碟片在实验室诞生开始,到1978年CD(Compact Disc)碟片正式商品化,再到上世纪八九十年代的辉煌期,碟片技术随着CD的广泛普及而获得巨大发展。


不管是前期不断演变的新式CD-Audio、Video-CD、CD-I、Mixed-CD、CD-Extra等传统格式,还是后来的更高级的HDCD、XRCD、SACD,都在诉说着那时CD技术的快速更新。而在新世纪数字技术和互联网发展的冲击下,一些极具价值的CD技术还未被大家全面认知,便已被消费市场无情的淘汰,逐渐悄无声息。

同样,与CD紧密相关的唱片业也深受重创。从近些年甚嚣尘上的“唱片已死”观点,到大牌歌星专辑的惨淡销售量(如近日新闻报道陈奕迅2013年某张专辑竟然只卖了900多张),我们痛心之余也在怀念CD的光辉岁月。

CD光盘技术经过数十年的发展和演变,虽然在互联网时代已经遇到了巨大的挑战,但其发展历程伴随着音响行业的辉煌,而且仍是音乐播放的重要载体之一。因此,CD光盘技术还是十分值得大家去了解和掌握的。

传统的CD唱片

CD的数字音频采用PCM多比特录音技术,以每秒44.1KHz采样频率,16bit量化精度来记录音频数据。以后所开发的多种数字音频产品,如DAT、DCC、MD等也沿用这种格式。

但PCM存在着一些难以克服的缺陷:

(1)当采用44.1 KHz取样频率时,必须在22 .05KHz处采用急剧升降的数字滤波器,以防止基带外的频率成分混入。该种锐截止滤波器带来的群延时失真明显地劣化了高频端的重放音质。

(2)对于小信号,PCM方式中由于量化噪声的原因造成信噪比下降。为了解决这个问题而采用了一些改善措施。但这些措施随之又带来了新的问题,导致在声音还原时人们很容易辨别出CD还原的数码声,具体表现在低频生硬、单薄,中频不够透明,高频有毛刺感等。迄今近20年来虽然这种技术虽然在不断进步,量化编码从16bit上升到24bit、32bit,采样频率提升到96KHz,即使这样,其改善也是有限的。

HDCD的横空出世

1992年,HDCD面世,是High Definition Compatible Digital(相兼容性高分辨率数码技术)的缩写。它采用一种新的录音技术,在将母带上的模拟音频信号送入HDCD编码器的时候,以超过传统CD制式44.1KHz/16bit的高解析力编成数码信号,此时产生的信号将多于普通CD所能容纳的信号。

HDCD编码器让多出来的信号进入以11个Motorola DSP56001处理器组成的超强电脑处理,以连续且即时处理的方式,配合工程师所研究的音响心理学的影响,将全部信号筛选后再分成传统的CD音轨所能容纳的部分和超出的信号部分,HDCD编码器将后一部分信息放在传统CD的隐藏式指令轨里面,以便能与现有的CD系统相兼容。

因此HDCD解码芯片PMD100包含有两个部分,一部分是数字滤波,另一部分是HDCD解码。在播放普通CD唱片时,HDCD解码部分是不工作的,此时的PMD100可看作一片高性能的数字滤波器,其音质优于现在广泛使用的NPC系统的数字滤波器。当播放以HDCD方式录制的CD片时,PMD100中的HDCD解码器会自动检测到CD片隐藏式指令轨中的信号,并将之还原成高分辨率信号,经数模转换输出,即可感受到高分辨率CD的独特魅力了。

普通CD机可以播放HDCD碟片,理论上比播放普通CD音质要好。但要享受真正HDCD的魅力需要购买带HDCD解码的CD机。


DTS-CD,让环绕声再现于音乐中

DTS-CD,顾名思义就是DTS音轨的音频Audio-CD。其存储方式与一般的音乐CD相同,都是16bits、44.1kHz 采样频率。但是DTS-CD中纪录的实际内容并不是普通CD的PCM采样信号,而是DTS编码的音轨信号。由于DTS-CD文件记录形式与普通CD兼容,因此它也就与音乐CD一样可以用普通的方法复刻、制作和播放。

DTS-CD需专用解码芯片。不过现在市面上几乎所有的DVD机都支持DTS(同轴电缆或者光纤送给功放解码,或者直接用DVD机内置的解码芯片解码),所以DTS-CD大多数人都可以用。传统的CD机不能放,放的时候只有沙沙沙的声音。


昙花一现的DVD-AUDIO

1999年3月,DVD联盟指导委员会通过的DVD-Audio(简称DVD-A)的1.0版本,并于8月最后定稿DVD-A音频格式。DVD-AUDIO是与DVD Video尺寸容量相同,是音乐格式的DVD光盘。它采用与过去CD相同的“PCM线性“录制,或采用由英国Meridian所研发的"非删减式压缩技数MLP”。 DVD Audio支持多种数字讯号格式,其允许的位有16位、20位、24位三种,多声道模式最多达6声道。可以实现数字环绕三维高保真音响效果。

DVD-AUDIO需要专用的带DVD AUDIO解码的DVD才能放。如今中低档的有DVD-AUDIO解码的DVD机只比同档次的普通DVD机贵几十钱。

发烧友追崇的XRCD

XRCD是采用日本JVC公司开发的K2接口,包括了Mastering设备、制造工序、硬件与理论等多方面成果。这一技术,在CD制作的各个环节都以独创的主时钟系统对时基进行控制,使CD制版的抖晃失真系数以及玻璃母模的组误差系数有大幅降低,制版精度相应地则有大幅提高,从而使CD制作中的保真度有了很大的保证。

XRCD可以说是完美的16bit,不需要任何附加设备,在任何一部唱机上都能表现出CD的最高音响效果来。JVC公司为了保持XRCD品牌的优势,在选择母带品质上极为严格,而且对母带的XRCD再制作、刻母盘、压片等各工序都有严格的要求,加之技术保密等原因,JVC公司严格规定只能在本公司的本土的定点制作室及定点工厂加工生产。

由于这些特性,即使是以数字对数字的刻制母盘这样严格方式进行非法复制,加工时不使用XRCD技术,XRCD的优势也将毫无显现。因此XRCD又被称为是“不能被盗版的光盘” 。普通CD机可以播放XRCD碟片,但从网上BT下载的XRCD大多没有真正的XRCD效果。


高规格的SACD

1999年,索尼和飞利浦公司合作开发的一款具有全面取代CD音源实力的数码系统——SACD,全称为Super Audio CD,即超级音频光盘系统。SACD采用DSD数字录音技术,它的频率范围和动态范围均优于CD。SACD是一种新型的光盘,它不是CD格式,而类似DVD光盘,播放时需使用SACD专用的播放设备。其硬件结构是在DVD的前身MM-CD高密度光碟上发展起来的。

它一种单面双层结构的碟片,直径为12cm,厚为1.2mm,外观与CD片一样。最早露面的SACD只有单面双层一种结构:上层为CD层,与CD片的物理结构和数据结构完全一样;中间0.6mm处分了一层HD层,这里的物理结构与DVD一样,数据为SACD的高品质音频结构,但音乐内容与上面CD层一样,最多也只能放74min(分)节目。

SACD的信号采用一种叫1bit直接数据流数据(DSD)的技术,采样频率达到了2.8224MHz(大家可用乃奎斯特定理算算这是一个什么样的概念)。它声音的清晰度、信嗓比、动态和频响都远高于现行CD标准。

CD机可以播放SACD,读取CD层上的信息,还原出CD品质的声音。原CD片也可以放入SACD播放机中播放,像DVD播放CD一样,放出的也是CD品质的声音。但要享受真正SACD的魅力需要购买带SACD的CD机。但是,如同DVD-Audio一样,SACD唱片的价格偏高,专用的播放器材也不便宜,不利于高格式CD的普及。


结语:

从曾经的16bit/48kHz、24bit/96kHz到如今的24bit/192kHz、48bit/192kHz,音频技术在发展,光盘音频播放技术也在发展。随着Blu-ray(蓝光)技术的普及,越来越多的音乐爱好者开始把目光转移到蓝光碟的作品中。蓝光碟拥有的巨量储存空间,可以储存多声道以及更高品质的无损压缩音频,在声音表现上比传统CD或者SACD有更出色的表现,但是在播放设备和音乐内容上,还有许多突破点和发展空间。