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揭秘Dolby、DTS、PCM、DSD,哪种格式声音效果最好?

发布时间:11-15 发布人:音频应用

一直以来,很多Hi-Fi发烧友在聊电影和音乐的时候,经常会谈论到声音文件采样、位深、码率的相关技术参数。44.1kHz/16bit、96kHz/24bit、192kHz/24bit这种PCM波形规格到底意味着什么?PCM、Dolby Digital、DTS和DSD都是什么意思?有什么区别?

揭秘Dolby、DTS、PCM、DSD,哪种格式声音效果最好?

一直以来,很多Hi-Fi发烧友在聊电影和音乐的时候,经常会谈论到声音文件采样、位深、码率的相关技术参数。44.1kHz/16bit、96kHz/24bit、192kHz/24bit这种PCM波形规格到底意味着什么?PCM、Dolby Digital、DTS和DSD都是什么意思?有什么区别?



PCM格式


在电影世界中,PCM的质量通常最高为24bit/192 kHz,以限制文件的大小。这种PCM格式可以在蓝光音乐会光盘上找到,无论是立体声还是多声道音轨,最多有7.1个声道。纯音频蓝光也使用PCM格式,分辨率为24bit/96kHz或24bit/192kHz。在某些光盘或程序上,你还可以找到L-PCM(线性脉冲编码调制)格式。这种格式的优缺点与PCM相同。


在对音频信息进行记录时,PCM的做法,是先按照一定的数据位深(数据值数量),设定一组电平值数据规则,然后按这个规则,对每个采样点的电平值进行单独记录;从中我们可以理解:

  1. 每个采样点,都是单独度量各自采样时刻的电平绝对值,采样点之间相互独立,无关联也无影响;

  2. 数据位深越大,意味着电平值规则的数据量越大,每个采样点的数据记录也就越精细、丰富;

  3. 采样频率越高,也就是采用的采样率越高,同样意味着采样数据更丰富,更接近原音原貌。

  Dolby格式


杜比数字于1992年出现,提供多达6个不同声道的数字声音:左、中、右、左后和右后,外加一个专用于极低频效果的 LFE(低频效果)声道。与CD-Audio和PCM不同,杜比数字使用有损压缩方法:AC3。因此,声音被降级,但其降低的程度是可以接受的,而且通常是难以察觉的。


但是,Dolby Digital有不同的变体,包括提供无损压缩声音的Dolby TrueHD格式。它支持多达14 个音频通道,7.1的分辨率高达24bit/96 kHz,5.1的分辨率高达24bit/192 kHz。Dolby TrueHD编码音轨的传输至少需要HDMI 1.3 连接。这种格式出现在大多数蓝光电影中。



DTS格式


与Dolby一样,DTS也有很多格式。为了获得最佳质量,斯皮尔伯格开发了DTS HD Master Audio(或 DTS-HDMA)格式。它在192kHz下提供24bit的分辨率,比特率为24 Mbps。这种分辨率在理论上可以有无限数量的通道,但传统上只有8个。


另一方面,DTS HD Master Audio的比特率比Dolby True HD略高,当带宽被充分利用时,可以提供更详细的再现。在7.1中,DTS HD Master Audio可以提供比Dolby TrueHD更高的质量,但与5.1 Dolby TrueHD音轨不相上下。


但是,它仍然不如PCM,PCM理论上可以超过32bit/768kHz。


DSD格式质量

  和CD技术一样,DSD(Direct Stream Digital,直接比特流数字编码)同样是由索尼和飞利浦两大技术巨头联手开发的数字音频技术。

  我们可以把数字音频文件的基本数据单元,理解为“采样点”,播放数字音频文件的本质,就是读取每个采样点上记录的数据。在同一个数字音频文件中,每个采样点间的时间间距,都是相同、固定的,因此,每一秒内采样的次数越多,就意味着采样频率越高,记录的数据量也就越大,重放音乐的信息量和音乐品质也就越好(理论上)。


常规的CD文件是16bit 44.1kHz的PCM音频,也就是每秒钟取样44100次,并且用一组65536个值(=2的16次方=16bit)的规定电平,测量和记录采样时刻的电平值。而DSD,可以理解为是一种PDM(Pulse-Density Modulation,脉冲密度调制)技术,在每个采样点,DSD文件只进行2个值(=1bit)的数据记录,记录的内容则是相比上一个采样点记录数值的信号电平变化(增大还是减小)。

  相比PCM技术,DSD每个采样点只需做1bit位深的“1/0”记录,同时采样点之间数据互相关联,整首音频从开始到结束都可以视为是一个连贯、连续的整体(而不是如PCM那样每个采样点的数据本质各自独立);当然,DSD也采用了远远高于PCM的采样频率,例如常规使用的DSD64,采样率是2.8224MHz,也就是每秒钟进行2824400次的采样记录,采样密度是CD的64倍。



PCM VS Dolby VS DTS:动态


除了影响声音信号的精度外,PCM、Dolby和DTS格式允许的最大分辨率也会影响动态范围。这表示感知到的最小音量和最大音量之间的差异。因此,乐器的动态范围是指音乐家能够发出的最弱和最强音符之间的差异。在电影中,它表现在电影和系列剧中最安静和最响亮的场景之间。


为了加强沉浸感和自然感,导演们在私密的耳语或对话场景与配乐达到顶峰的动作场景之间创造了显着的动态差距。这种高动态范围是THX认证的主要选择标准,它确保所使用的设备能够提供真正影院般的体验。


因此,宽广的动态范围在家庭影院中是至关重要的。然而,压缩的音频格式也会降低动态范围。例如,16bit采样允许音频工程师可以在96dB的动态范围内工作。通过将分辨率提高到24bit,即使大多数音频设备被限制在125dB,动态范围也可以达到144dB。


因此,支持24bit音频的PCM、DTS、Dolby True HD和DTS HD Master Audio格式可以提供比16bit的Dolby Digital更大的动态范围。


PCM VS Dolby VS DTS:聆听质量


在理论上,PCM格式可以提供最高的聆听质量,其分辨率高达32bit/768 kHz。然而,迄今为止,这种非常高的分辨率仅用于聆听带有高分辨率文件(如 FLAC、WAV 或 AIFF)的音乐。


在电影院中,PCM格式通常被限制在24bit/192 kHz 的最大分辨率,以优化蓝光光盘允许的存储空间。但是,PCM仍然优于Dolby Digital和DTS,但与Dolby TrueHD(24bit/192 kHz,最高5.1)和 DTS HD Master Audio(24bit/192kHz,最高7.1)并驾齐驱。


因此,在量化和采样相同的情况下,PCM、Dolby True HD和DTS HD Master Audio之间的聆听质量相似。



如何利用PCM、Dolby或 DTS?


PCM是最通用的格式。要在立体声中播放Hi-Res音乐,你需要像Volumio Primo Hi-Fi Edition这样的网络播放器,它与PCM兼容,最高可达32bit/768kHz。您还可以使用像Cambridge DacMagic 200M这样的DAC,通过模拟放大器欣赏PCM音乐。


对于电影、电视节目和视频游戏,大多数电视和蓝光播放器都允许你将Dolby或DTS音轨转换为PCM。如果你想用DAC或没有Dolby或DTS解码器的连接扬声器来享受电视的声音,这种转换是必不可少的。


另一方面,质量将保持与原始混音相似。在转换为PCM时没有过采样过程。Dolby和DTS音轨需要特定的解码器,通常直接集成在电视上。但是,这种音频处理器的质量在不同的电视上差别很大。此外,除了LG OLED65C1等高端型号外,播放通常仅限于立体声音轨。为了实现多声道曲目的最佳解码,最好是使用家庭影院放大器。你也可以选择回音壁。


但是,有些型号仅兼容Dolby。除了Dolby和DTS 解码,你还需要确保支持Dolby True HD和DTS HD Master才能享受最佳质量。由于流媒体节目的音轨经常被压缩,因此还需要使用高质量的信号源,例如蓝光播放器。最后,一定要选择高质量的HDMI线,因为高清音轨需要更高的比特率。




最好的格式是什么?


PCM是一种通过非实体文件、网络播放器或USB DAC聆听音乐时提供尽可能高质量的格式。在家庭影院中,PCM的分辨率上限为24bit/192kHz,与Dolby True HD 和DTS HD Master Audio相当。因此,在相同的分辨率下,这三种格式的聆听质量相似。


至于DSD,主要是用于立体声音乐系统,DSD技术的数据采样记录方向更为“线性”,时间密度也更高,采集到的数据量也先天较大,因此即便是SACD所采用的(最常规、入门的)DSD64音频,对比CD这样的传统PCM音频,在多个方面也都已经具有优势;而另一方面,无论PCM还是DSD,最终的声音品质其实还是取决于数据量,而数据量又直接取决于使用的采样率和位深,因此采用更高采样率和数据位深、数据容量更大的PCM音频,在听感上其实也一样可达到“极高清”;并且,音频的后期制作,编码、解码时芯片的时钟精确度等技术问题,也都会对音频的最终播放品质造成影响。

  相比于WAV,DSD虽然是理论上的信息量升级,但也为解码设备的性能带来了更大的挑战。不开玩笑的说,有一套能够发挥真正DSD实力音响设备的人,笔者身边的专业用户都很少,更别提便携听音了。


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