精品浅谈录音技术分类 HDCDDSDSACDXRCDLPCDK2HD等.docx

1、精品浅谈录音技术分类 HDCDDSDSACDXRCDLPCDK2HD等浅谈录音技术分类HDCD、DSD、SACD、XRCD、LPCD、K2HD等什么是HDCD？HDCD即HighDefinitionCompatibleDigital（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。高兼容高解析度的HDCDCD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

2、，至今仍是HiFi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CDDA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

3、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16bit操作，其能够表现的动态范围D为D=20lg21。76dB=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

4、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，44.1kHz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

5、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(Subtractivedistortions）.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。如果量化的精度高,则重现原始模拟信息

6、越逼真，细节更丰富,用一个16位游戏机和32位游戏机的画面做比较很容易得出结论。低位的量化使得量化后的误差也比高位的量化大，这些量化后产生的误差(量化噪声)使得听感发刺、混浊，尤其是小信号时影响更加突出，这些原信号中未有的谐波成份构成了添加失真(additivedistortion)。做为数字音响的一个特例，VCD所表现的音质更是典型的数字运算后得出的结果。它较之普通CD唱片放音感觉更为空洞缺乏细节和层次,高音尖刺感更突出，这是因为VCD为兼顾图像声音信息能够在一张12cm的光盘上重放，对图像和声音信息利用人耳的掩蔽效应忽视了那些人们不易察觉的信息,对数据进行了大量的压缩和编码重组，其过程为一

7、大幅度减法运算，其最终结果是形似而神少。如果采用高比特和高取样率进行数字处理其音质可获得质的飞跃，实际上,不少录音公司已在CD先期制作采用如96kHz取样率、2024bit的录音技术制作母带，但在制作CD唱片时,受制于现行CD规格，不得不重新进行编码处理使得符合16bit/44.1kHz的格式，因此我们所能见到的标有20、24bitCD唱盘，实际上仍然为16bit的数据流.如要改变CD现状,一是推翻现有CD格式，采用高取样，高比特记录格式和播放设备，这无疑要增加信息容量和传输速度。现行CD机无法胜任，好在DVD的面世已可解决这个问题。但是高品质音频光盘的记录格式尚未确定,而一旦确定则意味着已风

8、光市场十几年的CD转盘、DAC、LD、VCD机将与其无缘而成为玩具，即使上万元的CD机也难逃厄运.解决问题另一办法则是对先行CD进行改良，以求得在现行体制下能有所突破，如同当年黑白电视向彩色电视过渡一样。HDCD技术则是这类方案中一个成功而成熟的典范。HDCD简述为改善现有CD记录格式的缺陷,使之既能高度兼容而在音质上又能有所突破,美国PacificMicrosonics公司推出了具有专利保护的HDCD录播新技术，它的英文全称是HighDefinitionCompatibleDigital，译为高解析度的CD.用HDCD方式编码制造的激光唱片与普通CD具有高度的兼容性，用在普通的激光唱机上播放

9、，已可领略到HDCD编码录音技术的优越性，如用带有HDCD解码功能的CD唱机播放,则可充分欣赏到全部释放的HDCD信息所特有的魅力：音质清晰细腻、动态范围广阔、信噪比极高，音色更为自然逼真。HDCD的编码与制造针对传统CD录音格式的局限与不足，PM公司的两位HDCD创始人,KeithOJohnson录音师和MichaelW.pflaumer计算机专家在多年音响制作中,查找并证实了对CD音质影响的几个关键因素，并提出切实可行的解决方案。HDCD技术是在前期录音制作中即重视所录制信号的完整和精确性，采用高于常规两倍的取样频率88.1kHz对模拟信号进行采样,以最大限度地展宽高频响应,减少缺损性失真

10、，高的采样率也为HDCD编码运算留足了空间。用24bit量化其取样值为1677216个，它比16bit系统高出256倍，采用高位元处理技术可以提高处理精度，降低量化误差,增加动态范围至120dB。在模拟至数字信号转换过程中，HDCD技术十分重视转换精度，尽量减少串音和处理的稳定性，其能够达到的指标为转换精度百万分之一，失真分量120dBfs.这个高精度、宽频带的数字信号构成HDCD编码制造的基础，其数据信息量十分庞大。用常规CDPCM编码格式无法将其容纳。如要在普通CD机上兼容播放，需经特殊运算编码方可。用高采样和高比特技术进行CD的录音制作已被普遍认可和广泛采用，但提醒一点是目前市场上所能见

11、到的20、24bitCD激光唱盘其实质应是录音过程中采用的比特数，由于CD“红皮书”所制定的44.1kHz/16bit标准格式制约，这些高信息量的母带在灌制CD唱片时，均经过重新运算，编码制成16bit的CD唱片。因此,我们现在CD唱机所能解读出来的规格仍然是16bit/44.1kHz，由于各唱片公司在转化过程所采用手法不同，我们现在能听到的不同版本的CD音质也的确各有千秋，但有一点可以肯定：高比特高取样技术制作的CD音质远胜16bit/44.1kHz录音格式制作的CD。那么HDCD技术又是怎样制作与普通CD兼容的高清晰度唱片呢?取样频率转换。首先对88.1kHz取样数据进行动态转换,这是HD

12、CD技术一大特色。它采用多个数据插值滤波器经分析系统做动态控制，这个系统实时分析信号频带宽度，波峰能量和高频信息，以高分辨信号精确控制滤波器的波通特性。执行结果使得即使变化为44。1kHz最后采样率，其频宽在16kHz22kHz变化仍然很少.该系统有超越44。1kHz取样率的记录,能够反映声音的每个精细微妙的变化。振幅分析。HDCD技术另一特点就是对振幅进行了有效控制，由Decimation滤波器传送的是一个24bit/44。1kHz的信号，为了容纳这个信号,编码器在这一级被精确地进行振幅解析和增益控制量化编辑为20bit然后再分配到16bit格式中运行。自然界的音响变化范围是很宽的，突响的声

13、压能造成记录设备瞬时过载出现削峰现象，在模拟磁带记录过程中采用电平压缩方式以避免磁带的饱含失真，而对于一个数字记录系统过载可导致出现不必要的量化误差(数据碎片），同样会对音质产生影响。为此普通A/D转换器设备都有一个绝对最大录音电平（0dB）以保证峰值不削波。HDCD采用独特的振幅编码技术，可获得比常规数字记录多出一个比特(相当于6dB)的容量来处理大动态信号.由于采用数字运算处理方式,这个扩展信息能以精确稳定的特性控制重放设备的译码器复原。加上数字处理特有的“超前处理”(Lookahead）能力，所以系统能在一个大信号开始前瞬时恢复增益,提供更大信息容量避免信号瞬时过载。对于这个一个比特的信

14、息扩张量,何时操作受制于HDCD的隐含控制码（稍后讲到)，对于普通CD播放，信息无变化，而用HDCD译码器播放，则可在隐含码的控制下，信息准确膨胀,达到大动态播放的目的。高频扰动技术（Dither)。采用高频扰动技术，可提高量化信号的分辨能力，使之量化器的非线性变换特性得以改善，降低低电平信号的谐波失真，而且有可能重现低于量化差值的信号。但如添加不当,高频振荡(dither）将会变成真正的添加噪声。HDCD技术采用了改良的高频扰动技术，使得音乐细节更为丰富而噪声低不可闻。HDCD隐含控制码。对于HDCD的最后量化操作部分，为准确控制HDCD编码记录的超量信息在解码器上精确播放，特设置一相关的控

15、制代码，这个代码被插入数据记录的字组段中的最小有效位LSB位,如被普通CD机播放该码为隐含而不被激发。由于所处的特定位置且只占LSB位元的15，对于CD音质的影响弱不可闻。当用HDCD解码器播放时，系统可准确捕捉该隐含码并用来激活主要数据通道的信息,使得信息量膨胀，得到数倍于普通CD格式的信息输出，经DA转换即可获得大动态、细节丰富、高信噪比的模拟音频信号。为避免误码操作,HDCD采用在主副通道设置双重代码同步计时器，这样它与该字组段中的主要信息相伴而生时序不会错位.只有在隐含码与主要相关代码呼应时，主通道选择数据才有效,否则取消解码操作。模拟音频信号经缓冲器低通滤波后，先进行模数转换，并用一

16、个高频扰动信号对ADC实时控制，量化产生88。1kHz、24bit数据流，该数据流向主副两通道，主通道信息被延迟存储,而副通道信息相对于主通道提前一个分量进行数据分析产生控制信号，该信号动态控制数字滤波器做取样率变换,振幅编码和增益控制。最后由微处理器将分析、滤波、数据再格式化容易被漏失的信息分离(这些信息可能涉及到音色、声场、微细声音)，与控制码一起组合生成隐含码被插入主通道音频数据LSB位，经高频扰动处理后再量化为16bit/44.1kHz标准CD格式输出，完成全套HDCD编码过程。HDCD的解码过程与PMD100HDCD的解码操作是编码过程的逆动作.设计目的是在DAC的数字滤波器部位用H

17、DCD解码专用集成电路取代,完成HDCD信息解码及超取样数字滤波双重作用。解码器首先检测数据流中的LSB位中是否携带有HDCD隐含码，如有则按照隐含码的连续指令激活主通道音频数据信息使之膨胀，恢复在编码过程中对数据信息的压缩。由于隐含码的控制，可准确地对波峰进行适时扩展，对低于平均电平值的信息做适当的增益下减，因此HDCD方式可获得高于常规的大动态及小信号的高清晰度。作为HDCD的唯一解码芯片是美国PMI公司生产的PMD100，该芯片需经授权使用。它是一个28脚DIP封装的大规模集成电路。当PMD100接收到输入数据为HDCD编码方式则自动转换到HDCD解码格式下工作，并在其27脚输出电流驱动

18、LED发光管做状态指标。当非HDCD信号时，信息数据被接收做常规超取样数字滤波处理，因此该器件有双重特性.在做普通CD格式数字滤波器使用时该器件特性也相当优良，通带纹波从020kHz不超过0。0001dB，阻带衰减120dB.该器件的其它特性为：具有2、4、8倍超取样数字滤波可接受24bit输入数据及同精度处理可按受3255kHz任一输入取样频率输出16、18、20及24bit不同数据格式具有数字去加重功能可用0。188dB步长进行数字音量控制时钟频率为256fs或384fs可选具有软、硬两种静噪方式提供硬件设定及程序方式两种控制模式，提供8种不同类型的高频扰动模式以适应不同类型的DAC提供恒

19、定输出时钟到DAC，即使输入数据和主脉冲都丢失也能保证DAC输出无偏移和产生脉冲的可能解码芯片PMD100的管脚排列与一些顶级数字滤波器有相似之处，如SM5842、SM5803、DF1700等，因此在有上述滤波器的DAC或CD机上，通过稍加改动就可将普通CD机或DAC改为具有HDCD解码功能的处理器了。SACD简介SACD全称叫SuperAudioCD，是超级音频光盘系统，它是由索尼和飞利浦公司合作开发的一款具有全面取代CD音源实力的最新格式的数码系统。SACD采用DSD数字录音技术，它的频率范围和动态范围均优于CD.SACD是一种新型的光盘，它不是CD格式，而类似DVD光盘，播放时需使用SA

20、CD专用的播放设备。SACD光盘结构大致与DVD相似，播放面有单面和双面,信息层有单层和双层。目前市场上的SACD光盘较多采用单面双层结构，一层是0.6mm基片上储存16bits传统CD格式的信号，可与CD兼容,另一层是0.6mm基片高密度的半透明层,储存SACD格式的信号,再将两片基片像DVD盘片那样粘合而成。这种光盘可以在普通CD播放机上播放，也可以在SACD播放机上播放,当然，两者的音质是有差别的。SACD的技术指标远优于CD,而与DVD-Audio相似。SACD的核心技术是DSD（DirectStreamDigital直接数据流）,它与CD、DVD-Audio的多bit录制原理有根本的

21、区别。DSD的技术要点DSD的技术，简单地讲：它是将信号以2.8224MHz采样、经多阶调制，输出1bit信号流。多阶（如：7阶7thOrder）调制器,运用负反馈，将信号与上次采样的波形进行比较(差分运算）,“大于”便输出“1，“小于”便输出“0”.利用求和器将波形在一个采样周期中积累，以形成下次的比较波形。和则分别是差分和求和的含义。由此可见,1bit信号流是相对值,而传统的PCM记录的量化值是绝对值.是一个正弦波经多阶调制后1bit数据流的示意图。图中显示,正半周，振幅越大,出现“1”越多；负半周，振幅越大，出现“0越多。这个图让我们想起扬声器发出的声波在空气中传播的情形：正半周,纸盆推

22、出，压缩扬声器前方的空气，使空气密度增加，振幅越大密度也越大；负半周,纸盆拉回,使空气密度降低，振幅越大，密度也越低。由此可见，1bit信号流竟然反映的是原始的模拟信号作用于扬声器后声音在空气中形成的疏密程度!目前，有的公司已经在研究开发数字功放和数字扬声器，希望将1bit二进制的数据经过数字功率放大器放大后,直接提供给数字扬声器，数字扬声器既是一个简单的低通滤波器，又是将电能转换为声能的换能器，这样，不但简化了结构，而且提高了重放性能,相信不久以后,我们会看到这种数字器件的实际应用.与传统的PCM信号比较，1bit信号流调制过程较为简单，而且精度高、成本低，解调过程更是简捷方便.从理论上讲，

23、重放端仅需要一个RC积分电路就可成功地还原音频模拟信号。同时,又从根本上剔除了PCM所固有的一些失真，使音频信号得以高度的返真还原。DSD制式的取样频率为2.8224MHz，较传统CD的取样频率44.1kHz高出64倍,而总的信息容量为传统CD的4倍。理论上可以把频响范围扩展至0Hz400kHz，这就大大超越传统CD的20kHz的极限。而64倍于CD的超取样频率，又可使听域范围的量化噪声完全被分配到人耳的听域之外。更因为DSD技术中又开发了所谓的噪声整形电路”可进一步把可闻频带（020kHz）内的噪声进一步转移到20kHz以上的超音频范围中去，从而令SACD的信噪比高达120dB以上.SACD

24、与DVDAudio比较，两者原理虽然不同、电路也各有差异，但都比传统CD的音质改善甚多.而就技术指标而言，SACD和DVD-Audio可谓旗鼓相当。因而两者之争至今也无法统一.但就目前的情况而言，SACD始终保持着领先的地位。首先：在硬件供应方面,SACD已先一步走到DVD-Audio之前，早在两、三年前，SONY公司就有一款轰动业界的SCD1旗舰问世，之后接踵而来的SCD777SE、SCD-555、SCD-XB940，甚至影音兼容的DVP-S9000ES、Manantz公司的SA1、SHARP公司的DX-SX1、先锋公司的DXAX100；飞利浦公司的SACD1000，还有日本著名的HiFi精

25、品金嗓子DP100/DC-101分体机,其它如日本安桥、爱华、第一音响等等，不胜枚举。而DVDAudio阵容到目前为止也仅有松下、胜利、天龙等几家公司的少量品种应市.不过近来DVD-Audio也在加快步伐追赶。其次,软件供应方面也是SACD捷足先登,至今已有超过300款SACD唱片面世,国内看得到的也有近百种，其中SONY和Philips一方面凭借自己旗下的唱片公司源源不断地出版SACD碟以示支持。另一方面更说服Telarc、DMP、拿索丝、DIGITAL等发烧唱片公司加盟SACD陈营,不断推出SACD软件给广大消费者造成了”先入为主的极深印象。而DVDAudio却时乖命蹇，还在摇篮中就被计算

26、机黑客破解了防盗版密码,从而大大推迟了DVDAudio唱片推出的时间表，这也是许多饱受盗版之苦的唱片公司暂不考虑对DVDAudio阵营支持的主要原因。档次方面:SACD一开始就把自己定位于Hi-end级别，索尼推出的第一台旗舰SCD1可谓极尽发烧之能事，无论内部用料、整机工艺都严格按Hi-end唱机规格设计，以后推出的中低档机型也严格按厚重沉稳,用料实在的发烧理念设计制造。深受广大HiFi发烧友的青眯与肯定。而DVD-Audio阵营在与SACD的争斗中，一直把DVD-Audio当作是一种花费不多,效果不错的功能附加在普及型DVD影碟机上进行宣传的，给人的印象是一种大路货，加之DVD-Audio

27、功能众多但并不专一，机身纤薄，用料一般，故在广大音响发烧友心目中并不好看，从而在档次上输给了SACD。音质方面：由于SACD自身的定位以及1比特量化DSD直接数据流在技术方面的简洁和优势，大多数资深的音响发烧友经过亲耳聆听后,主观感觉都认为SACD在音质上略胜一筹.因而音响界许多朋友都认为，若组建家庭影院兼容Hi-Fi,DVD-Audio应该是首选。但若以玩高保真音乐为主，特别是以追求音质音色的至真至纯为目的的朋友而言，SACD是您理想的选择。xrcd介绍xrcd是采用日本JVC公司开发的K2接口，包括了Mastering设备、制造工序、硬件与理论等多方面成果。发明这一技术,在CD制作的各个环

28、节都以独创的主时钟系统对时基进行控制,使CD制版的抖晃失真系数以及玻璃母模的组误差系数有大幅降低,制版精度相应地则有大幅提高，从而使CD制作中的保真度有了很大的保证。xrcd可以说是完美的16位,不需要任何附加设备,在任何一部唱机上都能表现出CD的最高音响效果来。在完全一样的音响系统上,xrcd很明显在透明度、高频的圆滑延伸、立体感与珠圆一滑的质感等方面,要胜过原版CD。好透明的声音，好干净的背景，丝毫不带火气与毛边的乐器与人声，这是首次听XRCD者共同的印象。原来的CD都像有一层薄雾遮掩在聆听者与演奏者之间。xrcd如同一阵风吹散了轻烟，眼前一片通清明朗。xrcd2则是xrcd的升级版。xr

29、cd2介绍xrcd2向完善的数码音频这一目标前进了一大步,她是JVC多年来刻意追求再现原音的代表性技术成果。xrcd2是通过对母版进行艺术加工及工业加工过程中，对有关的设备及理论进行深层次研究后才开发出来的录音制品，她将xrcd系列以更加卓越的版本方式提供给追求高水准音质的听众.同时，与xrcd家族的其它产品一样，它不必使用特殊解码器及专用的CD唱机。通常的CD加工工序是在整理母版后，用U-matic1630格式磁带或者PMCD、DDP磁带的载体形态送到加工工厂去压片。此后，表演者、制片人、导演及录音师只能祈祷从工厂出来的产品CD是与他们所精心创作的作品声音不要发生太大的变化。录音棚和生产加工

30、工厂之间没有一个声音的判断基准，即使数码系列是正确的,也未必能保证实现最高音质的再现.另外,CD的生产工序是由多种设备及技术构成的，结果是其音质也受各种设备的状况所左右。这意味着要想忠实再现记录在原始母版上的声音,必须对从CD母版的调音制作到生产加工的每一个细小环节都要精心的实现追求.因此,不能只满足现有检测数据单纯的高指标。所以，不只是依靠单纯的测试数据，而是加上活用长期以来的听觉感受，判断采用了最好听觉效果的精良设备构成方案。这种努力甚至包括从安装及连接方法、交流电源系统、时钟的精度、记录格式、交接系统直至生产CD的材质都作了各种组合的测试，其结果即是xrcd2。她是迄今为止比任何CD都明

31、了的对原音进行了鲜明、清晰的忠实描写，从而实现了成功提供音质更加卓越的CD。xrcd2的工艺是从对母版的加工开始的。先将模拟信号经过特制的母版加工专用调音台,再用JVC产20比特K2模/数转换器转换成数码信号。再将这个20比特数码信号通过新开发的数码K2从SDIF-2接口器输出，记录在磁光盘(MO）上。在这个过程中用数码K2遮断数码部分给模拟部分带来的影响，从而实现了高纯度模数变换。另外，xrcd2的加工工序使用了具有安定性及20比特以上记录能力的磁光盘作为送到生产工序的音频记录载体。拿到JVC横滨工厂的20比特PCM9000格式磁光盘，再一次通过数码K2重放。在这个阶段重放中寄生在数码信号中

32、的“吉塔”噪音除掉。接下来，由K2超级编码器将20比特信号变换成具有20比特优势的16比特信号，再经过EFM编码送入K2激光。在此，将EFM信号在送入激光刻盘机之前的一刻进行重放。在最后的阶段,将留在数据流中的时间性“吉塔”噪音除去.通过上述的从母版到生产过程的各工序,实现了将原版母带的最高音质传送到CD.充分的照顾到原音的细节，从而再现表演者的细腻表演，将这种与录下时的声音不走样的重放出来，让听众充分领略到表演者、制片人、导演、录音师的声音表演意图，这就是xrcd2。Xrcd技术已得到业界的一致好评，而最新问世的xrcd2版本产品，更加强了xrcd系列忠实再现原音的优势。JVC公司为了保持xrcd品牌的优势，在选择母带品质上极为严格，而且对母带的xrcd再制作、刻母盘、压片等各工序都有严格的要求,加之技术保密等原因,JVC公司严格规定只能在本公司的本土的定点制作室及定点工厂加工生产。由于这些特性，即使是以数码对数码