真的更好听? Hi-Res音频对听感有何影响

    [中关村在线音频频道原创]关注音频的朋友一定都听说过Hi-Res这个词，在耳机耳塞中，在HiFi播放器上以及在音频格式里都有被称为Hi-Res的标准。Hi-Res全称为igh Resolution Audio，又称为高解析音频，是由Sony制定的一个音频标准。Hi-Res音频的目的是表现音乐品质极致和原音重现。获得真实感受原唱者或演奏者在现场演出的临场氛围，高解析音乐是指声音信息量超越CD音质的音乐格式。

真的更好听? Hi-Res音频对听感有何影响

    根据官方介绍，高解析音乐最常被使用的数位位格式是192kHz/24bit或96kHz/24bit，另外还有一种将类比音源数位化的取样方式，称为DSD(Direct Stream Digital)直接将比讯源数位化串流，以更高的取样频率(2.8MHz以上)每次增加1位元的幅度來增量取样，並以DSD 2.8MHz/1bit格式来表示。相较于一般CD的标准音讯是使用44.1kHz/16bit则不被列为高解析音乐。

    高解析音乐可以有很多种，适用多种不同数位档案格式，并且音频格式都属于无损压缩类型。常见的格式有DSD(DFF，DSF，ISO)，这种音频格式大多是Super Audio CD (SACD)的专业音乐录制格式。以及WAV,FLAC,ALAC等无损数位档案格式，这是为了保有在录音室或演唱会现场的所有原始音源及细节，而我们常见的MP3，AAC等有损音频格式并不属于Hi-Res音频的范畴。

“高解析”体现在何处？

    我们知道声音解析力越高，所能表现出的声音细节也就越多，音质也就越好。这里所说的音质是指模拟音频信号经过模传输、处理、模数转换后的保真度。Hi-Res音频从音频格式上可以划分为PCM音频和DSD音频，虽然这两种音频都属于Hi-Res的范畴，但是区别还是不小的。

PCM编码

    除了DSD，DFF音频格式以外，其他所有的音频格式都看作是对PCM(Pulse Code Modulation)音频进行处理后得到的，PCM音频编码的原理简单来说是将连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码，最终变为数字信号，传统的CD采用的编码方式同样是PCM编码。

DSD编码

    DSD的原理与PCM完全不同，由于采用新的模拟数字转换技术，音频在编码时不必再通过很高的量化数位来提高声音的精度。有效避免了混叠噪音，所以在信噪比以及失真率方面的控制都比PCM音频更加具有优势。

相同时间内16bit/44.1khz音频取样点

    我们来看一张PCM音频的波形图，横坐标为时间轴，纵坐标表示声音振幅大小，采样频率所能影响的是时间轴的细分，例如44.1khz的音频文件就表示1秒钟对音频文件采样44100次。而量化位数所影响的是声音的细节程度，16bit的音频文件可以将音频分成16个二进制位记录，即2字节。将音频振幅分为2的16次方即65536个量化阶层。

相同时间内24bit/96khz音频取样点

    切换到频谱图，我们可以看到横轴依然为时间，而纵轴代表音频频率，Hi-Res音频的频率可以延展到20KHz以上，相较于普通的无损音频和有损音频来说要高很多，并且频谱的亮度范围也更广，这就意味着在听音过程中可能听到更多的声音，很好的诠释了高解析。

320k MP3频谱图

24bit/96khz Hi-Res频谱图

    比特率是指模数转换时，单位时间内传输的数据信息量，是衡量音频质量的一个重要指标。也就是我们常说的192kbps、320kbps、1411kbps等。我们有一个粗略估计比特率的方法，即比特率=采样率*量化位数*声道数，例如24bit192khz的双声道音频，根据上面的计算方法可以得到比特率是9216kbps，远超过普通CD的1411kbps。

Hi-Res音频的缺点

    那么Hi-Res音频真的就比有损音频和无损音频更加出色吗？笔者认为这个说法是错误的，虽然Hi-Res音频有非常多的优点，从量化数据中也能看出一些指标是不同无损音频的好几倍，但这也带来了一些比较明显的缺点。

文件过大，资源太少

    通过之前的介绍，我们已经可以粗略的估计出音频文件大小，歌曲文件大小=歌曲时间*量化位数字节*声道数*采样频率。举个例子，一首7分12秒采用24bit192khz的双声道立体声的音乐大小，根据之前的方法计算得到的数值是474M，符合电脑文件中的实际大小，当然这里所说的是未经压缩处理的音频大小，经过无损压缩格式转换的实际大小一般都会小于音频文件的估计大小，但是还是会占用很大的容量。一般大小都在MP3的几十倍，但却没有换来等效的音质。

24bit/192khz音频

音频文件大小为474M

    音频资源同样也是一个比较大的问题，和MP3的音乐数量相比，Hi-Res音频的数量可以说是少的可怜，尤其是DSD音频更加的稀少。这就然很多人找不到喜欢的歌曲的Hi-Res版本，尤其是热门的新歌几乎从不会考虑做成Hi-Res。听自己不爱听的歌曲，即便是高解析音乐恐怕没人会喜欢。

声音噪音大

    之前我们提及了一些Hi-Res音频编码的相关信息，越高的量化位数和采样频率除了能给我们带来更加出色的细节之外也会带来更大的噪音。尤其是PCM音频编码，在模数转换过程中经常会出现混叠噪声以及不和避免的失真。如果在录音条件达不到要求，经过转换获得的数字音频的效果并不会好，还会有更明显的噪音，所以高解析音频对于录音的要求是非常苛刻的。

噪声对采样的影响

部分声音响度低

    我们从一些音频的波形图中可以看出，Hi-Res音频的振幅会比其他格式音频小一些，但这个现象不是绝对的，在人声频段出现的可能性比较大。因为声音振幅越大响度也就越高，所以在一些前端推力不足的情况下，Hi-Res音频并不会带来更加出色的听音感受。

16bit/44.1khz音频文件振幅

24bit/96khz音频振幅

真假难辨

    如今数字音频的传播方式非常的广，这也让音频的可靠性变差了。我们之前所提到的高解析音频都是通过模拟信号转化而来的，但是通过音频的二次或多次采样同样可以让音频从较低的比特率转化为高比特率。这么做的结果只能让音质越变越差，特别是非整数倍的音频采样，会改变原有波形使音质明显下降。

MP3音频文件

MP3经过升频至24bit/96khz的音频文件

    下面用一个简单的例子帮助大家来区分Hi-Res音频，我们可以看到经过升频后的音频在某一频段上会显得比较违和，部分音频出现了明显的分界线或者大面积频段空白。如果出现这种情况就说明音频并不是由模拟音频取样得到的，可以帮助大家初步判定音频的真假。

实际听感究竟如何？

    为了更好的表现出音质的差距，我们采取横向对比的方式进行试听，音乐曲目都保持了比较高的一致性，只是在音频格式上发生了变化，这些歌曲并不是相互转化生成出来的，这样可以尽可能减少测试误差。

原始24bit/96khz音频文件

    我们将一些满足Hi-Res标准的音频文件砍掉20khz以上的部分进行对比试听，发现有的歌曲几乎完全听不出任何区别，还有些歌曲能感觉得到比较明显的细节丢失，差距就像有损MP3和无损WAV一样，当然这样结果的也算是理所当然的。

经过截断频率后的音频文件

    这是因为，一般人的耳朵听音范围一般都在20Hz-20KHz之间，但我们听到的声音频率并不是平均分布在这个范围内的，大家经常听到的低频通常是在20Hz-160Hz，例如一些鼓声、DJ音乐中动次大次的声音等。中频是我们能够听到声音最多的频段，大概范围在160Hz-1280Hz，其中包括了所有的人声部分和大部分乐器，是最为重要的一个频段。按照这种分类方式，剩下的频段的声音就都属于高频范围了，并且很少有乐器的声音可以达到2500Hz以上，超过2500Hz的声音就可以认为是泛音的范畴了。

各声音频段分布

    所以，大部分影响听感的声音频频段其实是非常集中的，而这些频段在即便在320K的MP3中也是足够的多，只有当歌曲的高频泛音较多时才会产生比较明显的声音差异，如果大家只是听一些流行歌曲，就不用对高解析音频过于执着。

是确有奇效还是夸大宣传

    那么，现在市场中贴着小金标，号称支持Hi-Res标准的音频设备之间就完全相同吗？实际上并不是这样的。因为从上面的介绍中我们可以看出，耳机设备支持Hi-Res只需要将频响范围扩大到Hi-res音频所要求的范围即可，而这一点很多耳机都能够做到，其中既有一百多块的小米耳机也有上千块的品牌旗舰。

小米圈铁耳塞获Hi-Res认证

    对于HiFi播放器而言，想要支持Hi-Res标准，只需要集成一些通用过的解码芯片，使播放器可以解码出Hi-Res音频即可，当然不能动过降频或者其他手段进行播放。能做到这个程度的播放器在市场中用很多，在这里面也已经有很多播放器支持DSD格式的DOP信号解码和DSD格式的硬解码，基本上可以做到支持全部Hi-Res音频了。

索尼NW-ZX2

    看到这里，我们应该已经注意到了，不管是耳机还是播放器是否支持Hi-Res标准，都和本身能展现出的声音水平几乎没有半毛钱关系，想要获得高品质的声音还要取决于产品的音色、声场、内部设计结构等多种因素。而对于Hi-Res音乐本身而言，大家也不必过于纠结。因为实际听感上的差距真的非常小，或许在移动设备上反而会是MP3更加讨喜。

写在最后：

    记得SONY体验店曾经举办过几次盲听活动，只听一种歌曲在毫无对比的情况下进行音频格式的判断，有一个大哥连续五次都答对了，说明也确实存在这金耳朵。但对于笔者而言，Hi-Res与其他音频最大的差距也只是在声音响度以及动态范围上，高解析音频的声音会小一些。对于其他方面的差距，笔者认为只有保持信仰，开足脑放才是声音变化的根源。