Hi Fi 基礎談 六十四：CD 點解會有聲出？

「HiFi 基礎談」連載，自《Hi Fi 音響》發刊以來，從未間斷，一寫五年多，以為期期都在講基礎。

早個月，肥仔林以讀者身份用攝錄機採訪了雷明的 HiFi 房，引發了一個問題：究竟「基礎談」所講的，是否仍是六年前的那麼「基礎」?

辦雜誌，最不求進的是永遠滯留在第一期階段，最慘的却是升級！

據肥仔林講，「基礎談」的內容，已達到初哥們只懂一半的程度！

「HiFi 基礎談」的內容，六年來不斷地升級，就算信肥仔林一半，初哥們也經常只懂三分二！這現實，雷明一直不敢正視，但給肥仔林揭出來就不得不自我檢討了。

幸好，《Hi Fi 音響》近年已注意增加初哥也看得懂的文章，雷明的專欄可繼續升級。但「基礎談」題目就值得商榷。

由下期起，「HiFi 基礎談」改名為「雷明專欄」，內容不受「基礎」限制，鍾意寫什麼就什麼吧。

先有 LD，後有 CD

CD 何以有聲出？似乎是老生常談的問題了。但各位看官不妨重溫一次，所謂溫故知新，對 CD 的運作原理識多點，有著數。

愛廸生在 1877 年發明了錄／放兼能的留聲機，運作原理是將聲波變成機械振盪刻在蠟筒（Cylinder）上（貯存），及以唱針在蠟筒上循行將機械振盪還原成聲波（重播）。

1888 年，栢連納發明唱片，將蠟筒形狀變成扁平的碟形，達到了大量印製之目的，而唱機（Gramophone）却是一種只能重播不能記錄的東西。運作原理，依然是將機械振動（碟紋）轉換成音波。

1948 年 33 轉 LP 問世，1958 年立體聲 LP 問世，直至今日，LP 和栢連納的 SP 的運作原理維持不變。擴音技術由 30 年代全面轉為電氣化，半導體技術在 50 年代後期發展蓬勃。但唱片的機械運作原理，却自愛廸生開始到今天，歷百餘年不變。

用光貯存聲音的科技，是電聲史上最偉大革命，是飛利浦在 70 年代密集研究數碼錄放音技術及錄放影技術的創世之作。

數碼錄音技術是日本天龍最先研究成功的（1972 年），初時他們將這種把 Analog 音波切成一粒粒的錄音方式稱為 PCM（脈衝碼調制）。早期 PCM 的中文譯法還包括「密碼」和「數字」等，後來全港的中文人都覺得「數碼」最適合，那是美國引出 Digital 一字成功地取代 PCM 之後。

數碼錄音技術及數碼廣播技術，其實早在70年代初就分別被 BBC 及日本 NHK 全面採用。但英國人却是在 CD 問世後的 1984 年才驚悉 BBC 系統自 1972 年開始已採用 13bit/32kHz 取樣的 Digital 基礎來進行首階段的 VHF/FM 電台廣播製作，最終 FM 電台廣播發射站發出的訊號已解碼為模擬式訊號。

上面說過，CD 和 LD（影碟）都是飛利浦所發明，但多數人都以為先有 CD 後有 LD 是合理邏輯，其實却是先有 LD 後有 CD。

由一條條切成一粒粒

CD 貯存聲波的方式是將「—條條」的 analog 切成「—粒粒」Digital。粒數愈密，傳真度愈高。換言之，本來不是 Digital 的錄音，在翻成 CD 的過程中，就要先經 Digital 化的工序。大部份 CD 上都印著 ADD、AAD 或 DDD 三種標示中的－種。第一個字是錄音類別，中間那個字是混音類別，最後一個字是製版類別。例如印 AAD 的銀碟，就代表它是 Analog 錄音，Analog 混音，Digital 製版了。當然，CD 不可能有 A 製版的，所以沒有 A 字尾的 CD，但各位知否因何沒有 DAD 標誌，即 Digital 錄音，Analog 混音的 CD 呢？事實上它們是存在的，只不過錄音公司不想公佈出來而已。隱瞞這方面却是為了迎合羣眾口味，絕大部份顧客心理，在選購 CD 時都喜歡揀 DDD 高科技新製作，ADD 已被認為落伍。DAD 製作有自動被排斥的可能。

CD 的現行數碼規格，是 16bit/44.1kHz 取樣。這規格，決定了將持續不斷的「一條條」Analog 聲波切成 Digital「一粒粒」之方式。

數碼訊號，是一系列由 0 與 1 兩個數字以 2 進制組成的脈衝。用一個高速而準確的開關掣就可產生數碼字訊號，「關」= 0，「開」= 1。Bit，是每個數碼「字」的數量，例如由 4 個 0 和 2 個 1 構成的數碼字，便是一個 6bit 字。

0 與 1 之組合，bit 數愈多，其表現能力亦愈大。電聲專家認為，16bit 字（即 16 個由 0 至 1 拼成的脈衝）可以提供 96dB 之音量動態範圍，用來重播音樂，足夠有餘。

最終階段必有失真

取樣頻率，學名Sample Frequency，意是將音響「切粒」的每秒粒數。44.1KHz 的 CD 取樣頻率，即是 CD 碟的數碼「樣本化」規格，是每秒鐘將音響切成 44,100 粒，每粒謂之一個樣本（Sample）。

由此推算，16bit/44.1kHz取樣的每秒鐘脈衝流量，便是 16 x 44,100 x 2（聲道）= 1,411,200bits/sec。而 16bit 字每秒鐘能夠提供 216 = 65,536 級不同的電平變化。

這每秒一百四十多萬字長（Word Length）的脈衝，印在 12cm 直徑的銀面金屬片上（也有金面），用鐳射管拾訊方式檢定 0 或 1 脈衝，鐳射管由碟內周開始閱讀「進入」資料（access data），碟的轉速是由內圍的 500rpm 經由伺服控制遞減至圓邊的 200rpm，讓鐳射管在恆速（Constant Speed）狀態下每秒鐘閱讀同樣距離、同樣數量的資訊；鐳射光射在 CD 表面上，將 0 與 1 的資訊反射至一面集訊鏡上，閱讀工作便告完成。

反射鏡所搜集到的資訊，理論上是應該 100% 與印在 CD 上的毫無分別。而印在碟上的東西又應 100% 和印版毫無分別……如此引申至和被切粒（量子化）之前的音源 100% 毫無分別。可惜事實上絕非如此，無論 Analog 或 Digital 軟件，其最終階段成品必然產生失真。Analog 失真是波形之各式畸變，Digital 失真是脈衝訊號之失落。前者聽在耳朶裏是有失真的音響，而後者却無法令到 D > A 解碼器正常操作，還原為「一條條」的 Analog 聲響。

這是令飛利浦工程師面目無光的大災難，他們在實驗室裏埋頭苦幹，發明了 LD 及 CD，却無法大量生產它們。初期，飛利浦只能試製 14bit 的 CD，但甚至 14bit 製成品都過不了品質考驗一關。CD 上的數碼錯漏多至解碼器無法工作，不過線（鐳射管停留不動）和噼啪爆炸聲（數碼失真），令人無法接受。

將 CD 從實驗室中帶入羣眾的，是 Sony。Sony 把日本高科技引進 CD 製作及重播，發明了實際可行的錯誤糾正（Error Correction System）體系，功能將破碎不全的 CD 脈衝修補至足令 D > A 解碼開工之地步。

數碼訊號在由錄音至製成 CD的過程中，其實每個步驟都有耗損。脈衝資訊的準確度，要維持在每秒 ±4 次之內，實為太空科技之奇跡。80 年代 CD 之問世，其足令科學家目瞪口呆之處，不是因為能重播音樂，而是只因為能夠發出聲音！

光與訊之間的阻隔

鐳射管在閱讀資訊時所可能遭受的挫折也夠多了，鐳射和碟面的接觸是光學上的 Optic Couple，最理想的全接觸當然是沒有任何阻隔的零阻抗（Zero Impedance）閱讀，可惜這一關已屬永不可能。因為光與訊之間起碼已隔著一層有折射系數的透明膠片，何况膠片還有花痕，CD 芯又不正中，CD 碟又不平坦。CD 片上的花痕，無論是刻意或意外引致，在 500~200rpm 轉換環境下，對鐳射光的通過構成了「柔光鏡」般的濾波作用，令拾訊效率損耗有所增加。總而言之，有花痕的 CD 不會令閱讀工序變得更 Hi Fi。

錯誤糾正系統原理

另一方面，讓我們將錯誤糾正系統的最原始操作原理簡化一下解釋，使大家更易明白。

假定正確訊號是：abcdefghijk

而搜集訊號是：ab de gh jk

損失訊號是：c f i

錯誤糾正訊號却是：abbdeeghhjk

修補訊號是：b e h

可見，原本應是 cfi 的空隙，却給糾正系統拉上補下地修補了 beh 進去。拉上補下的操作，在數碼技術上是取樣保留（Sample and Hold），把上手的訊號照辦煮碗填入下一個空洞裏。因為，任何糾正系統永不可能知道漏失了的訊號之真貌，而填補進去的訊號只是上一個訊號的 Copy。本例中經修正的訊號雖然有雙份的 b、e 和 h，其實是失真，但從音樂角度講，邏輯修補方式加入了屬善性的失真，它除了使解碼器夠料開工之外，音響效果是：

畫面變大變肥，局部殘響增加。

獨奏樂器更突出，樂器尺碼變大。

超高頻滾降，光輝度及「數碼」聲相應降低。

相位失真增加，令定位感產生略為鬆、郁、朦的羅曼蒂克氣氛。

錯誤糾正系統工作原理不止一種，較進步的是填入上一個訊號和下一個訊號的平均值，最進步的更採用記憶方式錄下一段「歷史」用作監定修正訊號之真實性。但無論如何，錯誤糾正系統所製造出來的「善良」失真，可能是悅耳的聲音。

若碟面花痕太深，令訊號漏失數量超過了糾正系統的修補能力時，鐳射管便停留不動，重覆閱讀同一圈訊號，這就是不過線了。

點解覺得靚聲？

市上各種噴抹 CD 的清潔劑，對減少光接觸阻力及碟面折射都有效，但洗 CD 最徹底的，對重播清晰度最具顯著改進的，是使用麻煩、現已停產的 Audio Technica 超聲波洗 CD 碟機。不過，把 CD 浸在液體裏會否引起滲水入心的後遺症就不敢擔保。

錯誤糾正系統的效應，絕非雷明憑空想像，而是 80 年代中就由電聲界提出了的事實。

理想的 CD 重播，是完全的資訊傳送，糾正系統毋須開工。但，如上述，世界上沒有無錯的 CD 及鐳射集訊，糾正系統便是 CD 重播必經之一環。

而糾正系統的良性失真，有以下任何一種或多種因素影響，會令聽者覺得靚聲：

未夠班的 CD 轉盤／解碼器。

有叫聲的音響組合（任何一環）。

殘響少的聽音室，聽賣弄相位 CD（如 Dolby Surround）有寬闊音場，而聽正常 CD（及 LP）就覺音場縮水的那種。（在我的 Hi Fi 房裏，正常 CD 提供正常音場，Dolby Surround CD 的大包圍，一舊一舊，鬆郁朦效果就令我吃不消。）

（原文刊於 1991 年 10 月《Hi Fi Review》，作者 雷明 先生）