先前我們介紹了不同數(shù)字音頻的單元格式,，里面有些微提到一些脈沖編碼調(diào)變（Pulse-code modulation,，PCM）的基礎(chǔ)概念,，但除了PCM或更精準(zhǔn)地說是線性脈沖編碼調(diào)變（Linear pulse-code modulation,，LPCM）之外，近期還有一個非常受關(guān)注的DSD（Direct Stream Digital）編碼格式?，F(xiàn)在市面上的高階播放器,，大多打著能支持DSD譯碼來當(dāng)作一個賣點(diǎn)，但是到底甚么是DSD編碼格式,？是否真的有如同廠商宣稱提供更優(yōu)良的音質(zhì),？這就是本篇文章所要和大家一起探討的，底下就讓筆者來簡單的介紹一下DSD歷史,。
Direct Stream Digital的歷史 事實(shí)上DSD的起源已經(jīng)非常久,，早在60年代就已經(jīng)有利用脈沖密度調(diào)變〈Pulse-density modulation,，PDM〉編碼，將音頻訊號記錄在數(shù)字媒體上,，正確來說應(yīng)該是由PDM一個特殊分支 -脈沖寬度調(diào)變（Pulse Width Modulation,，PWM）來實(shí)現(xiàn)，這種編碼方式目前已經(jīng)完全被PDM格式所取代,。 目前常見的DSD編碼就是基于PDM規(guī)范,，這個音樂編碼格式的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在1999年發(fā)表，是由當(dāng)時領(lǐng)導(dǎo)音樂單元格式的巨頭Sony和Philips合作開發(fā),，至于為何制定DSD規(guī)范的原因有些復(fù)雜,。主要是因?yàn)槟菚r候由Sony和Philips所制定的CD 〈Compact Disc〉規(guī)范專利快要過期，在即將失去由CD專利帶來的大量收益情況下,，Sony和Philips決定再次連手打造下一代的音樂儲存規(guī)格Super Audio Compact Disc 〈SACD〉,，所以DSD的出現(xiàn)絕大部分是因?yàn)樯虡I(yè)考慮。 在儲存編碼上,，SACD使用和CD常見PCM編碼完全不同的音頻格式,，采用單位元的DSD編碼。Sony花下重金聘請當(dāng)時最頂尖的兩位聲音工程師Ed Meitner〈現(xiàn)任職于EMM Labs〉和Andreas Koch 〈現(xiàn)任職于Playback Design〉來制定SACD規(guī)范,，并且在初期免費(fèi)開放給大多數(shù)知名錄音室使用,，這成為DSD音訊單元格式第一次大規(guī)模被使用在商業(yè)活動上。
▲Direct Stream Digital標(biāo)志,。 超級音頻光盤〈SACD〉的起源 講到DSD自然必須介紹一下SACD,，SACD取樣頻率高達(dá)2822.4kHz，是一般CD取樣頻率44.1kHz的64倍,，而且理論上具有能夠再生100kHz以上頻率范圍的能力,。此外由于SACD使用DSD的脈沖編碼，因此省去位轉(zhuǎn)換的過程,，同時降低數(shù)字濾波可能產(chǎn)生失真和噪聲的問題,。 雖然這一切都讓SACD聽起來非常的美好，但SACD在推廣的路途上卻是相當(dāng)艱難,，因?yàn)楫?dāng)Sony和Philips決定用專利屏障再次壟斷音訊單元格式時,，其他音樂制作公司和硬件生產(chǎn)商卻看上了正蓬勃發(fā)展的DVD光盤，并且希望利用這個容量更大的儲存媒介來發(fā)行高質(zhì)量音樂光盤,，就此開啟了新世代音樂儲存媒介規(guī)格的戰(zhàn)火,。 Super Audio CD和傳統(tǒng)CD音樂光盤規(guī)格比較
高質(zhì)量音樂儲存規(guī)格之爭 DVD-Audio規(guī)格很迅速地在SACD出現(xiàn)的隔一年后正式上路，使用和CD相同的LPCM編碼，并且可以儲存高達(dá)192kHz/24bit雙聲道的高質(zhì)量音樂,。DVD-Audio在音樂制作上和傳統(tǒng)的CD音樂并沒有太大區(qū)別,，由于多數(shù)音樂制作公司都?xì)v經(jīng)過CD格式的洗禮，因此剛開始大部分音樂制作公司,，偏向選擇技術(shù)上更加成熟的DVD-Audio規(guī)格,，當(dāng)然也有一部分理由是可以擺脫Sony和Philips的專利束縛。 想當(dāng)然,，Sony和Philips為了捍衛(wèi)自家格式和利益自然會做出反擊,，Sony和Philips藉由自己在硬件制造上的優(yōu)勢，拉攏大多數(shù)DVD播放器制造商,，讓后續(xù)生產(chǎn)的DVD播放器無法兼容DVD-Audio,。這個作法嚴(yán)重的打擊DVD-Audio陣營，雖然DVD-Audio陣營有不少大型公司支持,，但是其內(nèi)部意見卻是相當(dāng)分歧,。由于每個成員都怕被另一個規(guī)范所束縛，這為DVD-Audio推廣之路種下了失敗的種子,。 另外更令內(nèi)部成員驚恐的是,，在那音樂盜版猖獗的年代，DVD加密法很快地就被黑客所破解,，每個音樂制作公司都害怕DVD-Audio會重演CD的盜版局面,，因而都裹足不前,。第一份正式DVD-Audio音樂光盤,，居然是由一個發(fā)燒友，在缺乏良好錄音設(shè)備的小型研究室錄制,。 在DVD-Audio陣營內(nèi)部互相猜忌的情況下,，Sony乘勝追擊的許諾SACD將永遠(yuǎn)不能被計(jì)算機(jī)所播放，這幾個舉動成功穩(wěn)固住SACD作為新一代音樂光盤的地位,，并且也解決了雙方陣營長久以來懼怕盜版的疑慮,。
▲SACD標(biāo)志及SACD的種類。由左至右分別為 〈1〉單層SACD〈4.7 GB〉 〈2〉雙層SACD〈8.5 GB〉 〈3〉混和型SACD〈4.7 GB〉 SACD的殞落 經(jīng)過上面一大串折騰和較勁之后,，Sony和Philips陣營開始自信滿滿地宣傳和推廣多聲道格式SACD,，并且宣稱未來是高質(zhì)量多聲道音樂的年代，而且也漸漸獲得多數(shù)音樂制作公司的認(rèn)同,。眼看著單元格式大戰(zhàn)就要分出勝負(fù)的時候,，Apple的iPod迅雷不及掩耳上市了，爾后幾年將在線數(shù)字音樂下載量,，更提升到了一個驚人的程度,。 面對Apple所掀起的在線數(shù)字音樂潮流，Sony選擇繼續(xù)維持SACD的生產(chǎn)和發(fā)行,，并且在2003年規(guī)劃出同時擁有傳統(tǒng)CD層和SACD層的混和型SACD,，期望在實(shí)體音樂光盤銷售上有所突破,。但是這很快地就碰上SACD播放器銷售不佳的問題，因?yàn)楫?dāng)年的SACD播放器價格大多落在5,000元美金以上〈約新臺幣15萬〉,，非常少消費(fèi)者愿意購買昂貴,，而且只能播放音樂的SACD播放器，因此讓SACD的銷售受到直接的影響,。 再加上幾年后,，Wavelength Audio發(fā)布了基于計(jì)算機(jī)播放的異步USB DAC，這使得利用計(jì)算機(jī)播放高質(zhì)量音頻檔案變得更加容易,。爾后又隨著全世界網(wǎng)絡(luò)速度的提升,，和在線音樂的流行，出門購買音樂光盤漸漸的不再是獲得高質(zhì)量音樂唯一來源,，SACD就此成為只有少部分音樂愛好者的選擇,。
▲混和型SACD結(jié)構(gòu)圖和讀取機(jī)制，混和型SACD具有一層4.7GB容量的DSD層〈上層〉,，同時還包含一個符合PCM紅皮書的CD音樂層〈下層〉,，這使得它能夠兼容于傳統(tǒng)的CD播放器。 2006年,，在體認(rèn)到SACD幾乎已經(jīng)不可能成功的情況下,，Sony做了一個策略上的大轉(zhuǎn)變，推翻之前SACD將不會被計(jì)算機(jī)播放的承諾,。Sony推出以SACD為基礎(chǔ)的DSD-Disc,，這個格式的SACD將舊有物理防拷貝保護(hù)層移除，使得計(jì)算機(jī)也能夠讀取這類型光盤片,。 但是由于已經(jīng)失去市占率,，DSD-Disc在完全沒有推出過任何商業(yè)音樂光盤下就被拋棄，從2009年后就已經(jīng)沒有大型商業(yè)音樂制作商,，使用SACD當(dāng)做音樂儲存媒介,。雖然到這邊，由Sony和Philips主導(dǎo)的SACD已經(jīng)完全潰敗,，但也為后續(xù)的DSD格式音樂打開了另一扇大門,。 DSD音樂播放原理 上面看完了DSD音樂格式的歷史信息，這邊筆者想先來介紹一下DSD到底和PCM有甚么不同,，首先我們就從介紹DSD音頻編碼開始,。DSD編碼DSD則使用不同于以往PCM邏輯來記錄音頻，DSD訊號是以ΔΣ調(diào)變后的PDM編碼形式儲存在儲存媒介上,，DSD的內(nèi)部記錄的是一個連續(xù)時間的單一位序列,，以固定的時間間隔來記錄，在標(biāo)準(zhǔn)的SACD規(guī)格下每個取樣間隔是1/2822400秒，取樣頻率為CD規(guī)格 〈44.1kHz〉 的64倍之高,。 DSD每一次取樣會比對本次取樣和上一個樣本值的變動,，接下來使用0和1來記錄振幅的變化，0代表比上一個訊號值來得低,，1代表比上一個訊號值來格高,，所以每一個取樣的訊號是和前一個訊號的相對值。DSD藉由非常高的取樣頻率,，將以往量化不精準(zhǔn)所造成的失真,，下降到一個位以內(nèi)的誤差。
▲DSD音頻PDM編碼示意圖,，DSD在每1/2822400秒記錄下一個單位元的數(shù)據(jù),，每一次記錄的數(shù)據(jù)是和前一個數(shù)據(jù)的相對值。 為了確保每一位讀者,，都能夠輕易理解等一下的DSD和PCM比較,，在這邊快速地介紹一下PCM編碼。PCM編碼主要包含取樣〈Sampling〉,、量化〈Quantization〉,、編碼〈Coding〉三個過程，如下圖上半部所示,，PCM也是在一個固定的間隔時間內(nèi)〈如CD是1/44100秒〉記錄下原始模擬訊號的振幅,。 但和DSD不同的是，PCM記錄的是一個絕對值而非DSD的相對值,，每一個不同的振幅強(qiáng)弱都有其代表的數(shù)值,。然后再將記錄下來的數(shù)值轉(zhuǎn)換成離散時間訊號，最后再依據(jù)PCM規(guī)范給予一個編碼就是常見的LPCM格式數(shù)字音頻,。簡單來說,，PCM編碼就是在連續(xù)的時間〈X軸〉坐標(biāo)下,，記錄當(dāng)時的振幅〈Y軸〉大小,。
▲Linear-PCM編碼示意圖，在固定時間間隔下〈圖中為1/44100秒〉,，記錄當(dāng)下的振幅大小的絕對值,。 DSD音樂播放 DSD音樂的記錄和播放流程，相較于傳統(tǒng)PCM編碼來得簡化許多,，由于目前市面上主流是使用基于單位元的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（analog-to-digital converter,，ADC），來進(jìn)行音樂錄制,。所以如果將錄下來的聲音直接使用DSD格式儲存的話,，在播放時只需要在輸出端，經(jīng)過一個開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的低通濾波器，來還原成模擬訊號即可,。 整個流程相較于傳統(tǒng)的PCM處理,，省去了在錄音端單位元轉(zhuǎn)多位的過程，和在播放端必須經(jīng)由超取樣和ΔΣ調(diào)變成PDM訊號的手續(xù),。這使得DSD具有非常好的先天優(yōu)勢,，并且理論上能夠在硬件端節(jié)省下多余的處理組件，也間接地降低處理過程所產(chǎn)生的失真,。 SACD較早時期采用1bit轉(zhuǎn)換技術(shù)造成的高頻抖動〈dithering〉與諧波〈Idle Tone〉等問題,，目前的DAC芯片為了因應(yīng)1bit譯碼缺點(diǎn)，大多使用多位〈例如：6 bit,，64階〉的ΔΣ調(diào)變,。此種調(diào)變混合1bit PDM和PCM的優(yōu)點(diǎn)，在低電位輸出時直接調(diào)整輸出脈沖電壓為低電壓,，可以讓后續(xù)的低通濾波電路設(shè)計(jì)問題簡化不少,。在理論上看起來是如此的完美，但是人算不如天算,，完美的事情永遠(yuǎn)只在理想狀態(tài)下發(fā)生,，筆者將在后面的章節(jié)和各位討論DSD所需要面對的問題和優(yōu)勢。
▲〈上圖〉PCM音頻的錄制和播放流程簡圖,，總共歷經(jīng)兩次超取樣處里和兩次位數(shù)轉(zhuǎn)換,，〈下圖〉理想狀態(tài)下DSD音樂錄制和播放流程簡圖，過程中無須經(jīng)過超取樣和位數(shù)轉(zhuǎn)換 |
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