浅析高清音频对于声卡的影响

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浅析高清音频对于声卡的影响

   众所周知，现在无论是板载声卡或者是独立声卡，对于音频规格的支持都有很多种。例如，现在无论是独立还是板载声卡，大都支持16Bit/44.1KHz，24Bit/48KHz和24Bit/96KHz的规格，而目前音源的规格，也从传统的CD到DVD，从蓝光到最新的HDTA，也都具备16Bit/44.1KHz24Bit/96KHz，甚至到32Bit/384KHz等不同的规格。那么，这些规格对于声音的音质究竟有什么影响呢？对于声卡来说，工作在什么规格下能够使得音质最好呢？

% O" ~; K! v# n+ z5 l% T8 l# `    音频的不同规格中，我们常见16Bit/44.1KHz，这个规格是由两部分组成。第一部分是量化精度，也就是常说的24Bit或者16Bit，而后面，则是采样率。要了解它们对于音质有什么影响，我们首先要理解它们的具体含义。

● 24Bit对决16Bit，高量化精度所带来的优势

! Z* L6 v" a" l' B1 M    首先我们需要理解量化精度的概念，也就是我们常说的16位，24位。音频系统中量化精度——即Bit的数目决定了声波振幅的范围（即动态范围，最大音量与最小音量的差距），如果这个位数越大，则能够表示的数值越大，描述波形更精确。每一个Bit的数据可以记录约等于6dB动态的信号。一般来说，16Bit可以提供最大96dB的动态范围（加高频颤动后只有92dB）。每增加一个Bit的量化精度，这个值就增加6dB，因此我们可以推断出20Bit可以达到120dB的动态范围，24Bit则可以提供高达144dB的动态范围。如图：

24Bit则可以提供高达144dB的动态范围
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    那么，动态范围大了，会有什么好处呢？动态范围是系统所能发出的最小音量和最大音量的差别(也是最大不失真电平功率与噪音功率的比值)。这个值越大，则系统可以承受很高的动态，比如1812序曲中的炮声。如果系统动态过小，高于动态范围的信号将被削波（Clipping, 高于0dB的溢出信号将被砍掉，会导致噼里啪啦的声音）。因此，HDTA等新一代高清音频格式具有比CD高很多的动态范围，能够从容重现大动态信号。而下面，是动态的对比。
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HDTA的动态
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# Z6 k1 q; r! k! EHDTA转成CD格式后的动态

    可以明显看出，CD的最高电平要小一些，而最低电平也要高于HDTA，这样在实质上，动态被压缩掉了。
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% O& G# `! V0 p! l2 Z    更高的量化精度还有一个好处，就是在低电平时失真小。假设一个只有-90dB的声音信号，并且系统最大音量是96dB（以最小音量为0dB）。那么在16Bit的情况下，系统将只用1Bit的数据来表示这个信号，失真将会很大。而如果在24Bit的条件下，最大音量不变，则-90dB的声音信号将在这里变成一个相当于16Bit下的一个-32dB的信号（最小音量减少48dB），系统将使用9Bit的数据来表示这个信号。失真很明显将会降低许多。如图：

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) r; M+ T( G5 V! t高量化精度带来的小失真，大动态的效果

    因此，高量化精度带来的小失真，大动态的效果。听起来很棒！HDTA等新一代高清音频依靠24Bit的量化精度，将能够重现大动态的同时，对于声音的细节有明显的提高。

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除了量化精度，还有一个采样频率也很重要。采样频率，也就是1秒钟以内采集多少个电流脉冲。比如44.1Khz，就是在1秒钟的时间内用44100个电流脉冲来表示波形。根据奈奎斯特采样定理，其大致的含义就是如果想要采样一个频率范围，需要至少2倍的采样率，比如我们的采样率为40Khz，则我们可以精确确定一个20Khz信号上的两个点。我们常说的44.1Khz采样率就是根据这个定的。 HDTA号称支援最大到32Bit/384KHz，加上以前我们常听到的192KHz，96KHz，那么他们相对44.1KHz有什么优势呢？

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    上图为HDTA的频率响应，可以看到一直到60KHz都是平滑的曲线。这样看上去对于听感改善很大，虽然由于人耳的上限为20KHz，因此这种改善被限制了。但是从这里，带来了一个新改进。在原先44.1KHz的情况下，所有的噪音和失真都将落在20-20KHz这个区域，而很不幸，这些噪音和失真将全部被人耳听到。而由于HDTA这样高采样频率带来的频宽。噪音和失真将只有一部分落入20-20KHz这个人耳区域。因此在听感上，384KHz下的听到的失真，理论上只有44.1KHz的八分之一左右。

1 [) y1 X: A: C/ o2 k8 a% t$ h    由上述理论可知，高清音频相对于传统的CD具有很大的提高。那么实践中，高清音频能够为声卡带来什么好处呢？下面我们就来看看一个典型的独立声卡RMAA测试。

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0 E+ c, k5 J- j, }7 t    在上面的图中大家可以看到，独立声卡在24Bit/96KHz下的音质最高，比16Bit/44.1KHz提高很多，在失真方面也有很大的降低，更加接近我们上面所述的理论。也就是说24Bit/96KHz的规格更适合这块声卡音质的发挥。下面，我们再看看一个板载声卡的RMAA测试。
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    我们看到了，我们找不出一个绝对明显的综合性能指标最高的规格来，板载声卡在16Bit/44.1KHz到24Bit/96KHz各种不同规格下的性能指标差不多，各个参数有升有降，可以算是没有提高，也就是说工作在24Bit/96KHz下不会对音质起到任何提高的作用。

2 U, z" }7 ]- x3 a5 O$ ^, H& ~% f' q    对于独立声卡来说，如果在Foobar中加入SRC插件，将16Bit/44.1KHz的音源SRC到24Bit/96KHz，对于音质会有提高。而板载声卡，则基本没有办法。但是有朋友说了，从16Bit/44.1KHz  SRC到24Bit/96KHz，这是个有损音质的转换过程，因此不推荐。实际上目前软件SRC的失真，绝大部分都在-120dB以下，这个损失对于千元级声卡来说是可以忽略不计的。而使声卡工作在24Bit/96KHz所得到的音质提高是大大超过这个损失的，因此总体上我们的音质还是提高的。
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9 b! S; K5 r) \( X3 D: E$ l# l    由此，我们可以总结，对于音源来说，采样率和精度越高，会使得声音源头的品质更加出众。而对于大部分独立声卡，尤其是音乐卡来说，工作在24Bit/96KHz甚至以上的规格下，都可以使得音质有所提高。而对于绝大部分板载声卡来说，对不起，和高清音频是沾不上什么关系的。

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