Hi Fi 基礎談 二十:鐳射數碼初階(四)

可惜得很,像模擬錄音一樣,數碼錄音也是一出世就具有與生俱來的缺憾。但,希望藉科技之進步,人類在最近之將來有機會享受到更近乎完美的數碼錄音。

▲本刊 87 年 9 月號試聽之 Marantz CD94 採用四倍超取樣數碼濾波器

 

原子粒聲與數碼聲

早期我們對數碼技術的認識,大部份資料均來自有商業宣傳成份的數碼擁護者手筆,加上最初幾張 Telarc 數碼碟確有雷霆萬鈞之勢,於是對數碼技術之壓倒性深信不疑。民心思變,創出一個龐大的市場需求大公司紛紛跟進,斥巨資添置成本高昂的數碼器材。

由八二年開始,大公司已停止了普通模擬式錄音工作。

但是,早期不少數碼 LP 碟及 CD 音色實在十分刺耳,尤其是弦樂音色,根本上與真實的東西相差太遠,很容易引起聽覺疲勞。比較同期的模擬錄音,就顯見後者悅耳像真的音色容易接受。人們於是開始懷疑,對數碼及模擬兩技術的優劣點互相比較結果,發現數碼錄音雖然消除了模擬式的好多缺點,卻代之以另外一堆缺點。

Hi Fi 玩家由膽機時代轉入原子粒時代的第一個經驗,就是原子粒機音色更清楚了利,噪聲哼聲更低,動態更勁。但原子粒機的「原子粒聲」,卻尖銳刺耳,容易引起聽覺疲勞。數碼碟(初期)跟模擬碟音色之比較,給人印象亦復相同。在基本上,原子粒聲跟「數碼聲」的特性及形成,也有共同點。原子粒的操作,是一個開關,在一開一關之下,造成難聽的「開關失真」。在膽機時代,音響學家根本不知道人耳會對這成份微乎其微的開關失真會敏感到如斯田地。(他們更無法想像今人將唱臂移高移低少許將垂直循行角改變 ¼ 度之音色變化都聽得出來。)燈膽機是沒有開關失真(只有交替失真)的機器,後來原子粒機發展到純 A 級動作,才消滅了開關失真,但原子粒機的音色多及不上膽機般音樂化。電聲學上最近的研究解釋,是人耳可以接受比率較大的「圓滑」失真,例如溫和的三次諧波失真。燈膽機在這方面的失真率高達 0.5%,也惹不了聽覺的反感,但,一些「斷續」性(非模擬)失真卻好容易刺激了聽覺的流暢感。開關失真和其他不知名的數碼失真都屬於「斷續」性。數碼錄音是一項超高頻開關的取樣量子掃描,它所產生的開關失真,其刺激官感的特性亦復相同。CD 碟 16Bit/44.1KHz 取樣頻率所掃描出來的每秒每聲道 700KHz 以上脈沖,竟然影響聽覺的流暢感,真是不可思議了。(另一派人士認為上述理論屬於無稽,這是後話。)

▲Radial Tracking System

 

數碼式濾波實現理想

另一種老生常談的數碼失真,是高週濾波綫路的毛病。數碼錄放音的「開關」(取樣)頻率 CD 標準,是 44.1KHz。這個頻率在工作時絕不容許鄰近有超音波頻率干擾。否則標本(Sample)和量子(Quantization)的正常操作便受影響而產生巨變。所以,數碼錄音的第一個工作,是把從咪高峯拾取到的音頻訊號通過削切度極端急激的濾波器,把 20KHz 以上的超音波完全除去。為什麼 44.1KHz 標本週率要令數碼錄音頻帶上限於 20KHz(或更低)?而不是 30KHz?好多人這樣問,以為 30K 與 44K 之間還有段 10K 距離,好遠。實際上絕非紙上談兵那末理想。20K 與 44K 的距離,在頻譜表上看,是非常的接近,在音響學上,它們相距只有一個倍頻多點(Octave)。技術上,要把一個音波的倍頻完全切去,是非常困難的。初期,電聲學家們採用的模擬式濾波綫路未臻佳境,影響 20KHz 以下的音波出現相位歧變,這種相位失真,是數碼錄音刺耳音色的主要來源,是數碼錄音獨有的「性格」失真。模擬錄音沒有這類失真,反數碼的人也是以此為最勁攻擊武器。

初期,還以為解決上述相位失真的唯一方法是把標本週率向上推。專業用機的標本週率是 50KHz,它所產生的相位及開關失真比較圓滑。CD 碟的 44K 水平,果然訂得太低。最理想是做到 60K 至 80K 的標本週率,削切濾波器也可以 30K 至 40K 為削切點,所提供的錄音,頻帶更寬,相位失真也更低。

數碼錄音技術,由於「數碼式」濾波系統的發展,而獲得了突破。現時,全世界數碼錄音機及較高級 CD 機均已改用數碼濾波與模擬濾波聯用。

數碼式濾波是電聲學家夢想之實現,它的工作理論十分簡單,綫路結構卻十分複雜。錄音界把削切式濾波器稱為磚牆(Brickwall)濾波。意思是音頻在割切點上有如碰到一堵磚牆,絕對不容許有走漏的頻率洩出牆外。數碼式磚牆濾波,其實是一部點算頻率數目的高速計算機,你把它的點算頻率限在 20KHz 的話,它的點算就以此為界限。20K 以下的數目,統統保留,20K 以上的數目,就統統「摒諸牆外」。而且,保留的訊號亦不會引起相位失真。

實用上,CD 機採用數碼濾波系統之後,CD 刺耳聲有了大幅改善,但並非說每部用數碼濾波的 CD 機都一樣好聲。

(原文刊於 1987 年 12 月號《Hi Fi Review》,作者 雷明 先生)