文_鄧冠奇
在1982年,影音業(yè)界發(fā)生了一件重大事情,那就是CD唱片(Compact Disc-Digital Audio,簡稱CD-DA)正式發(fā)布。它由兩大消費電子業(yè)巨頭SONY和PHILIPS聯(lián)合推出,是一種以存儲數(shù)字音樂的光學(xué)碟片,優(yōu)勢是體積更小、音質(zhì)好,能存儲時間更長的音樂,且使用更便利,目的是用于取代黑膠唱片,成為主流的音頻存儲載體。
然而時間一晃就來到2021年,到了明年就迎來了CD唱片的40周歲生日。在CD唱片推出之后,也相繼出現(xiàn)多種數(shù)字存儲載體,但也依舊難以取代CD唱片的地位。直到網(wǎng)絡(luò)流媒體音樂大行其道,我們獲取音樂的途徑更多,獲取方式更容易,使得CD唱片的發(fā)行量和銷售量大幅度的減少,如今的CD唱片和黑膠唱片已經(jīng)變成小眾用家(主要是音響發(fā)燒友群體)的情懷。
作為80后的作者,我手上不僅保留著不少CD唱片,而且還見證著CD唱片的興衰。站在個人角度,即使是數(shù)字流媒體成為主流音樂傳播和獲取途徑的今天,我依舊保持購買CD唱片的習(xí)慣,要是撇除音質(zhì)的關(guān)系,實體唱片就是能給人帶來一種實實在在的感覺,通過閱讀CD唱片內(nèi)頁還能了解到不少的信息,包括關(guān)于音樂作品、演繹者、錄音設(shè)備、封面畫等等,對于某些特別的專輯,還會附帶精美畫冊,很有收藏價值。
雖然距離CD唱片誕生40周年還有1年時間,但出于我自己對CD唱片的熱愛,而且我之前也曾經(jīng)分別在雜志和網(wǎng)絡(luò)平臺上做過關(guān)于數(shù)碼錄音機專題以及CD唱片的視頻節(jié)目,在內(nèi)容方面都有涉及,但在內(nèi)容上還并不全面,因此決定專門推出這個針對性的激光唱片紀(jì)念特別專題。
一.CD前傳,從Laser Disc演變過來
二.CD唱片的種類、外形規(guī)格與數(shù)字格式
1. CD唱片的種類
2.為什么是74分鐘?
3.CD唱片的數(shù)字音頻格式及其由來
4.CD唱片中的預(yù)加重處理
5.CD唱片的冷知識
三.CD唱片衍生的產(chǎn)物(VCD、SVCD、CD-I、Photo CD等)
四.通過編/解碼技術(shù)改善CD唱片的音質(zhì)(HDCD、XRCD、MQA-CD)
眾所周知,CD唱片是在1982年正式宣布推出的,第一張以商品形式發(fā)售的CD唱片在同年8月17日正式生產(chǎn),專輯是 Claudio Arrau演繹的《肖邦華爾茲》(備注1)。第一臺以商品形式銷售的CD機為SONY CDP-101。然而在CD唱片正式推出之前,Philips和Sony此前各自都經(jīng)歷了一番努力之后,直到1979年才正式合作研發(fā)CD唱片的。
CD唱片是基于LaserDisc(LD)演變而來的純音頻載體。早在1974年,Philips就開發(fā)出一只直徑為7.9英寸(200mm)純音頻光盤,以用模擬方式存儲音頻信息,完完全全是基于EP尺寸規(guī)格的Laser Disc(LD)開發(fā)而來。到了1974年,Philips提出用數(shù)碼方式記錄,直到1977年才開發(fā)出以數(shù)字方式存儲的光盤,且直徑縮小到4.5英寸(115mm),跟我們現(xiàn)在看到的CD唱片差異不大。
直到1979年,Philips就展示出第一張CD唱片(115mm直徑,11mm厚)和第一臺名字叫Pinkeltje的CD機,并召開了發(fā)布會向業(yè)界公開展示。
在另一端的日本,1970年代初NHK則聯(lián)合Sony公司采用“錄像機+PCM處理器”開發(fā)數(shù)字錄音機,分別應(yīng)用于專業(yè)和家用領(lǐng)域,為以后的數(shù)字錄音工業(yè)打下基礎(chǔ)。直到1976年,Sony首次展示數(shù)字音頻光盤。1977年,又展示了能存儲60分鐘音樂的數(shù)字光盤,其數(shù)字規(guī)格為16bit/44.1kHz,可是光盤直徑達(dá)到12英寸(300mm),而1987年更展示出能存儲150分鐘音樂的數(shù)字音樂光盤,數(shù)字規(guī)格為16bit/44.056kHz。此外,德律風(fēng)根和JVC也分別展示他們的Mini-Disk和AHD(Audio High Density)碟片和播放機。
由于這幾家公司都在各自玩各自的,完全是自嗨狀態(tài),沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),根本不可能投入到實際應(yīng)用。因此,Philips和Sony兩家消費電子業(yè)巨頭在1979年達(dá)成合作,利用各自掌握的技術(shù)共同開發(fā)新的數(shù)字音樂光盤。經(jīng)過幾年的努力,終于在1982年正式宣布推出商品化的CD唱片和CD播放機,而德律風(fēng)根Mini-Disk和JVC AHD(Audio High Density)計劃則隨著CD唱片的推出而銷聲匿跡。
備注1:資料來源于:kodakdigitizing.com/blogs/news/what-were-the-first-albums-released-on-cd
我相信大家對CD唱片毫不陌生,甚至家里如今還保留著CD唱片的人還不少,到底大家在聽CD唱片的時候有沒有想到,到底CD唱片的種類有哪些?還有它的外形規(guī)格是什么?以及數(shù)字格式?還有它為什么要存儲74分鐘或以上時長的音樂?這些都是誰的主意?接下來就逐一告訴大家!
CD唱片的種類根據(jù)CD的物理尺寸、外形、容量進(jìn)行劃分,一共有三種,分別是“Standard Size”、“Mini-CD Size”和“Business card Size”。我們最常見的CD唱片種類是“Standard Size”,光盤直徑為120mm(4.7英寸),中間孔徑為厚度為15mm,其容量為650MB~700MB范圍,可播放74~80分鐘的音樂,俗稱“大碟”。Mini-CD尺寸俗稱“細(xì)碟”,CD單曲多數(shù)使用Mini CD規(guī)格發(fā)售?!癇usiness card Size”稱為“卡片CD”,容量比Mini-CD Size更小,通常用于存儲數(shù)據(jù),很少用于存儲數(shù)字音樂。例如,硬件驅(qū)動程序。為了讓大家更清晰地了解到三種CD唱片的區(qū)別,我特意做了列表讓大家對照。
QUEEN(皇后樂隊)“Crazy Little Thing Called Love” Mini CD Single專輯,整張碟存儲三首音樂
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或許會有人問,為什么CD唱片需要能容納74分鐘時長的音樂內(nèi)容?這時長是根據(jù)什么參考標(biāo)準(zhǔn)來確定的?Sony和Philips在開發(fā)CD唱片初期時,碟片的直徑尺寸分別為100mm(Sony)和115mm(Philips),播放時長為60分鐘??墒钱?dāng)年Sony的總裁大賀典雄建議播放時長能增加至74分鐘,原因是希望能夠完整地裝下富爾特文格勒在1951年于拜羅伊特音樂節(jié)指揮《貝多芬第九交響樂》的錄音,需要增加14分鐘播放時長,碟片直徑就增加到120mm,容量也提高到650MB。
但在實際應(yīng)用上面,CD唱片的播放時長能超過74分鐘,達(dá)到80分鐘,甚至更長。例如,1988年發(fā)行的《Misson of Burma》,總時長達(dá)到80: 08,而2016年DECCA發(fā)行的莫扎特大包子套裝CD(共200張CD)里面,第75張CD的總時長甚至能達(dá)到86:30!但這樣操作很明顯超出了紅皮書規(guī)范,很可能讓部分CD機無法讀取全部曲目。
16bit/44.1kHz PCM格式是CD唱片所使用的數(shù)字音頻格式,那么這個數(shù)字音頻格式由來是什么?話說當(dāng)年Sony和Philips兩家在CD唱片的數(shù)字音頻格式上均有提出,Sony由于開發(fā)出基于“錄像機+PCM處理器”的數(shù)字錄音系統(tǒng),所以直接沿用錄音系統(tǒng)的數(shù)字音頻格式,分別為16bit/44.1kHz(或44.056kHz)。其中,44.1kHz(44.056kHz)采樣率頻率是根據(jù)錄像帶的視頻制式計算出來的,44.1kHz對應(yīng)PAL,44.056kHz對應(yīng)NTSC。而Philips則發(fā)展14bit分辨率,采樣率接近44kHz的PCM數(shù)字音頻格式,最終結(jié)果采用Sony提出的數(shù)字音頻格式。但由于早期CD唱片的生產(chǎn)廠在歐洲,歐洲采用PAL視頻制式,因此使用16bit/44.1kHz PCM格式。
不僅如此,某部分CD唱片的母版在制作時還會使用pre-emphasis(預(yù)加重)處理,這種處理方式跟模擬錄音/回放時期的杜比降噪的原理和目的是一樣的,用于提高信噪比。經(jīng)過pre-emphasis(預(yù)加重)處理的CD唱片,對高頻部分進(jìn)行抬升(在20KHz部分的抬升量達(dá)到9.49dB)。對于采用這種處理方式的CD唱片),要求CD機,或DAC自帶de-emphasis(去加重)功能才能正確地重播,否則高頻聽起來會非常突出。
到底CD唱片是怎樣是怎么記錄數(shù)字音樂的呢?如果用顯微鏡來觀察CD唱片的數(shù)據(jù)層,你就會發(fā)現(xiàn)CD唱片的信息層與黑膠唱片差不了多少,上面分布這大量的坑紋,這些坑紋實際上是一個挨著一個,從外圈一直盤旋到內(nèi)圈的,從而形成一條長長的軌道。當(dāng)激光頭的光束照射到這些坑,且CD唱片轉(zhuǎn)動的情況下就能讀取唱片里的內(nèi)容。
CD唱片信息層的每一個坑到底有多大?答案是深度100納米,寬度為500納米,而長度則在850納米~3.5微米之間,且相鄰的軌道之間的間距為1.6微米。那么問題又來了,這條軌道的長度有多長?以Standard Size標(biāo)準(zhǔn)尺寸為例,播放時長為74分鐘的CD唱片,那么軌道的總長度大概在5.38公里左右,記住是公里!
說到這里問題又來了,之前不是說CD唱片的播放時長能達(dá)到80分鐘或以上的嗎?那是怎么做到的?方法就是縮小軌道間的距離,從而容納更長的軌道,使得CD唱片的容量變大。如果要播放80分鐘的內(nèi)容,軌道間距要縮小到1.5微米,如此類推,超過80分鐘的內(nèi)容的話,軌道間距更小、軌道更長、容量更大。
CD唱片信息層在顯微鏡下的坑槽分布情況
Sony和Philips公司最初開發(fā)CD光盤的目的是為了數(shù)字音樂的存儲。在后續(xù)的發(fā)展里面,一方面在完善CD唱片的功能,如CDText、CD+Graphics、CD + Extended Graphics;另一方面,Sony和Philips在1985年推出CD-ROM這種多用途數(shù)字存儲光盤,目的把光盤存儲應(yīng)用到其他領(lǐng)域,如視頻、圖片、電腦數(shù)據(jù)、電子游戲等,從而擴(kuò)大它的用途。像我們熟悉的VCD、SVCD影音光盤,還有Photo CD、CD-i、CD-MIDI、Enhanced Music CD等。
CD-Text是在CD唱片的基礎(chǔ)上加入音樂專輯的文字信息,例如專輯名稱、歌名、演唱者等信息,只要CD機支持CD-Text功能就可在屏幕上顯示這些文字信息。CD+Graphics和CD +Extended Graphics就增加了封面圖片和歌詞信息,適用于卡拉OK系統(tǒng),而兩者的差異在于,前者可顯示的圖像規(guī)格是288×192分辨率、16色,后者是288×192分辨率、256色。而第一張采用CD + Extended Graphics形式發(fā)行CD唱片是Firesign Theatre樂隊的《EAT OR BE EATEN》專輯,于1985年發(fā)行。至于CD-MIDI則用于存儲電子樂器演奏數(shù)據(jù),這四種CD載體均由紅皮書標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展而來。
VCD和Super VCD均為音視頻光盤,用于存儲影視作品(包括電影、電視劇、MTV等等),1993年推出。VCD采用MPEG-1壓縮編碼格式,視頻規(guī)格分別為NTSC:352×240分辨率/29.97幀(或23.976幀),PAL/SECAM:352×240分辨率/25幀,音頻碼率為每秒240kbps。SVCD則采用MPEG-2壓縮編碼格式,視頻規(guī)格分別為NTSC:480×480分辨率/29.97幀,PAL/SECAM:480×576分辨率/25幀,音頻碼率提高到384kbps,而且SVCD還能提供Dolby 5.1聲道環(huán)繞音效。
VCD碟片,以及其專用的VCD碟機,而世界上第一臺VCD碟機由中國合肥的萬燕公司制造
Photo CD在1992年發(fā)布,為柯達(dá)公司用于把菲林相片數(shù)字化后存儲的載體,采用柯達(dá)公司開發(fā)的PhotoYCC編碼格式存儲,可以存儲將近100張高質(zhì)量的數(shù)碼圖片。Photo CD可以在Photo CD播放機、CD-I播放機以及任何電腦(需要相應(yīng)播放軟件支持)上面播放。
PhotoCD用于Kodak(柯達(dá))公司 作為圖片存儲,可以作為數(shù)字相片的源文件存儲,也能作為電子相冊存儲。同時Photo CD也有專用的CD播放機,例如上圖中的Kodak PCD-850就是其中一款Photo CD播放機
CD-i全稱為Compact Disc-Interactive,意思為“交互式CD光盤”,原本用于多媒體領(lǐng)域,光盤里面可以存儲聲音、圖片、影片以及其他具有交互性程序的數(shù)據(jù),CD-i光盤有專用的播放機,其實質(zhì)上是一臺電腦,需要連接顯示器,手柄控制器才能操作。使用者不是只能單方向地聽取播放器給的資料,而是可透過里面的程式,讓使用者產(chǎn)生互動,實現(xiàn)人機交互。CD-i大多數(shù)用于教學(xué)、商用演示用途,但最為人所熟悉的是游戲機,可是CD-i不但失敗了,還造就了強勁的Sony PlayStation游戲機。
事情的原委是當(dāng)年任天堂公司與Sony簽訂了一份合同,雙方共同開發(fā)一款基于CDROM存儲載體的游戲主機。但任天堂公司美國總裁覺得這份合同對任天堂公司不利,認(rèn)為Sony一旦借助任天堂在電子游戲界的地位打開市場之后就會拋開任天堂,重新開發(fā)一款游戲主機,影響到任天堂的地位而違約,然后找到Philips(當(dāng)時Philips公司主推CD-i),并與其展開合作,使用CD-i發(fā)行游戲,Philips則推出針對游戲設(shè)計的CD-i播放機。例如,著名的《薩爾達(dá)傳說》系列游戲就推出過CD-i版本。但由于糟糕的畫質(zhì)和操作體驗,使得產(chǎn)品銷量相當(dāng)慘淡,最后黯然退出市場,而Philips在CD-i失敗之后就再也沒有涉足電子游戲領(lǐng)域,而任天堂也不愿意提起這段歷史。
Philips為電子游戲而推出的CD-I播放機,CDi450,主機整體的造型較薄較小,并且提供手柄遙控器
第一代的PlaySation游戲主機(圖左),1994年推出,采用CD-ROM光盤存儲,最新一代PlaySation 5游戲主機(圖右),預(yù)計在今年4月到6月在中國市場發(fā)售
相反地,Sony在1994年推出了第一代的PlaySation游戲主機,同樣采用CD-ROM為載體,其優(yōu)秀的畫質(zhì)和操作體驗獲得游戲玩家的青睞,Sony就靠著這款游戲主機在電子游戲領(lǐng)域一舉成名,成為最強大的游戲主機之一。而這款PlaySation游戲主機在后來不斷升級,性能和功能越來越強大,而最新版本的PlaySation主機已經(jīng)發(fā)展到第五代,性能依舊強勁,并自帶4K UHD藍(lán)光光驅(qū),所以它不僅僅是一款游戲主機,也是一臺性能強勁的藍(lán)光機。與此同時,Sony也曾經(jīng)推出掌上版本的PlaySation主機,命名為PlayStation Portable,簡稱PSP,采用UMD光盤,PSP停產(chǎn)后又推出PlayStation VITA,簡稱PSV。
自從CD唱片推出之后,總會有人希望能提高CD唱片的音質(zhì),其做法就是在后期制作時采用編碼方式(Encode)將一個高于CD唱片數(shù)字規(guī)格的PCM格式變成16bit/44.1kHz規(guī)格之后存儲到CD唱片里面,在回放的時候先通過解碼方式(Decode)將其擴(kuò)展,再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換之后輸出,能實現(xiàn)比普通CD唱片更豐富的細(xì)節(jié)、更大的動態(tài)范圍。而提高音質(zhì)的關(guān)鍵之處在于編/解碼算法,然而不同的算法就會形成音質(zhì)上的差異,所以就先后誕生了HDCD、(XRCD)JVC K2編/解碼、MQA CD這三種產(chǎn)物。
HDCD由美國Pacific Microsonic s(后被微軟收購)在1986~1991年期間開發(fā),1995年正式發(fā)售第一張采用HDCD編碼技術(shù)的CD唱片。它的方式就是將一個20bit/88.2kHz規(guī)格的PCM格式經(jīng)過編碼之后變成16bit/44.1kHz,然后存儲在CD唱片里面,回放的時候是逆向過程。因此,在回放的時候要實現(xiàn)還原就必須要求硬件部分支持。而Pacific Microsonics也推出了PMD-100和PMD-200兩款HDCD解碼芯片供音響廠商選用。
XRCD其實就是JVC K2編/解碼技術(shù)演變而來的,在1993年開發(fā),1994年在全日本音箱博覽會上正式公開演示。早期的K2技術(shù)是將一個20bit規(guī)格的PCM格式通過K2編碼技術(shù)進(jìn)行編碼,變成16bit/44.1kHz規(guī)格存儲在CD唱片里面,這張CD唱片就是XRCD,回放的時候再經(jīng)過K2解碼將其擴(kuò)展,后來K2編/解碼技術(shù)經(jīng)過升級后,制作環(huán)節(jié)變成24bit,于是就推出XRCD24 CD唱片。
HDCD和XRCD都是早期發(fā)展出來的,通過數(shù)字編碼和解碼方式來優(yōu)化CD唱片的音質(zhì),任何CD、DVD、藍(lán)光機都可以播放,只是沒有相應(yīng)解碼的支持下聲音呈現(xiàn)效果沒那么好而已。但兩者的命運不盡相同。HDCD的片源很少,得不到廣泛使用,最終在2000年被微軟收購,而2005年微軟更終止了HDCD的應(yīng)用。XRCD至今仍在生產(chǎn),CD制作全過程由JVC負(fù)責(zé),片源依然不多,且價格貴,處于半紅不黑的狀態(tài)。
MQA-CD是近年來出現(xiàn)的一種CD唱片,采用由英國Meridian(英國之寶)公司推出的一種數(shù)字編碼/解碼技術(shù),應(yīng)用于CD唱片制作和回放。MQA與HDCD和XRCD不同的是,HDCD和XRCD是當(dāng)年缺乏大容量存儲設(shè)備的情況下所采取的處理方式,而MQA是處于大容量存儲設(shè)備滿天飛的時候所推出的。MQA編碼技術(shù)原本應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)數(shù)字流媒體,縮小音樂文件體積的,節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬的前提下也能確保比較好的音質(zhì),像TIDAL、DEEZEE這些外國著名的網(wǎng)絡(luò)流媒體音樂平臺早就采用了MQA,而應(yīng)用在CD唱片的制作上就是一種附帶型的產(chǎn)品。
目前,支持MQA解碼的硬件非常多,基本現(xiàn)在上我們熟悉的品牌所推出的數(shù)字音樂播放機都可以支持MQA解碼。而MQA解碼有全解碼(MQA Full Decoder)和半解碼(MQA Decoder+Rendered)的區(qū)分。但目前絕大部分都是MQA Full Decoder,這樣的話就可以對在線網(wǎng)絡(luò)數(shù)字流媒體的音源,音樂網(wǎng)站下載的文件,甚至MQA-CD唱片都可以支持,不需要通過播放軟件配合就可以對MQA編碼格式作最大化的還原。而半解碼(MQA Decoder+Rendered)則需要播放軟件+硬件的支持。其中,播放軟件需要具備MQA Decorder,硬件端支持MQA Rendered,才能把MQA編碼格式進(jìn)行最大的化的還原,否則只能作為普通CD唱片的16bit/44.1kHz規(guī)格來播放。
在實體唱片方面,其實MQA-CD現(xiàn)在的資源也不算少見,外國的唱片公司會把新制作的音樂以MQA-CD形式推出,也會把部分經(jīng)典的錄音以MQA-CD的形式重新發(fā)行,而且在最高數(shù)字規(guī)格的還原方面,大部分能達(dá)到24bit/176.4kHz,有部分甚至能達(dá)到24bit/352.8kHz。而國內(nèi)就以北京達(dá)人藝典唱片公司在力推MQA-CD,近期制作的錄音都有MQA-CD版本提供,最高數(shù)字規(guī)格的還原方面只能達(dá)到24bit/88.2kHz。至于MQA-CD的實際效果怎么樣,同一張專輯的情況下是否能比普通CD唱片版本的效果好?我覺得這個問題還是交給大家去當(dāng)?shù)氐慕?jīng)銷商里面自己體驗,自己尋找答案更實際了。
回歸文章開端,CD唱片當(dāng)年取代黑膠唱片、盒式磁帶作為主流的音樂存儲和發(fā)行載體出現(xiàn),然后再將這種光盤存儲載體應(yīng)用到其他存儲領(lǐng)域的數(shù)據(jù),如數(shù)碼影像、數(shù)碼圖片、交互程序、電腦軟件/數(shù)據(jù)等,從而將CD光盤的應(yīng)用領(lǐng)域得到更大的擴(kuò)展,各種各樣的CD的發(fā)行量巨大,此時的CD光盤是一種純粹的,用于存儲的工業(yè)制品。后來,隨著DVD光碟、藍(lán)光碟、硬盤、USB存儲器、SD存儲卡這類容量更大、且更使用便利的存儲載體相繼出現(xiàn),CD光盤的應(yīng)用范圍逐漸收窄。后來網(wǎng)絡(luò)音樂(網(wǎng)絡(luò)音樂下載和在線流媒體音樂)的盛行,獲取音樂的途徑更便利,聽音樂的方式更簡單,使得CD唱片的銷量受到嚴(yán)重的沖擊,一方面唱片公司減少對CD唱片發(fā)行的數(shù)量,另一方面消費者們也大量地將CD唱片投放到二手市場上面,轉(zhuǎn)成以流媒體音樂方式聽音樂,這些唱片一部分被當(dāng)廢品回收,一部分有價值的專輯則再次回流到音響發(fā)燒友這個小眾群體里面,CD唱片就此從一個大眾消費逐漸演變成小眾群體(主要是音響發(fā)燒友)的收藏品。我曾經(jīng)與同行一起討論如今的CD唱片,大家不約而同地說到:如今就只有音響發(fā)燒友愿意掏錢買CD唱片了。
不過,CD唱片的沒落是一個必然的現(xiàn)象,畢竟科技的發(fā)展是不會走回頭路,任何載體都會經(jīng)歷發(fā)展、輝煌到?jīng)]落。這個并不是僅僅針對CD,即使是藍(lán)光光盤在網(wǎng)絡(luò)流媒體音樂大行其道的今天同樣面臨著不斷被邊緣化,小眾化的命運,沒辦法!事實就是如此。作為當(dāng)今的音響發(fā)燒友群體,CD唱片伴隨著他們成長,也給他們帶來了不少的快樂和驚喜,幾乎每一張唱片的背后都有著一段故事,如今能帶來的就是一種情懷。