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【SPILL 百科】Upsampling:將 CD 訊源升頻至 384kHz

2017年02月07日

經常有人問,Upsampling 升頻是否真的有意義,對聲音是否真的有顯著的正面幫助。將 CD 轉為 PCM 音樂檔案時,取樣率只有原始 16bit/44.1kHz 質素,透過 Upsampling 技術,可把音樂檔案升頻至 24bit/192kHz,甚至是 24bit/384kHz 的水平。Cambridge Audio 聯同 Anagram 研發了一套 ATF2 升頻技術,以下解釋一下其運作過程。

Upsampling 升頻是否真的有意義,對聲音是否真的有顯著的正面幫助。將 CD 轉為 PCM 音樂檔案時,取樣率只有原始 16bit/44.1kHz 質素,透過 Upsampling 技術,可把音樂檔案升頻至 24bit/192kHz,甚至是 24bit/384kHz 的水平。

甚麼是取樣率(Sampling Rate)?

在講升頻(Upsampling)之前,先了解甚麼是取樣率(Sampling Rate)。將每一秒鐘的聲波分割成一個個相等的時間間距的取樣點(Sample Point),這就是取樣率。取樣率愈大,表示對聲波的分割愈細,更接近原始的聲音。取樣頻率是以 Hz 為單位,1Hz 代表每秒取樣一次。CD 轉換成數碼聲音訊號的取樣率是 44.1kHz,即是每秒聲波有多達 44,100 個取樣點。

何謂聲音升頻(Upsampling)?

聲音升頻已不是甚麼新鮮事,簡單來說是提升取樣率,如將 44.1kHz 提升至 88.1kHz、96kHz、176.4kHz,甚至是 192kHz 或 384kHz,目的是讓聲音聽起來更細緻。首先要知道聲音升頻的原理,是以插值的方法,分析取樣點與取樣點之間的位置才決定插入的地方。但是,有人說升頻後聲音變得比較生硬、歌曲韻味減低,認為原始未升頻的聲音比較好聽;因為不同音響廠商使用的升頻技術也不一樣,大部分都使用「直線」將每個取樣點連接起來,這種做法是最簡單的,可是,大家都知道聲波是一個平滑曲線,因此取樣點與取樣點之間不可能全部以直線連接一起,從而令聲音失真。所以,有 ATF Upsampling 技術的出現,能夠以曲線連接聲浪上的取樣點,將失真減至最低。

Upsampling 升頻是否真的有意義,對聲音是否真的有顯著的正面幫助。將 CD 轉為 PCM 音樂檔案時,取樣率只有原始 16bit/44.1kHz 質素,透過 Upsampling 技術,可把音樂檔案升頻至 24bit/192kHz,甚至是 24bit/384kHz 的水平。
圖中的黃點是聲音原始的取樣點,而升頻則是分析取樣點與取樣點之間的位置,然後插值入去。

最高可升頻至 24bit/384kHz

ATF(Adaptive Time Filtering)是瑞士 Anagram 公司所開發的升頻技術,Cambridge Audio 早年的播放器或 DAC 產品已廣泛應用。其後 Cambridge Audio 更聯同 Anagram 研發出第 2 代 ATF2 升頻技術,這技術需要運用一枚 32bit DSP 運算處理器,在數碼訊號傳入 DAC 之前,最高可將訊號升頻至 24bit/384kHz。究竟升頻有甚麼好處?升頻後能夠提升取樣率與改善線性,最明顯的好處是,提升了信噪比表現,大大改善背景雜訊的程度,聽起來感覺更乾淨。作 A/B 比較的話,聲音平衡性甚佳,高頻延伸較佳,加上動感比較強烈。

Upsampling 升頻是否真的有意義,對聲音是否真的有顯著的正面幫助。將 CD 轉為 PCM 音樂檔案時,取樣率只有原始 16bit/44.1kHz 質素,透過 Upsampling 技術,可把音樂檔案升頻至 24bit/192kHz,甚至是 24bit/384kHz 的水平。
ATF2 升頻技術需要運用一枚 32bit DSP 運算處理器。

Upsampling 升頻是否真的有意義,對聲音是否真的有顯著的正面幫助。將 CD 轉為 PCM 音樂檔案時,取樣率只有原始 16bit/44.1kHz 質素,透過 Upsampling 技術,可把音樂檔案升頻至 24bit/192kHz,甚至是 24bit/384kHz 的水平。
將音樂訊號升頻至 384kHz 的水平,理論上取樣點愈多,聲音細緻更豐富。

連 Spotify 都可升頻

當訊號運用 ATF2 升頻技術,用比較高的取樣率重新取樣,一個稱為 Polynomial Curve Fitting Interpolation 的運算模式會產生非常精確的波形,接著把訊號進入緩衝,並透過內部的時鐘系統重新校正時基,藉此大幅降低時基誤差(jitter),還原數碼訊號的原來面目。基本上,任何聲音訊號都可以透過 ATF2 進行升頻,就連 Spotify、網絡電台的音樂都可升頻至高解析度音訊檔案。

Upsampling 升頻是否真的有意義,對聲音是否真的有顯著的正面幫助。將 CD 轉為 PCM 音樂檔案時,取樣率只有原始 16bit/44.1kHz 質素,透過 Upsampling 技術,可把音樂檔案升頻至 24bit/192kHz,甚至是 24bit/384kHz 的水平。
傳統以直線連接取樣點之後分析並進行插植(上);而 ATF 技術能夠以曲線連接聲浪上的取樣點(下)。明顯見到 ATF 技術的優勢,插植的取樣點能非常精確在聲浪上,把聲音失真減至最低。

ATF Upsampling 技術分享片段

Ben Beaumont 為大家深入講解 ATF Upsampling 技術。

3 種數碼濾波模式

ATF2 還提供了 3 種數碼濾波模式,包括 Linear Phase、Minimum Phase 與 Steep,音色並不相同,用家可以根據各人喜好、系統或空間狀況作出選擇。現時大部分 Cambridge Audio 音響產品已內置 ATF2 升頻技術,包括旗艦網絡播放機 Azur 851N、旗艦數碼模擬轉換器 Azur 851D、DAC 前級放大器連耳擴 DacMagic Plus,以及數碼串流播放機 CXN 等等。最後一提的是,ATF Upsampling 是在產品中自動運作,並不能強制關閉的,因為 Cambridge Audio 深信經過 ATF Upsampling 升頻後的音樂檔案,音質會比原始檔案更高。

Upsampling 升頻是否真的有意義,對聲音是否真的有顯著的正面幫助。將 CD 轉為 PCM 音樂檔案時,取樣率只有原始 16bit/44.1kHz 質素,透過 Upsampling 技術,可把音樂檔案升頻至 24bit/192kHz,甚至是 24bit/384kHz 的水平。
旗艦網絡播放機 Azur 851N 內置 ATF2 升頻技術。

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