您的數碼音樂入門指南

音樂是以振動形式存在的能量,而捕捉這種能量並忠實地呈現,就是音響事業的核心。KEF 的唯一使命,是致力讓揚聲器接收到任何來源的能量時,都能真實和精確地重現本質。現今的音樂世界已走向數碼化,音樂現在之所以能唾手可得,背後的科技也許說來複雜,但至少相關基本概念不難理解。

這是特別為您準備的數碼音樂入門指南:

人聲和自然樂器,像是鋼琴、吉他、爵士鼓等都屬於模擬領域。從 1880 年代起,我們用來錄製並儲存音樂的裝置,能夠將音樂能量的振動轉換到可輕鬆進行調整的媒介上,包括蠟製圓筒、黑膠唱片和卡式錄音帶。

到了現代,這些振動已透過數碼方式捕捉,讓我們可以隨心所欲帶著任何喜愛的音樂移動,不受數量和地點限制。音樂表演現在已轉換成一系列的數字位元,在您轉換回模擬形式以聆聽前,它將以一個巨大的 0 與 1 資料塊的形式持續存在。

模擬的表演經過錄製後,我們會透過一個稱為模擬數碼轉換器(Analogue-to-Digital Converter, ADC) 的電路板,將錄音轉換成數碼訊號。透過 ADC 將音樂數碼化之後,這些 0 和 1 的資訊會移入數碼檔案中儲存。在我們準備播放時,會透過數碼模擬轉換器 (DAC) 來逆轉數碼化過程,該模擬訊號會經由擴音機發送到揚聲器。

ADC 以固定速率取樣信號頻率和振幅,然後將該樣本轉換為數碼資訊(二進制的 1 和 0),然後儲存為數碼檔案。

把您現在腦海中的歌曲凍結成一個時間片段:這就是 ADC 的功用。取樣音樂的分辨率,取決於我們對這個特定時間片段的處理方式。

我們取樣音樂片段的次數,就稱為取樣率。根據紅皮書 CD(CD 的標準),我們每秒對這個獨特音樂片段採樣 44,100 次,相當於44.1kHz 的採樣率。當然,取樣頻率越高,保留的資訊就越多,因此 96kHz(通常視為高解析度的底標)取樣率的音樂,聽起來會比 44.1kHz 好,但不及 192kHz 的好。

如果我們觀察下方的正弦波,它代表一個音訊信號,y 軸(從上到下)就是振幅或音量,x 軸(從左到右)是頻率或時間。

要將訊號轉成數碼,我們會將一個數碼數字指定給 y 軸上預先決定的區域,這就是字長:音訊中常見的字長為 16 位元和 24 位元。接下來,我們在 x 軸上開始進行訊號取樣。我們取樣的次數稱為取樣率,(取樣越多,聲音越好)。

在數碼領域中,我們可以將資訊儲存在 CD、硬盤或雲端上(雲端實際上就是由其他人擁有的硬盤)。錄音帶和黑膠唱片則是模擬儲存裝置。

下面的插圖透過相對參考點來簡化轉換過程,以便說明重點,而並非模擬至數碼轉換的準確數學模型。

垂直的紅色線代表取樣率。

A 的線條顯示了非常慢的取樣率,這樣會遺漏很多音訊信號。例如,電話和手持收音機只取樣極為狹窄的頻率範圍(人聲),因此使用較低的取樣率。

B 代表中等取樣率。在這個示範中,可以說這是一個 44.1kHz 的取樣率,而 C 則代表專業應用的極高取樣率。CD 和商業音訊最初的取樣標準是 44.1kHz,但現在 48kHz 已被視為標準的最低取樣率。

不過,取樣率並不是唯一考量。字長其實更重要。基本上,我們將所有精彩的模擬音樂轉換為 1 和 0,因此我們可以說,擁有的 1 和 0 越多,捕捉到的細節就越多,當我們回放時的音質就越高。取樣率不僅僅代表我們取樣的次數,也代表我們儲存的資訊量,繼而決定了數碼化歌曲的聲音品質。這就是位元深度的作用:位元深度越深(也就是字長越大),分辨率越高。

紅皮書 CD 使用 16 位元的位元深度。廣播視頻音頻標準為 24 位元,高解析檔案也是。位元深度對動態範圍的影響特別大。這些額外加入的 8 位元資訊,對於維持音樂章節的動態範圍表現極有助益。

插圖右邊的 1 和 0 代表取樣振幅的數碼紀錄。樣本是在特定時間範圍內取得,在該時段內的訊號振幅以資料形式被儲存。D 代表長度為四位元的小字長。可以從這個示範看到,即使取樣次數再多,如果只使用四位元字長,我們也無法捕捉大量的振幅資料。使用四位元,我們只能捕捉 16 個不同的資料點。

E 欄中的數字代表 6 位元字長。透過 6 位元,我們可以捉 64 個資料點,因此只要增加兩個位元,我們就能捕捉到四倍的資訊量。字長越大,儲存的樣本就越詳細;取樣率越高,就能捕捉越多音訊信號。實際上,16 位元字長能捕捉 65,536 個獨立資料點,但只要再加入 8 位元,我們的 24 位元字長就能取樣 16,777,216 個資料點:比 16 位元捕捉的資料多出 256 倍。

檔案大小則是需要折衷的部分。當我們將檔案解析度從 16 位元提高到 24 位元時,檔案大小也會增加 32 倍。當儲存裝置所費用昂貴且數量有限時,為了儲存足夠數量的音樂,就必須使用較低解析度。但現在除了手機之外,儲存成本已經變得非常便宜且容量龐大,讓我們可以儲存比以往品質更棒的音樂。

接下來,是數碼壓縮技術大展身手的時機。為了盡可能縮小音樂佔用的空間,我們學會如何壓縮數碼檔案:基本上是刪除對歌曲連貫性而言非必要的資料。基本的音符和聲音仍然存在,但是生命力和動態被刪除了。通過耳機或電腦揚聲器,您可能不會發現有任何差別,但使用品質更好的音響系統聆聽鑑賞時,遺失的部分就非常顯而易見。

這些都還跟位元率沒有任何關係。位元率代表我們以數碼形式傳輸資訊的速度。位元率是數位傳輸系統收發資料的能力。位元率越高,在串流播放時的音樂或影片就會更加同步。數碼傳輸系統可能是您用來燒錄 CD 的軟件,串流播放音樂時的區域網路速度,或是在數碼音樂串流中進行的任何數碼傳輸。

例如,Spotify 為 Android、iOS、手提電腦和應用程式提供的位元率,Premium 使用者可使用 320kbps 位元率。Chromecast 使用者的位元率降至 256kbps。音質會有差別嗎?是的。聽得出約 70kbps 的位元率差異嗎?可能會。

藍牙 APTx 的位元率可達 325kbps(視音源而定)。Apple AirPlay 使用 AAC 格式,其位元率被限制在 250kbps 內。在高品質的音響系統上,這個差異會很明顯且相當擾人,但在中階以下的音響系統聆聽時,這項差異就變得難以辨別。除此之外,還有其他幾個因素會影響數位音樂的品質。

總而言之,我們可以說:數字越大,音樂聆聽體驗就越好。96kHz 取樣率比 48.1kHz 更好,但不如 192kHz 的好。24 位元字長的品質遠優於比 16 位元字長(在品質上確實是爆發性的增長)。一般而言,250kbps 位元率並不如 320kbps 位元率的表現。

總結來說,如果您聽起來夠好就好了,不過,請記得不要因為習慣或感到舒適而侷限了自己的探索範圍。在只要按下滑鼠就能聽見絕讚音樂的年代,千萬別錯過如此美妙的科學成果。

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