追本溯源 探究Hi-Fi和無損音樂之間關系

　　【手機中國 評測】一直以來，無損音樂和有損音樂的紛爭從未休止，前者是Hi-Fi發(fā)燒友告別黑膠唱片和CD唱片之后，在數碼時代的新寵，后者則是業(yè)余愛好者用來打發(fā)時間，陶冶性情的益友。無損音樂勝在壓縮率低，采用高碼率原汁原味地還原音源本身。有損音樂勝在壓縮率高，相比一首歌占用動輒上百兆存儲空間的無損音樂，能夠把人耳不容易察覺的部分高頻和低頻聲音有所削弱，在文件體積和音質中獲取平衡。

　　讀到這里，不少讀者可能開始犯困，對壓縮率、采樣率、解碼、編碼等專業(yè)術語和聲音傳播的各個環(huán)節(jié)并不是特別了解，小編推薦各位先回顧一下以下文章：

　　高保真還原 手機Hi-Fi芯片是噱頭還是干貨

　　//digitalinnovationtoday.com/reviews/532059.html

　　對音頻知識有所了解的讀者，可以跳過上述文章，直接看一下下面這張原理圖。

原理回顧（今天我們重點探討綠色框部分）

　　之前和各位讀者分別介紹過上述原理圖的一些重要環(huán)節(jié)，例如ADC、DAC和運放芯片分別作用的環(huán)節(jié)。今天小編要探討的，正是對“好聲音”的生成有根本性影響的“壓縮”環(huán)節(jié)。當然，編碼階段也很重要，以后有機會再展開，這也是之前的文章中和各位讀者承諾過的。

　　MM們偶爾就會發(fā)揮“宜家家居”的本色，在有限空間的衣櫥中找到一些僅存的位置，把上一季買的LV、Gucci、PRADA包包想方設法地塞進去這些空間，這就是“壓縮”的最直觀體驗。

　　人的欲望總是無限的，宅男們總喜歡無窮無盡的磁盤空間，把一部又一部精湛的歐美和日韓愛情片、動作片、科幻片保存下來。對于企業(yè)同樣如此，高管們總是發(fā)現為什么幾臺服務器存儲陣列比一臺服務器還要昂貴，舊數據不能刪，新數據每天都在幾何級數地增長，技術部同事就得想辦法如何把數據壓縮之后再存進去數據庫，壓榨出每一寸空間。

Windows文件和磁盤的壓縮方式

　　WinRAR、好壓這些常見文件壓縮軟件，Windows自帶磁盤清理功能，以及早年金士頓Hyper X系列SSD，價格昂貴而且容量比較少，但是支持將部分數據先壓縮再存儲的技術來節(jié)省存儲空間，這些例子其實都在說明，即使是磁盤空間剩余幾十兆的余量，消費者總是希望把它們的最大利用價值發(fā)揮出來。

蔡琴姐姐重新錄制的SACD專輯

　　以前買CD聽的讀者可能和我有相同的經歷，一張CD大概能夠存儲20首歌左右，CD本身很薄，拆開包裝后統(tǒng)一塞進去收納盒中，幾十乃至上百張唱片放在一個盒子中也不見得很占空間，而且存儲容量在這種情況下并不見得捉襟見肘，畢竟那個時代我們追求的是“品質”，一位歌手和作曲家、作詞家等同伴，整個團隊幾十人，一年只做一張專輯，雖然只有10首歌但是每一首都是精挑細選的曲目，所以那個時候我們頂多一年就買十幾張自己喜歡的專輯收藏。另一方面，由于一般的CD出廠之后不支持二次寫入的，所以CD光盤那700MB左右的空間如果告訴你只存放了十幾首歌曲，對于現在的你來說可能完全接受不了，這就是CD本身壓縮率并不高的表現，我們假設只存儲10首歌曲，每一首歌曲就已經占用了70MB的空間，相比如今那些3~4MB一首歌曲的MP3格式文件，是不是瞬間覺得科技的進步日新月異？

　　當然，凡事都有雙面性，如今很多Hi-Fi發(fā)燒友即使賣掉了一整套家庭影音組合，賣掉了曾經引以為豪的膽機，賣掉了那套金喇叭，賣掉了震懾心靈的低音炮，也難以接受和妥協(xié)數碼時代的MP3音質。

膽機

惠威M50W低音炮

　　90年代末，CD開始逐步被互聯網音樂取締，MP3、OGG、AAC等高壓縮音頻格式開始唱起主角，畢竟生活壓力大、工作繁忙的現代都市人還有誰會幸福地戴上耳機，或者躲進視聽室好好聽上半天音樂陶冶性情，有時間都為如何升職賺錢，如何讓孩子拼得起爹媽而努力。快餐文化的入侵，加劇了有損音樂的傳播和流行，而且將3~4MB有損音樂下載到動輒500GB、1TB的HDD或者SSD，消費者仿佛擁有了用之不盡的存儲空間，單位尺寸存儲空間成本終于降下來，這也得益于半導體行業(yè)的急速發(fā)展，讓大容量的HDD和急速的SSD最終取替了容量少而且讀取速度慢的光盤，安裝電腦系統(tǒng)如今也用U盤或者移動硬盤來替代光盤。

　　說完了MP3這些有損音樂的好處，接下來看看無損音樂為什么會在近幾年開始流行起來。當部分耳朵比較“燒”的消費者發(fā)現，在聽這些MP3格式的音樂時候，尤其是配合靈敏度高和解析力出眾的耳機，發(fā)現歌曲在高頻部分丟失了不少細節(jié)，這也正是上文提到Hi-Fi發(fā)燒友從專業(yè)音響轉變到互聯網音樂時代不適應，對MP3文件嗤之以鼻的原因。壓縮率過高的有損音樂，往往讓三頻完全融為一體，根本分不出層次感。

和其它三幅相比，右下角的波形圖明顯在高頻上被削減了

　　“金耳朵”的Hi-Fi發(fā)燒友不僅僅對今天所說的“壓縮環(huán)節(jié)”有著極高的要求，對今后還會提及的“采樣率”同樣有著苛刻的要求，192kHz/24bit就是這樣誕生的。

　　回到壓縮環(huán)節(jié)，既然金耳朵的大神們無法接受有損音樂，那么我們就回到CD的要求，有沒有一種音頻格式能夠既保持著CD唱片那種高保真表現，又能夠稍作壓縮讓體積能夠“瘦”下來，700MB空間只能夠存放10首歌確實“于心不忍”。

　　無損音樂就在這種情況下應運而生，無損音樂就像WinRAR和好壓這種無損壓縮的軟件，只是優(yōu)化數據的排列方式，而不像MP3那樣大刀闊斧砍掉部分細節(jié)。一首曲目下來大概就是幾十兆的空間，當然這是采用44.1kHz/16bit那種CD采樣率下生成的，如果把采樣率提高，文件空間占用率會進一步提高，想多聽細節(jié)嘛，必然需要付出代價。無損音樂終于能夠在互聯網音樂時代帶給發(fā)燒友CD般音質了。

　　無損音樂除了音質上持平乃至超越CD（提高采用率達到192kHz/24bit），同時保留了有損音樂那種輕便、易傳播、方便攜帶等特性。數字音樂（無損音樂和有損音樂）之所以能夠迅速取替CD機、MD機，關鍵原因還是便攜性，不知道和小編年紀一樣大的伙伴們有沒有這樣深刻的體會，當年拿著輕便裝的CD唱機走在路上，聽著聽著音樂的時候突然心血來潮，想換一張唱片，這時候就要找個陰暗角落，然后停止CD唱機播放，打開收納盒，從幾十上百張唱片中挑選出那張專輯，然后換碟，關上蓋子，重新播放CD唱機。這種用戶體驗在今天看來很落后，但是在當時卻很時髦。

　　后來有了MP3播放器、iPod、功能手機、智能手機、平板電腦等更多用于取替隨身聽的產品出現，消費者能夠自由地從網絡下載到自己喜歡的音樂，而且還不是單一歌手的，你可以把陳奕迅、劉德華、GEM、孫楠、李健、韓紅等歌手的作品同時放在一個目錄下，建立屬于自己的VIP播放列表，這也是CD唱片在衰落時期引入了定制化業(yè)務的仿效對象，消費者只需要提供一張大概20首歌的曲目表給賣家，賣家就能夠幫忙克隆一張只屬于你自己的私人定制CD光盤，窮則思變，CD唱片憑借“克隆”這項定制化業(yè)務能夠繼續(xù)活躍在80后以及老一輩的伙伴心目中。

　　接下來我們深入研究一下那些有損音樂和無損音樂格式。

　　先說說有損音樂，常見的格式有MP3、WMA、OGG、AAC，這四種格式都是經過有損壓縮的，體積相比無損音樂比較小，在存儲設備比較昂貴的時代，micro-SD卡、播放器內置ROM的單位面積價格依然“寸土尺金”的日子，聽這種有損音樂不失為一種權宜之計，畢竟能夠在便攜性和音質上取得平衡。

　　MP3是非常常見的音頻格式，全稱為MPEG Audio Layer-3，根據版權規(guī)定，但凡使用這種格式壓縮音頻文件的用戶和機構都需要向這種格式版權持有機構Fraunhofer繳交專利費。如今絕大部分的智能手機內置播放器都原生支持這種格式的音頻文件，可見其流行程度非一般。在百度音樂、網易云音樂、蝦米音樂等手機客戶端下載到的音頻文件基本上都是這種格式的，以網易云音樂為例，在下載時候提供了三種音質選擇（普通、較高、極高），也僅僅是在壓縮率上有所不同，本質依然是MP3格式，只是閹割高、中、低頻的程度有所不同而已。從每首歌曲僅為3~10MB的空間占用來看也能夠想象音質的優(yōu)劣程度，當然，對于耳朵沒那么“燒”的業(yè)余人士，這是最劃算的選擇，免費海量曲目任君選擇，沒必要開通那些無損音樂試聽和下載套餐。

網易云音樂為用戶提供“音質選擇”

　　如果有留意小編之前寫的以下這篇文章：

　　實用還是雞肋 手機Hi-Fi音效剖析指南

　　//digitalinnovationtoday.com/reviews/532430.html

　　也能夠看到即使是高碼率的MP3（壓縮率低）文件，相比WAV這些無損音樂來說，在Hi-Fi手機上的表現依然平庸，并沒有得到Hi-Fi芯片多大的幫助，這也正是本文的其中一個結論，追本溯源，音源文件本身如果壓縮率過高，變成低碼率的有損音源之后，即使后期用Hi-Fi芯片來調教，也是無補于事的，正如這件食材本身已經變質，再用上等藥材和調料烹調也終究藥石無靈。

　　WMA（Windows Media Audio），這是另一種有損音頻格式，是著名的Windows默認內置生成的音頻格式，例如用錄音機錄音之后自動生成文件。這種格式壓縮率一般達到1：18，生成文件大小一般只有MP3的一半，但是由于解碼過程相比MP3復雜，所以并不是那么多廠商愿意在智能手機上原生支持這種格式，相反，在功能機時代，小編的一臺OPPO手機也能夠很好地支持這種音頻格式，畢竟主打音樂手機嘛。而不支持WMA格式的手機一般表現為，把WMA文件拷貝到ROM之后，在Windows上文件管理器可見，但是在手機上變成了無法播放或者無法識別，有時候直接就不顯示在手機的所有文件列表中。

　　OGG全稱是OGGVobis（oggVorbis），這種格式相比MP3最大的優(yōu)勢是免費，這也是近年來很多廠商都支持這種音頻文件的原因。

　　AAC格式，小編第一次接觸這種音頻格式是在自己的索尼Xperia L這款入門機型上，行貨版索尼Xperia L內置了定制版的百度音樂和多米音樂，主要還是行貨版內置Walkman播放器能夠下載的資源實在太少，n年還是那些老掉牙的曲目，這是逼良為娼的節(jié)奏嗎？用索尼Xperia L定制版百度音樂和多米音樂下載曲目的時候，存儲格式為AAC。小編仔細對比了一下和MP3區(qū)別（分別用耳塞式耳機和入耳式耳機），真心沒發(fā)現區(qū)別，難道是采樣率不夠高拉不開差距？

無損音頻區(qū)貌似已經很久沒更新了

索尼官網Hi-Res資源則還好，有定期更新

　　接著小編上網找了一下資料，根據百度百科的描述，AAC（Advanced Audio Coding）采用了全新算法進行編碼，在1997年誕生，基于MPEG-2的音頻編碼技術。由Fraunhofer IIS、杜比實驗室、AT&T、Sony等公司共同開發(fā)，目的是取代MP3格式。根據杜比實驗室結論，碼率為128Kbps的AAC立體聲音樂被專家認為不易察覺到與原來未壓縮音源的區(qū)別。AAC格式在96Kbps碼率的表現足以超越128Kbps的MP3格式。所以同樣為128Kbps的AAC格式的音質明顯好于MP3。然并卵，很多耳朵并不是那么“燒”的消費者覺得AAC格式和MP3并沒有什么區(qū)別，加上如今存儲設備開始逐步平民化，AAC相比MP3在體積上的優(yōu)勢也可以忽略不計了。這也是小編在平時各大手機廠商內置播放器下載音樂時候，很少看到有AAC格式提供選擇的原因。喏，這是索尼支持的標準嘛，自然也不難理解在索尼Xperia手機上大力扶持一下。

　　聊完了有損壓縮，接下來我們聊聊無損壓縮。Hi-Fi是什么？相信看完了小編之前的一些Hi-Fi文章大概也有一定的共鳴了，簡而言之就是高保真，再膚淺和不嚴謹地說，其實就是在智能手機上聽互聯網下載的音樂，也能夠還原當年在唱碟機聽CD那種快感。無損音頻格式其實就是為了實現這個目的而生的，配合之前討論的Hi-Fi芯片和Hi-Fi音質，再結合整個聲音回放過程的每一步都進行優(yōu)化，最終能夠達到高保真的目的。

　　無損音頻格式主要包括以下幾種：WAV、FLAC、APE、DSF（DFF/DIFF）、DST、AAL、ALAC。當然還有其它的一些格式，這里就不一一列出了。用下面一張圖快速理清其中幾種格式關系：

各種格式間關聯

　　先來簡單回顧一下CD、MD、SACD的歷史，CD數字聲頻信號（CDDA）是由索尼和飛利浦在1980年期間作為音樂傳播的一個形式來介紹的。同樣，上面提及的AAC也是索尼主導的格式。CD存在的弊端，索尼也是知道的，早在1992年，MP3播放器（1998年誕生）還沒出現的年代，索尼已經批量生產出MD（Mini Disc）這種音樂存儲介質，預計在不久將來用于取替CD，相比CD，在外觀上體積進一步縮小，不過容量上只能存儲140MB（數據模式）或者160MB（音頻模式）。相比CD那動輒650~750MB的容量確實不夠看。而且拷貝1首MD曲目的時間等同于這首歌曲本身播放的時間長短，這是什么概念呢？一首長度為3分鐘的歌曲，你把它拷進去MD的時間也是3分鐘，積小成多，十幾二十首歌曲加起來就有一個多小時了，拷貝的過程和你享受歌曲的過程竟然是1：1時間花費，這也是MD最大的硬傷。MD終究沒有解決CD的根本性問題——不夠便攜和難以傳播。

MD播放器

　　SACD則是在MP3干掉MD和CD之后，索尼和飛利浦再度聯手推出的一種數字音頻格式。SACD（Super Audio CD）類似DVD光盤，播放時需使用SACD專用播放設備，才能夠凸顯SACD的獨特音質。黑膠唱片是使用模擬信號進行記錄的，CD和SACD都是使用數字信號進行記錄的，所以我們不妨對比一下CD和SACD在參數上區(qū)別。根據百度百科的資料：

SACD和CD參數對比

　　從上圖可以看出，SACD相比CD除了在音質上（信噪比、采樣率）更上一層樓，在光盤單碟存儲量也翻了幾倍。接下來讓我們回到無損音樂格式的探討中來。CD在電腦上顯示的文件后綴名為.cda，相應地，SACD在電腦上顯示的文件后綴名為.DIFF/.DFF/.DSF，區(qū)別只是飛利浦和索尼官方稱呼不同，而DST格式則是在DFF/DSF基礎上進一步輕度壓縮得到的。類似的還有WAV輕度壓縮得到了FLAC和APE文件。

　　WAV和WMA很容易混淆，不僅僅名字長得像，連爸爸也是同一個——Windows，不過WAV是無損音頻格式。Hi-Fi手機是不能夠直接播放.cda格式的文件，必須使用抓取音軌的方式，將CD文件轉成電腦能夠識別的WAV格式。重點來了，WAV文件既然是直接在CD文件上抓取音軌，按道理可以看作是將CD介質上音頻文件以另一種形態(tài)保存下來，這種形態(tài)更適合傳播和分享到互聯網。

　　以vivo Xshot為例，小編將上述幾種無損音頻文件拷貝到手機中，發(fā)現SACD的文件能夠顯示，但是無法播放，而WAV、FLAC和APE則全部能夠播放，這也是如今一眾Hi-Fi手機必備的硬實力。

各種音頻文件在Hi-Fi手機識別率

　　根據維基百科的定義，AAL（ATRAC Advanced Lossless）是索尼在2005年9月發(fā)布的，ATRAC家族中唯一的無損壓縮規(guī)格。AAL壓縮率約為CD的30%~80%，索尼在06年發(fā)布的NW-S700F和NW-S600兩臺Walkman MP3隨身聽設備開始支持這種格式音頻。

　　至此，就剩下ALAC（Apple lossless audio codec）這種蘋果定義的無損格式沒有介紹了。根據百度百科資料，2004年4月，蘋果將其作為iTunes4.5和QuickTime6.5.1其中一部分進行公布，當時便攜式數字多媒體播放器僅有iPod能夠播放這種音頻格式，2011年11月，蘋果宣布這種格式支持開源，ALAC格式在當時只支持iPhone、iPad、iPod、Mac等蘋果設備。

ALAC格式

　　總結：通過回顧了音頻界（Hi-Fi界）那么多文件格式，我們不難發(fā)現，無損音頻在近幾年迅速搶占市場。而且像WAV、FLAC、APE的無損音頻格式在Hi-Fi手機上已經能夠用內置播放器直接播放，即使是DFF這類來自索尼和飛利浦的無損音頻格式，由于采用了另一種編碼方式（DSD），內置音樂播放器無法直接解碼，但是能夠借助第三方音樂播放器通過軟解方式（又扔給萬能但可憐的CPU）進行播放。所以智能手機如今能夠播放的無損音頻格式已經有很多，廠商們對于Hi-Fi音質的源頭——音源文件（壓縮率和采用率）十分重視，間接也體現了Hi-Fi和無損音樂間的密切關系。

SACD采用了全新編碼技術

　　另一方面，小編在本文簡單回顧了從CD、MD、MP3等有損音頻、SACD、WAV等無損音頻的發(fā)展歷程，無損音樂在Hi-Fi界的地位舉足輕重，從1980年CD誕生開始，經過36年時間直到今天，無損音樂依然還是主流發(fā)展趨勢，MP3等有損音樂只是在CD/MD過渡到SACD介質，以及WAV、FLAC、APE等無損音樂出現之前充當了過渡角色。無損音頻出現也告別了CD時代不便攜和不易傳播的缺點。

　　最后也是前幾期文章小編和各位分享過的實驗數據，即使是320Kbps碼率的MP3文件，相比WAV格式無損音樂，在手機開啟Hi-Fi模式后，在聽感上，后者帶來的音質提升還是比較可觀的，而MP3文件幾乎沒有什么明顯的改善。

　　綜上所述，Hi-Fi回放除了要有Hi-Fi芯片加入、Hi-Fi音效（特指還原性音效）的加持，還需要追本溯源，在音源文件挑選上下功夫，否則只會徒勞無功，輸在起跑線上。

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