【百(bǎi)科】只(zhī)为(wèi)尋覓真(zhēn)實(shí)的(de)聲音(yīn)！淺談無損音(yīn)乐(lè)和(hé)有(yǒu)損音(yīn)乐(lè)
導读(dú)：其(qí)實(shí)，所(suǒ)謂無損實(shí)際上(shàng)是(shì)不(bù)存在(zài)的(de)。但聲音(yīn)的(de)采樣(yàng)精度(dù)越高(gāo)，聲音(yīn)質(zhì)量(liàng)也(yě)就(jiù)越高(gāo)。对(duì)于(yú)一(yī)般人(rén)来(lái)说(shuō)，無損音(yīn)乐(lè)和(hé)有(yǒu)損壓縮过(guò)的(de)音(yīn)乐(lè)單靠耳(ěr)朵(duǒ)是(shì)听不(bù)出(chū)其(qí)中(zhōng)區(qū)别的(de)，但是(shì)用(yòng)好(hǎo)的(de)音(yīn)響或(huò)者(zhě)耳(ěr)機(jī)播放(fàng)出(chū)来(lái)的(de)时(shí)候，就(jiù)可(kě)以听出(chū)来(lái)。
随着數碼时(shí)代(dài)的(de)来(lái)臨，數字(zì)信号(hào)比模拟信号(hào)优越已成(chéng)为(wèi)共(gòng)识。但是(shì)，作(zuò)为(wèi)數字(zì)音(yīn)乐(lè)文(wén)件(jiàn)格式的(de)标(biāo)准，WAV格式容量(liàng)过(guò)大，使用(yòng)起(qǐ)来(lái)很不(bù)方(fāng)便。因(yīn)此(cǐ)，一(yī)般情(qíng)況下(xià)我们(men)需要(yào)把(bǎ)它(tā)進(jìn)行壓縮为(wèi)MP3、WMA、FLAC等格式。同时(shí)，网(wǎng)上(shàng)流媒體(tǐ)音(yīn)乐(lè)的(de)盛行，也(yě)讓音(yīn)頻壓縮面(miàn)臨更(gèng)多的(de)挑戰。
那麼(me)，怎麼(me)樣(yàng)去(qù)辨别什(shén)麼(me)是(shì)無損音(yīn)乐(lè)，什(shén)麼(me)是(shì)有(yǒu)損壓縮过(guò)的(de)音(yīn)乐(lè)呢？这(zhè)两(liǎng)者(zhě)之(zhī)間(jiān)又有(yǒu)什(shén)麼(me)區(qū)别呢？那就(jiù)讓“影音(yīn)新(xīn)生(shēng)活”先(xiān)從聲音(yīn)的(de)采集为(wèi)大家(jiā)講起(qǐ)……
聲音(yīn)的(de)采集
聲音(yīn)信息以數字(zì)的(de)方(fāng)式存放(fàng)在(zài)計(jì)算機(jī)及(jí)其(qí)相關(guān)設備里(lǐ)，而(ér)自(zì)然界的(de)聲音(yīn)信息则是(shì)模拟信号(hào)。
計(jì)算機(jī)里(lǐ)的(de)數字(zì)信号(hào)是(shì)通(tòng)过(guò)“采樣(yàng)”、“量(liàng)化(huà)”得来(lái)的(de)，这(zhè)里(lǐ)引用(yòng)一(yī)个(gè)的(de)奈奎斯特(tè)采樣(yàng)定(dìng)理：當采樣(yàng)頻率不(bù)低(dī)于(yú)聲音(yīn)信号(hào)的(de)高(gāo)頻率的(de)两(liǎng)倍时(shí)，采樣(yàng)得到(dào)的(de)數字(zì)音(yīn)頻就(jiù)能(néng)高(gāo)保真(zhēn)地(dì)記(jì)录(lù)和(hé)還(huán)原原来(lái)的(de)模拟聲音(yīn)，當然“高(gāo)保真(zhēn)”也(yě)是(shì)相对(duì)而(ér)言的(de)。一(yī)般人(rén)耳(ěr)能(néng)感受到(dào)的(de)音(yīn)頻信号(hào)頻率範圍大約在(zài)20Hz－20KHz之(zhī)間(jiān)，根(gēn)據(jù)采樣(yàng)理論，如(rú)果采樣(yàng)頻率大于(yú)40KHz，那麼(me)數字(zì)化(huà)後(hòu)得到(dào)的(de)數字(zì)音(yīn)頻就(jiù)可(kě)以高(gāo)保真(zhēn)的(de)記(jì)录(lù)模拟音(yīn)頻。
數字(zì)音(yīn)頻的(de)組成(chéng)
通(tòng)过(guò)了(le)解(jiě)聲音(yīn)的(de)采集过(guò)程，我们(men)知道(dào)數字(zì)音(yīn)頻是(shì)由(yóu)采樣(yàng)頻率、采樣(yàng)精度(dù)、聲音(yīn)通(tòng)道(dào)數三个(gè)部(bù)分(fēn)組成(chéng)的(de)，其(qí)中(zhōng)：
采樣(yàng)頻率：既采樣(yàng)率，指記(jì)录(lù)聲音(yīn)时(shí)每秒(miǎo)的(de)采樣(yàng)个(gè)數，它(tā)用(yòng)赫茲(Hz)来(lái)表(biǎo)示。
采樣(yàng)精度(dù)：指記(jì)录(lù)聲音(yīn)的(de)动态範圍，它(tā)以位(wèi)(Bit)为(wèi)單位(wèi)。
聲音(yīn)通(tòng)道(dào)：既聲道(dào)數（1-8个(gè)）。
通(tòng)俗點(diǎn)说(shuō)，我们(men)可(kě)以把(bǎ)聲波(bō)看(kàn)成(chéng)是(shì)一(yī)条(tiáo)曲(qū)线，我们(men)知道(dào)，曲(qū)线是(shì)由(yóu)點(diǎn)組成(chéng)的(de)，采樣(yàng)率就(jiù)是(shì)每秒(miǎo)长(cháng)度(dù)（上(shàng)图(tú)横軸）中(zhōng)點(diǎn)的(de)个(gè)數。而(ér)采樣(yàng)精度(dù)就(jiù)是(shì)动态範圍（上(shàng)图(tú)豎軸）中(zhōng)點(diǎn)的(de)个(gè)數。这(zhè)两(liǎng)个(gè)維度(dù)的(de)定(dìng)位(wèi)越细，聲音(yīn)的(de)真(zhēn)實(shí)還(huán)原度(dù)就(jiù)越高(gāo)，音(yīn)質(zhì)也(yě)就(jiù)会(huì)更(gèng)好(hǎo)，當然，音(yīn)頻文(wén)件(jiàn)也(yě)就(jiù)会(huì)越大。SONY新(xīn)发布(bù)的(de)音(yīn)頻格式Hi-Res Audio就(jiù)是(shì)192kHz/24bit，6通(tòng)道(dào)录(lù)制的(de)音(yīn)頻文(wén)件(jiàn)，無損格式的(de)大小一(yī)般会(huì)在(zài)200多兆(zhào)。
采樣(yàng)率根(gēn)據(jù)使用(yòng)類(lèi)型不(bù)同大概有(yǒu)以下(xià)幾(jǐ)種(zhǒng)：
8khz：電(diàn)話(huà)等使用(yòng)，对(duì)于(yú)記(jì)录(lù)人(rén)聲已經(jīng)足夠使用(yòng)。
22.05khz：廣播使用(yòng)頻率。
44.1khz：音(yīn)頻CD。
48khz：DVD、數字(zì)電(diàn)視中(zhōng)使用(yòng)。
96khz-192khz：DVD-Audio、藍(lán)光(guāng)高(gāo)清(qīng)等使用(yòng)。
采樣(yàng)精度(dù)常用(yòng)範圍为(wèi)8bit-32bit，而(ér)CD中(zhōng)一(yī)般都使用(yòng)16bit。
音(yīn)頻的(de)壓縮
了(le)解(jiě)到(dào)聲音(yīn)的(de)采集和(hé)數字(zì)音(yīn)頻的(de)組成(chéng)之(zhī)後(hòu)，還(huán)不(bù)足以讓我们(men)明白(bái)無損音(yīn)乐(lè)和(hé)有(yǒu)損音(yīn)乐(lè)的(de)差别。这(zhè)时(shí)，我们(men)還(huán)需要(yào)了(le)解(jiě)音(yīn)頻文(wén)件(jiàn)的(de)壓縮方(fāng)式。目前(qián)我们(men)常用(yòng)的(de)音(yīn)頻格式，大部(bù)分(fēn)都是(shì)基于(yú)音(yīn)頻CD（采樣(yàng)率44.1khz、采樣(yàng)精度(dù)16bit，2通(tòng)道(dào)）的(de)原始(shǐ)文(wén)件(jiàn)“WAV”文(wén)件(jiàn)而(ér)来(lái)的(de)。原始(shǐ)收(shōu)录(lù)的(de)聲音(yīn)數據(jù)保存在(zài)一(yī)个(gè)數組里(lǐ)面(miàn)，这(zhè)个(gè)數組就(jiù)是(shì)PCM格式，而(ér)WAV格式，则是(shì)微软(ruǎn)公司開(kāi)发的(de)一(yī)種(zhǒng)編碼格式，它(tā)的(de)作(zuò)用(yòng)是(shì)将PCM格式的(de)數據(jù)通(tòng)过(guò)編碼播放(fàng)出(chū)来(lái)。
由(yóu)于(yú)WAV內(nèi)的(de)數據(jù)基本(běn)上(shàng)完整的(de)還(huán)原了(le)PCM數據(jù)，而(ér)其(qí)他(tā)的(de)無損、MP3、AAC等其(qí)他(tā)編碼格式基本(běn)也(yě)都是(shì)基于(yú)WAV文(wén)件(jiàn)再壓縮而(ér)成(chéng)。所(suǒ)以，我们(men)可(kě)以簡單的(de)認为(wèi)，WAV是(shì)原始(shǐ)音(yīn)頻格式，其(qí)他(tā)音(yīn)頻格式是(shì)壓縮格式。
说(shuō)到(dào)壓縮，就(jiù)離不(bù)開(kāi)存儲和(hé)傳輸，壓縮的(de)目的(de)就(jiù)是(shì)为(wèi)了(le)更(gèng)好(hǎo)的(de)存儲和(hé)傳輸，所(suǒ)以在(zài)说(shuō)壓縮之(zhī)前(qián)，需要(yào)我们(men)对(duì)計(jì)算機(jī)的(de)基本(běn)單位(wèi)有(yǒu)一(yī)些(xiē)了(le)解(jiě)。
我们(men)都知道(dào)，計(jì)算機(jī)是(shì)二(èr)進(jìn)制數制，計(jì)算機(jī)存儲的(de)文(wén)件(jiàn)都是(shì)由(yóu)0和(hé)1两(liǎng)个(gè)數字(zì)組成(chéng)。所(suǒ)以，計(jì)算機(jī)的(de)傳輸就(jiù)以每一(yī)个(gè)數字(zì)为(wèi)單位(wèi)，每一(yī)个(gè)數字(zì)稱为(wèi)1“位(wèi)(bit)”，比如(rú)说(shuō)，一(yī)段(duàn)音(yīn)頻，他(tā)的(de)基礎數據(jù)是(shì)“0,1,1,1,0,1,1,0”，而(ér)傳輸的(de)时(shí)候，就(jiù)是(shì)将这(zhè)些(xiē)數字(zì)一(yī)个(gè)个(gè)的(de)傳輸过(guò)去(qù)。上(shàng)面(miàn)说(shuō)的(de)采樣(yàng)精度(dù)就(jiù)是(shì)这(zhè)个(gè)單位(wèi)。而(ér)計(jì)算機(jī)的(de)存儲單位(wèi)是(shì)“字(zì)节(jié)(Byte)”，在(zài)計(jì)算機(jī)中(zhōng)，1个(gè)字(zì)节(jié)由(yóu)8个(gè)位(wèi)組成(chéng)，也(yě)就(jiù)是(shì)说(shuō)8b(bit)=1B(Byte)。在(zài)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中(zhōng)，數據(jù)存儲是(shì)以10進(jìn)制表(biǎo)示，數據(jù)傳輸是(shì)以2進(jìn)制表(biǎo)示，所(suǒ)以1KB=1024B=1024×8b。这(zhè)也(yě)是(shì)造成(chéng)我们(men)看(kàn)到(dào)的(de)硬(yìng)盤容量(liàng)跟實(shí)際容量(liàng)不(bù)符的(de)部(bù)分(fēn)原因(yīn)。
返回(huí)来(lái)再说(shuō)音(yīn)頻壓縮。音(yīn)頻的(de)比特(tè)率是(shì)指每秒(miǎo)傳送的(de)比特(tè)(bit)數，單位(wèi)为(wèi)bps(Bit Per Second)，比特(tè)率越高(gāo)，傳送數據(jù)速度(dù)越快(kuài)。聲音(yīn)中(zhōng)的(de)比特(tè)率是(shì)指将數字(zì)聲音(yīn)由(yóu)模拟格式轉(zhuǎn)化(huà)成(chéng)數字(zì)格式的(de)采樣(yàng)率，采樣(yàng)率越高(gāo)，還(huán)原後(hòu)的(de)音(yīn)質(zhì)就(jiù)越好(hǎo)。但比特(tè)率本(běn)身(shēn)並(bìng)不(bù)对(duì)文(wén)件(jiàn)的(de)質(zhì)量(liàng)有(yǒu)直(zhí)接影響，例如(rú)我们(men)把(bǎ)128kb的(de)文(wén)件(jiàn)作(zuò)为(wèi)源文(wén)件(jiàn)，即使轉(zhuǎn)換成(chéng)320kb的(de)文(wén)件(jiàn)，其(qí)音(yīn)質(zhì)依然不(bù)会(huì)比128kb好(hǎo)。視頻中(zhōng)的(de)比特(tè)率（碼率）原理与聲音(yīn)中(zhōng)的(de)相同，都是(shì)指由(yóu)模拟信号(hào)轉(zhuǎn)換为(wèi)數字(zì)信号(hào)的(de)采樣(yàng)率。
CBR和(hé)VBR
我们(men)在(zài)壓縮MP3的(de)时(shí)候經(jīng)常会(huì)看(kàn)到(dào)CBR、VBR两(liǎng)種(zhǒng)方(fāng)式。其(qí)中(zhōng)CBR就(jiù)是(shì)Constants Bit Rate，恒定(dìng)比特(tè)率；VBR就(jiù)是(shì)Variable Bit Rate，动态比特(tè)率。傳統的(de)CBR約定(dìng)死了(le)MP3的(de)采樣(yàng)率为(wèi)固定(dìng)值，一(yī)首MP3從头(tóu)至(zhì)尾(wěi)为(wèi)某固定(dìng)值如(rú)128KBit/s進(jìn)行壓縮。而(ér)VBR则采取(qǔ)了(le)一(yī)種(zhǒng)全(quán)新(xīn)的(de)，全(quán)程动态調节(jié)技術(shù)的(de)壓縮方(fāng)法(fǎ)。
當在(zài)低(dī)音(yīn)段(duàn)时(shí)，VBR会(huì)自(zì)动采用(yòng)較低(dī)的(de)比特(tè)率如(rú)32KBit/s对(duì)音(yīn)質(zhì)進(jìn)行壓縮；當在(zài)高(gāo)音(yīn)段(duàn)时(shí)会(huì)用(yòng)較高(gāo)的(de)比特(tè)率如(rú)224KBit/s对(duì)音(yīn)質(zhì)進(jìn)行壓縮；當在(zài)级高(gāo)端时(shí)则采用(yòng)高(gāo)320KBit/s進(jìn)行壓縮。VBR这(zhè)種(zhǒng)在(zài)控制文(wén)件(jiàn)大小的(de)情(qíng)況下(xià)，大限度(dù)的(de)提(tí)高(gāo)了(le)MP3的(de)音(yīn)質(zhì)。
有(yǒu)損格式和(hé)無損格式
我们(men)再来(lái)说(shuō)有(yǒu)損格式和(hé)無損格式。簡單来(lái)说(shuō)，有(yǒu)損壓縮就(jiù)是(shì)通(tòng)过(guò)删除一(yī)些(xiē)已有(yǒu)數據(jù)中(zhōng)不(bù)太重(zhòng)要(yào)的(de)數據(jù)来(lái)达(dá)到(dào)壓縮目的(de)；無損壓縮就(jiù)是(shì)通(tòng)过(guò)优化(huà)排列方(fāng)式来(lái)达(dá)到(dào)壓縮目的(de)。大概可(kě)以这(zhè)樣(yàng)去(qù)看(kàn)：有(yǒu)損壓縮就(jiù)像我们(men)在(zài)一(yī)篇(piān)文(wén)章(zhāng)中(zhōng)删除一(yī)些(xiē)不(bù)重(zhòng)要(yào)的(de)助词(cí)，达(dá)到(dào)目的(de)，解(jiě)壓縮後(hòu)，已删除的(de)內(nèi)容無法(fǎ)恢複；而(ér)無損则是(shì)通(tòng)过(guò)排版方(fāng)式达(dá)到(dào)的(de)，解(jiě)壓縮之(zhī)後(hòu)，還(huán)能(néng)獲得完整的(de)WAV數據(jù)，就(jiù)像是(shì)我们(men)常用(yòng)的(de)winzip和(hé)WinRAR那樣(yàng)。
在(zài)無損格式中(zhōng)，目前(qián)比較常用(yòng)的(de)有(yǒu)APE(Monkey's audio)、FLAC(Free Lossless Audio Codec)两(liǎng)種(zhǒng)。前(qián)者(zhě)擁有(yǒu)更(gèng)小的(de)比特(tè)率，後(hòu)者(zhě)则更(gèng)容易傳播，其(qí)區(qū)别就(jiù)是(shì)，FLAC可(kě)以在(zài)傳播中(zhōng)斷後(hòu)，已傳播的(de)數據(jù)就(jiù)可(kě)以直(zhí)接使用(yòng)。比如(rú)我们(men)下(xià)载(zài)一(yī)首APE格式的(de)音(yīn)乐(lè)，必須等全(quán)部(bù)數據(jù)下(xià)载(zài)完成(chéng)後(hòu)，才能(néng)播放(fàng)；而(ér)FLAC则不(bù)同，你只(zhī)下(xià)载(zài)了(le)1/3，就(jiù)能(néng)先(xiān)播放(fàng)这(zhè)1/3的(de)內(nèi)容。
WAV文(wén)件(jiàn)也(yě)是(shì)一(yī)種(zhǒng)編碼格式，标(biāo)准WAV文(wén)件(jiàn)的(de)比特(tè)率是(shì)1411kb，而(ér)無損壓縮则根(gēn)據(jù)源文(wén)件(jiàn)的(de)內(nèi)容不(bù)同，大概是(shì)900-1000左(zuǒ)右(yòu)。
有(yǒu)損壓縮的(de)特(tè)性(xìng)
上(shàng)文(wén)我们(men)说(shuō)到(dào)，有(yǒu)損音(yīn)頻相較于(yú)無損音(yīn)頻来(lái)说(shuō)，損失了(le)一(yī)部(bù)分(fēn)信息。那麼(me)，損失了(le)什(shén)麼(me)信息？为(wèi)什(shén)麼(me)要(yào)損失这(zhè)部(bù)分(fēn)信息呢？这(zhè)就(jiù)還(huán)需要(yào)我们(men)了(le)解(jiě)有(yǒu)損壓縮當中(zhōng)的(de)特(tè)性(xìng)。
音(yīn)頻有(yǒu)損壓縮的(de)原理基本(běn)上(shàng)都是(shì)利用(yòng)人(rén)耳(ěr)听覺的(de)心(xīn)理聲學(xué)特(tè)性(xìng)（頻譜掩蔽特(tè)性(xìng)和(hé)时(shí)間(jiān)掩蔽特(tè)性(xìng)等）以及(jí)人(rén)耳(ěr)对(duì)信号(hào)幅度(dù)、頻率、时(shí)間(jiān)的(de)有(yǒu)限分(fēn)辨能(néng)力，編碼时(shí)凡是(shì)人(rén)耳(ěr)感覺不(bù)到(dào)的(de)頻率不(bù)編碼、不(bù)傳送，即凡是(shì)对(duì)人(rén)耳(ěr)辨别聲音(yīn)信号(hào)的(de)强度(dù)、聲調、方(fāng)位(wèi)沒(méi)有(yǒu)貢獻的(de)部(bù)分(fēn)（稱为(wèi)不(bù)相關(guān)部(bù)分(fēn)或(huò)無關(guān)部(bù)分(fēn)）都不(bù)編碼和(hé)傳送。对(duì)感覺不(bù)到(dào)的(de)部(bù)分(fēn)進(jìn)行編碼时(shí)，允許有(yǒu)較大的(de)量(liàng)化(huà)失真(zhēn)、並(bìng)使其(qí)處(chù)于(yú)听阈（即人(rén)耳(ěr)所(suǒ)能(néng)听到(dào)的(de)音(yīn)量(liàng)）以下(xià)，人(rén)耳(ěr)仍然感覺不(bù)到(dào)。所(suǒ)以任何有(yǒu)損格式，碼率當然都是(shì)越高(gāo)越好(hǎo)，碼率高(gāo)，不(bù)僅波(bō)形失真(zhēn)小，而(ér)且(qiě)頻率的(de)衰減也(yě)小。
对(duì)于(yú)一(yī)般人(rén)来(lái)说(shuō)，無損音(yīn)乐(lè)和(hé)有(yǒu)損壓縮过(guò)的(de)音(yīn)乐(lè)單靠耳(ěr)朵(duǒ)是(shì)听不(bù)出(chū)其(qí)中(zhōng)區(qū)别的(de)，但是(shì)用(yòng)好(hǎo)的(de)音(yīn)響或(huò)者(zhě)耳(ěr)機(jī)播放(fàng)出(chū)来(lái)的(de)时(shí)候，就(jiù)可(kě)以听出(chū)来(lái)。而(ér)作(zuò)为(wèi)音(yīn)乐(lè)爱(ài)好(hǎo)者(zhě)，他(tā)们(men)对(duì)聆听音(yīn)乐(lè)，往往不(bù)僅追求生(shēng)理上(shàng)的(de)听覺享受，而(ér)且(qiě)对(duì)音(yīn)乐(lè)本(běn)身(shēn)的(de)完整性(xìng)也(yě)有(yǒu)非常高(gāo)的(de)要(yào)求，故而(ér)一(yī)般均選擇無損格式的(de)音(yīn)乐(lè)和(hé)的(de)播放(fàng)設備。
結語(yǔ)：其(qí)實(shí)，所(suǒ)謂無損實(shí)際上(shàng)是(shì)不(bù)存在(zài)的(de)。因(yīn)为(wèi)電(diàn)腦文(wén)件(jiàn)不(bù)管(guǎn)是(shì)音(yīn)頻還(huán)是(shì)图(tú)片(piàn)或(huò)者(zhě)是(shì)視頻，都是(shì)由(yóu)點(diǎn)構成(chéng)的(de)。小單位(wèi)是(shì)像素，視頻通(tòng)常每秒(miǎo)是(shì)24幀。同樣(yàng)的(de)，音(yīn)頻格式也(yě)是(shì)有(yǒu)許多聲音(yīn)信息點(diǎn)組成(chéng)，之(zhī)所(suǒ)以听起(qǐ)来(lái)很連(lián)貫，是(shì)因(yīn)为(wèi)記(jì)录(lù)點(diǎn)的(de)密集程度(dù)超过(guò)了(le)人(rén)耳(ěr)能(néng)分(fēn)辨的(de)程度(dù)。
就(jiù)像我们(men)能(néng)很清(qīng)楚的(de)分(fēn)辨出(chū)1080P比720P的(de)图(tú)像看(kàn)上(shàng)去(qù)更(gèng)清(qīng)晰，就(jiù)是(shì)因(yīn)为(wèi)1080P的(de)影片(piàn)的(de)像素更(gèng)多，精度(dù)更(gèng)高(gāo)。當然，現(xiàn)在(zài)還(huán)有(yǒu)4K電(diàn)視，擁有(yǒu)更(gèng)精细的(de)图(tú)像。与之(zhī)同理，聲音(yīn)的(de)采樣(yàng)精度(dù)越高(gāo)，聲音(yīn)質(zhì)量(liàng)也(yě)就(jiù)越高(gāo)。