仙境还是魔域――放眼192KHz/24bit音频格式

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44.1kHz取样频率，16bit量化标准的CD格式音频已生存了近20年，看来大限将至。 音频载体在历史上大约都在10－20年间就会出现一种替代品。从成为音乐工业的双面圆盘 唱片开始，最早的换代是电唱机替下留声机，把人们的听感从叽叽嚓嚓的高频机械振动声音引入到逐渐展宽频响的电声音乐阶段。接着33.33转的密纹唱片替代了78转的黑胶木碟，记录时间延长了，再用不着4、5分钟就要翻换一次碟片。60年代双声道立体声出现，不久单声道被全部轰下台，建立起现代高保真音响系统的基本格式。80年代初，数字音频出现，CD逐步把LP挤到象牙塔尖，商业市场已丧失殆尽。每次变革都令前者遭到灭顶之灾，只留得遗老、遗少和收藏家们发古钩沉。
又近20年了。从理论上讲CD格式的制定似乎已考虑得相当完美：44.1kHz取样能把人类听觉几Hz－20kHz整个声频范围内的信息都捕捉下来；16bit量化使信号的动态范围高达96dB，令还原系统捉襟见肘；12cm直径的碟片不大不小，保存携带方便；单片存放74分钟音乐，日常使用足足有余。可从1997年开始，全球CD碟片销量出现负增长，显示出CD衰退的征兆，市场已在期待新载体的出现。
DVD物理结构的碟片出现令人们看到了曙光，七倍于CD的记录量为人们创造了产生新格式音频的空间。如何开发这些容量才能讨好消费者。
放入七倍内容的标准CD音乐？很少会有单件音乐作品需要比乐圣的经典《贝多芬第九交响乐》――74分钟更长了。而一片DVD放44.1kHz／16bit的音乐可达518分钟，11个半小时还多！除了作为音乐资料库，放入更多的节目内容似乎已无积极意义。载体的物理制作成本在音乐碟的总成本中只占很小一点，曲目增加成本将近乎成比例地增加。所以结果必然是要么软件商吃亏，要么消费者白白为不要听的东西付钱。
缩小光盘尺寸?缩小到8cm恐怕已到极限，CD标准中有8cm的碟片，可你见到过吗？太小同样不方便，未必会受人欢迎。碟盒上至少要把所有的曲目列出，字太小怎么看得清楚，选购不方便必然影响销量。
看来提高声音的品质是唯一可能行得通的方案。用多声道替代立体声可以多占一、二倍的空间。但除了电影伴音的多声道制式和演唱会现场多声道录音外，真正的音乐多声道还没有出世。没人知道音乐多声道录制成什么样子能令“上帝”接受，甘心情愿像用立体声替代单声道那样，用多声道替代立体声。
最后剩下一条路就是提高数字信号的取样率和量化精度。从44.1kHz／16bit提升到192kHz／24bit，记录量上升至6.5倍，差不多把物理格式的升级量用光。这样，用DVD碟记录192kHz／24bit的立体声与原CD内容差不多，要录制四声道音乐，用96kHz／24bit格式也是七十多分钟，满足顾客已经建立起来的接受心理。
确实DVD出现不久，超级CD和音频DVD就在这方向上跃跃欲试。Hi－End厂商也即提升PCM音频的能力，96kHz／20bit，96kHz／24bit纷纷推出。Classic和 Chesky录音公司已发行了若干96kHz／24bit的软件，Mobile Fidelity公司也已经展示了96kHz／24bit的转盘，96kHz／24bit能力的DAC芯片更是炙手可热。196kHz／24bit的还原系统也已在音响展上露面。开发商们力图最早进入这一仙境。
对于192kHz／24bit数字音频革命并不都是赞美声，而且观点相差甚远。正方认为这是音频技术的必然发展，反方觉得纯属商业化的冒险。
从赞同的角度分析，44.1kHz／16bit标准CD声一出现人们就听出了数码声，音感没有模拟音频柔和流畅。接着就在还原系统上采用了高倍取样和再量化等技术，这些技术确实使后代CD机的声音越来越靓。
高倍取样把还原音频中的高次谐波分量向高瑞推去，从而减轻了模拟滤波器的压力，使再生的音频只有0－20kHz段内的原始成分。既然如此，那么直接对原始声音就高倍取样，把高次谐波一开始就放得远远的，不就更好？192kHz取样的基波频率就比44.1kHz取样频率要高出3倍。若原信号的频谱成分还在0－20kHz之间，那么192kHz格式D／A变换后的信号，从20KHz至172kHz之间本来就是空空的。模拟滤波器的要求变得很低，普及型结构的机种也能给出很好的音质了。
从拾取信号角度看，192kHz取样可取到96kHz的信号。实验测量表明铜钹的高音可达100kHz，紫檀木双簧管最高调D为30kHz。可见20kHz并没有把音乐的全部信息记录下来。也有研究表明人类对20kHz以上的声波仍有感觉，虽不像十几kHz以下的单音那样有明确声音，但会引起人们的情绪变化。人类耳蜗上不同长度的听鞭毛多达2万条之巨，若只响应到20kHz，那能折合到每一根听鞭毛对应1Hz。但实际人类听觉因频率引起的音调感是以倍频程规律升高的，与―一对应不符。人类听感的上限，随着医学科学的发展，还会逐步揭示，可见高倍取样显然有其必要性。
现在整个音响系统，特别是音箱和扬声器还达不到这么高的频率，故对这种声音的评价为时尚早。
24bit的量化率可提供144dB的动态变化范围。宽的动态范围绝对会对音乐中的力度、环境、空间方位和分离度等方面提供更多的感觉。人类刚能听到1kHz声音时的声压是0dB，把耳朵刺得生痛的声压为140dB，差不多接近24bit的差距，16bit确实小了些。
获得拉丁爵士留声机奖的发烧录音工程师，Digital Domain主席和首席执行工程师Bob．Katz指出，当用16bit原始磁带录音制作CD唱片时，仅仅因为噪声处理上采用的方法不同，感觉就完全不一样，可出现用不同话筒，在不同厅堂中录出的感觉。在20bit和24bit录音的过程中发现，20bit变换的录音明显优于16bit，而24bit则略好于20bit。故而至少要20bit才能捕捉到环境和空间的特性。24bit的特性，由于现阶段D／A、A／D变换器的时基误差、温度和噪声等等的权限指标可能已成为整个录、还音系统的瓶颈，现时还无法做出正确的评价。
这么看24bit的量化也走在了现行音响系统的前面。与192kHz采样一样为整个系统搭起了攀升的梯子。看来192kHz／24bit的音源会给整个音响系统带来革命性的变革，引发音响产品的全面升级，开发出一片片新市场。
认为192kHz／24bit音频商业性动机更重要的一方也有说法。
在MD、DCC、DVC以及VCD和DVD用的AC－3、数字杜比、DTS等等多声道伴音中，毫无例外地都采用了音频压缩编码。这些编码的确定是在大量严格的主客观听感测试以后作出的。结果表明大多数人都听不出与未经压缩的材料有何不同。所以，对CD格式记录的声音再压缩掉3／4－9／10都没有什么明显差别，再增加到6.4倍实属多余。
24bit能提供144.5dB的动态，而超级CD和音频DVD宣传上都只说动态范围120dB，自我缩水24dB，为何？事实上现阶段器件精度达不到144dB的高度。144dB就是最大信号幅度与最低信号（1／2最低位电平）之比为1677216:1。如果最大输出电平为1V，那么信号中本底噪声电平必须小于1／1677216＝0.06μV！否则未几位信号全部会淹没在噪声中。而本底噪声是由话筒、放大电路、A／D变换、D／A变换、基准电压精度、时基精度、元件稳定性等等所有因素决定的，只要一个环节够不上这一精度，最终信号就不会有24bit的保真能力。
制作高音质录音设备的Vergence Technology公司的首席技术官员Nen Kantor认为录音工程师并没有那么宽的自由调节电平的可能。在多声道混录时，16bit并不见得不够用了，但操作起来已感困难和不能随心所欲。有18bit就大大进了一步，20bit已近乎奢侈。
不少人对精度问题不知是马大哈还是没有基本概念。早几年甚至在学术会议论文上发现有介绍用二块8bit模数转换芯片，串接成16bit模数转换器的方案。虽然的确能得到16bit的数字化数据，但后面的小位是没有意义的。这就像用皮卷尺量跑道长度，最后卷尺刻度厘米之间无法读数时，再加接一把千分尺来量一样的滑稽。在高比特进程中，商家会有意忽略这一问题，诱使你在某一环节上冒进，白白浪费钱财。
当进入家庭还音的时候，大动态的制约因素就更多。首先音箱有多大动态范围? 一只阻抗8Ω，灵敏度90dB／W・m的音箱，输入100W功率，在1m处声压为110dB，折合音箱端上电压有效值为28.3V。如果要在该点还原一个10dB声压的声音，输入功率只要10－8ΩW，电压只要0.283mV！你能找到最大承载100W而又只要有0.283mV就能推出声的音箱吗？这时才100dB的动态。
再看看听音环境。安静图书馆的背景噪声40－50dB，深夜住宅内的噪声在30dB左右，管弦乐队最响为120dB。你深夜在家把音响开到交响乐观场一样的响度，也只需要90dB动态，软件中30％dB以下的声音细节已混杂在背景噪声中。你得启动大脑的智能处理程序才能听出。
人虽有140dB的听觉能力，但这是非线性的，并非同时能分辨出140dB和0dB的两种声音。在列车呼啸而过的地铁站中，连60dB声压的普通交谈声都听不清，哪有这么大的动态分辨能力。所以，即使要140dB的差距，也完全可以用自适应的方法分级录入，不必用线性24bit记录。这又是一类压缩编码。
这么看来高数据率的编码并不是人类听觉所必需的。即使要有96kHz的频响和144dB的动态，也可以将6倍于CD标准的数据量压缩至1／6，仍旧放到CD物理碟片上。那么高数据率的动力就来源于音响业界的利益驱使。在DVD碟上放上6倍的CD音乐，要大众去换机换碟显然行不通。怎么办？变个花样把空间填满，“革命”、“升级”确实是令人心动的广告用语。消费者也能获得心理上的满足。
CD衰老的迹象已经现露，如果没有高音质、高数据量的新型音乐产品格式出现，那么同等音质的低数据率的优质压缩编码就会乘虚而入。固态介质存储器。如IC卡就可能替代CD，没有机械和磁光运动机构的固态录音机会替代CD播放机。这不是杞人忧天，MP man已经开始进入随身听市场了。其被民用市场接受的快慢全在于固态存储器每一比特的单价。
要保持光介质的巨大利益和不败地位，必须要有高数据量的需求。192kHz／24bit音频已成为光机音乐产品业界必走之路，不是通向仙境就是落进魔域。