2018年1月3日 星期三

數位化是什麼意思? 音訊格式的大哉問!|五互集團小編/拉拉羅賴拔

五互集團小編/拉拉羅賴拔

前陣子的政府才剛推行了電視的數位化,而各家賣場也大力推出高畫質電視來迎接數位化,但是即使是現在,數位化已經行之有年,但是到底什麼是數位化呢,還是有很多人懵懂
(圖片來自樂網家族)
數位電視的推廣已行之有年,除了機上盒外似乎沒什麼不同?



在這邊就要提些關於訊號的沿革,來幫大家瞭解什麼是數位化



要瞭解音訊的原理,就先得知道「波」「電」之間的關係





什麼是「波」?



波,簡單來說,就是能量傳遞的方式,如聲波,衝擊波等等,因其振動的頻率不同,會讓能量的傳遞的結果也不同。
(圖片來自GOOGLE搜尋)
如聲音傳遞的方式,就是利用空氣中的介質來共振,以音速的方式來傳遞不同頻率的聲波
而耳朵就像是個接收器,可以接收到這些聲波後,轉換成自己所聽到的聲音。

但是聲音是空氣中傳遞的,那麼聲波該怎麼記錄下來呢?
主要的就是靠電壓




為何要靠「電」?

最早的時候,是用傳聲筒上黏皮革,並帶上一針,當對著話筒講話時,聲波的振動會帶動皮革上的針,在蠟盤上刻畫出紋路,而這個就是這段話的聲波訊號,而利用號角,來把這段訊號給放大,就是最早時期留聲機的原理。


可是沒有那麼多的蠟盤讓你去刻那麼多東西,所以利用電壓來記錄這個波形的話,那麼只要記錄下這段時期的電壓變化,也等於把這段波形的訊號給記錄下來的意思。


(圖片來自GOOGLE搜尋)
訊號來源就像是上圖,而利用電波來模擬聲波,轉成無線電波傳送


當然,經過科技的演變進步後,原理本身也並不會有什麼改變

就像是我們對著麥克風說話,麥克風送出去的是電壓的變化,而這段電壓的變化就是「類比訊號」,誰接受到這段訊號,並且將之解析出來後,誰就能聽到你說的話。




那麼「類比訊號」「數位訊號」有什麼不同呢?


類比訊號,可以泛指到整個世界,整個大自然的所有自然聲音或影像,全都是類比的訊號在傳遞,像是光波的折射頻率,生波的共振頻率,一連串複雜的訊號來到身體接收後,大腦將之分析出來的五感,都可以稱之為類比的訊號





但是呢,記錄這些類比訊號卻不容易
不容易的原因並不是記錄完整的波形不容易,而是記錄下人類想要的波才不容易。

正因為類比訊號,是泛指整個大自然跟整個世界的所有聲音,那麼你記錄下的波形,自然也就代表當下的「全部聲音」,不僅資料量極大,且也不一定是自己想要的聲音


(圖片來奏GOOGLE搜尋)
擷取音訊時也會接收到其他的雜訊,怎麼濾波就很重要

所以記錄類比訊號的方式,大多會只採取特定頻率下的音頻來記錄,像是人耳接收可及的範圍內來響應(20~20KHZ)

但即使如此,雜訊也是免不了的,加上記錄下來的訊號,也容易隨著解讀機器的不同,放大訊號的方式不同,也會讓品質有所瑕疵。(因為連雜訊都一起被放大了)


而數位訊號呢,則是截取類比訊號的特定段來採用而已
所以數位訊號比類比更容易保存,更不易失真以外,容量也更小,更容易流通



那什麼是數位訊號呢?

數位訊號和類比訊號不同的是,它並不是一個完整的波形,而是根據採樣的頻率,每隔一段固定的時間就取樣一次


也就是說,數位訊號並不是完整的波形,而是切成很多很多段,看起來很像連續波面的樣子;也因為這樣的取樣方式,比起類比訊號少取了很多部份,所以在容量上可是大幅的降低了的優點,但缺點則是相當失真,耳朵比較靈敏的人可能都可以聽出差異來。


(圖片來自維基百科)
類比訊號的波形是真的連續面,數位訊號則是靠取樣的頻率來定義,也就是說,數位訊號想要越逼近類比訊號,就是得讓取樣的頻率越高才行,分解的點越多,連起來也越像是類比訊號了。



那麼數位化的意思又是什麼呢?

如同字面上的意思,數位化的意思呢,就是將未來將用的訊號,以及過去曾用的訊號,在現代統一都用數位訊號來管理的意思。

原因呢,當然就是在於數位訊號的可存性,以及容量小易於傳輸的優點,在現代的品質上已經來到歷史高峰了,那麼可以的話,未來的資訊也會盡量的以數位的方式來保存,而這一點來說的話,其實算不上是數位化,說是數位為主的生活化反而更為貼切。

可是過去的資訊呢,尤其是還沒有走進數位科技時代留下來的影音呢?
像是泛黃的老相片,經不起歲月保存的錄影帶等等,甚至是古典的文藝作品,都是至今還影響現代人很深的東西,所以對於文藝保存上的數位化,才是對於數位化最好的解釋也不為過。



(圖片取自GOOGLE搜尋)
說到數位化的轉換,就離不開傅立葉轉換的公式了

(圖片取自GOOGLE搜尋)

所以相片的還原技術,早期黑膠唱片、錄音帶、錄影帶的類比訊號轉存為數位訊號的格式,就是在現在最重要的數位化工程。



已經使用數位化的現代文藝作品,會往更高的境界突破
(圖片取自launchpad)
電子音樂,正是隨著科技進步的指標藝術
能夠以最高品質保存過往的文藝作品一直是現代技術所臻求的境界


當然,也有些是需要連同原跡一起保存的才稱得上是藝術品
(圖片來自google搜尋)
古典藝術作品「蒙娜麗莎的微笑」,在羅浮宮展出的情形

那麼,數位化訊號成為主流的時代是什麼時候開始的呢
這個就不得不提大家都耳熟能詳的MP3




MP3是什麼?


MP3的正式名稱是MPEG-1 or MPEG-2 Audio Layer 3
(動態圖像專家組-1或動態圖像專家組-2 音訊層III)

是一種以捨棄對多數人類不重要的音頻資料,而在不影響收聽效果之下,在當時的時代中成為壓縮比最高的一種格式


(圖片取自WINAMP)
MP3格式的第一代圖示,來自WINAMP的獨有格式,早就接觸的人都很熟悉這LOGO

在當時的wav音軌檔案可以稱為主流的時代,但在那個時代下一片CD的容量也僅有700MB的時候(超燒),一片CD至多也只能塞下幾首歌而已(wav格式的音樂,一分鐘約要10MB的容量)

而在那時候的網路及儲存設備的容量還未革新之前,MP3格式的壓縮比大約是1:10~1:12之間,也就是說大概一分鐘音樂的長度大概只有1MB左右,這在那個時代背景下可以說是爆炸性的革命,將音樂轉成MP3,可以在音質不受太大折損的情形下,容量卻少了10倍以上,這讓網路上流通音樂的效率一口氣成為一個象徵性的代表。


(圖片取自GOOGLE搜尋)
在當時的128M隨身碟,完全就可以取代音樂CD的存在

甚至有專門製來以隨身方式收聽的裝置,比較知名的就像是蘋果的IPOD
(圖片取自APPLE IPOD NANO)
但MP3畢竟是一種失真的壓縮方式,對於追求音質的聽眾來說,MP3的品質實在很難恭維,但是對於品質較沒有那麼要求的聽眾來說,MP3的格式儼然成為不二的選擇。


而MP3格式的開發者也因此少不了官司,因為MP3的問世,在全世界造成爆發性的流行,而絕大的衝擊就是對於音樂藝術的產業,音樂在一瞬間變得一文不值,落到四處都可以輕鬆盜版的窘境,沒人想再繼續在CD上花錢,而更多的是選擇上網抓盜版音樂來聽,隨著MP3的爆發性流行,也造成空前的音樂藝術廉價化的時期


(設計對白)
但隨著時代的演進,不論是網路的速度甚至是儲存裝置,速率及容量也都有了革命性的提升,所以音樂的容量上已經不再是唯一的考量,人們也開始會考慮品質了。


那麼在這個滿天都是飛機,滿街都是電腦的現代,什麼樣的音樂格式才是最適合自己挑選的呢?



(圖片取自網路)


那我們就要來看看是「無損」的格式,或是「有損」的格式囉

大多的未壓縮格式都是wav為主的音軌檔案
而檔案為了方便傳輸以及保持其完整性,所以才會利用壓縮的模式來縮減其容量來達成好傳輸的效果

那麼來看看「有損」的壓縮模式,常見的有哪一些





MP3格式

造成爆發性流行的通用格式之一,被廣泛的第三方軟體給支援,幾乎在任何可播放的載體及軟體,都可以兼容MP3的格式來播放。


(圖片取自微軟)
至今仍然是主流的格式,辨識度及市佔率極高外,地位幾乎無可動搖

但是MP3的缺點就是在128kbps以內會有高頻失真的現象,而且過低的 Bitrate 會照成嚴重失真,比較重視音質的人可以選擇192kbps至320kbps的格式。



RA、RM格式

這也是一個曾經流行過的格式,但這個格式是必需透過特定軟體和編碼才有辦法編譯的,但它也的確在MP3橫行的時代中佔了一點地位。
(圖片取自Real Player)
大多在試聽試看網站才會看到的格式,如以前的琉璃仙境之類的w
最大的原因就是他的容量壓縮得比MP3更小,但是失真的程度也相當的可怕,但因其非注重品質只注重流通的情形下,RA及RM檔大多都是使用在試聽及試看上的低品質供應上(不在意破音的話),即使是在過去的時代,也很少人會保存這個格式。


WMA格式

這是微軟專門製作來和MP3及RM打對台的格式,格式與MP3類似,可以於電腦中以微軟內建的MEDIA PLAYER來解析外,一般只可讀MP3格式的軟體,對於WMA格式也是可以兼容。


(圖片取自微軟)
用Windows的使用者不可能不熟的圖示,因為這是windows系統內建就有的
壓縮的大小介於MP3和RM之間,品質也是介於兩者之間,基礎品質可以高過RM,但是高過128kbps的表現就不如MP3了(mp3在192kbps時的表現勝於wma)





OGG格式

是一款完全授權的格式,不像MP3及WMA都是需要授權的,正因為它是完全公開授權的格式,所以只要有此格式的編碼器,任何一方軟體都有辦法支援此格式。

OGG格式也越來越普及了,但是要和MP3格式的霸權比還差遠了

而他的壓縮比雖然不高,可以整體卻可以在音質上表現的比MP3及WMA還好,故也是不少人支持的一種格式。


喔對,OGG並不是指這個OGG喔
美國知名演員 Steven Ogg,在熟悉電玩的領域中可是知名度相當高的人物

Steven Ogg是Grand Theft Auto 5的知名角色,崔佛的原型
也是美劇陰屍路在第六季登場的人氣演員。抱歉扯題了....




AAC格式

不得不特別介紹這個格式,這個格式擁有比MP3更大的壓縮比,MP3是1:10~1:12,而AAC則是1:18~1:20,不僅將近MP3的兩倍之外,連其品質都在MP3之上,可以說是目前世界上有損壓縮格式中最好的一款,不僅擁有所有MP3的優點之外還超越其之上。


(圖片取自google搜尋)
AAC,由創出MP3的原創者們再開發的格式,即使全面勝過MP3,卻仍難動搖其地位
但是唯一缺點是第三方的支援極少,想要能夠播放AAC格式的播放器,或是裝置在市面上都不算多,目前較有名的支援裝置就如蘋果的I系列產品。



再來看看「無損」的格式吧~


CD、DSD格式

CD格式就是44.1KHz的取樣頻率,速率88K/秒,而DSD格式用1bit比特流的方式取樣,採樣率2.4MHz的高取樣方式,是CD取樣的64倍


(圖片來自DSD)
不同於PCM的方式,DSD是直接將音樂的類比波形以脈衝的方式轉為數字訊號,將近於CD格式的4倍之多,幾乎可以說是無損音訊的最高格式。



WAV格式

WAV是微軟開發的一種音頻文件,可以說是最早的數位音頻格式,其取樣率和CD格式一樣都是44.1KHz,速率88K/秒,16bit,雖然格式和CD相差無幾,但容量上卻是差得非常得多。


雖然容量極大,但是幾乎任何一方都能支援此格式來播放,而也因為本身即達到高水準的品質,所以作為音樂編輯的材料上,算是非常得音樂人的喜好





APE、FLAC格式

是Monkey's Audio提供的一種無失真壓縮格式,比起WAV能更多的縮減其容量大小,而重點在於還原後,數據與原始文件一模一樣,可以保證音樂原檔的完整性,做到真正的無損。


(圖片取自Monkey's Audio)
APE格式是Monkey's Audio獨立開發的格式

FLAC格式是Free Lossless AudioCodec的縮寫,中文可解為無損音頻壓縮編碼。
它不會破壞任何原有的音頻資訊,可以還原音樂光碟音質,甚至在略損原檔的格式下,也能作到一定程度的修復。
這種壓縮與WinZip(解壓縮軟體)的方式很類似,但是FLAC能給出更大的壓縮比例來。


(圖片來自維基)

有特定族群在追求的MQS音樂模式,通常是採用FLAC格式存儲,MQS的採樣率為24bit/96kHz或24bit/192kHz級別,其保留了歌曲最原始的信息。
僅僅從參數上來看,這已經比16bit/44kHz的CD音樂好太多了。



DTS-HD Master Audio格式


DTS-HD Master Audio格式是DTS公司針對新一代高解析度影音光碟所研發的高解析度音效格式,採用無失真壓縮方式紀錄,是BD(藍光碟)選用音效格式之一。


(圖片來自DTS官網)
來到這個級別的等級,大多的裝置和格式大都已經為各家獨立的
在BD上最高可支援7.1 聲道96KHz 24bit 取樣的音效輸出,資料流程量最高24.5Mbps,能實現bit-to-bit的精確傳輸,不會損失任何音訊細節。



Hi-Res音頻認證

讓許多人夢寐以求的Hi-Res,全稱是Hi Resolution Audio,是高解析度音頻。它對音樂文件的要求是PCM格式的採樣率要大於CD採用的44.1Khz,比特位大於16bit(通常是24bit/192Khz的標準)。


(圖片取自Hi-Res)
熟悉的朋友看到這logo,都有破產的感覺了吧ww

或者採用採樣率遠大於PCM格式的DSD,DSD採樣率極高,達到2.8MHz或5.6 MHz。這大約相當於CD音頻採樣率的64或128倍。

Hi-Res並非為一種特定的格式,而是一種認證的指標!
如果看到這個標誌,就證明這個音頻是經過認證高清晰度音樂了。(價格也是認證級的高就是了)



那麼來到這裡,大家應該都更瞭解音樂的格式了吧!
可是呢,在追求高品質的格式的時候,輸出的裝置也相對的很重要,就像你有了DCD格式的音頻時,卻拿50元的低品質喇叭放來聽,那可是完全聽不出該有的品質的,所以不只是格式,連裝置本身都很重要。

而是否大家都有聽過,一套音響幾百萬的價格,這可完全不是空穴來風呢!


(圖片取自Burmester)
說是百萬音響還是客氣了,這款型號的組合甚至可上看千萬



因為品質好與壞,有非常大的不同,能聽就好,那百元喇叭堪用即可,但若是超纖細耳感的人,可能連CD與DCD的品質都聽的出來,而追求此音頻的環場音效,抑揚頓挫,深淺高低,就以小編的經歷來說,看到一付中階的家庭音響劇院組,就大概需要18萬以上來建置了


(圖片取自google搜尋)
中階的音響組合+擴大器,即使壓在18萬也是很勉強過關

不過對於小編我來說,高於CD無損的程度就已經幾乎無法分辨了(雖不至於到鈦合金狗耳,但我也算是木耳了w),也就是說,即使再追求更高的品質,更好的裝置,自己也可能感受不到其中的差異何在。


(設計對白)


就像是買了一台自己身高騎不上的腳踏車一樣,就算有世界第一級的精工製造,但是身材不合騎不了時,就仍然只是裝飾品而已...

實際的去音響店來親身體驗一下那樣的氛圍與品質,挑選最適合的產品來使用才是最好的喔





而真的想體驗之間的差距與普通貨的差別,可以試著買好一點的揚聲器,約莫2000元水位的即可,然後試著日常去使用它,有一天你會發現,用過好東西後....你將無法再忍受劣質品😆,雖然荷包的縮水速度會增加,但是讓自己的每一天都能享受高品質的音樂,還是得看自己的取捨囉



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