CD沒有高頻

[kwtsai]

這是一位音響界的前輩說的
讓我很訝異
怎麼會呢?那我每天聽的音樂是什麼

他的理由是這樣的
以CD 44.1K的取樣頻率
遇到樂器的高頻聲音
以鋼琴而言會高到4K左右
(這是指基頻.還有高很多的泛音存在才構成鋼琴的音色)
如此一來一個波的取樣點數只有十個
十個點無法還原正確的波形,所以他說CD沒有高頻
或者應該說沒有正確的高頻
因此他只聽LP

這樣說無輪你用什麼器材搭配
只要訊源是CD救助定無藥可救
我無法反駁他的想法
邏輯上完全對
我不覺得CD高頻有問題是因為我本身沒有樂器演奏的能力,實際聆聽更少,對音色正確與否要求幾乎是沒有,對另一個階層的音樂鑑賞家的要求只能說是理解,而難以追隨跟完全認同

不知道大家的想法如何?





由 阿毛 於 02/23/2002 02:23:55 修改

[阿毛]

這是一位音響界的前輩說的
讓我很訝異
怎麼會呢?那我每天聽的音樂是什麼

他的理由是這樣的
以CD 44.1K的取樣頻率
遇到樂器的高頻聲音
以鋼琴而言會高到4K左右
(這是指基頻.還有高很多的泛音存在才構成鋼琴的音色)
如此一來一個波的取樣點數只有十個
十個點無法還原正確的波形,所以他說CD沒有高頻
或者應該說沒有正確的高頻
因此他只聽LP

這樣說無輪你用什麼器材搭配
只要訊源是CD救助定無藥可救
我無法反駁他的想法
邏輯上完全對
我不覺得CD高頻有問題是因為我本身沒有樂器演奏的能力,實際聆聽更少,對音色正確與否要求幾乎是沒有,對另一個階層的音樂鑑賞家的要求只能說是理解,而難以追隨跟完全認同
不知道大家的想法如何?

一個波的取樣點數只有十個?
這是在說天方夜譚嗎？





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侏儒的眼球裡藏著一個9尺的巨人•我在浴缸裡游了來回9趟自由式－極小空間•極大自由•台灣渥克劇團

[kwtsai]

這是算數問題
4k的頻率被以44.1k取樣
每個波只被取十次
當然更高頻更少
而低頻取樣點數就多

這也是為何新一代規格取樣頻率都拉高的原因
但純類比系統至少沒有這一方面問題

[阿毛]

只看頻率本來就不對
你可以問該位前輩
那麼bit是什麼意思？
照這種說法
那44k/16bit跟44k/24bit
就沒有差別了？

而就是只說頻率好了
over samling(補插）算下去也遠超過44.1k，4倍插補後的DAC轉換頻率就要有4×44.1=176.4Khz，8倍則352.8Khz。如果不談插補精度和'無中生有'問題，4倍插補和現在新的SACD或DVD-ADUIO記錄格式取樣頻率相同或接近，一個是2.8224Mhz，另一個是192Khz。（16×176.4Khz=2.8224Mhz）。所以，看CD機其中的轉換頻率指標，看有幾倍插補就可以了。

CD記錄頻率是44.1K，現在的CD機最小也是4倍插補，大多數是8倍。如果以CD談44K，真不知道從何談起。

故說天方夜譚:eeh:

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侏儒的眼球裡藏著一個9尺的巨人•我在浴缸裡游了來回9趟自由式－極小空間•極大自由•台灣渥克劇團

[kwtsai]

高位元數可以增加取樣後取樣點數位化的數值紀錄值範圍
16bit能表達的最大數值是2^16=65536
而24bitd可達2^24=16mega
差別在極高頻訊號的紀錄範圍

oversampling是無中生有且是在讀取cd片子時的措施,為了進可能模擬像真原始的類比訊號
但在錄音時的取樣頻率就是44.1k
所以問題已經發生在前了
後面的工作不正是要彌補高頻失真嗎
所以他是沒有錯的

如果不是這樣sacd及dvd audio的高取樣頻率要做什麼,突然大幅加大資料紀錄量!

這位前輩叫林宜勝是國立因藝術學院教音響學的教授,他們這些每天聽實際音樂演奏的人,對正確的音色敏感度高出我們很多很多,我們充其量分辨樂器
而她們對每個樂器的每個音高都很敏銳!
我不是說cd一文不值,對我而言它是很完美的
但畢竟80年代的數位技術規格,妥協東西太多
我想等sacd普及我很會很清楚cd的妥協程度有多大
當然聽LP是更快的方法,只是我養不起LP就是了!

[sam]

關於audio-cd的44.1k/16bit
就我直覺的反應是44.1k是指的sampling rate
而16bit是指量化(quantization)的解析度
如果只單純的從取樣理論來看的話,假設我們有一個
需要傳輸的wave其bandwith是20KHZ的話,那我們只需要滿足40KHZ的sampling rate的話就可以無失真的把原本的wave給還原回來(當然這裡是排除掉quantization error),所以cd-audio的規格來看,理論上是可以把在0-20KHZ的頻段無失真的還原回來..
,不過這部分可能還會牽扯到一些undersampling的問題,會產生aliasing的現象........
我還沒有去看關於audio-cd的規格和pcm的原理,所以這部分純粹是我的想法而已,如果有什麼錯誤的話要幫我糾正喔.......

新手...新手.......

[kwtsai]

我們出生的年代剛好趕在LP消失的時候
沒真正欣賞到它的美
倒是對他偶而出現的雜音及相對較少的軟體及較高的價格很感冒
也閉O一種遺憾吧
不知道下一代的數位音樂規格會提升到何種境界
LP是不是還在一部分愛樂人心中屹立不搖

[DV]

年輕時聽LP常跳針及易損害的不好經驗,使我當初寧願買卡帶.
昨去越點發覺還有很多發燒友仍執著於LP有點驚訝!

[kwtsai]

是啊!
而且這些LP還真是非常的'不便宜'
高低階產品價差極大

軟體也是這樣
好的錄音居然會要價到近萬甚至更多
XRCD已經讓我覺得高不可攀了說

不過我的耳朵沒這般靈敏
不需這樣奉承他

[Patrick]

To kwtsai

您那位前輩的說法
有仔細討論的必要:)

取樣頻率的問題小p也想過很久了
這不是三言兩語就說得清的
先放上一張小p剛用excel畫的圖
(圖很難看...小p沒有藝術天份)
<img src='http://home.kimo.com.tw/weesley/images/SamplingRate.JPG' border=0>
奇怪???要怎麼貼圖呢?
(慘...電腦也也不行...):ale:
小p暫時先放在jcp的根目錄下
SamplingRate.bmp
麻煩站大看到順手幫小p加上來
或是再畫一張比較好看的:P

還有一長串的討論...
加油.加油...

[Patrick]

上面的圖是在取樣頻率夠多時
可以非常完整的還原先的sine波

中間的圖在取樣頻率較少時
波形變得非常難看

下面的圖在取樣頻率太低時
不但無法有效取樣
還會產生另外一個假的頻率低很多的波
(小p是音響外行，這應該有一個專有名詞)

要注意的是經過傳立葉變換後
最上面的圖會成為一根peak
如果取樣頻率比這個sine波的頻率高得越多
那轉換出來的peak就會越窄:ho:

中間那個圖
就巧妙各有不同了
可以用各種弧線(不同演算法)來代替直線連接各點
所'猜'出來的sine波可以逼進原先的波形

而且，在錄音時
可以作correlation的檢查
correlation的意思是說
用相同的取樣頻率
從時間點a開始取樣會得到這樣的波形
如果在不同時間點b開始取樣會得到另一個不同的波形
把這兩組波形做比較
如果非常相似
那表示取樣點的選取還不錯...
(寫到這裡，自己都看不懂):eeh:

舉一個極端的例子
如果取樣頻率恰好等於兩倍sine波的頻率
那在a點(t=0)開始取樣
之後的每一個取樣點都落在結點上=>我們會lost掉這個波
在correlation的檢查時
如果稍稍偏移些從b點開始取樣(啊...小p沒畫這張圖)
那會得到相同頻率，不同振輻及相位的另一個sine波
比較a、b兩張圖
顯然b圖的information多得多
所以可以利用程式自動判斷選擇b來做取樣點
最好的取樣點
當然就是在波峰和波谷了

下面那張圖
好像早就有一堆方法去檢測了
就請其他人補完吧
如有錯漏
還請指正:)

[Patrick]

前面只討論到sine波的頻率部分
現在要談的是振輻(就是大不大聲啦)
其實對樂器極高頻(20kHz以上)的泛音而言
它們本身的音量早就已經非常非常小了
人耳本來就聽不出來

所以不管再怎樣爛的取樣法
再怎樣的相位差
實在不會造成太大的影響

[kwtsai]

我的認知是這樣
人耳聽不到的聲音不是不重要
事實上他們決定音色

你想想同的的DO音,就基頻而言不同的樂器頻率都一樣,但我們聽的出不同,WHY ?音色不同,何為音色?
波形不同是不是? 除了基頻以外的釵h泛音一同決定波形
所以捕捉不到或無法輸出完整的泛音
音色就不對,所以極低與極高頻雖然耳朵聽不到
但影響你聽的到的頻段的波形

所以你注意看看一些高價喇叭會加上一個超高音單體,事實上你若用耳朵貼著那高音,你不會聽到聲音
但他的意義在保留完整的泛音

[Patrick]

假設樂器發出基音440Hz
同時也會發出440Hz簡單整數倍的泛音
(440*2 440*3 440*4....)
所聽到的音色不同
其實是各泛音的強度比例不同

但是這些泛音
還是必需在人耳聽得到的範圍內
(20kHz已是極限)

再來就是它的強度
隨著倍頻數的增加
它的強度減少得很快
(記得倍頻雷射嗎?)

[Patrick]

問個問題
台灣地處亞熱帶氣候
夏天到了吹什麼風?

下面的圖在取樣頻率太低時
不但無法有效取樣
還會產生另外一個假的頻率低很多的波

電風啦...
室內的日光燈是以60Hz在閃爍
可以視為60Hz的'取樣機'或'照像機'
當電扇剛啟動時
在日光燈下看起來就會有
越轉越快、停止、倒著轉的錯覺
就是日常生活中可看得到的現象


Edited by - Patrick on 02/26/2001 02:30:12

[Monster]

to sam
不是無失真的還原回來.....
是取基本點數....
基本上要把類比完全無失真轉成數位是不可能的...
只能趨近罷了.... 這也是為何下一代訊源取樣頻率要升高的原因之一....

to 阿毛...
你說那些是不同的... 你想想CD片上的訊號格式是 ?... 現在'CD'的號稱24bit96Khz等... 都是錄音和混音階段...最後在壓的時候還是......
那些oversampling 只是後天補強的動作...
CD和DVD audio 及SACD都是基本上的不同... '片子錄製的資料量不同'....

to kwtsai
LP 並不是因為這樣超高價的... 你想一想這點...
一個好的早期錄音---> 絕版 ---> 大家片子日漸損壞 ---> 物以稀為貴......







Edited by - Monster on 02/26/2001 13:10:02

[阿毛]

TO Monster
你說那些我是知道的。我只是很納悶「一個波的取樣點數只有十個」的說法。

我本來認為bit表示的就是取樣數，16bit取樣應該就是2^16=65536次，不知道是否正確？因為在HDCD的發展說明中，得到它「準17bit」的意思就是取樣多一倍的意思（再一次乘以二）。

而oversampling 當然是後天補強的動作，但既然有這個動作，為何取樣還是十次？

我的意思不是要說cd的東西沒問題，而是疑惑「十次」的真實可能性。


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[阿毛]

很認真的問了別人
回答如下

To 阿毛:
'以CD 44.1K的取樣頻率，遇到樂器的高頻聲音，以鋼琴而言會高到4K左右(這是指基頻.還有高很多的泛音存在才構成鋼琴的音色)，如此一來一個波的取樣點數只有十個，,'~~~~~到這個部分沒有什麼錯。新一代的SACD/DVD-AUDIO多少是著眼於此才將其取樣頻率拉高，不要把bit數混進來了，那是取樣點數位化的數值紀錄值範圍。

　　有爭議的是下面這段話:'十個點無法還原正確的波形，所以他說CD沒有高頻，或者應該說沒有正確的高頻，因此他只聽LP。'以林老師所舉的例子(4K當作是基頻)來說，意義上並不大。但是當這部分是被當作某些基頻如1K，2K的泛音而其能量(振幅)仍在人耳可覺知範圍時，取樣的問題就會被突顯了。也就是說。音色的部分必然會因泛音被取樣之後造成的缺損而改變，就算使用oversampling的方式填補，也只能說是用函數形式加入最有可能的銜接訊號。但是對長久浸潤在樂器中的音樂家或是長久以來只聽LP的玩家而言，很可能只要和原始訊號稍有不同，他們就能分辨出來。我猜想這是林宜勝老師所謂高頻不'正確'的意思(如果他的正確指的是連續而完整的泛音排列)。當然'只'從這個點(取樣)看來，CD無論如何比起沒有取樣問題的LP來說是差了一點。

　　至於這是不是決定調整的好的LP比CD好聽的原因，我倒認為是選擇的問題，阿毛你也說了，LP在制錄時有時會有其頻寬上的限制，或釩雃h金耳朵會因此認為CD比LP好聽。林老師會用這樣的原因來說明他只聽LP的原因，我相信是有他的理由吧，可能要問他本人才知道。倒是我從來沒聽他這樣說過，可能是因為我每次去他那裡都只有聊LP的事，他也很少拿CD出來放或比較。

　適逢開學，超級忙又疲累，希望不至於怠慢了。

Diala


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阿毛兄，

挺好奇您那位朋友聽不聽48K取樣的數位錄音LP。以4K的高音來說，RIAA要先等化一次，刻片時還要小心精密度要夠高，然後唱頭還要夠靈敏，唱片也得夠新否則刻痕早已磨已。真要細究，LP問題也不少。

我覺得喜歡LP就是喜歡LP。倒不必附會一些所謂的理論來硬加解釋。黃智鈺大哥常說音響界充滿偽科學，大概就是這個意思。

李陵

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Edited by - 阿毛 on 02/26/2001 14:41:59

[RogerShih]

ㄟ，阿毛，你說2^16的取樣數應該是誤解喔。

取樣數指的是 44.1KHz，每秒取樣44100次，每個取樣數值範圍 -32766~32767(希望沒記錯)。

而17 Bit的技術多一個Bit出來，可以倍增數值變化範圍，讓訊號的變化可以更細緻。

如果一個輸出訊號電壓最大變化範圍是-5V~5V，範圍是10V，那10V / 65536 和 10V / 131072，那一個可以讓訊號的電壓變化更細緻呢？

取樣數和取樣量化應該是息息相關，但看的地方是不同的。

如果學過微積分，取樣數是X軸，也就是時間軸，取樣量化是Y軸，也就是變化軸。


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全世界的個人網站版工中，最遜、最窮的一個就素偶

[阿毛]

Roger

說的真仔細
可是
我還是不懂十次是什麼意思啦
如果 44.1KHz是每秒取樣44100「次」
那………到底十次是什麼？
:???:



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[RogerShih]

阿毛:

kwtsai的意思是以CD 的44.1 Khz取樣來看一般高音波形的微分數不夠。

高音波形的頻率高，週期短，每一個高音震動波形的變化週期內，可能只來的及做10個取樣。但是我認為這個說法雖然沒錯，但是忽略了泛音，基本上CD規格還是會記錄更高頻率的泛音，和基礎音響應成正確的音色。

CD 的規格不足，打從一開始有 CD Audio 就被人罵了，但是它不但打敗了 LP、也打敗了TAPE，自然有它可以存在這麼久的優勢。

至於音色不夠正確，主要還是取樣和量化的不足，無法完全的紀錄呈現樂器演奏的所有細節，這也是為啥新一代的DVD-Audio和SACD要提高取樣和解析量化規格的重要因素。

低頻的聲音難搞的地方在於量感，而高頻難搞的地方在細節。


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全世界的個人網站版工中，最遜、最窮的一個就素偶

[RogerShih]

音悅明天會進一台Rotel的最新DVD player，支援到192k取樣的DVD-A，有興趣大家可以來聽聽看高取樣的數位錄音到底有什麼不同。播放CD片具代理商言只有951-971之間的水準，不過已經比純日系的player好很多了。

這一篇回應一下，應該是剛post的，但被系統時間搞亂了


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[JCP]

音悅明天會進一台Rotel的最新DVD player，支援到192k取樣的DVD-A，有興趣大家可以來聽聽看高取樣的數位錄音到底有什麼不同。播放CD片具代理商言只有951-971之間的水準，不過已經比純日系的player好很多了。

[luming]

to 阿毛:

如果 44.1KHz是每秒取樣44100「次」
那………到底十次是什麼？

44.1KHz , 意思是每一次取樣的週期為 1/44.1K = 22.676u Sec

假設有一個 4KHz 的正弦波,那它的週期是 1/4K = 250u Sec

所以要用 44.1KHz 的 sample rate 來對 4KHz 做取樣時,一個週期的正弦波只能取樣 250u/22.676u =11.024 次

你可以拿張紙畫一個正弦波(二個半圓),在上面只能畫 11 條垂直線,與波形相交的地方,就是取樣到的值!

to Roger:

基本上CD規格還是會記錄更高頻率的泛音，和基礎音響應成正確的音色。

CD 規格並沒有記錄這些東西,它只是很純粹的放置PCM 的資料,也就是很純粹的將 source 取樣後數位化的資料而已...


最近常在想一件事...

大家都在求原音重現,但是如果原音就已經不好了呢?只是陰錯陽差在某些人的設備上聽出應有的那種感覺:D

[RogerShih]

錄音錄到的不僅僅只是基礎音而已，當然也包括泛音等等其它音樂資訊，舉個例子，我以前聽MIDI音樂，總是會覺得MIDI的音色不夠真實，如果取樣只要取基礎音就夠了，那資料量不會很大，看波形也很單純，一個樂器的基礎音如果只是4000Hz這樣的話，那Cooledit產生波形就可以了吧？:P

嗯，這由學過音響學的朋友來說明會比較好:)


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