玄学or科学？耳放or脑放？无损音频的二三事

水鱼 1.18万浏览 2018-01-18 发布

开局一张图，故事全靠编……

随着国内蓝绿厂的HiFi手机、LG V20、苹果取消耳机接口、索尼大法将LDAC编码开源给Google Android等一系列事情的酝酿发酵，大众对于音质的追求也在厂商“毁人不倦”的浮夸宣传中被充分唤醒。我们时常提到的“无损”和“Hi-Res”到底是个什么鬼，什么样的音频才能算是无损呢？接下来的内容略微枯燥，会引起部分观众不适，且需要一定姿势才能感受，请抱紧理工男一起观看。

我们听到的音乐，首先记录在母带上，然后通过母带再转录CD、MD、LP等传统载体和各种数字文件上。通过对母带信号的采样，我们就得到了声音的数字信号。如上图左侧所示，1次采样描述的声音信号精确到16bit(2的16次方种音阶)，我们称这个信号的“比特深度”为“16bit”。那CD标准的44.1KHz/16bit “比特率”什么意思呢？1秒钟内，对于母带信号采样了44100次，每次采样的比特深度为16bit。

通常达到CD标准的采样率的音源，我们就称它为“无损音频”，但通过AD和DA转换，实际上已经损失掉一部分数据了，采样率越高，存储母带音源的数据损失越小。随着科技进步，索尼大法提出并定义了Hi-Res标准，有着3倍于CD采样率的192kHz，比特深度也不低于24bit，这样的精细度已经超出不少人听觉分辨率极限了。

故事还没结束，大法对于声音的探寻是永无止境的。早在1996年，那是一个春天，大法和跳水王剃须刀提出了新型高品质音频格式DSD (Direct Stream Digital)。不同于传统的PCM信号，DSD用1bit取样，采样率2.4MHz(CD的64倍)的高取样方式，直接把模拟信号波以脉冲方式转变为数字讯号。相对于左图PCM信号，DSD采样每一个采样的值是上一个采样的相对值，更加具有连续性，更接近模拟信号，在数学上更加接近自然中的声音。

在以Moto、某薯片和苹果为首的厂商率先砍掉3.5mm耳机接口后，刚刚兴起的手机HiFi似乎就要被扼杀了，大家或多或少也听说或者体验过“蓝牙耳机没音质”。的确，从码率上看，现行的蓝牙音频A2DP标准的最大码率仅有328kbps，远低于CD音质的1.41Mbps码率，蓝牙耳机听无损自然是掩耳盗铃。协议定死了，厂商们只能从编码下手改善音质了，目前常见的编码方式有SBC、AAC和aptX。

SBC几乎得到所有蓝牙设备支持，其速率也是最低，单声道 320kbit/s、双声道 512kbit/s，音质表现自然不够理想。AAC是苹果的无线编码方案，由于苹果的强势，也几乎被所有蓝牙耳机支持，编码算法比SBC稍好，理论音质有一定提升。apt-X和apt-X HD是高通的编码方案，通过优化算法能达到CD级别的48kHz采样率，由于音质比AAC和SBC更出色，成为主打“高音质”蓝牙耳机的标配。

这是一个很长的故事，然而大法的不将就，让故事拥有了更好的结局。相信大家已经知道，接下来出场的就是大法独门绝招“LDAC”编码了。索尼声称LDAC在传输高解析内容时，不会有任何劣化，而是通过“更有效的编码和经过优化的信息封装”，无线传输最高可达990 kbps速率，实现了96 kHz/24 bit 比特率音频。虽然LDAC依然是有损压缩，但相比传统编码造成的信息损失大幅减少，能够实现接近Hi-Res音质的无线音频传输。

以往LDAC仅仅是索尼的独角戏，而在Android 8.0之后，索尼已将LDAC技术开源并让Google内置在系统中，这是无线HiFi从梦想照进现实的重要一步。当然，LDAC的实现也不是没有代价的，由于更高的压缩码率，耗电量会增多，也需要相对稳定的环境实现990kbps的编码。虽然Android 8.0标配LDAC，但LDAC设备仅有索尼一家，幸好索尼推出了M1BT1和M2BT1耳机线，采用标准MMCX接口，不管是自家EXK、W40又或是SE535等高品质耳机，都能摇身一变变成NFC+LDAC的无线耳机。水鱼自己的SE535在绿了以后，也就索性换成M2BT1当作无线通勤塞了。