容我放肆,對各位讀者的未來做一番大膽地預言: 如果你對再生音樂非常有興趣,並且居住在一個超過五百人的市中心,那麼,在你隨後幾年的日子裡,將有一些非常特殊、且值得畢生難忘的事情來臨。從現在開始到1985年之間,你可以逛一些「音樂沙龍」,並且要求聆賞一套數位式音響唱片系統。沙龍內的服務人員將很熱心地拿給你一個可能小至如同一個雪茄菸盒大小;或者大至如同唱盤般的唱片播放機。然後將一張唱片放在裡面或上面。這張唱片的一面可能黑的出奇;而另一面卻具有彩虹般光澤的銀白色。或許小到四吋半,可能又有的大到十二吋。除了這些設計這套設備以外的人,這些細節部分並不怎樣重要。重要的是這回頭一遭聆聽一套數位式唱片系統,將會永遠改變你對你家裡音響系統性能的感受,而換掉你自己的音響。數位式唱片系統以一種直接、具有震撼力且活生生地表達方式,將你帶到一個嶄新的聲音世界,這些都不是任何傳統的長時唱片(LP)可與之匹敵的。
再比較了具有活線即清楚的音色特性之數位式唱片與直接刻錄之傳統唱片後,數位方式處理的唱片遠勝於傳統的LP唱片。目前軟體製造業聽在耳裡,似乎已開始臉色蒼白、暗皺眉頭,覺得很不是味道了。
我並沒有將我的靈魂出賣給魔鬼(譯註: 此處作者引用歌德名著「浮士德」一劇之Faust將靈魂出賣給Mephistopheles之典故。),以換取先知先覺能力。我所以大膽地如此預言,是因為我看到了被議論的產品──放音機和唱片──同時也聽到那品質非凡的再生效果。那種東西終於被造出來了。樣品據新聞界傳言,還是開發中的雛型。畢竟,這種技術事實上已經存在了;只要決定是否投入生產線或者存封在櫥窗的架子上。
PCM基本原理
數位式唱片播放系統的非凡聲響品質導因於採用搏碼調變(PCM)錄音系統。這是一種儲存資訊的方式,音樂信號以一長串數字方式來處理並儲存。在PCM裝置中,傳統的音頻信號被轉換成以一連串的耳進位數目──0及1──來表示。將音樂的波形間歇抽樣(抽樣次數通常在每秒四萬次到五萬五千次之間),測量這些樣本的個別電平值,然後將之轉換成二進位數目──0及1──,以脈衝(譯註: 即很短暫的正電位或負電位)方式儲存在磁帶中,或是直接刻錄在唱片上。為了重新組合回原來的音樂形式,因此必須具備一個能區別何者為脈衝、何者為空白的裝置,而且知道原始信號被抽樣的頻率(抽樣率)。在錄音或放音時,有個非常精確的電子「時基」來控制抽樣率。所以,即使灌錄傳動機構或者唱盤播放速度有任何微小的變動存在,都不會影響磁帶或唱片等數位式信號信號轉換成傳統的類比式輸出,更不會對音樂有任何影響。因為只有固定振幅的脈衝或空白被儲存或取出,音越信號因此對其他外來雜音和失真源──在整個錄放環中產生之──具有免疫力。
數位式唱片系統樣品所標示的嗚聲、顫抖聲低至無法測量,理論上的失真、動態範圍及頻寬之標示值遠勝於任何類比處理方式。
考慮對一張真正的數位式唱片列出所要求的項目,即是一個合理的證明。在價格方面因必須為一般大眾所能接受,式以唱片的價格不能比傳統的LP唱片貴的太多。且能高速灌製,材料須較為低廉、且耐用,又對有害程度日益嚴重的大氣具有抵抗能力,並易於使用及貯存。經由很簡單的計算可知: 對每秒五萬個二進位數目播放速率而言,一個小時的音樂節目需要能貯存一億八千萬個別的數字群之唱片,訊號密度遠超過傳統的錄製方式。
值得訝異地是,縱然有那麼多苛刻的要求,仍然發展出三種不同的經PCM編碼信號灌製(或拾取)方式。下面將分別介紹各個不同方式之基本標準。
機械方式：Visc─0─Pac
Mitsushita──Panasonic公司的母公司──所發展出來的播放系統,和古典的唱針及唱片槽的原理非常類似。這種Visc-0-Pac系統使用一種很小的鑽石唱針,直接被一片壓電陶瓷片(Piezo-ceramic chip)所限制,在九吋寬的乙烯唱片上非常窄的槽中運動。槽採用垂直調變的方式,亦即唱針在呈峰及谷狀的軌跡運動。循槽運動的唱針僅僅只需數毫克的針壓,將峰和谷所產生的壓力變動傳遞給壓電元件,壓電元件隨著槽之調變程度成比例地產生一輸出電壓。峰和谷及分別等於二進制數字族中的「0」和「1」。
即使不考慮所應用的原理,Visc-0-Pac仍然遠比以往任何傳統式唱盤來得複雜。它的「唱臂」(如果那玩意可以這麼叫的話!)沿著自中心向外呈輻射狀的槽往外,以一定的速度移動。一具自動控制裝置所以用來驅動這「唱臂」,是因為沒有任何一種能自由旋轉的唱臂可以在如此窄淺的槽上循跡前進。唱盤的轉速每分鐘自三百轉至七百轉不等,端視唱針的位置而定;目的係因唱針接觸半徑的改變,欲保持一固定的相對速度,而採用如此的方法。
唱片本身被一張兩面的塑膠套包著,當這張唱片準備播放時,能自動除掉此封套。播放時間長達二小時(每面一小時),壽命至少可重播一千次。唱針的結構類似一般唱頭所使用的唱針,可由使用者自行更換(大約一千小時左右換一次)。大部分的Visc-0-Pac技術源於Matsushita的消費用影碟(Videodisc)範疇中。事實上,Visc-0-Pac播放機最初是為了影碟播放支使用,應用到數位式音頻系統中只是一種次要的功能。Matsushita所推出的這種較為簡單的系統,是值得信賴且具可行性之技術。目前該廠正嚐試將售價降到非音響迷之影碟顧客所能接受的範圍內。該公司發言人宣稱,計畫中的零售價格大約在五百美元以下;而唱片的費用則大約比同時期的LP唱片貴百分之五十。(PCM轉換器的擬議中價格是二百五十美元)。
電容效應式：VHD/AHD
JVC的高密度視頻/高密度音頻(VHD/AHD)數位式唱片播放系統就如同它的命名一樣,最初是一種影碟播放設備,藉著一具外加的PCM轉換器專門播放影碟用。VHD/AHD系統用一只唱針(很平常的唱針)與十二吋的唱片表面接觸,但這唱針卻被用來當作電極使用,而非機械性探測元件。唱針寬寬的五角形「針跡」循著寬且呈橢圓形的排列狀窪穴(叫做「信號穴」,英文是signal pits,係直接鑄在唱片表面很小的坑)移動。唱臂由一具自動控制裝置所引導,這具自動控制裝置以兩列對信號削成值角方向延伸而細長的循軌穴(tracking pits)來偵測唱針的位置。JVC的唱片是一種可導電的乙烯基塑膠質料。電極(此時的唱針)在唱片表面移動時,就像電容器的一片極片;而唱片表面則是另一片極片。那些窪穴對此種電容即產生連續的調變作用,而發生被調頻的載波。經解調之後,被調變的信號就包含了音樂的數位式信號。因為這種寬寬的「針跡」使得VHD/AHD唱片至少可播放五萬四千次,唱針的壽命也長達二千小時,或者更多。唱盤轉速為每分鐘九百轉,播放時間長達二小時(每面一小時)。唱片外面有層防塵套保護,播放前將之除去,由前面面板將唱片放進去,唱片收起來前需再套回去。
光學方式：Compact Disc及DAD-1X
第三種,也是最複雜的一種貯存PCM資訊在唱片上的方式,是雷射讀取是光學系統。有二種樣品被推出: 飛利浦的Compact Disc及Sony的DAD-1X,且某些特性的細節部分也已被公開。
Compact Disc是至今所示範過的數位式唱盤中最小的一種。唱機的尺寸大約是10x7x3吋,相當於一部手提卡式錄音機的大小(正確的尺寸尚未正式發表,我所說的尺寸是在展示時約略量的數值。),唱片具金屬光澤般的銀白色,直徑僅四吋半,比45轉唱片還小。
Compact Disc的掃描元件是飛利浦的影碟研究工作之一項副產品。那是一種袖珍型、低能量的雷射元件。當雷射從內緣沿半徑向外緣移動時,自唱片底下讀取資訊。雷射的焦距和側面位置係由一具多工的自動控制裝置控制。鋁質的唱片表面上散布著數百萬非常小的窪穴成螺旋狀排列;被聚焦成很細的雷射光束會被唱片的表面反射,且強度隨著窪穴的型式而被連續地調變。反射回來的光束經過一系列的鏡子和三稜鏡達到一個光二極體,在那兒光被轉換成受調變的電氣信號,並解碼成PCM音頻信號;同時,循軌資訊被送到控制雷射元件的自動控制設備裡,節目的索引資訊也同時在前面面板上以字母或數字在顯示幕上顯示。在飛利浦系統中,一個空白代表一個二進位制的「0」,一個窪穴代表一個二進位制的「1」。
在唱片和雷射二者之間並沒有直接地接觸,因此,理論上是沒有磨損的。同時,又因為雷射光束對唱片的中層部分聚焦作用甚於表面,灰塵及表面的缺點均在焦點之外,實際上並不影響掃描的過程。當雷射元件朝外移動時,唱片的轉速自每分鐘五百轉變二百一十五轉,像Visc-0-Pac一樣,目的是為了在整個半徑內得到固定的相對速度。雖然雙面灌錄在技術上是可行的,目前僅單面灌錄,播放的時間為一小時。
飛利浦擬議中,Compact Disc系統的價格「相當一部良好的傳統式唱盤」(如同該公司所謂之),大多數觀察家認為,這也就意味在五百美元以下。
Sony的DAD-1X也採用一具低能量的雷射產生光束,自有窪穴的塑膠唱片之中層向下反寬射中。和飛利浦的產品類似,自唱片反射回來經調變後的光束,藉著一組鏡子和稜鏡的導引,傳至一具光學檢波裝置。然後轉換成PCM編碼式的音樂訊號。但是和飛利浦產品不同之處在唱片。Sony有足夠的理由推出一具影碟和數位音頻複合式播放機,又因為視頻灌錄要求比數位式音頻灌錄更高的資訊密度,因此Sony所採用的12吋唱片每面播放時間長達二小時半(播放視頻之影碟則每面僅一小時)!非常吸引人地,Sony因而誇言,係採用特殊技術將他們的唱片進行編碼,從一張雙面唱片上得到長達五個小時的播放時間。在選曲時,一個參考信號被錄在SONY的唱片上,播放機具有自動尋找個別節目的能力。和飛利浦的產品一樣(所有的光學式系統都如此),DAD-1X的雷射元件和唱片表面並不直接接觸,因此也不用擔心磨損的問題。
Sony並未公佈擬議中的價格,也未說明上市的日期。只是輕描淡寫地說,這個樣品最初只是為最終產品之光學設計部份的一種誘導物。
大部份推出展示品的製造商(Pioneer和Mitsubishi的光學式唱片系統,RCA可能的電容效應式系統也包括在內)至少都曾很自負地說過: 在八0年代初期將推出一套具專利的系統上市。雖然同一時期有數種不具共容性的數位式唱片播放系統,絕大多數人同意這些數目有限的系統和數目有限的軟體種類,或許會蹈七0年代初期四聲道的覆轍。日本政府已經著手為數位式音頻唱片訂定一種共同標準,大約有三十個廠商也派人參加標準化委員會的會議,試圖找出一種折衷的單一型式唱片系統。
這些精明的商業團體在影碟和數位式音頻唱片標準化問題上的整個參與過程,將具有極端地爆炸性和複雜性。很重要的一點必須強調,所有那些我們所見的產品仍然是設計階段的雛型,正式在市場推出前,可能大部分均經過重大的修改。很有可能在這方面,某些廠商會放棄自己所開發的型式,轉而支持其他廠商,並得到那些廠商的許可,分享在軟體發展方面的利益,藉著合作來獲得更多的市場支持,使大眾接受這種已確定的系統之機會增加。或許在市場上推出的系統不只一種,在這二種或二種以上的系統中,有其他某些方面能共存。不過,並沒有五0年代LP唱片與45轉唱片競爭的那種妥協──那場競爭的結果是產生能播放二種不同型式唱片的唱機── 的跡象、甚至情勢出現。
所以在你購進你自個的數位式唱片播放裝置的同時,扔掉你原先所收集的唱片和唱盤的這種事就不太可能發生。數位式唱片要達到我們目前所聆聽的傳統方式節目源之龐大數量,還需要一段很長的時間。例如飛利浦公司就預測,數位式系統和傳統的類比式系統並用之時期即長達十年左右。我們叫做留聲機的這種古怪且挑剔的東西,仍能存在一段相當的時間。雖然它的末日不會馬上來臨,可是數位式唱片系統的世紀卻即將開始。
(譯自 Audio, Dec. 1979)
轉載音響技術第51期 MAR. 1980 1980年數位式唱片及其播放系統的市場瞭望/趙建雄
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