[音響研究室] 192Khz?取樣率是什麼?真的數字越高就越好聽嗎?玩數位流一定要懂的 DAC 選購要點!

上週我跟大家介紹了超便宜的耳擴兼 DAC「T2CAudio 小夜曲解碼器」,那時有提到這台 DAC 具備 192khz 高取樣音樂檔的解碼能力,不過限於篇幅以及文章主旨,我並沒有特別解釋到底「何謂高取樣頻率」。今天我就要來跟大家談談,到底現在正夯的「高取樣音樂檔案」到底是怎麼一回事,而挑選一台好 DAC(音訊解碼器,不知道是啥請看這篇)又需要注意哪些重要事項。

上面是上週介紹過的 T2CAudio 小夜曲解碼器內部電路板拆機圖,基本上現在十萬以內的 DAC 大多長得跟上圖大同小異,都是由電源供應回率、數位訊號接收、解碼迴路以及後續類比輸出的類比放大線路所組成,不同價位、廠商會在上述的三個部份下功夫,以各自的「獨門祕技」讓聲音更好。不過撇開那些獨門祕技,數位檔案其實還是存在一些重要的基本組成要件,像是編碼格式、取樣率等等。

先前在黑膠唱片的文章中有介紹過,傳統唱片是以完全類比的形式儲存音樂,因此唱針擺動的方式就跟音波的形狀相當。但當我們要把這些類比的波型轉換成數位「010101」形式儲存時,就不能再像黑膠唱片這樣以完全類比的「波型」儲存。這概念就好像過去我們用底片拍照,可以得到一張塑膠透明的「圖片(底片)」,但如果要轉換成數位檔案(例如 .jpg)就必須使用掃描機、或是數位相機翻拍才能把照片轉為數位檔案存進電腦中

註:關於黑膠唱片的運作原理請參考:[音響研究室] 文青的最愛,更是音響世界的極致工藝!但 ... 黑膠唱片究竟是怎麼發出聲音的呢?

 

如果你稍微記得國中學過的理化,那你應該知道聲音是由「波」所構成的。但以數位 0101 的形式並無法完美地描繪重現聲音波型並加以儲存,因此必須以「取樣」的方式來將每一個單位時間間隔中的音高、音波形狀加以記錄,而這個取樣的時間間隔就叫做「取樣率」了。以 CD 的取樣率「44.1khz」來說,就是在一秒內對波型做 44.1k(就是四萬四千一百次)的取樣,利用如上圖一般的長條形(一秒四萬四千一百次極為密集的的長條圖描繪出來,就能「模擬」出非常近似真實音波的形狀並儲存到電腦裡了

註:不懂為什麼密集的直線就能描繪出波型,請參考用來計算圓周率的「割圓術」維基百科條目

看到這裡,我想聰明如你一定已經發現這種數位化方式存在一個很大的問題:沒有辦法完美重現音波形狀。如果我們把取樣所得的數據跟音波形狀重疊比較,就會發現即使把音波切割為每秒四萬四千一百份,再放大之後依然會出現原始類比波型與數位取樣波型不符合的地方,而就是這麼一點點的差異,導致 CD 聲音的真實感、空間感無論如何都無法超越傳統黑膠唱片(這也是為什麼黑膠不死)。

所有 CD 播放器廠商都企圖用不同的解碼方式、類比放大線路來彌補 44.1Khz 不足以完美重現原始音波的缺憾,但數據不夠就是不夠,就像 500 萬畫素相片再怎麼運算也不會變成五千萬畫素一樣。那麼音響廠商、錄音廠商到底該怎麼解決這個問題呢?

廠商們想出的方法很簡單:既然四萬四千一百次不夠,那我們就提高四倍,給他來個每秒十九萬兩千次吧!於是我們就有了更高的取樣頻率,也就是現在常說的「母帶等級 192Khz」高取樣音樂檔案,這樣的檔案以四倍於 CD 的超高取樣率對原始類比音波做取樣,用更多更密集的長條來描繪音波,以求更精準的音波數位化記錄。

從上圖可以看到,在提升四倍取樣之後,更密集的取樣就能獲得更貼近音樂類比波型的圖樣,理論上來說就能更貼近黑膠唱片的聲音表現,更真實、更精確的重現音樂錄音現場。理論上是如此,但音響世界就是一個充滿神秘、行銷、無法用科學根據解釋的奇幻世界,因此高取樣是否真能成就高音質呢?我想這就不是一個容易解答的問題了,我想了一堆理由說不好,肯定會有人來說我亂講;我說他很好,肯定又有另一派人來說我胡說。

所以我只好以我個人的觀感來說:以目前的技術以及我聽過的所有器材來說,我並不覺得高取樣率的錄音聲音就會更好。

這點必須分成兩件事:音樂本身錄音就是 192Khz(或更高取樣) 以及錄音本身不是 192Khz(利用 DAC 超取樣)。前者目前聽過得高取樣版本檔案(原始錄音 192 Khz ),不知道為什麼硬是比低取樣率(高取樣壓縮至 CD 規格)聲音來得更加的「纖細」,就像小提琴缺少琴聲共鳴聲的那種感覺,雖然比低取樣版本更加細膩,但總是有股「怪怪」的感覺,更不用說跟黑膠唱片相比了。

至於超取樣那就更不用說了,聲音纖細但缺少細節、缺乏共鳴且無鮮活感,不過這也不是奇怪的事,畢竟本來就沒那麼高取樣的東西並不會因為你重新處理就變得更好聽,就好像五百萬畫素的照片並不會因為你用電腦「超取樣」就變成五千萬畫素一樣,因此我個人認為「超取樣」只不過是商家的文字遊戲罷了。

現在大多數的音響 DAC 非常愛玩數字遊戲,好像一台 DAC 不能解到 192Khz 就不能叫做 DAC 一樣。但要做到高取樣解碼很困難嗎?如果你把機器打開來看,會發現其實現在所有的 DAC 使用的晶片多是大同小異,且多是整台機器裡面最便宜的零件群之一。上圖是先前介紹的 T2CAudio 小夜曲解碼器,裡面使用的 PCM1795 一顆零售價大約在兩百八十元台幣左右,下圖定價十三萬台幣的 Ayre QB9 使用 DSD1796,一顆零售價大約在三百台幣。即便是現在年輕一派數位流玩家所推崇的 ESS9018(我不知道為什麼推崇,是因為數據?)零售價也不過一千來塊。

你覺得 ... 在這樣的價差下,對廠商來說,難道直上最貴最好數據最高的 DAC 晶片很困難嗎?

反過來說,這樣比較下來,你還覺得那些「數字」能夠代表「這台 DAC 音質好不好」嗎?

上圖:十三萬的器材跟五千的器材採用價差不到二十塊的解碼晶片,你還覺得解碼能力能用來評判 DAC 的聲音表現嗎?

上圖:除了晶片那二十塊的差距之外,十三萬的器材在電源處理、類比放大等部分的設計規格都是遠超過五千元器材的,而這也正是好聲的秘訣所在

事實上,真正想要把訊源做好的廠商通常都只是把解碼相關的數字做到「夠水準」即可,更多的精力與成本會用來花在 DAC 後端的類比輸出以及整台機器的電源供應上,因為當解碼能力相當或接近時,類比輸出與電源處理才是真正影響聲音表現的要素。我常說,現在新的 DAC 在十萬內大多無法在聲音質感、高低頻延伸、聲音動態等表現上勝過那些「沒有 USB、只能解 44.1Khz」老舊 DAC、甚至差距甚遠

究其原因,其實也就是在類比輸出與電源供應的處理上無法相比罷了。

當然我並不是一竿子打翻一群人,說大家都做得不好,只是現在許多新玩家都是「看數據玩音響」,這無論是在哪個領域都不是一好現象。試想一下,高畫素的相機一定比低畫素相機好嗎(看看 iPhone)?大馬力汽車一定比低馬力汽車會跑嗎(請看頭文字 D)?比較貴的食物就一定比較好吃嗎(想想林鳳營牛乳)?

買一台 DAC,絕對不是「別人說他比較好」、「這台數據比較漂亮」就能決定是不是該選這台 DAC。選音響第一個要點是「試聽」、第二個要點還是「試聽」、第三個要點 ... 還是「試聽」!我喜歡的聲音不見得是你喜歡的聲音,因此我推薦的東西也未必是你會喜歡的東西。試想一下,你能夠理性地吐槽那些「評論家」的時候,怎麼就沒想到網路上那些看似很厲害的「大大」們搞不好聽過最貴的音響就是自己不到五萬的耳機系統?你怎麼會就這樣相信「他們說的東西」就一定好呢?

因此現在你知道取樣率不能代表聲音好壞的基準、解碼晶片也未必就是決定聲音是否很好的唯一要件、DAC 的電源處理與類比輸出比什麼都要重要,那麼接下來你能做的,就是不再受到這些數字遊戲影響,真正去親身體驗各家 DAC 的聲音表現,選擇你自己最愛的 DAC 數位類比解碼器囉!

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作者:陳寗@癮科技

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12 則回應

  • palatis2011

    本篇文章的作者似乎對數位訊號處理,以及 MP3/AAC 使用的壓縮技術(FFT、DCT)並不熟悉...

    建議可以去買幾本 DSP 跟 EM 教科書來啃。

    === 分隔線 ===

    簡單來說,無論 FFT/DCT/Wavelet 都是將時域訊號轉成頻域訊號的技術,優點是能量集中所以要傳輸的資料量大幅減少,缺點就是會失真。

    不過失真多少是可以控制的,讓我們看一個類似傅立葉數列(當然是簡化版,怕太多數學應該很多人會睡著...)例子:

    S(t) = a1*sin(b1*t) + a2*sin(b2*t) + a3*sin(b3*t) + ... + an*sin(bn*t)

    如果 a1 跟 b1 很大,其他 a2 b2 a3 b3 ... an bn 都很小,我們可以省去 a2 b2 ~ an bn,只需要傳送 a1 跟 b1,資料大幅減少。

    可是很不幸的是訊號就「失真」了,因為那些你「聽不出來但是感受的到」的部分被丟掉了。

    數位訊號的好處是傳輸跟還原過程中,不容易受到諸如雜訊、溫度、電子元件特性差異等等因素影響造成失真,相對類比訊號就很容易因為這些東西失真。

    === 我是分隔線 ===

    那麼,用 22k 取樣率錄製的聲音,經過壓縮以後用 192k 還原,到底有沒有意義呢?

    當然有!

    上述那個 S(t) = blah 的例子,你取樣的時候 t 的間隔是 1/22k 秒,可是還原的時候用 1/192k 去內插,出來的波型自然細膩很多。所以「雖然聽不到但是感受的到」聲音比較細緻。

    但是還是沒辦法還原出 a2 b2 a3 b3 ... an bn 那些被丟掉的部分,因為... 因為他們被丟掉了嘛!

    === 我也是分隔線 ===

    不過,上述只有說明運算的部分,實際傳到你我耳朵中的空氣振動(也就是聲音啦!),還會受到很多因素影響,例如電路雜訊、元件誤差、喇叭單體的波型還原度、溫度、空氣密度... 等等阿里布達的因素影響,所以買音響器材前實際去聽的確是很重要的。

    光一顆好 DAC 卻配上爛線路或爛單體,聽起來還是很難過,得整套都有足夠高的品質才行。

    2015-02-17 04:03
  • 稚空

    在影像處理上,超取樣在某種程度的確是會讓影像看起來比較清楚喔

    2015-02-12 09:19
  • ernie6712

    我不懂的是,網路上流通的mp3包含itunes的AAC,

    在17KHz以上根本都取樣不到了,難道一台192KHz的DAC
    可以把mp3或AAC可以把高頻重新取樣出來嗎?

    不過是銷售手法在規格上玩遊戲而已!

    2015-02-11 18:41
  • lesus123
    這篇文章對於取樣原理的說明有些謬誤:
     
    1. 取樣頻率高低主要取決於訊號頻寬,在數學上根據Nyquest theorem只要取樣頻率大於或等於兩倍頻寬,原始訊號就能被還原。從這裡可以從人耳可以聽到的頻率範圍為出發點,思考為何目前主流的取樣頻率為44.1KHz或48KHz而不是更高。
     
    2. 數位訊號造成失真的主要關鍵在於bandpass filter。數學上理想的bandpass filter應該要能把通帶以外的頻率完全過濾掉,並且完整保留通帶內的訊號。只可惜目前在實作中無法實現完美的bandpass filter,導致訊號經過filter後在通帶邊緣多少會有些失真。
     
    3. 人耳的特性是,如果在音樂的背景保留些雜訊,聽起來會更有立體感(或是通透感,臨場感之類的)。高取樣頻率可以將在第二點提到的通帶邊緣失真訊號保留下來,這些訊號一部份可能會成為音樂中極高頻或極低頻的一部分,其他的部分可能會成為背景雜訊。但是這種做法也可能會帶來完全相反的結果。
     
    4. 綜合以上三點,如果bandpass filter做得夠好,是沒有必要也沒有意義去使用高於Nyquest theorem中所需要的取樣頻率。反之,如果bandpass filter做得不好,那想要靠極高取樣頻率去彌補,個人感想是噱頭大於實際效果。
     
    2015-02-08 23:05
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