音响基础知识普及:高兼容高解析的HDCD解析

2013-11-06 15:23 来源:互联网 作者:和静

什么是HDCD?

HDCD即High Definition Compatible Digital(高解析度兼容性数码技术)的缩写,它采用一种新的录音技术,在将母带上的模拟音频信号送入HDCD编码器的时候,以超过传统CD制式44.1KHz,16bit的高解析力编成数码信号,此时产生的信号将多于普通CD所能容纳的信号。

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高兼容高解析度的HDCD

CD现状

12cm 的CD 激光唱片问世至今已十几年的光景了。由于它许多特有的优势如:小型、容易保存、频响宽、信噪比高、动态范围大,至今仍是 Hi Fi 设备的主要音源。随着人们鉴赏力的提高,CD 音源固有的缺陷也日渐突出。同传统 LP 唱片相比,CD 所播放的声音总有一点生硬感,细节少,临场感欠缺。如果把近几年风起的 VCD 音质也列于其内的话,那就更使许多烧友、行家们宛惜之声不绝了。

对于 CD 这种固有缺陷,得从 CD 当年制定的红皮书规格说起。

限于当时微处理技术软硬件的限制,1982年2月发布的CD DA激光唱盘红皮书标准做了如下规定:唱盘直径120mm,盘速1.2m/s,调制方式EFM,误码校正CIRC,数据速率0.6Mbps,数据量0.7GB。如要将变化着的模拟音频信号记录到这张光盘上,首先要对模拟信号进行采样,其重现信号波形的条件基于香农定理:设信号带宽为Bw,采样频率为fs,如满足Bw《=fs/2的条件,即可完整重现原波形。基于人耳可听到的最高频率为20kHz这一研究结果,CD的采样频率为44.1kHz,将采样所得的采样值相对于振幅进行离散的数值化操作(即量化)就可得到一系列的脉冲串,再加上CIRC纠错码、同步信号和地址信息之后,再经EFM格式调制后所得到的数据信息即可灌制到CD唱片上了。

由于受当时激光唱盘容量和芯片技术的制约,量化采用了16 bit 操作,其能够表现的动态范围D为D=20lg2+1.76[dB]=98dB(n=16),这就是CD的理论动态范围。

20kHz的频响,97dB的动态范围再加上低不可测的抖晃度,使得激光的唱盘在数字音响领域中大放异彩,很短的时间内即成为Hi?Fi放声设备的重要音源,以致人们毫不犹豫地抛弃了磁带和胶木唱片。但是,随着数字音响进一步深化和探讨。这种44.1kHz/16bit的记录格式其缺陷已日渐突出。

首先,44.1kHz采样率是影响音质、音色的第一要素,44.1 kHz 的采样能够完整重现一个20kHz的正弦波,却难以完整重现一个7kHz的非正弦信号。这是因为非正弦信号可分解一个基波加上二次三次…谐波组成。虽然基波能够重现,但三次以上的谐波在D/A转换后可能丢失或畸变,至使最终得到的波形与原始信息产生差距,造成音色的变化。

受当时的认识和条件制约,激光唱片的数据信息记录格式定义为16bit其能够实现的理论动态范围为98dB,实际上为留有一个安全裕量,以免出现强限幅,尚不能完全用足16bit,加上录制编码至解码过程的丢失,使得动态范围难以突破96dB,这对于表现古典打击乐(118dB)显然不够。这是人们发现的数字音频所特有一种失真—缺损性失真(Subtractive distortions)。

由于原始模拟信息是无限连续变化着的。而激光唱盘上的信息是将这些原始信息分成65536个阶段进行记录的。16bit的CD录音为完善信息只得把处理阶段之间的声音四舍五入,加到上一阶段或下一阶段中去。这样一来,CD所含有的信息即使能够完全复原也与原来的声音相比有误差。

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音响 HDCD

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