分辨真假高解析音樂

開始走向 CAT (Computer As Transport,用電腦當訊源) 之後,原本的音樂 CD 格式 (44.1kHz/16bit) 限制已經解脫,我開始研究起高解析音樂 (Hi-Res)。

9.09.04
把數位音樂放入電腦播放,絕對是今後主流

資料上說,根據奈奎斯特定理 (Nyquist Theorem),取樣頻率必須大於原始訊號頻率的「兩倍以上」,才能正確地重建波型,達到和原始聲音極為類似的音訊。由於人類聽覺的頻率範圍大約是 20kHz,因此我們需要兩倍 (40kHz) 以上的取樣頻率來對聲音作取樣。制定音樂 CD 格式時以 16bit/44.1kHz (取樣位元/取樣頻率) 為取樣標準。不過這是一個經過妥協的協議,網路上可以找到很多格式制定時妥協的論點,很值得一看。總之,就是兩家公司的幾個人決定了世界上億萬片音樂 CD 的未來。

但是,在錄音室實務上會使用更高的取樣頻率和取樣位元 (bit depth,也有人說成「解析度」或「位元深度」),以便更忠實地記錄聲音 (而不需要為儲存媒體和播放設播妥協),如 24bit/48kHz、24bit/96kHz,甚至是開 DSD (1bit/2.8MHz) 來進行錄音。

過去在 16bit/44.kHz 時代,CD 唱盤/DAC 製造商會利用升頻的方式,透過電路設計將 16bit/44.kHz 的訊號升頻到更高解析度 (如 24bit/192kHz) 再解碼輸出。當然,經過妥善升頻的訊號有其優點。例如,由 2 的 16 次方的組合變化變更成 2 的 24 次方後,聲音大小可以記錄得更細膩,更為貼近原音。

hires_02
隨著時間推移,在時間軸細分為更高的取樣頻率,和在振幅上細分更高的取樣位元數,的確有助於重建原始波形 (來源在此)

音樂 CD 格式 1974 年制定,30 年來各家廠商窮盡心力,音樂 CD 聲音的改善貌似已經到了盡頭。與其在錄音室將高解析音樂「降級」成 16bit/44.1kHz 的光碟,再利用硬體電路設計升頻以求更真實的聲音表現,不如直接取得錄音室原本的高解析音樂來播放。也因此,進入數位音樂的時代後,唱片公司開始發行這種高解析音樂以饗愛樂者。

hires_03
唱片公司開始販賣高解析音樂,但是否值那個價?今天我就是想知道這個答案

既然走 CAT,表示訊源都是經由電腦播放。意思就是音樂不再是碟片、唱片,而是一個個的檔案。對我這種學電腦的人來說,有檔案可以分析真是一大福音。

進了高解析音樂的領域,CD 音軌抓下來的 16bit/44.1kHz 無損音樂只能算是低標。實際聆聽過後,細膩、強弱和開闊感完全比不上 24bit/96kHz 的高解析音樂,所以我開始上網尋找高解析的音樂檔 (大多還是以古典、爵士等音樂類型居多)。有興趣者不妨上 HDTracks 等地看看。國內也有幾個地方可買,例如我就找到 Sony 發行的 A-Lin 精選集。

9.08.37
24bit/48kHz 版本,應該是錄音室母帶的規格

不過,高解析音樂最重要的來源,還是出自於唱片公司 (而不是各大音樂網站)。重要的錄音作品才有可能同時發行高解析音樂,或是由母帶重新取樣出新的高解析版本。軟體時代的優點 (同時也是缺點),就是容易加工加料。只要有如 Foobar 等軟體工具,你我等一般使用者也能利用軟體將低解析/CD 音質的檔案「升頻」到高解析版本。但這種「加工」的高解析音樂並沒有「增加音樂資訊」,而只是利用數學的方式填充訊號,算不上可靠的升級。此外,有時唱片公司也不見得會由母帶重新取樣,而只是用「較好的設備」轉換出高解析版本。實際聆聽的效果見仁見智、冷暖自知。為此,我只得在電腦上同時存放多個版本的音樂檔案 (16bit/24bit/唱片),以防遇人不淑 (喔,是遇「檔」不淑)。

9.05.58
我在電腦上同時保存好幾個不同取樣的版本,因為高解析版本不一定好聽 (CD 都是自己抓軌的)

為了挑出空包彈,我開始找辦法辨別這些檔案。真正的高解析音樂聲音豐沛,音域遼闊。「升頻」的高解析音樂聲音尖冷,混濁難聽 (要看來源是如何升頻轉換)。為此,我上網看了些資料,找到一種判斷真假高解析音樂的方式。

我的解法是用 Adobe Audition 軟體分析高解析音樂的檔案。將音樂檔案載入 Adobe Audition 後,只要實際觀看 20kHz 往上有沒有聲音訊號 (44.1kHz 的音樂 CD 只有 20kHz 左右的頻寬有訊號),即可分辨出其是否為真正的高解析度音樂。由 CD 音質升頻的音樂,在 20kHz 後一片空白;48kHz/96kHz 的高解析音樂,在 20kHz 後仍有豐富的聲音訊號 (人耳量化聽不見,但可感受到)。只要一上機器,真假立辨。利用這個方法,我想可以找出廠商葫蘆裡賣的是什麼藥。

audition_01
來看 Adele “Hello”。左下方可看到規格為 24bit/96kHz,但是右側頻譜圖在 20k 出頭訊號就不多了。我猜 (真的是沒有學理基礎的亂猜) 錄音的母帶可能是 48kHz (因為一半是 24kHz,約莫是頻譜圖有訊號的區塊)

audition_02
Eagles “Hotel California”,24bit/96kHz 版本。20kHz 往上還有訊號。我猜是類比母帶拿來重新取樣的高解析檔案

audition_03
蘇芮 “一樣的月光”,24bit/96kHz。我同樣猜是類比母帶拿來重新取樣的高解析檔案,20kHz 往上還有訊號

audition_04
Maroon 5 “Animals”,24bit/96kHz,30kHz 以上仍然訊號豐富,母帶應該是 96kHz 以上

audition_09
網路找到的 A-Lin “我笑到都哭了”,24bit/96kHz。假的高解析檔,20kHz 以上一片空白…

有了看取樣頻率的方法,那有辦法看取樣位元嗎?

audition_06
Taylor Swift “Welcome to New York”,16bit/44.1kHz。我放大到很大,還是看不出和 24bit 版本有什麼差別

audition_07
24bit/44.1kHz 的 “Welcome to New York”。頻譜圖形和上圖一模一樣。至少在這個大小我看不出來

結論是,我無法從軟體上看出取樣位元的差異 (取樣頻率可以)。不過想想也對,這麼小的軟體畫面,怎麼能看出 2^16=65,535 階記錄,和 2^24=16,777,216 階記錄之間的差別。或許得仰賴更高階的工具才行。

Leave a Reply