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24位元的迷思

 沒有人能夠否認近幾年來硬碟錄音卡在音質上的大幅改進程度,如24位元、8 in/out的錄音卡,曾經是10萬元以上才買的到的東西,現在只要不到3萬元即可購得,錄音卡大幅降低的結果造福了許多人,如今即使小型的Home Studio也可比製作出商業水準的音樂,同時,因為具有CD-R可比直接燒錄,所比音樂一但進入電腦中,就再也不必面對類比的夢靨。

爭議的焦點脫離了類比,那唯一的因素就是A-D(類比/數位轉換)的品質與Resolution,隨著規格的改進,許多人對此的要求與期待也益形提高,最近許多人常常說無法再編曲/錄音軟體中錄製24位元的聲音(當然,如果能錄製96khz那就更好!)。大家好容易調入一種陷阱,就是只要bit術與取頻率愈高,音質就自然就愈棒。

事實的真相是你必須使大約多出50%左右的硬碟空間來儲存24位元的錄音資料,而它所能提升的音質將部會超過原來的一半,按照公式來計算,24位元所可比期的動態範圍應該高達144db(24*6),然而錄音室設備所產生的背景雜音(Background Noise)卻大幅降低了這個標準。舉例來說,錄音室的自體雜訊(Self Noise)即大約在10-12db SPL左右,即使是很好的24位元轉換器也不過能提供120db左右的動態範圍,然後再把這些東西串接在一起時,所能改善的音質自然就......。

錄音卡的轉換器

現在許多的錄音卡都具有20或是24位元的轉換器,有些卡只有在Digital I/O部分有24位元,監聽部分卻步到24位元,如:Sonorus的Stud I/O在監聽部份只有18Bit。第一張真正24位元/98kHz的錄音卡首推Sek'D的Prodif 96,不過也僅限於A/D部分,它的D/A只有20bit。

近幾年來,大不份的廠商在錄音卡上都極盡可能的美化與理想化,所以很難從其中判定好壞,即使同一家所產生的錄音卡,由於級數不同也會有變異,當然,有時候你可以判定規格上測量環境,如"rate at..."是否與真實的錄音室有所出入,當然,我們還可以有一些方法可以測量到實際的數值。舉YAMAHA DSP Factory來說,它號稱有20bit/128倍取樣(over-sampling)的A/D轉換,不過在主卡(93db)與擴充卡AX44(100db)上確有不同的動態範圍,這點似乎存在著"是否使用同一轉換器"的疑問?同匙告訴你絕不要用數字來決定音質,所有的Event產品(除了Darla24)都有20位元的A/D與D/A轉換器,動態範圍都是98db。 
Creamware的Pulsar系統頗受好評,它同樣也是20bit,不過具有獨立的A/D與D/A,其中A/D是98db,而D/A則為較佳的102db。

Aardvark公斯的Aark 2-/20同樣是20bit,則具有最佳的100db。由此可知見,20位元的錄音卡平均的表現大約都在98-102db之間,比起很棒的16bit錄音卡(93-94db),大約好不過6個db(1bit)左右。

然後我們再來看看具有24位元錄音能力的錄音卡,Lexicon Studio具有24bit的A/D轉換,動態範圍約104db。Gadget Labs這家比較鮮為本地人知的公司所推出的Wave/8.24使用與Mackie Digital 8 Bus相同的A/D轉換器,則具有105db的能力。其他超高價機種如Apogee與DCS等產品,則具有108-120db不等的動態範圍。

所以總括來說,一般平價的24位元錄音卡它的動態範圍大約比20位元的等級提升不過2-6db左右,這也是為什麼許多製造廠商仍然堅持製造20位元的錄音卡,事實上,世界知名的Lexicon Reverb也不過只有20bit,不過卻很少有人complain它的音質。

硬體與軟體界面

以上觀之,24位元未必會比20位元的錄音卡好多少,但是卻比較昂貴,事實上,如果真要做到24位元,A/D的部份比較重要,因A/D是錄進去的音質,而D/A則通常是做監聽用,20bit就很夠了。

而另一個問題就是軟體本身,有些軟體提供有許多不同規格的錄音模式,如:Wavelab即有8/16/20/24bit可供選擇,大部分的MIDI/Audio整合軟體則都只提供16/24bit兩種模式,在這裡讀者不免困惑,如果我使用的是20bit的錄音卡,那屌應該選擇哪種錄音模式呢?事實上答案是都沒問題的,不過儲存的方式卻可能不同,電腦的資料是以位元組(byte)的方式儲存,每個位元組包含8bit,所比如果你所錄製的資料是16位元的,那麼每一個單一取樣(Sample),就會以2個byte的方式儲存。當然,如果是24位元的資料,每個取樣就佔用3個byte。

很不幸的因為18/20/22位元剛好都不能被整除,所以程式發展者此時就只有兩種選擇,一種是使用Data Pack(資料群集)的技巧,也就是說,如果是20位元的資料,我們就把四個取樣群集起來,成為20*4=80bit,然後在編碼成為10個8位元的資料來儲存。優點是不浪費硬碟空間,缺點是在編碼與解碼過程中比需浪費大量的CPU處理能力。另依種方法,也是實際可行的方法,是將這些不同bit的資料都當成24位原來儲存,然後空缺吳用的位元部份用"0"來填補即可。所以不論你的錄音卡為何種bit,基本上錄進電腦中的資料都是16或是24位元兩種大小,即使是Wavelab這種軟體亦然,只不過在檔案的頭端會記載這是20bit的檔案以便分辨而已。

所以,有些18/20bit的錄音卡的設計者本身都預先知道這種情形,在卡的內不都會見有24位元的路徑,所比不論你是錄製或播放24位元的資料,這些卡基本上都可以支援。附帶提出一點,少數的硬碟錄音卡不法接受3位元組的24位檔,而傾向以四個位元組來接收,如號稱O2R心臟的YAMAHA DSP Factory就是如此,它必須佔用兩個軌道才能做24bit錄音,這也就是為什麼Wavelab還32bit模式可供選擇的原因,這種卡比須以兩個15bit的方式儲存24bit的資料。

合適的訊號線

當然,訊號的來源才是最重要的,如果你使用24位元的錄音卡,你最好擁有一支低雜音的麥克風、超低雜音的麥可風前級、完美的個音空間以及很棒的導線,那麼,你才可能可以真正享受到24bit帶給你的感覺。不過,對於大多數人來說我想事實並非如此,事實上很多製造商自己都無法測試其錄音卡在24位元錄音時的音質,因為要找到背景雜音如此低的房間真的是很難。

低雜音的麥克風可能還可以找到,低雜音的合成器呢?使用數位合成器編曲又指定過帶用24位元的人,我逼值認為他們的頭殼不太對,因為大部分的合成器或取樣機的等級都只有16bit/44.1kHz,即使它門使用24位元錄音,基本上對音質視覺無改善可言,而且大部分的數位合成器又都不具備數位輸出端子,而使用類比輸出時畢竟先再內部經過依次D/A轉換,那情形你可想而知。然後偏偏許多合成器的雜音又是大到令人懷疑設計者的耳朵,在這種情形下,24bit錄音時再是完全沒有義意。

然而如果是純類比的合成器(非Analog Modeling(,那又另當別論。如果合成器本身的電路設計還不差,那麼使用24位元的錄音,這些多出的動態範圍將可以讓振盪器所產生的某些Peak,貨是當你旋轉旋紐時彼此產生的影響將會更容易被記錄下來。當然對於許多使用Soft Synth的人來說,本身的聲音產生因為都在電腦內,所以本身動態應該就可以高達32-64位元。

實際測量

根據Sound on Sound雜誌在1999年3月的記載,還有一些實際量測的有趣結果,不過,我想對於大多數本地的使用者來說,透過傳統混音做來錄音的人可能還是居多,在這種情形下,20bit(85db)與16bit(83db)的差別大約是2db左右,如果你有很好的數位設備與輸出電路,那麼可以差到大約10db(93db與104db),顯示在良好的訊號源之下,使用較高bit來錄音,動態範圍的確可比很高。所以,你自己錄音方式以及所使用的系統是否符合你本身的期待呢?有機會自己試試看吧!

附註1

雜訊的本質來自電路本身、接線、電腦系統與電路板..等,理想上每增加4個位元,動態可提高24db,實際上則不然,如ADAT XT20(20bit)數位多軌錄音機,比前一型的ADAT XT(16bit)提升約12db。S/N比對動態的殺傷力沒有公式可循,不過低價得音效卡卻時常發生串到一些奇怪聲音的現象,有的甚至連硬碟運轉的聲音都會串到,當然現在這些問題已經獲得很多改善,不過,如果真的要發揮24位元的音質,除了卡本身的品質以外,PC電路板本身穩定姓要夠、Power Supply要夠力、夠穩、輸入端子的品質要高,都是不可或缺的因素。

附註2

如果你要使用24bit錄音,記得要使用高級、具遮蔽(Shield)的導線,同時注意部要將它門與主電源線放在一起,並且不要隨便纏繞,以免產生Hum聲。使用平衡式的端子,即使是非平衡式的音源,也請盡量轉接為平衡式端子,使雜訊降到最低。一般的錄音卡都是使用-10dBV的輸入端子,因為這樣可以輕易的使用電腦提供的電壓來錄音,然而專業的器材通常都使用+4dBu來收音,如此一來,就得使用大約30伏特的電壓才可以推動,所以專業的錄音卡多配置有外部的、獨立供電的輸入/輸出設備。或者,如果你友好的數位混音座,就直接利用數位對數位的方式連接到音效卡,也不失唯一種好方法。

附註3