东拉西扯的收集了一些资料,都是与我要讲的主题有关的,首先在这里贴出来,让有心人先读了,心理有一些准备:
数字音频的PCM格式和DSD(Direct Stream Digital)格式
对音频的质量上来说,数字音频通过模数/数模转换后,越接近模拟音质就越好。但是,数字化技术在音频的编辑、合成、效果处理,存储、传输和网络化,以及在价格等方面,有极大的优势。
数字化时代的音频技术,并不是放弃模拟而转变为数码,而是两者有机的结合,取长补短,用数字化技术去追求模拟的音质,用数字化手段来弥补传统音频设备的弱点。
数字音频格式PCM和DSD的发展状况
PCM脉码调制数字音频格式是70年代末发展起来的,记录媒体之一的CD,80年代初由飞利浦和索尼公司共同推出。
PCM的比特率,从14-bit发展到16-bit、18-bit、20-bit直到24-bit;采样频率从44.1kHz发展到192kHz。到目前为止PCM这项技术可以改善和提高的方面则越来越来小。只是简单的增加PCM比特率和采样率,不能根本的改善它的根本问题。其原因是PCM的主要问题在于:
1)任何PCM数字音频系统需要在其输入端设置急剧升降的滤波器,仅让20 Hz - 22.05 kHz的频率通过(高端22.05 kHz是由于CD 44.1 kHz的一半频率而确定),这是一项非常困难的任务。
2)在录音时采用多级或者串联抽选的数字滤波器(减低采样率),在重放时采用多级的内插的数字滤波器(提高采样率),为了控制小信号在编码时的失真,两者又都需要加入重复定量噪声。这样就限制了PCM技术在音频还原时的保真度。
为了全面改善PCM 数字音频技术,获得更好的声音质量,就需要有新的技术来替换。近年来飞利浦和索尼公司再次联手,共同推出一种称为直接流数字编码技术DSD的格式, 其记录媒体为超级音频CD即SACD,支持立体声和5.1环绕声。(据说,其实这种格式早在50年代为了保存母带高低频两端的变化,而特意创造出来的。)
DSD音频格式简化了信号流程,去掉了PCM使用的多级滤波器,将模拟音频直接以2.8224 MHz的高采样频率,按1-bit的数字脉冲来记录。虽然DSD格式表示的声音信号是数字化数据,但是它又与真正的声波非常接近,可完整的记录当今最佳模拟系统的信息。最好的30 ips半英寸模拟录音机能记录的频率能超过50 KHz,而DSD格式的频率响应指标为从DC到100 KHz。能覆盖高级模拟调音台的动态范围,通过其音频频段的剩余噪声功率,保持在-120 dB。DSD的频率响应和动态范围,是任何数字和模拟的录音系统无法与之比拟的。从声音的质量上来说, 数字音频技术是为了接近模拟声音的质量。DSD音频格式的发展将更有利的与模拟音频系统配合。
4.7 GB 的SACD能存储74分钟DSD 8个信道( 2信道立体声和DSD 6通道的环绕声)。
DSD的脉冲序列可以直接下转为传统的PCM数字音频。目前在PCM和DSD共存的期,采用DSD下转运算技术,可以尽量保证音频信号的质量,消除内部重复量化错误,抑制波动,将混淆误差控制在最小。将DSD比特流下转为16-bit / 44.1 kHz数字音频,直接记录在普通的CD上,可使16-bit的数字音频接近20到24-bit的精度,使得16-bit的CD尽可能的保持DSD的音质。
DSD是理想的节目素材存储格式,用于母版的保存或数据库的建立。DSD的采样频率是CD的64倍即2,822,400 Hz。但是DSD每个采样仅占用1 bit,因此每个通道每秒的比特率为1 x 2,822,400 Hz或 2,822,400 bits。而CD每个采样占用16 bits,因此每个通道每秒的比特率为16 x 44,100 Hz或705,600 bits。实际上,DSD总的数据流只大于普通CD的4倍,数据量可以被当前的磁带和硬盘容纳。
磁带只有30年的保存期,而每种版权则有100年的保护。
PCM多位录音方式。把一个类比讯号做垂直切割,将波形的「形状」分成许多小段,这就是取样的工作。把类比讯号做水平切割,将波形的「振幅」大小(声音大小强弱)以一组多位字长来代表,这就是量化的工作。取样与量化,就是PCM多位系统还原类比波形与振幅大小的最重要工作。
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1bit DSD录音方式。取样工作与PCM方式相同,不过取样的频率很高,达到2.8224 MHz。与PCM不同的是,它不以多位字长来代表声音的大小强弱,而是以1或0代表振幅的强度,同时这些振幅强度成水平排列,就像一列车箱长短不同的火车。请注意图上音量愈大时(正弦波往上升时),1就愈多,音量愈小时,0就愈多。
为什么SACD还要提出1bit的DSD录音方式与之对抗呢?问题就出在由于CD的PCM数位录音方式必须经过取样(组合成波形)、量化(决定声波的振幅,也就是讯号大小,16 bit就代表2的16次方种大小不同的电压讯号变化,24 bit就代表2的24次方大小不同的电压讯号变化))过程。由于取样频率不够高,所以波形重组后无法还原成原来的类比波形;也由于量化过程中,难免会有遗漏的相对应电压变化(这也就是量化杂讯),所以必须使用数位滤波器来把量化杂讯滤除。当然,更为SACD阵营诟病的是,当类比讯号转为数位储存时,一开始就把高于20 KHz以上的所有频率滤除。一开始就不好,后面在努力也没用,这就是SACD阵营的看法。
1bit SACD的好处
既然SACD阵营认为多bit系统不够理想,那么它们的1bit系统又有什么好处呢?
第一,他们一开始就把再生频率订在100 KHz,这比DVD-Audio的96 KHz还高一些。更重要的是,他们把取样频率订为44.1 KHz的64倍,也就是2,822,400 Hz,这远高于DVD-Audio的192,000 Hz。这么高的取样频率代表什么意义呢?很简单,44.1KHz的取样频率代表在20 KHz的类比波型上取约二个点来重组类比波形,192 KHz的取样频率代表在20KHz上取约10个点,而2.8224 MHz的取样频率代表在20KHz上取约140个点。就再生波形的完整性上,取样频率愈高当然愈好。事实上,假若我们把取样频率换算为每取一个点要多少时间时,更会发现1 bit系统取样的快速:CD 44.1 KHz系统每0.0000226757秒取样一个,DVD-Audio 192 KHz系统每0.0000052083秒取样一个,而SACD 2.8224 MHz系统每0.0000003543秒取样一个。
取样只不过代表重组波形时的完整性,另外一个重要的东西,也就是波形振幅(声音的大小)。1 bit系统是怎么做的呢?这就是1 bit名称的由来了。多bit系统以16 bit或20 bit、24 bit的位字符串长度来代表讯号振幅的大小(也就是电压的高低)。换句话说,16bit的系统代表可以得到65,536段不同电压的变化,20 bit与24 bit则更高,请您自己计算。问题的重点是,不论24 bit能够切割出多少段电压的变化,它总是无法与原来类比波形电压的变化丰富性相比,因为类比的电压变化是连续的,也就是无限多段。更何况,要生产24bit或更高规格的芯片非常困难,所以,1bit系统干脆另起炉灶,它不以多位来代表波形的振幅,而是以0或1一个(Delta Sigma Modulation / 1bit Conversion LSI),把类比讯号转为1 bit数位讯号。
1 bit就完美无缺吗?
换句话说,多bit系统以垂直方向把波形切割成很多的电压大小变化,而1 bit系统则是以水平方向来把波形疏密排列出来,它以疏密排列的宽度(Width)来容纳音乐讯号,所以也有人称这种记录方式为PWM(Pulse Width Modulation)。到底这波形的疏密有什么意义呢?我们不要忘了,人耳所听到的声波就是疏密波,这也就是为什么1 bit系统再生方式比较类似类比方式的原因。
至此,我们必须要提出一个问题:既然以多bit的方式来再生声波的强弱变化会有遗漏,那么用1bit的方式就不会遗漏吗?答案是:二种方式都会有所遗漏,只不过1 bit系统因为处理过程少,技术难度较低,所以比较容易做得更好。事实上,如果光看动态范围,理论上24 bit的动态范围可以达到144 dB(每一个bit可以有6 dB的动态范围),而1 bit系统只能得到120 dB的动态范围而已。要提醒您,这里所谓的动态范围并不是涵盖0─100 KHz或0─96 KHz,而是顶多涵盖0─20 KHz而已。
1bit不需要数位滤波器
多bit PCM录音与1bit DSD录音之间有什么不同:
第一、PCM录音每秒取样192 K次,而DSD录音每秒取样2.8224 M次。
第二、PCM录音以24 bit(以前是16 bit)的位字符串来定位每一个取样点的不同电压大小,而DSD录音每一个取样点只以一个位(0或1)来代表声音强弱。这也就是说,如果声音增强,就以1来记录;声音衰减,就以0来记录。如果以正弦波形来观察,正半波都是以1来代表,负半波都是以0来代表(不要忘了,0与1代表电路上的开与关动作),正半波与负半波的交界点(0点)就以0与1的切换来代表。
第三、PCM录音在类比转数位或数位转类比的过程中需要用到数位滤波器,滤波动作愈多,就愈容易产生杂讯与错误。而DSD则仅在输出端使用一个类比低通滤波器,来把100 KHz以上的频率滤除。第四、DSD讯号很容易就可以转变为16bit / 44.1KHz讯号,所以DSD母带可以同时用来制作SACD与CD。而PCM母带无法用来制作SACD。
认识EMM Labs这家公司
对于二声道的爱好者而言,关注的焦点应该还是在二声道输出SACD,国内首度引进的EMM Labs CDSD转盘与DCC2数类转换器,同样属于二声道的SACD数字系统,不过CDSD与DCC2拥有一项极为吸引编辑部目光的功能,就是直接将PCM处理为DSD的技术,并且以SACD技术规格理论上两倍的取样频率工作。
把所有的CD变成SACD将PCM转成DSD,听起来很技术,讲得白话一点,就是能把所有的CD变成SACD,光这一点就让人心动不已。听音乐几年下来,相信大家手上都有不少CD收藏,虽然经过七年的发展,SACD唱片的价格已经从当年的千元以上高价向下滑落,起跳价格从四百多元开始,但是整体价格依然高出CD不少,要把心目中的好录音一张张搜集成SACD,不但要等唱片公司看好市场才推出,重新购买又是一大笔预算,现在只要拥有CDSD与DCC2,手中所有的CD都能变成SACD,怎么不令人兴奋?
买下SACD唱盘不等于可以把CD变成SACD,大部分的SACD唱盘只有播放SACD层会使用DSD译码,而CD层依然是PCM译码,但目前可以执行DSD数类转换的芯片,多半也内建了24bit / 96kHz或24bit /192 kHz的PCM解碼,所以新的SACD唱盘通常会直接将PCM升频到较高的格式,拉近与SACD的差距,但依然不等于把CD变成SACD。难道没有其它SACD唱盘具备相同的PCM转DSD功能?有的,dCS的Verdi La Scala唱盘与Elgar Plus数类转换器也可以把CD变成SACD,不过方法不一样,但是两家公司都强调是独家技术,详情没有公开。
推出时间较晚的CDSD与DCC2,技术上还是占了点优势,在标准SACD规范里面,取
样频率是2.8MHz,但EMM Labs还觉得不够,再Up-Sampling两倍成为5.6 MHz。
不仅SACD可以直接升频为5.6 MHz,连PCM转换DSD讯号时,也能使用5.6 MHz的取样频率。特别重视消除时基差在数字讯源当中,时基差(Jitter)是经常提到的问题,在数字讯号当中为了维持取样频率与运算的一致性,会装设一个标准时钟(clock)装置,在一体式的CD、分体的转盘和DAC当中都有,但是当两部以上的数字器材连接在一起时,就会以其中一部的时钟当作主要时钟,让数字讯号拥有一致的参考标准,才能避免时间不一致的情况。一般我们说使用AES/EBU传送数字讯号效果比较好,也是因为AES/EBU数字线其中就包含时钟讯号的传送,能有效降低时基差。
在CDSD与DCC2上面则是沿用专业器材的作法,将其中一部当作「主时钟」(master
clock),另一部当作「从时钟」(slave clock)。要用转盘还是DAC当作主时钟?用哪一部当主时钟都可以工作,但是一般我们会把主时钟设定在最接近数字转模拟的那一个关卡,避免传输之间的其它误差产生。所以CDSD与DCC2无论哪一部当主时钟,都可以运作,但说明书建议以DCC2担任主时钟效果最好。所以在测试的过程当中,我们采用原厂建议的最佳方式连接。
清楚分辨PCM与DSD的差异
为了迎接CDSD与DCC2的到来,编辑部规划了两个试听方式,先将器材送到洋活录音室,由我和录音室主人王秉皇先生共同试听,然后再到我家里的聆听空间,由编辑部人员进行集体试听。看看这套出自专业厂商迈向Hi End市场的新作,是不是能左右逢源,鱼与熊掌得兼?
这里,转贴一些例子:
在第一次测试选在洋活录音室,我们以平衡方式连接至Crookwood Master Brick前级,鉴听喇叭则是主动式的PMC BB5+XBD。在这里我们最关心的重点是SACD是否与CD有明显可以分辨的差异?我准备了不少Hybrid SACD软件,想要藉由SACD与CD层分头比对,结果发现当CDSD读取Hybrid SACD时,不能选择CD层,只能由AES/EBU输出PCM讯号。
在Diana Krall的「The Girl in the Other Room」当中,我们以SACD版与CD版(不是SACD的CD层)进行AB测试,在音质上SACD显得流畅滑顺,歌声柔嫩娇媚,但CD则较有冲击力,声音的颗粒感则比SACD来得粗糙。接着我们将CD升频为SACD,声音的滑顺与细致程度明显提升,再度与SACD版比较,CD升频DSD的效果与SACD相当接近,但Diana Krall这张专辑是由Al Schmitt负责SACD混音,原版SACD的动态还是比CD升频好一些。但是直接用CD转SACD,就已经让人感觉到明显的差异。
接着我们比对Mercury最近推出的史塔克「巴哈无伴奏」SACD,CD层虽是原本Wilma Cozart Fine 操刀,但升频为DSD讯号之后,大提琴的滑顺感更好,擦弦的光泽与与演奏神情更为逼真,那种彷佛回到录音现场的音乐魅力,令人听得入迷。直接聆听SACD层,则与CD升频差异不大,几度交换试听,升频与SACD层的差异不大,看来CDSD与DCC2将CD变成SACD的能力,几乎可以与正式发行的SACD匹敌。
从上面的比对,我们发现新的录音如果直接采用DSD方式制作,从CD升频未必比DSD好,但老录音转制成SACD时,CDSD与DCC2的升频就相当接近重发的SACD。CD一样实力不凡在第二场编辑部试听之前,我有两个晚上可以好好享受CDSD与DCC2,我的聆听重点摆在CD转SACD上面,贪心的不断换片聆听。每次前后比对,升频为DSD的表现都会让音乐的躯体(Body)显得更软调些,声音的柔劲内蕴,换成PCM聆听,则多一份阳刚之气,有时候觉得PCM表现摇滚或爵士甚至更猛更爆,但在古典乐的表现,无论是小编制的室内乐,或大编制的管弦作品,利用CDSD与DCC2升频,都会让音乐的旋律性和实体感更自然流畅。但我也必须强调,CDSD与DCC2不仅SACD能力不凡,光是把它当作CD来评估,都是一部令人赞叹的超级CD唱盘,更不用提具备升频至DSD的能力了。
EMM Labs推出的CDSD与DCC2,在音质上可以明显区分PCM与DSD录音格式的差异,而且具备录音室器材的特质,音乐表现没有偏颇的取向。以我过去使用Sony消费级SACD唱盘的经验,声音表现偏软,极高频延伸听得出修饰感,不过这也可能受到转录到DSD时的制作过程影响,CDSD与DCC2则具备中性 。聆听CDSD与DCC2的过程中,我认为DSD格式录音的软件,最好还是使用DSD译码播放,无论是DSD向下转成PCM,或是PCM升频转成DSD,或多或少都有可听闻的瑕疵,最好还是直接播放SACD层的DSD信息,而CD直接聆听PCM。但EMM Labs拥有的DSD升频技术,确实对音质有所改变,尤其是音响心理学(phycho-acoustics)层面的影响,更是值得玩味。而具备灵活的sampling rate设定加上前级功能,可以省下一部D/D转换器(digital-to-digital)与前级预算。
经过这次试听EMM Lab SACD CDSD+DCC2,我第一次明显感受到这种新规格与CD的差异。不过有趣的是,我听到的差异并不在于SACD提升频宽后的高频差异,而是在于低频。CDSD+DCC2所展现的低频权威感与浮突感明显超越参考CD系统,音场与乐器形体所呈现的3D立体感,也不是CD平面化的表现所能比拟。光是这点,就可以证明SACD超越CD的优势。CDSD+DCC2全频段展现出饱满的能量感,但是音质修饰的极为细致,丝毫没有过于强烈刺激的感受;相较之下,参考系统则显得较为清淡冷调,对于这项差异,我认为应是两者声底个性上的不同,而不是SACD本身的声音特性。
要以绝对的角度来判定CD与SACD的声音孰优孰劣,事实上并不是那么容易,因为在我聆听个过程中发现,播放SACD唱片的原始格式,在声音表现上有明显的差异。目前市面上大多数的SACD唱片,都是过去发行的模拟录音母带转制,或PCM格式的数字录音转换成DSD格式,只有少部分新发行的SACD唱片,从录音过程开始便使用符合DSD规格的器材录制,并能提供DSD多声道音效。经过实际聆听比较后发现,还是DSD录音的SACD唱片才最容易凸显出其轻松、宽深、大动态,及高解析的特性。不过值得一提的是,以CDSD转盘+DCC2数类转换器聆听PCM唱片,所获得的直接性及活生感同样令人印象深刻,感觉有点像是将同一个录音分别以LP及CD版本播放,LP唱片较能呈现透明、直接、自然的音色,CDSD+DCC2尤其能在透明的质感中,增添温暖、膨松,却又不失解析及飘逸高频的特性,令人印象深刻。
EMM Labs这家位于加拿大卡加利的音响厂商规模并不大,但是当1999年Sony找上Ed Meitner协助设计SACD器材设计时,Meitner不仅立刻接下Sony的委托,并且在三个月内就交出成品,也让EMM Labs的研发能力引起业界注意,不过当时EMM Labs的知名度还停留在专业市场,并没有真正踏入Hi End领域,后来推出Philips SACD 1000的改装服务,搭配EMM Labs DAC6这部多声道SACD数类转换器,依然维持浓厚的专业设计取向。不过去年推出的CDSD转盘与DCC2数类转换器,才真正在Hi End数字讯源领域,投下一枚震撼弹!
世界上真正的标准DSD转换器是由DSD/SACD技术的发明者,埃德-迈特纳Ed Meitner设计的。他在世界数字音频和模拟领域都有杰出的贡献,他参与创立的Museatex与Orion、Apogee,组成了现在的ADS T集团公司,他的许多重要模拟和数字音频技术一直被延用至今,其中包括著名的数字音频Jitter理论。他所设计的DSD模数/数模转换技术,被世界上众多的专家们推崇,是当前索尼和飞利浦推广SACD技术的重要部分。世界上第一套DSD音频工作站系统—Sonoma就采用了EMM Labs的产品。
2001年6月加拿大专业传媒与EMM Labs结为技术发展合作伙伴,并代理EMM Labs的转换器和音频接口。
专业8路DSD/PCM模数/数模转换器
1-bit, 128Fs/5.6Mhz DSD与AES/EBU 24-bit/96kHz PCM I/O.
当前世界上主要SACD和DSD制作和母版制作机构选用的是ADC-8和DAC-8。
最初是专为Sony Sonoma和Philips Pyramix高端DSD制作系统配套的,在过去的二年中仅为Sony和Philips的制作系统就提供了100多套,这些系统安装在世界上各大主要的录音棚里。更多的单元被装备到世界上顶级的录音棚和母版制作机构,以及有影响力的专业唱片公司。目前,几乎所有的SACD制作采用的都是埃德-迈特纳转换器!
所有早期的DSD录音和许多新的DSD和DSD环绕声制作多是采用EMM Labs的转换器。EMM Labs转换器也是当前市场上最好的转换器,可用于CD、DVD和DVD-A的制作。
最新的ADC-8和DAC-8产品具有另一项第一指标,128Fs即44.1Khz x 128,5.6448Mhz。比目前市场上的DSD转换器采样频率高一倍。区别于与其它品牌的是,ADC-8能同时输出8路纯正的PCM数字音频至24bit / 96kHz,采用DSD直接下转技术(DSD Direct Downstream Conversion),其质量和精度远远超过目前市场上的任何转换器。
难怪,许多工程师都称ADC-8和DAC-8是最高档的音频转换器。一旦用了它,你就再也不想用其它的转换器了。
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ADC-8 DSD / PCM 8 路 模数转换器
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DAC-8 DSD / PCM 8 路 模数转换器