揭秘?cái)?shù)字音頻（中）

2020年04月13日音頻處理瀏覽量：0

揭秘?cái)?shù)字音頻（中）

“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”的概念

“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”（Apple Digital Masters）的前身為“iTunes母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”（MFiT，Mastered for iTunes），指的是蘋果公司自主開發(fā)的一套技術(shù)規(guī)范，旨在讓混音師制作出最適合平臺(tái)的高品質(zhì)音頻流媒體，以供消費(fèi)者在Apple Music訂閱或在iTunes Music Store購買。近期，蘋果宣布iTunes Music Store會(huì)發(fā)生一些改變，但毋須擔(dān)心，因?yàn)閕Tunes Music Store并不會(huì)消失，而是被內(nèi)嵌于新的Apple Music APP中，而視頻內(nèi)容則將轉(zhuǎn)移至Apple TV APP里。這就意味著我們提供給蘋果公司的母帶音頻將被轉(zhuǎn)化為蘋果獨(dú)有的AAC格式，該格式可以很好地保留音頻的原始動(dòng)態(tài)范圍，甚至有比CD音質(zhì)的紅皮書標(biāo)準(zhǔn)（16-Bit、44.1kHz）精度更高。

蘋果公司使用的AAC音頻格式全稱為“高級(jí)音頻編碼”（Advanced Audio Coding），用于對(duì)數(shù)字音頻進(jìn)行壓縮和編碼。AAC格式與MP3格式類似，但提供了比MP3格式更好的編碼算法，可以在生成相似大小的編碼文件條件下，保持更好的音質(zhì)。2003年，當(dāng)iTunes Store首次推出時(shí)，蘋果公司使用的是128kbps（千位每秒，指的是數(shù)字信號(hào)的傳輸率，下文會(huì)詳細(xì)介紹）的AAC格式文件。隨著技術(shù)發(fā)展，iTunes版本升級(jí)為iTunes Plus，開始使用256kbps（VBR，“動(dòng)態(tài)比特率”，下文會(huì)詳細(xì)介紹）的AAC編碼格式。

關(guān)于AAC格式與MP3格式的說明

上文提過的術(shù)語kbps，其英文全稱是“Kilobits Per Second”（千位每秒），它指的是MP3格式或AAC格式文件的數(shù)據(jù)傳輸率，因此也代表對(duì)音頻文件數(shù)據(jù)壓縮的大小。一個(gè)未壓縮的16-bit、44.1kHz、.wav格式（又稱為線性PCM格式）的音頻文件數(shù)據(jù)傳輸率為每分鐘1.4MB（Megabytes，兆字節(jié)），因此一首3分鐘的歌曲要占用大約30MB的數(shù)據(jù)量（計(jì)算公式：數(shù)據(jù)量（字節(jié)）=時(shí)長(zhǎng)（s）*聲道數(shù)量*比特深度（bit）*采樣率（Hz）/8）。對(duì)于同一首歌來說，如果使用標(biāo)準(zhǔn)的256kbps AAC格式壓縮，則只需要占用1/5（大約6MB）的數(shù)據(jù)體積量。MP3格式常用的“比特率”（Bit Rate）包括128kbps、192kbps、256kbps和320kbps，AAC格式則針對(duì)256kbps進(jìn)行了優(yōu)化。

VBR（Variable Bit Rate）則是指“可變比特率”。不同于CBR（Constant Bit Rate，“恒定比特率”），可變比特率是一種在不犧牲音質(zhì)的前提下創(chuàng)建小容量文件的有效方式，VBR文件的比特率會(huì)隨著歌曲輸入信號(hào)的變化而變化，已達(dá)到所需的數(shù)據(jù)量。例如，當(dāng)音頻信息非常簡(jiǎn)單時(shí)，可以使用較低的比特率，而當(dāng)音樂十分復(fù)雜時(shí)，就可以使用更高的比特率。AAC格式使用的是一種被稱為“平均比特率”（Average Bit Rate）的VBR編碼。

一般來說，256kbps的AAC格式音頻的聽感和更高數(shù)據(jù)傳輸率（320kbps）的MP3格式音頻相同，甚至更好。AAC格式的音頻文件還能支持多通道音頻格式，具有比MP3格式更寬廣的“頻率響應(yīng)”（Frequency Response）和優(yōu)秀的“瞬態(tài)響應(yīng)”（Transient Response，指的是系統(tǒng)在某一典型信號(hào)輸入作用下，其系統(tǒng)輸出量從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)的變化過程）。

采樣率

音頻文件的采樣率可以決定所錄音頻的頻率響應(yīng)。如果我們希望復(fù)現(xiàn)該音頻至少到達(dá)20kHz的頻率，而采樣率必須在該頻率的2倍以上，也就是說，我們需要使用至少44.1kHz的采樣率。蘋果公司的最新編碼方式使用了“采樣率轉(zhuǎn)換”（SRC，Sample Rate Conversion）方法，不論您提交的母帶文件的原始采樣率是多少，都統(tǒng)一將您.wav格式的母帶音頻文件重新采樣為44.1kHz。蘋果公司使用這種算法十分精妙，可以令音頻文件在44.1kHz的重采樣下獲得絕佳的聽感。

比特深度

比特深度決定了一段音頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。每1-bit代表大約6dB的動(dòng)態(tài)范圍。最常見的音頻比特深度設(shè)置有兩種：16-bit（CD品質(zhì)，可提供96dB動(dòng)態(tài)范圍）與24-bit（數(shù)字音頻工作站文件標(biāo)準(zhǔn)，可提供144dB動(dòng)態(tài)范圍）。不論音頻文件的比特深度是多少，在“數(shù)字音頻工作站”（DAW，Digital Audio Workstation）中設(shè)置32-bit浮點(diǎn)運(yùn)算已經(jīng)十分普遍。在不討論24-bit整數(shù)運(yùn)算與32-bit浮點(diǎn)運(yùn)算各自優(yōu)劣的前提下，我們可以放心地說，32-bit浮點(diǎn)運(yùn)算本身為計(jì)算機(jī)內(nèi)部的音頻處理提供了更精確（更好聽）的解決方案。當(dāng)今市場(chǎng)上的音頻接口和模數(shù)轉(zhuǎn)換器為我們?cè)跀?shù)字音頻工作站中的工作提供了16-bit或24-bit的比特深度，但它們內(nèi)部運(yùn)算也可以以32-bit浮點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算，以提供更高的聲音分辨率。當(dāng)您從32-bit浮點(diǎn)運(yùn)算設(shè)置的數(shù)字音頻工作站工程中導(dǎo)出24-bit的最終版母帶文件時(shí)，請(qǐng)確保在加入了抖動(dòng)處理。許多數(shù)字音頻工作站都能以32-bit浮點(diǎn)運(yùn)算輸出母帶，但請(qǐng)您確保發(fā)行商或終端用戶可以接受此規(guī)格的音頻文件。

符合“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”的采樣率和比特深度

蘋果公司為了制作出具有最佳聽感的流媒體音頻文件，使用了“兩步處理法”（Two-Step Process）來處理制作人提交的音頻母帶文件。根據(jù)蘋果公司的規(guī)定，首先，音頻文件會(huì)在32-bit浮點(diǎn)精度運(yùn)算下轉(zhuǎn)換采樣率，然后，將文件編碼至AAC格式。這樣的處理方式可以有效防止“削波”（Clipping，一種音頻失真形式）效果的產(chǎn)生，并同時(shí)保留了原始音頻的動(dòng)態(tài)范圍。除此之外，該處理方式還避免了額外向您的母帶文件中加入的抖動(dòng)處理。

為了使您的音樂在被編碼為AAC格式文件時(shí)最大程度地保留原始效果，蘋果公司創(chuàng)建了一個(gè)文檔，概述了將音頻文件傳送給蘋果公司的最佳方法。這些方法來自一群值得信賴的、并且獲得“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”認(rèn)證的母帶工程師和音樂供應(yīng)商們。不僅如此，蘋果公司也一直依賴這套認(rèn)證系統(tǒng)來完善并執(zhí)行這些規(guī)范。以下是“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”中，一些關(guān)于交付音頻技術(shù)指標(biāo)的建議：

·提交高解析度的母帶，最理想的規(guī)格為24-bit比特深度、96kHz采樣率。在您的制作過程中，請(qǐng)盡量使用最高的音頻解析度。不過，對(duì)音頻進(jìn)行升采樣率處理并不會(huì)為它增加更多信息，也并不會(huì)提升整體音質(zhì)。也就是說，如果您的原始母帶處理格式設(shè)置為24-bit比特深度、44.1kHz采樣率，保持該設(shè)置即可，不用再做升采樣至96kHz的處理。

·不惜一切確保您的音頻不要削波失真，保證有足夠的“動(dòng)態(tài)余量”（HeadRoom）。雖然蘋果公司不會(huì)拒絕接收有幾處削波的音頻文件，但人耳可聽的失真效果并不符合“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。蘋果公司建議您，在制作最終版的.wav格式的母帶處理時(shí)，以0dBFS為上限值，為音頻向下余留1dB的動(dòng)態(tài)余量。這個(gè)操作十分簡(jiǎn)單，您可以在使用數(shù)字“限制器”（Limiter）時(shí)，確認(rèn)在“真實(shí)電平峰值”（True Peak）模式下或打開“采樣間電平峰值”（ISP，Inter-Sample Peaks）選項(xiàng)后，將“上限值”（Ceiling）設(shè)置為-1.0dB。

·在您的聽眾可能使用的播放設(shè)備上檢查母帶效果。您需要在制作時(shí)兼顧考慮這些播放設(shè)備的局限性，以及聽眾的收聽環(huán)境。有許多軟件工具可以幫助您將母帶轉(zhuǎn)化為AAC格式文件進(jìn)行監(jiān)聽，例如“Ozone 8”的“Codec Preview”功能、“Sonnox”公司的“Codec Toolbox”工具，等等。

母帶處理工具

為了幫助您檢驗(yàn)自己的音軌是否符合“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”，蘋果公司開放了一些用來驗(yàn)證母帶完整性的實(shí)用工具的訪問權(quán)限。

“Master for iTunes Droplet”，一個(gè)獨(dú)立的、拖放操作的工具，用于將原始格式為AIFF和WAV的母帶音頻編碼為蘋果公司標(biāo)準(zhǔn)的AAC格式音頻文件。如果您的.wav格式文件采樣率高于44.1kHz，則會(huì)使用蘋果公司優(yōu)化后的“采樣率轉(zhuǎn)換”（SRC，Sample Rate Conversion）算法進(jìn)行降采樣至44.1kHz。另外，如果您熟悉在Mac OS系統(tǒng)上使用終端運(yùn)行的方法的話，就可以直接使用命令行用例“Afconvert”，手動(dòng)創(chuàng)建AAC格式的音頻文件了。您可以在《蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指南》（Apple Digital Masters document）中找到這些命令行代碼的示例。

為了幫助您檢驗(yàn)自己的音軌是否符合“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”，蘋果公司開放了他們用來驗(yàn)證母帶完整性的實(shí)用工具的訪問權(quán)限。

另一個(gè)命令行“Afclip”，它可以幫助您檢查音頻文件中的削波情況。其工作原理是，“Afclip”會(huì)生成一個(gè)特殊的立體聲音頻文件，該音頻文件的左聲道使用原始音頻，右聲道使用圖形表示音頻當(dāng)中每段削波處的采樣，這樣，您就可以快速確定音頻發(fā)生削波失真的時(shí)間點(diǎn)和位置。它還會(huì)對(duì)每段削波采樣生成文本讀數(shù)，并對(duì)這段音頻文件中的削波采樣進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)。

“AURoundTripAAC”，一個(gè)“AU”（Audio Unit）格式的插件，可以幫助您快速地進(jìn)行A/B比對(duì)原始音頻與使用iTunes Plus的AAC編碼后的音頻。該插件可以在許多音頻應(yīng)用程序中使用，例如“Logic”或者“AU Lab”。

“Audio to WAVE Droplet”，一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)格式工具。它可以將Mac OS X原生支持的任何音頻文件格式轉(zhuǎn)換為.wav格式，還可以像命令行“Afconvert”一樣，將AAC格式的音頻文件解碼為24-bit的.wav格式音頻文件，并允許您一次性解碼多個(gè)文件。

面向未來的母帶制作之道

母帶制作行業(yè)對(duì)母帶工程師的交付作品要求日益增高，隨著與日俱進(jìn)的技術(shù)發(fā)展和新型音頻格式的引入，母帶工程師必須不斷學(xué)習(xí)并適應(yīng)新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。早在CD音質(zhì)作為標(biāo)準(zhǔn)音頻格式的時(shí)候，混音工程師僅需提交16-bit、44.1kHz的音頻文件。如今，每個(gè)發(fā)行商或分銷商都有一套自己的數(shù)據(jù)音頻文件提交技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

母帶工程師通常認(rèn)為的最佳做法是，向客戶提供多個(gè)文件。雖然16-bit、44.1kHz的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CD刻錄來說是最佳設(shè)置，但這并不是一個(gè)具有高解析度的音頻格式，對(duì)于文件格式轉(zhuǎn)換和流媒體壓縮（例如AAC或MP3）來說不是最佳方案。除了向您的客戶提供正確加入了抖動(dòng)處理的16-bit比特深度的文件，您還應(yīng)該額外提供高解析度的、符合“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”的音頻文件，以滿足您的作品在高解析度的音頻回放系統(tǒng)中、或者在以有損格式編碼的發(fā)行版本中，也有理想的表現(xiàn)。

“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”的認(rèn)證徽章

蘋果公司的“數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”是一套最佳實(shí)踐準(zhǔn)則。如前所述，我們采用了一套榮譽(yù)認(rèn)證系統(tǒng)以確保制作與交付的都是最優(yōu)質(zhì)的母帶作品。蘋果公司會(huì)向其內(nèi)容開發(fā)商提供認(rèn)證過“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”的供應(yīng)商名單，不過，其實(shí)任何理解并遵守蘋果公司指導(dǎo)規(guī)范的機(jī)構(gòu)單位，都能制作出符合“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”的作品。但是，如果您希望自己的音樂在iTunes Store上顯示“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”的認(rèn)證徽章的話，就會(huì)比較復(fù)雜了。主流唱片公司發(fā)行的唱片幾乎全部都會(huì)顯示這個(gè)徽章，但如果您是在“Tunecore”、“Distrokid”或類似的數(shù)字音樂分銷商平臺(tái)上發(fā)布自己的音樂，就必須提前做好功課，看這些平臺(tái)是如何處理您的音頻文件，并且他們是否具備認(rèn)證“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”的資質(zhì)。以“Distrokid”為例，該平臺(tái)需要您主動(dòng)向他們發(fā)送電子郵件，提供上傳音頻文件的具體說明，才能獲得“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”認(rèn)證徽章。

發(fā)行最高品質(zhì)的音樂，是我們共同的追求。隨著編碼技術(shù)的進(jìn)步和流媒體帶寬的增加，用戶可以體驗(yàn)到越來越好的聲音效果。只要我們始終遵循最佳實(shí)踐準(zhǔn)則（例如“蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”），我們的母帶音頻文件就能成為最好聽的聲音作品！

Chapter1 第一章

關(guān)鍵要點(diǎn)

• 采樣率決定了音頻的有效頻率響應(yīng)范圍。

• 較高的采樣率可能適合更精美的音樂。

• 在視頻項(xiàng)目中堅(jiān)持使用48kHz的音頻采樣率。

• 比特深度決定了音頻的有效動(dòng)態(tài)范圍。

• 使用24-bit或更高的比特深度進(jìn)行錄音、混音、母帶制作

• 在輸出16-bit的母帶時(shí)加入抖動(dòng)處理

• “蘋果數(shù)字母帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”為制作“高解析度”（HD，High Definition）音頻母帶制作提供了最佳實(shí)踐準(zhǔn)則

• 保持音頻的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)和動(dòng)態(tài)余量，以達(dá)到發(fā)行版本的最佳聽感

“每個(gè)人都是敏銳的，沒有靈感加持，人類是無法創(chuàng)作出與大多數(shù)人有共鳴的音樂的。”

——A.R.Rahman