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一直以來(lái)，很多Hi-Fi發(fā)燒友在聊音樂(lè)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)談?wù)摰疥P(guān)于音樂(lè)文件采樣、位深、碼率的相關(guān)技術(shù)參數(shù)。44.1kHz/16bit、96kHz/24bit、192kHz/24bit這種PCM波形規(guī)格到底意味著什么？DSD這種全新的規(guī)格音質(zhì)有何優(yōu)勢(shì)？隨著越來(lái)越多初燒開(kāi)始接觸數(shù)字音樂(lè)，本期就以純理論的角度為大家對(duì)比一波WAV和DSD兩種文件給大家進(jìn)行參考。

相信不少的朋友都知道44.1kHz是采樣率參數(shù)，但卻不知道到底什么是采樣率。所謂采樣率，則是錄音設(shè)備每秒采集聲音樣本信息的頻率。44.1kHz采樣率，即是在錄音時(shí)，設(shè)備每秒記錄44100次。

為什么無(wú)損音樂(lè)的采樣率會(huì)被定位44.1kHz？這其實(shí)并非偶然。根據(jù)奈奎斯特采樣定理（為了不失真地恢復(fù)模擬信號(hào)，采樣頻率應(yīng)該不小于模擬信號(hào)頻譜中最高頻率的2倍），采樣率44.1KHz的數(shù)字音頻格式可以無(wú)損地記錄22.05KHz以下頻率的音頻信號(hào)，其剛好超過(guò)了人耳的聽(tīng)力范圍20kHz。對(duì)于PCM波形來(lái)說(shuō)更高的采樣率意味著曲線更加接近真實(shí)。

DSD64的采樣率為2.8244MHz，相等換算的話就是CD的44.1kHZ的64倍采樣率，也就是2824400次/秒。與PCM脈沖編碼調(diào)制不同的是，DSD在錄制時(shí)使用PWM脈沖寬度調(diào)制，因此在圖像呈現(xiàn)上來(lái)看也與PCM有所不同，具體筆者會(huì)在下面討論。

上面提到采樣率是每秒記錄聲音的次數(shù)。對(duì)于用數(shù)字波形記錄聲音的方式來(lái)說(shuō)，如果橫軸是時(shí)間，想要出現(xiàn)完整的波形，那么就需要一個(gè)縱軸參數(shù)來(lái)為波形的“高度”進(jìn)行設(shè)定。對(duì)于音頻來(lái)說(shuō)，這個(gè)高度信息，就是Bit（位深）。

所謂16Bit，其真實(shí)含義是用16位的二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示采樣點(diǎn)的電平（縱軸高度）。在PCM波形中，縱軸高度越高、聽(tīng)感的響度就越高。位深對(duì)音樂(lè)文件的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)一般直接掛鉤，16比特整數(shù)可以儲(chǔ)存2的16次方（65536）個(gè)不同的數(shù)值，每增加1比特代表縱軸的精密度翻一倍。

相比于DSD來(lái)說(shuō)，PCM技術(shù)于很早之前就應(yīng)用于音頻領(lǐng)域，因此其文件有很多的變種。正常的無(wú)損無(wú)壓縮PCM波形的文件是WAV，我們?nèi)粘Ｏ螺d到的flac、ape這種無(wú)損格式都是將WAV文件“無(wú)損傷壓縮”的音樂(lè)檔案，再次解壓縮后數(shù)據(jù)基本不受影響（但不少數(shù)字音樂(lè)檔案發(fā)燒玩家發(fā)現(xiàn)聲音有“打折扣”的情況）。mp3、wma等格式為有損壓縮格式，再次解壓為WAV后會(huì)造成數(shù)據(jù)損失。

PCM和DSD本質(zhì)有何不同？

PCM和DSD在錄音時(shí)使用的就是兩種完全不同的系統(tǒng)；PCM脈沖編碼調(diào)制：首先將連續(xù)的模擬信號(hào)（音樂(lè)原聲）離散并抽樣量化，根據(jù)瞬時(shí)點(diǎn)參數(shù)構(gòu)建PCM波形。簡(jiǎn)單、直觀、文件占用空間低是它的優(yōu)勢(shì)，其劣勢(shì)在于量化誤差較大。

DSD在錄制時(shí)使用了另外一種調(diào)制——PWM脈沖寬度調(diào)制：它是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈波的一種全新的記錄方式。在記錄時(shí)，DSD的模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D部分并非如WAV一樣，而是通過(guò)采樣點(diǎn)實(shí)現(xiàn)增/不變/減的判斷。打個(gè)比方吧，讓PCM和PWM（DSD調(diào)制技術(shù)）一起記數(shù)字，PCM在記錄一串?dāng)?shù)字時(shí)是1,2,3,4,3，而PWM則是0,1,1,1,-1（只取差值）。

PCM、DSD的讀取方式

PCM波形的橫軸為采樣點(diǎn)、縱軸為位深，在做放音的數(shù)模轉(zhuǎn)換D/A時(shí)，數(shù)字波形中的每個(gè)點(diǎn)會(huì)轉(zhuǎn)換成其獨(dú)有的二進(jìn)制編碼被指定的DSP或者CPU進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。對(duì)于PCM波形來(lái)說(shuō)，由于每次采樣都有嚴(yán)格的時(shí)間限制，因此PCM系統(tǒng)在聲音回放時(shí)對(duì)晶振的需求的極高，如果解碼時(shí)兩方出現(xiàn)任何誤差都會(huì)導(dǎo)致失真。同時(shí)，由于采樣率遠(yuǎn)低于DSD，其在取樣時(shí)的受量化誤差影響，其理論上的信噪比也遠(yuǎn)低于DSD。

DSD文件的PWM波形在橫縱軸設(shè)置上與PCM相同。不同的是，PWM波形的采樣點(diǎn)深度僅為1bit，播放方式為錄制的逆過(guò)程（具體參考2.1）。相對(duì)于PCM來(lái)說(shuō)，DSD的優(yōu)勢(shì)是有效的防止了晶振問(wèn)題，且動(dòng)態(tài)響應(yīng)也更加精準(zhǔn)。不過(guò)由于其過(guò)于精準(zhǔn)的特性，音樂(lè)的響度一般來(lái)說(shuō)也是偏低的，這也是為什么不少Hi-Fi產(chǎn)品會(huì)專(zhuān)門(mén)為DSD播放專(zhuān)門(mén)做一個(gè)增益功能。還有就是DSD的文件占用空間巨大、解析耗電量大，非常吃硬盤(pán)資源。

兩種數(shù)字音頻編碼區(qū)別？

和CD技術(shù)一樣，DSD（Direct Stream Digital，直接比特流數(shù)字編碼）同樣是由索尼和飛利浦兩大技術(shù)巨頭聯(lián)手開(kāi)發(fā)的數(shù)字音頻技術(shù)。那么兩者之間有什么因緣和異同呢？

首先，我們可以把數(shù)字音頻文件的基本數(shù)據(jù)單元，理解為“采樣點(diǎn)”，播放數(shù)字音頻文件的本質(zhì)，就是讀取每個(gè)采樣點(diǎn)上記錄的數(shù)據(jù)。在同一個(gè)數(shù)字音頻文件中，每個(gè)采樣點(diǎn)間的時(shí)間間距，都是相同、固定的，因此，每一秒內(nèi)采樣的次數(shù)越多，就意味著采樣頻率越高，記錄的數(shù)據(jù)量也就越大，重放音樂(lè)的信息量和音樂(lè)品質(zhì)也就越好（理論上）。

當(dāng)然，不同的音頻技術(shù)，采用的數(shù)據(jù)記錄方式也是不同的；以我們?nèi)粘＝佑|最多的CD為例，本質(zhì)是一種PCM（Pulse-Code Modulation，脈沖編碼調(diào)制）音頻的載體，所以這里也先簡(jiǎn)單介紹PCM技術(shù)的編碼原理。在對(duì)音頻信息進(jìn)行記錄時(shí)，PCM的做法，是先按照一定的數(shù)據(jù)位深（數(shù)據(jù)值數(shù)量），設(shè)定一組電平值數(shù)據(jù)規(guī)則，然后按這個(gè)規(guī)則，對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)的電平值進(jìn)行單獨(dú)記錄；從中我們可以理解：

1.?每個(gè)采樣點(diǎn)，都是單獨(dú)度量各自采樣時(shí)刻的電平絕對(duì)值，采樣點(diǎn)之間相互獨(dú)立，無(wú)關(guān)聯(lián)也無(wú)影響；

2.?數(shù)據(jù)位深越大，意味著電平值規(guī)則的數(shù)據(jù)量越大，每個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)記錄也就越精細(xì)、豐富；

3.?采樣頻率越高，也就是采用的采樣率越高，同樣意味著采樣數(shù)據(jù)更豐富，更接近原音原貌。

常規(guī)的CD文件是16bit 44.1kHz的PCM音頻，也就是每秒鐘取樣44100次，并且用一組65536個(gè)值（=2的16次方=16bit）的規(guī)定電平，測(cè)量和記錄采樣時(shí)刻的電平值。

而DSD，可以理解為是一種PDM（Pulse-Density Modulation，脈沖密度調(diào)制）技術(shù)，在每個(gè)采樣點(diǎn)，DSD文件只進(jìn)行2個(gè)值（=1bit）的數(shù)據(jù)記錄，記錄的內(nèi)容則是相比上一個(gè)采樣點(diǎn)記錄數(shù)值的信號(hào)電平變化（增大還是減小）。

相比PCM技術(shù)，DSD每個(gè)采樣點(diǎn)只需做1bit位深的“1/0”記錄，同時(shí)采樣點(diǎn)之間數(shù)據(jù)互相關(guān)聯(lián)，整首音頻從開(kāi)始到結(jié)束都可以視為是一個(gè)連貫、連續(xù)的整體（而不是如PCM那樣每個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)本質(zhì)各自獨(dú)立）；當(dāng)然，DSD也采用了遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PCM的采樣頻率，例如常規(guī)使用的DSD64，采樣率是2.8224MHz，也就是每秒鐘進(jìn)行2824400次的采樣記錄，采樣密度是CD的64倍。

兩者相比，PCM和DSD其實(shí)各有千秋。一方面，DSD技術(shù)的數(shù)據(jù)采樣記錄方向更為“線性”，時(shí)間密度也更高，采集到的數(shù)據(jù)量也先天較大，因此即便是SACD所采用的（最常規(guī)、入門(mén)的）DSD64音頻，對(duì)比CD這樣的傳統(tǒng)PCM音頻，在多個(gè)方面也都已經(jīng)具有優(yōu)勢(shì)；而另一方面，無(wú)論PCM還是DSD，最終的聲音品質(zhì)其實(shí)還是取決于數(shù)據(jù)量，而數(shù)據(jù)量又直接取決于使用的采樣率和位深，因此采用更高采樣率和數(shù)據(jù)位深、數(shù)據(jù)容量更大的PCM音頻，在聽(tīng)感上其實(shí)也一樣可達(dá)到“極高清”；并且，音頻的后期制作，編碼、解碼時(shí)芯片的時(shí)鐘精確度等技術(shù)問(wèn)題，也都會(huì)對(duì)音頻的最終播放品質(zhì)造成影響。

事實(shí)上，對(duì)于消費(fèi)者們來(lái)說(shuō)，對(duì)待PCM和DSD音頻，其實(shí)也沒(méi)必要一定要分出個(gè)結(jié)果。目前市面上的高清音頻，依然是以各類(lèi)PCM音頻為主流，但也不乏以DSD形式發(fā)行的作品，因此，一臺(tái)能夠同時(shí)玩轉(zhuǎn)PCM和DSD讀解播放的高品質(zhì)數(shù)字播放器，無(wú)疑將會(huì)是發(fā)燒玩家們不可缺少的數(shù)字音源。

相比于WAV，DSD雖然是理論上的信息量升級(jí)，但也為解碼設(shè)備的性能帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。不開(kāi)玩笑的說(shuō)，有一套能夠發(fā)揮真正DSD實(shí)力音響設(shè)備的人，筆者身邊的專(zhuān)業(yè)用戶都很少，更別提便攜聽(tīng)音了。Hi-Fi設(shè)備并非玄學(xué)，它也是一分錢(qián)一分貨的。就像很多人玩手游都能充個(gè)萬(wàn)八千一樣：如果舍不得錢(qián)一步玩到位，那就一點(diǎn)一點(diǎn)升級(jí)Hi-Fi設(shè)備。如果把自己限制在一定范圍內(nèi)，永遠(yuǎn)無(wú)法發(fā)現(xiàn)外面世界的美好。