音響基礎知識普及:高兼容高解析的HDCD解析

    2013-11-06 15:23 來源:互聯網 作者:和靜

    什么是HDCD?

    HDCD即High Definition Compatible Digital(高解析度兼容性數碼技術)的縮寫,它采用一種新的錄音技術,在將母帶上的模擬音頻信號送入HDCD編碼器的時候,以超過傳統CD制式44.1KHz,16bit的高解析力編成數碼信號,此時產生的信號將多于普通CD所能容納的信號。

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    高兼容高解析度的HDCD

    CD現狀

    12cm 的CD 激光唱片問世至今已十幾年的光景了。由于它許多特有的優勢如:小型、容易保存、頻響寬、信噪比高、動態范圍大,至今仍是 Hi Fi 設備的主要音源。隨著人們鑒賞力的提高,CD 音源固有的缺陷也日漸突出。同傳統 LP 唱片相比,CD 所播放的聲音總有一點生硬感,細節少,臨場感欠缺。如果把近幾年風起的 VCD 音質也列于其內的話,那就更使許多燒友、行家們宛惜之聲不絕了。

    對于 CD 這種固有缺陷,得從 CD 當年制定的紅皮書規格說起。

    限于當時微處理技術軟硬件的限制,1982年2月發布的CD DA激光唱盤紅皮書標準做了如下規定:唱盤直徑120mm,盤速1.2m/s,調制方式EFM,誤碼校正CIRC,數據速率0.6Mbps,數據量0.7GB。如要將變化著的模擬音頻信號記錄到這張光盤上,首先要對模擬信號進行采樣,其重現信號波形的條件基于香農定理:設信號帶寬為Bw,采樣頻率為fs,如滿足Bw《=fs/2的條件,即可完整重現原波形。基于人耳可聽到的最高頻率為20kHz這一研究結果,CD的采樣頻率為44.1kHz,將采樣所得的采樣值相對于振幅進行離散的數值化操作(即量化)就可得到一系列的脈沖串,再加上CIRC糾錯碼、同步信號和地址信息之后,再經EFM格式調制后所得到的數據信息即可灌制到CD唱片上了。

    由于受當時激光唱盤容量和芯片技術的制約,量化采用了16 bit 操作,其能夠表現的動態范圍D為D=20lg2+1.76[dB]=98dB(n=16),這就是CD的理論動態范圍。

    20kHz的頻響,97dB的動態范圍再加上低不可測的抖晃度,使得激光的唱盤在數字音響領域中大放異彩,很短的時間內即成為Hi?Fi放聲設備的重要音源,以致人們毫不猶豫地拋棄了磁帶和膠木唱片。但是,隨著數字音響進一步深化和探討。這種44.1kHz/16bit的記錄格式其缺陷已日漸突出。

    首先,44.1kHz采樣率是影響音質、音色的第一要素,44.1 kHz 的采樣能夠完整重現一個20kHz的正弦波,卻難以完整重現一個7kHz的非正弦信號。這是因為非正弦信號可分解一個基波加上二次三次…諧波組成。雖然基波能夠重現,但三次以上的諧波在D/A轉換后可能丟失或畸變,至使最終得到的波形與原始信息產生差距,造成音色的變化。

    受當時的認識和條件制約,激光唱片的數據信息記錄格式定義為16bit其能夠實現的理論動態范圍為98dB,實際上為留有一個安全裕量,以免出現強限幅,尚不能完全用足16bit,加上錄制編碼至解碼過程的丟失,使得動態范圍難以突破96dB,這對于表現古典打擊樂(118dB)顯然不夠。這是人們發現的數字音頻所特有一種失真—缺損性失真(Subtractive distortions)。

    由于原始模擬信息是無限連續變化著的。而激光唱盤上的信息是將這些原始信息分成65536個階段進行記錄的。16bit的CD錄音為完善信息只得把處理階段之間的聲音四舍五入,加到上一階段或下一階段中去。這樣一來,CD所含有的信息即使能夠完全復原也與原來的聲音相比有誤差。

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    音響 HDCD

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