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認識數位流與串流音樂平台

近年來數位流與串流音樂相當熱門,但這兩者之間到底有什麼不同,什麼是數位流可能還是有很多音響新手不太了解。相對而言,串流音樂平台是絕大部分喜愛聽音樂的朋友都會熟悉,甚至是會員,了解的群眾也更多。因此本文就準備談談數位流與串流音樂平台。

自從音樂儲存方式從類比轉向數位,音樂的載體也從以前的黑膠唱片、錄音帶轉變成數位音訊的 CD 以及各種電腦檔案,這個過程主要是受到電腦、網路產業興起的影響。因此對於音響新手來說,從數位流與串流興起的緣由與背景說起,更能認識數位流、串流音樂的本質與差異、未來發展,進一步了解為什麼會有數位流的相關設備問市?同時也能自己評估我需不需要數位流設備?

因為有需求才有產品,產品就是為了解決問題而生。本文將為您介紹數位流系統與串流音樂平台這兩個殊途同歸的高品質音樂訊源。

什麼是數位流,什麼又是串流音樂平台

近年來樂迷為了追求高品質的音樂,在加上電腦技術發展、成本降低,出現了數位流的熱潮。同時間,因為行動網路頻寬速度不斷加快,在便利與多元化音樂選擇下,網路音樂串流平台,業者百家爭鳴,樂迷耳熟能詳的 Tidal、Spotify、Youtube Music、Apple Music、KKBOX、LINE Music 等相繼而起。以前摸得著、看得到的音樂專輯,現在只要手指滑動手機、iPad、iPhone,就可以從音響系統中流洩出來。

認識數位流與串流音樂平台
認識數位流與串流音樂平台。只要使用手機、耳機就能隨時隨地享受音樂,甚至是高品質的音樂。

透過網路提供串流音樂(Streaming Music)服務的平台通常稱為音樂串流服務;越迷若使用 NAS 網路硬碟或是 PC/MAC 搭配播放軟體的方式來享受音樂,則稱為「數位流 Digital Stream」。這兩者其實差別在訊源與播放設備,串流音樂通常是要付費,而數位流往往透過 NAS 提供訊源,通常是將自己的 CD 轉成數位流可以播放的格式。此外,音樂串流原本提供的音樂檔案壓縮率在樂迷的耳中並不完美,因此樂迷從不間斷利用電腦架設高品質音樂播放系統,喜歡什麼品質,就自己轉檔,等於是自己的私人音樂庫。接著我們談談兩者之間的同與不同。

數位流與串流音樂平台的同異

數位流與串流音樂平台都是樂迷用來聆聽音樂的管道與方式,兩者有部分相同,但也有不同之處。

同樣採用串流技術

數位流與串流音樂平台同樣都採用了串流技術。串流(streaming)是透過網路來播放影音檔案,與整個檔案下載後再播放不同的是,串流是將影音資料壓縮後,將資料切割成網路封包的形式傳送至用戶端(client)電腦的緩衝區(Buffer)中,並以時戳(Time Stamp)方式來控制影音串流的播放。用戶端不需要完全接收完整個影音數據,就可以透過播放程式解壓縮後開始播放。簡單來說,串流就是使用者只要等待數秒就能開始看影片、聽音樂的技術。

同樣達成音樂訊源的便利取得

數位流的發展推動主要是因為樂迷對於高品質音樂檔案的追求,以及聆聽音樂的便利性。串流音樂平台配合智慧手機,也達到隨時隨地聆聽音樂的便利性。

成本費用不同

串流音樂服務需要付費,而且檔案格式也是業者設定好的,但勝在方便,且音樂多樣化,數千萬首中、西流行音樂、古典音樂等,隨時隨地都能欣賞。不過要享受操作方便、好聽的音樂,仍然需要下一番功夫。

數位流的音樂主要來自使用者自行架設的 NAS 儲存設備或是數位音樂伺服器、CD播放機、電腦等等。通常音樂檔案可能是 mp3 這類壓縮格式或是無損壓縮的音訊檔案,因此不需要付費,不過需要的播放、儲存設備費用往往高於串流音樂平台。

音訊的差異

串流音樂平台受限於網路速度,因此只能提供壓縮的檔案格式兩者同樣提供使用者便利的音樂訊源,數位流則讓使用者可以決定訊源的音樂檔案品質。不過自從串流平台業者推出了無損音樂後,兩者的音訊品質雖然仍有落差,但基本開始趨向一致。

音樂重現,音訊的歷史發展

不論是數位流與串流音樂平台,本質都是對音樂重現的享受與需求。我們要進一步了解數位流與串流音樂之前,就要認識實現音樂重放的歷史發展過程類比與數位這兩個名詞。

音訊重放的開始:類比與數位格式

究竟什麼是「類比訊號」,什麼是「數位訊號」呢?

說明白點,「類比」其實就是「連續、不可被量化」的意思。 類比訊號不論在時間、空間與強度上都是連續的,每一個時間點都有相對應的訊號。造物者所創造出來的世界,諸如光影明暗、聲音、溫度等五感的體驗,皆以「類比訊號」的形態存在於我們的日常生活中;反之,「數位」的特性則為「不連續、可量化」的。

大自然所有的的訊號,包括我們聽到的聲音、看到的影像,都屬於類比訊號,朋友在 KTV 利用麥克風唱歌,麥克風是一種聲音的接收器,可以將聲音的大小轉換成電壓的大小,得到的是一個連續的電壓變化,這種「連續的訊號」稱為類比訊號。 早期生活的許多美好事物如聲音、影像,利用底片、卡式錄音帶、黑膠照片、電影膠捲等工具記錄下來,這些都是以「類比(Analog)」的形式記錄。

類比時代推動音樂流行時代

從 1970 年代初期直至 1990 年代晚期,卡式錄音帶(acetate tape)一直是預錄製音樂最流行的兩大儲存格式之一。隨著時間推進,科技發展,它的對手從起初的 30 公分直徑的密紋唱片(Long Playing record,簡稱LP)變成了後來的 CD。CD 原本僅是為了家電、唱片市場所設計,並沒有想到 CD 將來可以用於電腦的用途。當時電腦的資料儲存還在 5.25 吋的磁片階段,包括 3.5 吋的磁碟亦尚未被發明。

過去 100 年的音樂媒體:黑膠唱片、卡式錄音帶、光碟一直到記憶卡
過去 100 年的音樂媒體:黑膠唱片、卡式錄音帶、光碟一直到記憶卡

卡式錄音帶是類比式的最典型代表,時下五、六年級應該都經歷過早期唱片行買錄音帶專輯的歷程,這是華語流行音樂大紅其市的年代,現在比的是 Youtube 觀看次數破億,當時歌手都在突破百萬唱片紀錄,商業市場規則完全改變,不過也讓華語流行歌曲的盛況似乎一去不返。當年流行音樂專輯分A面與B面,年青人流行隨身聽 Walkman,耳朵上帶著耳機聽音樂。不僅是音樂,街道上也有許多錄影帶出租店,滿滿港片與美國大片的電影。這是類比的年代。

2019年位於舊金山的音響唱片行
2019年位於舊金山的音響唱片行,現在在店頭已經逐漸消失。

接著電腦的發明與發展,推動數位產業的興起,傳統設備轉換成「數位(Digital)」工具,如數位相機、硬碟、CD、MP3,逐漸取代舊有的類比設備。音樂從 1980 年代 CD 問世之後,可以視為正式從類比進入數位的時代。

類比訊源的聲音其實是比較迷人的,聲音自然而寬鬆,但由於類比音訊的保存比較難,譬如卡帶容易絞帶、卡指紋,黑膠唱片可能會發霉,且有讀取次數限制等等,保存容易且方便攜帶的數位儲存方式自然變成趨勢。如何把類比訊號轉成數位訊號,在播放時再真實還原成錄音室的聲音而不失真,就非常重要了!

數位時代的開始:音訊的數位化(signal digitization)

將音訊數位化最常使用的方法為「脈衝編碼調變(Pulse Code Modulation, PCM)」,包括下列 3 個步驟:取樣(Sampling)、量化(Quantizing)、編碼(Encoding)。

每秒16個樣本。紅色線為類比訊號。藍灰色代表每一秒間劃分16間隔,進行聲音取樣。
每秒16個樣本。紅色線為類比訊號。藍灰色代表每一秒間劃分16間隔,進行聲音取樣。

類比音訊訊號是一連串連續的「壓力」變化,壓力變化速度越快,表示音訊頻率越高,而音訊的振幅越大,其響度越大,因此記錄類比音訊必須含有兩大資訊:「時間」與「振幅」。同理,數位音訊與類比音訊一樣,在記錄時必須同時保存原有的時間與振幅兩大資訊。時間與取樣頻率有關,振幅則與量化有關,是紀錄聲音的響度。我們在圖上用 X 軸來代表時間,Y 軸代表振幅。

Pcm

數位化需要把這些資訊轉化成電腦認得的 0 跟 1 的二進位,所以如上圖把代表震幅大小(藍點)的十進位轉化成二進位,這就是量化的意思。「取樣」代表的是在特定的時間單位,把音訊切割成每秒數千到數萬個片段,也就是圖的 X 軸方向。而取樣或量化轉化成電腦看得懂的「0101…」的過程叫做「編碼」。

聲音的取樣(Sampling)

聲音的取樣是將聲波切割成相等時間間隔的樣本,並加以擷取與儲存。每秒取樣的次數,稱為取樣頻率(sampling rate),例如 MP3 檔的取樣頻率為 44,100Hz,代表每秒取樣 44,100 次。

取樣頻率越高,數位化後的聲音與原來的聲音越接近;取樣頻率越低,數位化後的聲音失真越嚴重。

取樣頻率越高,數位化後的聲音與原來的聲音越接近;取樣頻率越低,數位化後的聲音失真越嚴重
取樣頻率越高,數位化後的聲音與原來的聲音越接近;取樣頻率越低,數位化後的聲音失真越嚴重

常見的取樣頻率從 8,000 Hz to 96,000 Hz,取樣率越高越能還原類比訊號的波型,人類聽覺的頻寬約為 20 Hz-20,000 Hz,理論上,以 40 kHz 以上的速度對聲波進行取樣,就能還原出人類聽覺範圍 20 kHz 以下的聲波,這就是取樣背後的原理。

如果希望能完整地記錄所求的訊號頻寬,則取樣頻率必須大於訊號頻率的兩倍,稱為「奈奎斯特定理(Nyquest law)」。

Nyquist Theorem
另外根據奈奎斯特取樣定理(Nyquist Theorem),一個頻率的聲音被要被紀錄下來,其取樣率至少達到該聲音頻率的兩倍以上,也就是說在 44.1kHz 取樣率之下,最高可以被完整有效記錄下來的音高頻率為 22050 赫茲,高於 22050 赫茲的聲音則無法在此取樣率之下正確的完整資訊化紀錄。超過有效的取樣頻率範圍的資訊在重建時會產生訊號的混疊(Aliasing)或稱為贗音,因此在轉換訊號時為了避免超過有效取樣的範圍的失真訊號也連同一起被記錄起來,一般在訊號被數位裝置 ADC(Analog-To-Digital Converter)轉換成數位訊號前就先過濾掉超過有效取樣頻率的高頻訊號(Low-Pass Filter)避免過於失真的訊號被記錄下來。

聲音的量化(Quantizing)與編碼(Encoding)

剛剛提到,聲音的量化是將樣本振幅高度切割成相等間隔,也就是 Y 值,跟取樣率一樣,量化的級距分得越細,記錄到的振幅資訊就越接近原本的波形。量化後,必須再把十進位的數值轉換成電腦看得懂的 0 跟 1,以 N 位元表示一次取樣點聲音的振幅,記錄振幅數值,這個特定的位元數,稱為樣本大小(或量化解析度),也就是位元深度(bit-depth)。

取樣與量化
取樣與量化

2bit 的 0 跟 1 可以表現出 22 = 4 種階層能量,到 3bit 時,能記錄 8(23)種變化,這都無法將聲音細膩的部分精準地呈現出來;但到了 16 bit 時,表現出高達65,536(216)種變化,而到達 24 bit 時,則可表示約 224 = 1,677 萬種階層,這已經是相當驚人的數字。

我們常見的音效包括使用 8 bits 的早期遊戲的音樂,到16 bits 是CD 音質以及24 bits。樣本大小越大,越能讓聲音接近原音重現,樣本大小越小,聲音失真的情況就會越嚴重。現今的數位錄音技術已可達 384 kHz / 32 bit,由於以 96 kHz / 24 bit 或 192 kHz / 24 bit 所錄製出來的音質已經是非常優異了,已經是大部分錄音工程使用的規格。

由上述的說明,就會引伸出數位聲音檔的規格:

  • 取樣頻率:即每秒所切割的片段數,單位為 Hz 或 KHz。
  • 樣本大小:即每個片段聲波的振幅所佔用的空間大小,單位為 bits,有 8 bits、16 bits、24bits、32bits等,目前以 16 bits 為主。
  • 聲道:分成單音(Mono)及立體聲(Stereo,兩聲道)。

要計算一個未壓縮的聲音檔大小,可以用下面公式來計算:

檔案大小 = 取樣頻率 × 樣本大小 × 聲道數 × 秒數

常用的錄音格式有三種音質,分別是:電話音質(11,025Hz, 8bits, Mono)、收音機音質(22,050Hz, 8bits, Mono)、CD音質(44,100Hz, 16bits, Stereo)。我們可以算一下以電話音質來錄音一分鐘,需要多少容量:

11,025 × 1 × 1 × 60 = 661,500(Bytes)÷ 1,024 = 646(KB)

回到數位時代的一開始,那時候的電腦剛剛研發沒多久,成本高昂,錄音、儲存、播放這三個環節的限制,其實無法讓未壓縮的音樂檔案投入實際應用。以一張音訊 CD 來說,音訊 CD(Audio-CD)包括一條或以上的立體聲音軌(Track),以16bit PCM 編碼,採樣率為 44.1kHz。標準 CD 的直徑為 120 公釐或 80 公釐,120 公釐 CD 可儲存約 80 分鐘的音訊,大約就是 15 首國語流行歌曲。80 公釐的雷射唱片可儲存約 20 分鐘的聲音資料。 標準 CD 音軌可以説是近似無損的,聲音基本上是忠於原聲的,當然如果你想問,有沒有比 CD 更高品質的聲音,答案是肯定的,但那樣的檔案實在太大,而不符合一般實際使用。

商業發展的需要推動音訊的壓縮

以 CD 作為音樂載體,實際上流行了將近三十年的時間。當電腦發展日益蓬勃,進一步使儲存設備成本降低,容量變大。網路興起顛覆了整個產業,為了大量傳遞使得音樂格式受到網路速度的制約,朝著壓縮的方向發展,也因此出現了有損壓縮與無損壓縮兩種不同的使用分支。

人們開始大量聆聽數位檔案則是 1990 年代網路開始萌芽之際。因為網路蓬勃發展,人們對於傳輸、分享檔案的需求大幅增加,除了影像與影片之外,音樂檔案當然也是大家「分享」的重點之一。這種分享的行為姑且不論合法問題,卻實際改變了市場規則,成為當下數位流的盛行背景主因。

受限於記憶體容量與傳輸頻寬的大小,早期的串流播放只能提供讓音響迷失望的壓縮格式檔案。為了讓當時仍然很昂貴的記憶體與流量、硬碟空間(如 500MB,與現在動輒 2TB,相差 4,000 倍)能夠滿足隨時隨地聽喜歡的音樂,因此將音樂檔案進行壓縮處理是必要的手段,最簡單的理解就是截頭去尾,把一般人耳聽不到或不重要的音頻去除,從而大幅度降低檔案的大小。

MP3 就是當時最流行的一種失真壓縮格式,提供多種不同「位元率」(bit rate)的選項—也就是用來表示每秒音訊所需的編碼資料位數,通常介於 128kbps 和 320kbps(kbit/s)之間。你還記得剛剛所提到的CD音訊嗎,CD 未經壓縮的音訊位元率是 1411.2 kbps(16位元/採樣點 × 44100 採樣點/秒 × 2 聲道),兩者差距4倍以上。

網路時代加速音樂下載與分享

數位浪潮影響所有產業,音樂也不例外。聆聽音樂的管道從傳統的 CD 轉變為線上聆聽,然而數位檔案易於「分享」(實際上就是盜版與免費影音平台),卻讓唱片公司與創作者無法收到應有的報酬,無形中也扼殺了音樂創作產業。

數位下載的服務,最早是由索尼音樂開始,Sony 音樂在 2000 年 5 月開始開放網路下載數位音樂,接著環球唱片、BMG 等唱片公司也於同年跟進,開放網路數位下載;但是另一頭,科技業也開發出數位下載的平台,如微軟推出 Windows Media Player、蘋果推出了 iTunes,將數位下載推到了最高峰,連帶硬體也跟進,iPod 作為蘋果公司的重要產品,幾乎為 iTunes 贏下數位下載的這場戰爭。

史帝夫・賈伯斯(Steve Jobs)當年以「將 1,000 首歌曲裝進口袋」為口號,iPod 不僅賦予了隨身播放器全新定義,也讓音樂成為一種隨時隨地享受的生活方式。加上 Apple 音樂播放軟體 iTunes 的推波助瀾,讓人們開始習慣為優質音樂付費,也改變了整個音樂出版行業的規則。雖然 Apple 以 iTune 提供了大量有版權的音樂,不過大部份的使用者仍然在電腦與網路分享的助攻下,「自由地」交換創作者的心血,直到串流音樂的出現,才稍稍改善了這些市場不合理的現象。

2022年5月11日蘋果宣佈iPod產品線停更。這預示著在未來我們將永遠不會看到新iPod的問世,只能在歷代產品中尋回iPod的記憶。

不過音樂下載需要有設備,並不是每個人都會去購買,因此影響力仍然侷限在年輕受眾居多。現在若要回溯,串流音樂平台大概在 2010 年左右興起,但這僅是軟體與內容格式,真正推波助瀾的其實是蘋果推出的 iPhone!行動寬頻網路的普及與滲透率提昇,掀起整個行動攜帶裝置的革命,也推動串流服務的時代的到來。

串流媒體的橫空出世

串流音樂平台橫空出世,不需透過付費下載,只要繳納月費,就能夠無限瀏覽、聆聽各種音樂,在智慧型手機迅速普及的年代,串流音樂平台得到了極大的成功,數位音樂下載的服務也漸漸消失,如 Apple 以 Apple Music 取代了 iTunes,KKBOX 音樂商店也在 2017 年關閉下載功能。

串流音樂平台在全世界市場能夠逐漸強勢,超越數位下載,取代實體專輯,主因之一就是串流平台龐大的歌曲庫,想要什麼類型、地區的歌曲,全部都能找到;透過智慧型攜帶裝置隨手可得的便利性,也勝過實體專輯佔空間、攜帶不便的缺點。

串流音樂服務在 2009 年開始用戶大幅成長,目前全世界光是 Spotify 的用戶就超過2億人,而蘋果公司所推出的 Apple Music,市佔率則是緊追在後。而台灣目前的狀況,台灣現在付費使用串流音樂服務的用戶大概是 10% 左右,也就是大約 200 多萬人。 國際唱片業協會(International Federation of the Phonographic Industry,簡稱 IFPI)發表的 2022 年音樂報告,音樂錄音收入增長了 18.5%,達到 259 億美元。串流用戶增加,大量的廣告資源往串流媒體挹注。截至 2021 年底,有 5.23 億付費流媒體訂閱用戶,高於前一年的 4.43 億相( 2019 年底時,付費串流音樂服務用戶為3.41億),超過 18% 的增長,一年內有 8,000 萬新用戶。付費訂閱流媒體收入在 2021 年增長 21.9% 至 123 億美元,佔總收入的 47.5%。估算下來,廣告的收入約為 46 億美元,比起 2020 年的增長了 11 億美元。

1999年到2021年錄音音樂產業收入成長
1999年到2021年錄音音樂產業收入成長

台灣主要的串流音樂平台,除了 Spotify、KKBOX 之外,陸陸續續還有許多業者也進入戰場,各家電信商推出自己的串流音樂平台,通訊軟體的龍頭 Line 也於 2019 年推出 Line Music 的串流音樂服務,希望能夠在既有的社群資源下,拓展音樂串流服務的可能性。

這些是串流音樂市場成長的背景與情況,數位串流音樂雖然方便,但也不是沒有缺點,最大的問題就是音質,因為這些在平台上的音樂為了傳輸速度,對音樂檔案做了壓縮,失真壓縮格式理論上已經是優良的音樂品質,但如果使用高傳真的設備,仍然可以發現差別,這對於音保真音樂愛好者而言,實在是難以接受的。因此即使串流音樂平台蓬勃發展,數位流的愛好者從未停下嘗試的腳步。

對音質的追求:從壓縮回到無損,催生數位流

CD 最大的問題就是容量,一片 CD 錄製了 10 餘首歌曲,想要聽不同音樂時,就需要換來換去,如果喜歡的樂曲分別錄製在十幾張不同 CD 時,那自然產生了相當的困擾。

現今電腦速度、儲存容量的成本降低,向來追求高音質的音響發燒友當然不滿足於 CD quality 的音質,為了匹配高級的音響設備,樂迷進一步追求「高解析音樂檔案 」(High Resolution Audio)。高解析通常指解析度高於 16bit / 44.1kHz 的無壓縮(或無損壓縮)音樂檔案,雖然大幅增加樂曲的檔案大小,但 HDD、SSD 相較於以往的單位成本,讓樂迷更無視於容量限制的追求音質高解析,可以說無壓縮的音樂檔案就是數位流播放的需求動力之一。

大家發現可以把自己珍藏多年的 CD「擷取」(Rip)成音樂檔案,享受 CD quality(16bit/44.1kHz)的音質,然後借由電腦設備,提供了搜尋、播放等便利功能,進一步整合網路與智慧型手機,NAD、音樂伺服器等設備成為數位流的另一塊拼圖,整個數位流系統日趨完整。

數位流設備的發展:從電腦到串流播放機

前文談到音訊的數位化,帶來顯而易見的好處,因為數位音訊可與電腦相容,聲音與影像容易修改、容易儲存與傳送、偵錯與除錯、加密與解密、壓縮與解壓縮都相當方便。不過對於樂迷,尤其是追求高品質音質的樂迷而言,數位化音訊帶來的是另一項挑戰。因為人耳聽不懂數位訊號,數位音訊在播放前必須再轉為類比訊號,因此轉換過程產生的問題又形成一項需要解決的課題,從類比到數位牽涉的是取樣與量化,到了播放時,除了不同取樣率的選擇影響音質外,從數位轉為類比,還牽涉到相關設備產生的干擾。

最早的數位流播放系統是用個人電腦搭配「傳統」DAC,早期的電腦可以選購音效卡,音效卡上有類比輸出,也有數位輸出,可以直接連接到 DAC,透過音樂播放軟體,播放電腦中的音樂檔案。不過後來大家發現這種要外接音效卡的做法有點麻煩,所以廠商就利用電腦都會有的 USB 介面,推出了 USB DAC,這是最簡單讓電腦播放高品質音樂的方法。

Cayin RU6 R2R DAC 耳擴小尾巴
Cayin RU6 R2R DAC 耳擴小尾巴。機身一端是 USB-C 端子作為數位音訊輸入,可以相容於 Android、iOS、PC、MAC 等系統。連接 PC 需要安裝驅動程式,使用 USB-C → USB-C 接線,另有 USB-C → USB-A 轉接頭,方便連接手機和電腦,Lightning 接線則需要另購。另一端則是 3.5mm 非平衡和 4.4mm 平衡耳機端子,分別提供了138mW@32Ω、213mW@32Ω 輸出。這種隨身攜帶的 USB DAC 是 USB DAC 熱門的一種產品。

如果你問為甚麼要透過 USB DAC 來傳送類比訊號到擴大機,電腦不是本身就能播放 CD 嗎?

這是因為電腦本身在主機板或音效卡內建 DAC 晶片,可以將 CD 的數位訊號轉成類比訊號,再送到擴大機,進一步讓喇叭發聲。但外接 DAC 無論在解碼晶片、電源供應與類比放大等方面,製作和設計都比一般音效卡好得多,因此送出的訊號也比音效卡好,如果擴大機和喇叭給力,就能相得益彰,享受高品質音樂的流淌。不過問題不僅僅是 DAC,以電腦做為訊源還有其他的問題,不過這也正是令音響迷沉迷的地方,透過不同層面的設備改善,得到悅耳的聲音,本身的過程就是一種樂趣。

以往傳統樂迷對待電腦訊源(computer as source,CAS),就是以電腦來播放音樂,須考慮到電源更改為線性供電,因為就連 USB 供電也會產生電訊干擾,記憶體、主機板晶片型號也要考慮,最後連電腦安裝的 windows 也要進行優化,因為即使沒有使用任何軟體,windows 仍會有近百個背景程序在背後執行,這些都會對訊號造成干擾。此外因為電源、每個元件時鐘設計造成的時基誤差(jitter)也是其中一個問題。這些問題顯得複雜而專業,因此廠商相準商機,催生了串流播放機的問市。

那麼到底完整的數位流系統有哪些相關設備呢?為了讓各種層出不窮的設備能相互通用,因此需要一個共同的標準去遵循,我們可以借由 DLNA 架構來了解數位流系統。

從 DLNA 架構認識數位流系統

要組成一套數位流播放設備,可以從了解數位流的架構來入門,其架構大致依照 DLNA(Digital Living network Alliance,數位生活網路聯盟,由一群為連線裝置建立通用及開放式標準的公司組成)的規範,這個架構是製定各種數位設備間互通的標準規格,依照規格可以分為四個主要功能定義:

DMS(Digital Media Server,數位媒體伺服器):系統的源頭,負責檔案的獲取、複製、儲存。DMS 的例子有 PC、數位機上盒(附帶聯網、存儲功能)和攝像機等等。在數位流系統中,這通常就是NAS或音樂伺服器(music server)。

DMC(Digital Media Controller,數位媒體控制器):用來控制設備的裝置,同時可以搜尋 DMS 上的檔案,並指定 DMR 播放或控制檔案上傳或下載到 DMS。在數位流系統中,這通常就是裝了APP的手機、平板。

DMR(Digital Media Renderer,數位媒體渲染器):負責播放 DMC 「推送」(push)過來的音樂檔案。與 DMP 的區別在於DMR 只有接受媒體和播放功能,而沒有搜尋、瀏覽媒體的功能,典型的設備比如顯示器、喇叭等。

DMP(Digital Media Player,數位媒體播放器,可理解為DMC + DMR):播放音樂檔案的設備,例如智慧電視、家庭劇院等。在數位流系統中,DMP是著墨最多的部分,我們剛剛所提的DAC可以裝在DMP,也可能出現在DMR的設備中。 整個系統中,DMS 就像是一個外文圖書館,DMC 就是圖書館員,負責把書從藏庫中找出。接著就需要一個翻譯的機器才能讀懂,而這個機器就是 DMP 或 DMR,透過這類播放設備,你才能完全理解書中的內容。因此整個數位流相關的設備至少有音樂伺服器、NAD、HUB、DAC以及串流播放器等。

數位流系統的架構
數位流系統的架構:目前主流的數位流播放方式是把電腦中或是用電腦讀取 NAS / 音樂伺服器中的音樂檔案後,透過 USB 線,把數位資訊傳遞到具備 USB 介面的 DAC 做解碼後,再把類比訊號送至家中的擴大機。數位流系統與以前的音響系統架構差異只有:「CD 唱機變成純數位訊源」。

NAS 與音樂伺服器

數位流播放設備中提供 DMS 功能的設備,通常這是指 NAS,當然也有專門設計的音樂伺服器。

NAS(網路附加儲存裝置)是一種連接您家中或辦公室網路的智慧儲存產品。一開始是提供用戶將重要文件、珍貴相片、影音檔案等儲存於 NAS,用戶只需透過網頁瀏覽器或手機應用程式,就可以輕鬆存取檔案並使用 NAS 的其他功能,例如:備份、多人共用等等。這是由3C業者開發的系統,後來發展成數位流中的儲存設備,也就是 DLNA 架構裡面的 DMS,統整音樂檔案,透過網路傳送給家中同一網域內的 DMP。大部分負責控制 DMP 的 DMC 就是手機或平板電腦。不過其實很多設備都同時兼具了多種功能,可提供 DLNA 架構中的多重角色與功能。

Synology DiskStation DS420+配備雙核處理器和用於緩存加速的內置 M.2 NVMe 2280 SSD 插槽,是資料共享、視頻流和照片索引的理想選擇。
Synology DiskStation DS420+配備雙核處理器和用於緩存加速的內置 M.2 NVMe 2280 SSD 插槽,是資料共享、視頻流和照片索引的理想選擇。

NAS 的功能比較特別,有點像是跨領域的應用,NAS 就等於是一台私人的Google雲端硬碟。NAS 的缺點可能就是如果要隨時存取,這台機器當然就不能關機,不過待機功能也能讓耗電量減少,比起網頁伺服器來說,可說是簡單方便好用。

在 NAS(Network Attached Storage,網路附加儲存裝置)普及之後,啟發了音響設備的開發應用,也有廠商特別針對音樂播放設計了音樂伺服器這樣的設備,例如:I-O Data 推出的 Soundgenic 音樂伺服器,設計功能陽春,但介面簡單,也具備欣賞音樂需要的功能,可以透過網路和 USB-DAC 的連接輸出,並支援 CD-Ripping、Hi-Res 高解析音樂檔案。

Soundgenic
照片上黑色的機器就是音樂伺服器 Soundgenic

I-O Data 在官網上有一張圖片解說了這台 Soundgenic 音樂伺服器各種功能。

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圖片來源:https://www.iodata.jp/ssp/soundgenic/zh-tw/

當然也有高階一點類似 Aurender 系列機種,同時具備了 CD 播放、DAC 解碼、USB 輸出、高品質耳擴等。

W20 Special Edition
W20 Special Edition

什麼是 DAC?

這裡提到一個重要的設備,就是 DAC。什麼是 DAC?剛剛提到音訊的類比轉數位訊號,實際執行的機器稱為「ADC」(Analog to Digital Converter,類比數位轉換器)。而數位化的音訊檔案是一連串的二進位編碼數值,播放時須經由「DAC」(Digital to Analog Converter,數位類比轉換器),再將數位訊號重新轉換成連續的類比訊號,才能將訊號送入擴大機進行放大,再透過單體(喇叭)播放出來。

也有不少人稱 DAC 為「解碼器」,或稱為「數位類比轉換器」。從功能性看,可以說 DAC 只有一項單一功能——把輸入的數位訊號轉換為類比訊號輸出。由於數位轉換技術、時基精準度、類比處理技術、電源處理⋯等因素差異,DAC 同樣也會有數萬到上百萬元之間的價格差異,有名的品牌至少有上百個。

對應這些高規格的音樂檔案,就需同等級的 DAC 去解碼類比訊號,挑選購買 DAC 要特別注意規格,是否可以滿足你所需要的取樣率跟解析度,所以訊源跟 DAC 設計規格要相輔相成才能發揮你音響器材的能力,因此無損的音樂格式實現了更好聽的音樂訊源,接著發燒友需要的就是原音重現的設備,這也就是本文所提的數位流播放器。

種類繁多的數位流播放機

由於對高品質音訊的需求以及DMS設備的便利,一般音響組合中,單純的CD播放機已不敷使用,專屬的「數位流播放機」自然而然應運而生,這也讓使用的方便性大增,但其實說到底,數位流播放機也是一部電腦,只是這部電腦是「專門」播放音樂之用。這樣的做法不僅讓這部電腦可以不受干擾的專心播放音樂,也可以更有效的對抗電腦運作時產生的各種雜訊干擾,提供更精美且友善的操作介面。

我們所說的「數位流播放機」,其實在英文中有很多不同的名字,包括 Streamer、Digital Audio Player、Network Music Player,有各種不同的功能與類型。最早推出的數位流播放機大多內建了硬碟,所以這類產品不僅具備了播放的功能,也是一部「伺服器」(Server,儲存與管理檔案的設備)。

另一方面,對於音響製造業者來說,製造的設備就是用來播放聲音,因此搭配串流平台的發展,許多位居音響核心的擴大機型號,甚至是主動式喇叭都直接內建播放串流媒體的功能,延伸了機器的實際應用範圍。

當然也有廠商開發出不具備儲存裝置,僅具有播放音樂功能的「數位流播放機」,目前主流的產品就是此一類型。有些高階機種的面板上還具備了漂亮的全彩大螢幕,方便顯示專輯封面以及用遙控器就可以更簡易的操作。例如:Aurender N200、Arcam Solo Uno。

Arcam Solo Uno
Arcam Solo Uno

市面上的數位流播放機又更進一步區分是否內建 DAC。有內建 DAC 可直接輸出類比訊號的「數位流播放機」與沒有 DAC 僅能輸出數位訊號的「數位流轉盤」二種機型。通常高階的機種都傾向單一功能,並不內建 DAC,而是將數位類比轉換的工作交給高階的 DAC 負責。 實際架構家中的數位流系統時,就需要考量現實的問題,是要從原有的設備去延伸、升級,還是從零開始打造,這兩種情況對選擇的機種偏好就不太相同,不過這可能過於冗長,我們在其他文章再來進行實際說明。

殊途同歸:數位流與串流音樂平台讓你隨時隨地都有高品質音樂聽

網路的頻寬大幅躍進之後,透過「雲端」串流音樂變得更加方便,Spotify 這類的網路串流服務大量出現。透過雲端播放音樂的好處就是不需要準備音樂檔案,隨時想聽什麼就聽什麼,對於一般懶惰的消費者來說,要有音樂檔案需要先購買 CD,然後再進行格式轉換,對於累積多年的音樂發燒友來說,這可能是一個很可怕的工程,就像是要將圖書館的書,進行數位化一樣龐大的工作量,因此這些提供以千萬首音樂的串流平台,仍然有龐大的市場潛力。

那有什麼缺點呢?串流音樂平台一開始的缺點就是數位流的優點。原先串流音樂平台提供的音樂還都是壓縮檔案,完全無法與儲存在硬碟(或 NAS)裡面的高解析檔案相提並論,無線傳輸通常也會因為網路速度的品質而受到影響。

雖然數位流滿足了音樂玩家對於高品質音樂的追求,再加上以往串流平台即便選用最高音質串流設定,都是以有損壓縮格式(例如 AAC)串流播放,因此雖然用起來很方便,但音質就遠遠輸給傳統 CD,音樂的音色、細節解析、高低頻延伸動態表現等等都有非常大的差異。把這樣的聲音放進高階音響系統中,也只會讓缺點更加擴大,與傳統訊源完全無法相比。

不過因為儲存設備成本與傳輸成本下降,串流音樂平台在這二年間,紛紛推出了無損音質的音樂,進一步提供與CD相同品質,甚至更好的音訊檔案,串流音樂平台與數位流的發展方向殊途同歸。

台灣地區的音響發燒友們,最常使用的無損音樂串流平台,不外乎就是:TIDAL、Qobuz,音質及介面不斷推陳出新、討論度級高的台灣本土品牌 KKBOX。iOS 的用戶可能對 Apple Music 情有獨鍾,愛聽華語歌曲的人喜歡 KKBOX,這些全都是壓縮的音樂檔案。前一陣子全球僅有 TIDAL 採用高解析檔案,不過 Apple 不甘示弱加入了市場,推出 Apple Music 保真音樂,搭配 MQA 解碼,串流播放的音質又再次提升,大大滿足了因為疫情待在家中的音樂愛好者。

這些設備和音響一樣,有共通的準則,就是設備功能越單一,通常越高階,至於需要什麼等級的系統,就要看用戶的音響等級與使用習慣了。還在抱著 CD 不放的音響玩家,面對數位音樂的時代,是不是該開始思考也買一部 NAS,開始享受更方便的播放數位音樂檔案了呢?

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