数码音乐「失真」欺骗耳朵？解构数码音质、黑胶唱片、现场演奏原理｜STEM教室

各位同学日常回校的路上，听着哪一首歌呢？无论是香港、欧 美、日本或是韩国，任何一个地方的音乐作品，今日我们只需一部手机，便能一 「听」无遗。但原来我们在串流平台收听的数码音乐都是「不诚实」的，它并没有将原来的录音如实地送到我们耳朵。今日STEM教室就化身侦探，为同学揭露谎言背后的真相。

留住声音的秘诀

声音是纵波（longitudinal wave），以波（wave）的形式传递能量。要留住声音，可以通过微观的方法，绘制出一段声波中各个分子的相对位置， 画成一幅可视的波形图像。而以数码方式留住声音的秘诀，在于如何画出这些波形，于是便有了「取样」的概念。

取样频率与取样容量

试想像你在进行一个听力考试，老师播放一段二人对话，你要记录当中的内容，但你每一分钟才做一次笔记，每次只抄下说话的是男声还是女声， 最后交出一份粗疏的记录。老师勃然大怒，要你再做一份更详细的报告，这时候你有两件事可以做得更好，来完善这份笔记。 第一，加密抄写的频率，如改为每半分钟做一次记录；第二，记录更加 仔细的内容，如除了男声、女声外，还有两人说话的语气、内容等等。当你做笔记的次数愈密集（取样频率Hz），写的内容愈仔细（取样容量Bit，即将波分成多少级来取样），你便会得到一份还原度愈高的对话报告，而这个过程便是唱片公司把声音换成电脑档案的秘诀。这一方面，电脑确实比人手抄写可靠得多。 各位同学在各大串流平台收听的高品质（HQ）音乐， 每首歌占5-10MB，取样率以16Bit（即2的16次方，65536级）/44.1kHz（即每秒抄写44100次）为主。一般来说，数值愈高，还原度愈高，但 要注意不同档案格式，例如 MP3、AAC、Opus等等，有不同的取样方法，亦会影响音乐的品质。

甚么是「无损音质」?

我从来没有放弃追求百分百还原音讯的可能，于是不断尝试，企图使数码化的乐章呈现出现场演奏的质感，而「无损音质」便是力求保存更多音乐细节的取样方式。

「有损音质」的取样方式通常为了使档案压缩得更小，方便传输数据， 而放弃了原声的一部分音讯，可以想像成把一本小说抄成大纲或概要，必然删去好些细节，例如常用的MP3就无法保存15kHz以上的声音。相对而言， 「无损音质」便是保留所有音讯的前提下取样。现时「无损音质」的常用格式有Flac、Wav和Ape，主要分别在于压缩演算法和档案大小。要注意的是，只要是「取样」，便不可能完全还原母音带，因此「无损音质」实际上亦未能重现录音现场的效果。

人耳的敏感度

只要经过转换便会有所遗失，时间可以被无限切分，即使是电脑抄录也 终会面临上限，因此经过转换的音档，或多或少会损失一部分的资讯。 幸好，人类拥有适时「糊涂」的能力，人耳可以感受到的振动频率约是 20-20000赫兹，由低音到高音，约可切分成8-24个频率带，人耳对声音的敏感度因人而异，普通成年人约可分辨25音分（cent，音程的单位，一个八度是1200音分）的音高差，数码音讯基本上可以满足大部分人的需要。

黑胶唱片高度还原？

• 唱片机的原理

1877年，爱迪生发明了第一部留声机， 经过不断演变，成为现今的黑胶唱片机。唱片机的原理是将声波变换成金属针的震动，金属针在黑胶碟（现今多以聚氯乙烯PVC为材质）上画出坑纹。当金属针再次沿坑纹轨迹行进时，便会再现同样的震动，然后转变成电流，播出音乐。

• 类比式 VS 数位化

唱片机与数位音乐采用完全不同的方法保留声音，前者采用的「类比式」， 基本上是一种「对等」的抄写方法。各位同学可以想像成被老师罚抄时，一只手执着两支笔同时抄写，抄出来的字迹近乎一模一样；相反，数位化音乐把一段声音分解再转换，在「取样」的过程中难免有所损失。两种抄写方法的分别，便是黑胶唱片的音乐有较高还原度的原因。

现场演奏：反射与折射

现场演奏是人类享受最完美音乐的途径，上面讲述了很多有关数码科技如何保存音乐的知识，其实反璞归真，去听一次现场演奏更能感受音乐之美。但是只有一段「完 美的音讯」是不足够的，音乐如何进入我们的耳朵，亦是整个享受过程的重要一环。因此，要谈谈声波的反射与折射。

反射：馀音绕梁

对于现场演奏的音乐厅来说，环境就如耳机一样重要。声音在墙壁与天花板上反射 形成的「残响」（reverberation）是音响学的重要指标。「残响」就是回音，专指音乐经反射（reflection）后，能量衰减再回到听众耳朵，形成一种馀音绕梁的美感享受。同时，经反射的声音从不同角度回到听众的耳朵，乐音包围听众，让他们犹如浸淫在旋律的海洋一样。著名的雪梨歌剧院便设有多块反射板，让音乐准确地传播到观众的位置。

折射：严管室温

除了反射，音乐厅还必须时刻留意室内气温变化。声音在不同介质的传播速率是不 一样的，而气温会改变空气的密度，从而改变音乐的传播速率。声音由一个介质进入另 一个介质，便会出现折射（refraction）的现象，从而改变音乐的表现，特别对于管乐器的影响更大。许多音乐厅为了稳定音质，会严格监控室内温度，甚至设有特别的空调系统。

补充资料：声波的基本原理

在物理上，声音和光綫都是以波（wave）的形式传递能量。「光」属于横波（transverse wave），而「声音」属于纵波（longitudinal wave）， 当物体振动，便会产生声音，然后通过空气分子的振动传到我们的耳朵。而我们日常听到的赫兹（Hz），是频率（frequency）的单位，即分子每秒振动多少次的意思，基本上频率愈高，发出的声音愈尖锐。 声音必须通过介质传播，不管是气体、固体还是液体都可以，例如空气、耳机和水分；声波的传播速率会随不同介质改变，而在固体中最快。试想像一辆挤满了人的列车，远方一个大胖子推了前面的瘦子一下，瘦子因此撞到前面的女士，女士又撞向前面的老伯，这一瞬间，胖子与女士都远离了瘦子，称为「疏部」；女士撞向老伯，两人距离最近，称为「密部」，如此类推，胖子的力便藉此传到你身上。

字词解释

• 纵波（longitudinal wave）：即分子的振动方向与传递方向平行。
• 分贝（dB）：声音强弱的单位，一般闹市中的分贝为70dB。

文：星岛中学学生报《S-FILE》编辑部、卢家彦　图：星岛图片库、网上图片