ZT 原版CD是无法被完美复制的

兽力资源总监

发表于: 2013-08

    在数码音频的领域里，有一个问题恐怕是纠缠、困惑了最多人的，那就是：为什么发烧友老喜欢说原版CD音质比刻录的CDR好?为什么原版CD的音质比盗版CD好?为什么原版CD和抓轨下来的WAV文件听感会有差异?原版CD也好、CDR也好、盗版也好(如果是精心制作的盗版)、抓轨的WAV文件也好，它们不都是一样的数据吗?
　　其实这一系列问题有一个非常简单的回答：尽管它们从数据的层面看是相同的(假设不存在粗制滥造形成的误码)，但它们各自的物理存储媒介是不同的，数据被播放设备读取和播放的机制是不同的，导致播放时形成略有差异的声音。当然这个回答是以最简洁的方式作出的。具体情况下面我介绍一下。
　　数码音频的本质就是把模拟波形通过取样和量化，形成一系列0和1构成的二进制数据。一个录音做好了，最终出来的结果就是这么一个“数据”。下一步是关于存储和播放的，即这样的音频数据，如何记录到某种物理介质(Media)上去，并且如何播放它。这个问题的答案主流是两种方式：做成CD盘的形式，以CD机播放，或者以音频文件的形式存储在电脑硬盘上，以电脑读取文件的方式来播放。
　　CD盘是如何承载音频数据的呢?有很多基础读物在网上，大家可以自己去研究。大体说来CD盘的数据面表面是一个个长短不一的坑(pits)，除了坑之外就是平面(land)，CD碟在播放时光头射出的激光束所扫到之处，不是坑就是面，通过坑和面对激光束反射的不同，拾取到数据。这里的关键点，在于坑和平面的转换的地方。我先找一张电子显微镜下的CD碟的照片给大家看一下。

　　这里的每一个长条都是所谓的“坑”(注意所谓的“坑”其实是一个突起部分，只是对CD光头来说是个“坑”)，而坑和平面相转换的地方(平面到坑，以及坑到平面)，是最为关键的，因为CD播放系统正是靠着感知到“坑在这个瞬间转换为平面”以及“平面在这个瞬间变为坑”来识别数据的。从理论上说，坑越是鲜明、清晰、坑和平面间转换的地方越是陡峭、便于光头识别，则越是理想。如果一个个的坑边缘都模模糊糊，在坑转换为平面的地方都不够鲜明，那么光头识别状态(坑和平面两种状态间的变化)就比较困难，读出来的数据就有问题!
　　什么问题呢?从实际上来说，就是jitter的增大，光头输出的数字信号，会带有更大的jitter。这个是从源头就开始存在的jitter，是后面无法彻底消除的。除了我前面提及的"坑不够清晰"会造成这种后果之外，碟面的不平、旋转时碟不平稳、碟的材质或表面涂层不理想造成的激光束反射强度不够，都会影响CD光头拾取信号的工作状态，造成输出信号的jitter增大。下面两张图非常直观地显示了一张状态好、坑边缘锐利的碟读出来的原始HF信号，和一张表面不理想的碟读出来的原始HF信号。可以看到表面不理想的碟，读出来的信号就是模糊的，这将直接导致输出的二进制信号的质量。


　　大家必须知道的是，尽管CD光头去读一张碟上的数据，输出时一般是不会有误码的(除非碟面严重损坏了)，但在数码音频领域里，没有误码是非常非常起码的事情，也是很容易做到的事情，但低jitter，就非常难了。我前面提到的那些因素，都会使CD光头工作时碰到障碍，并非工作在最佳状态，从而增大输出信号的jitter。
　　什么是CD光头的理想工作状态呢?CD光头的理想工作结果，就是极度平稳地、低jitter地输出读取到的数字信号，而要做到此点，必须：CD碟表面状态好，坑清晰锐利;CD碟反射率理想，材质均匀平整;CD碟旋转高度平稳流畅。这既由CD碟的制作、保存情况决定，CD机也是很重要的一环。CD机的转盘部分必须把碟稳稳地、牢牢地固定住，并且CD碟的旋转必须高度均匀。CD转盘之所以会影响到音质，有些高档的CD转盘如日本ESOTERIC的VRDS系统之所以那么昂贵但效果优异，就是因为它们能使CD碟在机器里高度稳定地旋转，使得CD光头能以很好、很轻松的状态去读取碟面的信号，输出低jitter的信号。有些发烧友也注意到了在某些顶开式设计的CD转盘上，碟镇会影响到音质!不同材质、重量、直径的碟镇，会出来不同的声音。从原理上说，这也是因为不同的碟镇导致CD碟在旋转和被读取时的状态有细微的差异。这样光头输出的信号，jitter会有不同。
　　大家始终要记得一点：虽然CD读取过程中一般是没有误码的，但碟面的情况、CD转盘的情况，都在影响着读取输出的信号的质量，具体说就是包含多少jitter。CD碟的碟面情况越理想(锐利清晰的坑)、CD转盘越好，则jitter越低;反之若CD碟面情况不佳，CD转盘不够好，那么虽然读到的数据本身是一样的，但输出时的jitter会大。CD碟在实际工作时输出的是音频流，是一个“流”的概念(DataStream)，是包含时间因素的，并非一维的“数据”(Data)。所以仅仅数据相同、数据正确无误，是不够的。
　　顺便谈一下“老版CD”的问题。发烧友和乐迷中有相当一批人讲究CD碟的版次，事实上一些老版的CD，价格已被炒得很高，比如德国PDO、PMDC、Sonopress等压制的碟片，特别是90年前的无玛老版(无ifpi码)，被很多烧友认为声音更棒，2手市场上价格也一直居高不下。虽然这里面有炒作成分、收藏因素，但不能否认一些老版CD，确实比近年出品的同样录音的CD再版要声音更为浓郁温暖，究其原因，就是因为当年的老版CD的压制，更为用心，压片厂家采用的材料、设备都更为高档一些。这也从另一个侧面表明，即使是同样的录音、同样的录音数据，在压碟时采用的工艺设备和材料不同，出来的CD碟是会存在音质差异的。
　　CD-R和原版碟的声音存在差异，另外还有一个原因也是不能忽视的，那就是刻录时无法做到完美，一定存在“刻录误差”。刻录机的旋转不可能是绝对完美而均匀的，刻录时光头也不可能以绝对精确的方式去烧录，刻录时在CD-R表面烧出的“模拟坑”的长度不可能和原版碟完全一样，肯定存在误差，虽然这个误差不会导致误码，但绝对会导致jitter。这就不难理解，为什么刻录光驱是有好坏之分的，为什么刻录CD-R时要用尽量好的刻录机(如日本制造的PP2就备受推崇)，有些发烧友还要讲究刻录时的供电和避震措施。这些都是有道理的——刻录的过程确实是关键的，假想一下，刻录时如果CD-R的旋转不稳定、激光束工作不稳定、那烧上去的“坑”长度会精确吗?显然是不可能的。
　　下面说到盗版CD的问题。盗版CD有不同的制作方式，其中比较典型的一种，是买到一张正版，以它为母版，翻制出金属母模，再用这个母模去压制“盗版CD”。注意盗版CD的碟表面，和原版CD是一样的，也是“坑”和“平面”，光头也是靠这个来识别数据。那为什么盗版CD的音质仍和原版CD不同呢?
　　这就很简单解释了。原版CD象个“母版”，盗版CD象是以母版为依据翻制出来的“复制品”，放大到显微镜下去看，从微观层面观察，我们一定会发现盗版CD这个“复制品”的表面的坑，会比原版的粗糙一些。这是一定的，是翻制过程的物理损耗造成的。不管金属母模做得多么好、翻制过程多么小心，母版和复制品之间，肯定是有物理损耗了，更不用说是对于CD这种很精密的、表面布满细微凹凸的东西来说了。
　　所以我一直常说一句话：原版CD是无法完美复制的。不管你是用抓取数据刻录为CD-R的方法，或者制作为盗版的方式，获得的复制品与原版CD在CD机里播放时，音质总是有差异的。不可能制作出一张完美的、在CD机中播放时和原版CD音质完全相同的复制品。

详解音频CD的复制问题2012-11-24

与复制软件CD不同，可以有两种方法，一是用刻录软件直接进行全盘拷贝，一是将音乐CD截取成WAV文件，再刻录成音乐CD。

原版音乐光碟的音轨截取后再刻录成音乐光碟，是否能做到与原版原汁原味呢？可能大多数读者想也不要想便会回答，当然啦，截取和刻录过程都是数码的，中间没有任何损失和改动，当然是原汁原味的了！

如果你也是这么认为，那就大错而特错了。不信的话，将你用原版截取的音轨，与经过截取再刻录而成的光碟的同一音轨分别各自再截取一次并且与原版比较（需要用程序进行文件本身的二进制对比比较，用二进制读取的程序例如Ultra Edit），多数情况下你会发现这二个音轨文件竟然是不同的。更甚者，有可能这二个文件的大小都未必相同。

更有趣的是，以同一光碟，在不同的光碟机，不同的电脑组合，用不同的截取软件进行截取，很多时候连截取出的WAV文件大小也不相同。图1便是以一张高质素原版音乐光碟，分别以4个不同截取程序截取的结果，其中一个就与另外几个大小不同。连大小都不相同了，你还能指望其内容完全相同吗？奇怪的是，听起来完全没有异样，没有短若干秒，也没有出现爆音。这是采用高质素优质原版的情况，如果原版的质素就差，或者已经磨损，有划痕的话，几乎每次截取出来的结果都不同。

看到这里可能很多读者都感到疑惑了：整个过程都是数码处理，为何截取到的文件能出现如此误差？如果照这样讲，要拷贝一张程序光碟或者数据光碟，结果里面的程序或者数据文件走了样，岂不是分分钟得到的是废物？

其实这种担心是多余的，因为光碟机的读取误差只会出现在对音乐光碟的读取过程中，而在数据光碟（包括VCD，DVD）的读取中是不会出现问题的（除非光碟机出现硬件毛病）。

同一光碟机，截取音乐光碟的音轨会出现差错，但读取数据光碟却十分可靠，原因肯定是在音乐光碟本身了。

一、音频CD没有扇区标记（这个作者其实不准确）

引用：CD扇区内容

一张74分钟的标准CD包含333000个扇区。

     每个扇区为2352字节，模式1型的CD-ROM包含2048字节计算机数据，模式2型的CD-ROM包含2336字节PSX/VCD数据，音频包含2352字节信息。扇区容量的差异来自头信息和纠错编码，计算机数据对精度要求最高，这类信息最多，VCD对精度要求不高，这类信息稍小，音频CD没有这类信息。

根据音乐光碟红皮书的标准和数据光碟黄皮书的规定，音乐光碟与数据光碟在结构上就有分别。二者的扇区大小都是2352byte，但数据光碟的一个扇区中只有2048byte作为储存用户资料，其余的304byte中，有12byte作为同步信息，剩下的288byte作为纠错之用，而音乐光碟却将所有的2352byte全部用来作为储存资料。因此反应快的读者会发现，按照刻录音乐光碟所用的WAV文件总容量计算，一张700MB容量的CDR根本只能刻录六十多分钟的WAV文件，但实际却可以刻录出80分钟的音乐光碟，分别就在於此。原来音乐光碟是可以容纳更多的资料。

任何事情有利亦有弊，容纳更多资料的代价是省去了同步和纠错资料。CD格式是在还没有发明个人电脑时确定的，当时没有电脑CD-ROM，CD机光头读取０或１的数字音乐讯号是以恒定线速度进行的，沿螺线的信息线路由内圈向外部读取，一旦它开播就只能这么均速走下去，不能停顿不能等待。所以CD格式的不足最明显的就是没有 Sector Mark (扇区标志)，一般光驱对光盘上的资料进行最精确定位的依据就是此标志。

现在许多电脑光驱在读取AudioCD光盘的时候，如果因为光驱或者硬盘的缓存满载（正好和写入光盘相反）就会导致光驱数据读取部分读取的暂时中断，需要等待数据缓存有空余才继续读取数据；再者，如果发现定位不对，光驱就会在空转过程中反复调整光头使之适应（你经常可听到光驱在作这种调整时异常声音），而AudioCD本身不具备Sector Mark，并未
规定光盘数据块寻址的误差范围，也没有在数据块中加入地址信息，所以很自然，光头很难非常精确的定位在刚才中断的那个停顿点上，而只能停留在刚才中断的那个小范围区域中。而这种情况下因数据无法完美接续而导致的波形失真在PC界一般称为 Jitter 。

            二、音频CD纠错机制不完善

在CD机的读取过程过程中，一旦出现电压或其它电气环境的波动及内部外部的不稳定（如转盘的震动，CD质量不好，CD转速不均衡等），就会读取到错误的数据，这种误差（其中在错误时间读取采样的错误称作Jitter）是不可避免的。因此就需要纠错。

前面说过，数据光碟的数据中夹带着大量的冗余纠错码和扇区定位信息，因此光驱在读盘时，读出的软件数据会先放入电脑内存后再执行，读取的数据要通过冗余效验，若发现数据中有错误，就可利用其中的冗余纠错码来自动修正错误的数据（即接受方要求发出方重发分组）。如果错误太多，无法自动修正错误的话，电脑就只好**，告诉你它无能为力。

对于音乐光碟，是有自己的纠错机制的，采用的是Cross Interleave Reed-Solomon Code (CIRC)来进行误码处理。因此在读取中即使遇到无可挽回的错误，音乐光碟最多只会出现瞬间静音，而绝不会出现爆音，怪声，变声等情况。但是我们知道，音频CD数据中冗余纠错码比数据CD中的要少得多, 一部分纠错码甚至与音乐数据放在不同的光道上,所以遇到这些错误的时候，无法还原到原始的正确资料。那在这种情况下我们所听到（或者由软件截取到）的资料，就很可能是由纠错程序所“制造”出来蒙混过关掩人耳目的，而非真正的原声了。这也说明了为何HIFI发烧友普遍认同即使同一张音乐光碟经由不同的CD Player播放而经同一解码器解码后声音仍然会不同。

当我们用光碟机截取音轨的时候，由于没有绝对的同步参考，所以不能确保每一次重复截取都能得到正确的数据。另外一方面由于没有了足够完全纠错的冗余代码，因此读取时出现的错误不可能得到纠正。然而对数据光碟来说，只存在能不能读得出的问题，而很少出现会读错的问题。这样，光驱的好坏只表现在速度的快慢和读片能力的强弱，而不可能像ＣＤ转盘那样，价格可以差几十倍甚至上百倍。

三、抓轨过程中Jitter的产生

引用 光盘标准书：“以0代表坑或平地，而1代表从坑到平地或平地到坑之间的转换。”

光盘上的坑长短不是代表内存里处理音频数据的二进制，为什么这样？因为纯数据经常是0和1频繁的出现，而这样的数据很难在光盘上表达，如果用需记录的数字信号直接调制（开/关）激光束机刻录的话在读取信息时会发生很大困难，比如：频带会很宽，因为信号可能是10101010，频率很高；也可能连续几千个0，不但频率低，而且读取信号的激光束会丢失跟踪信息轨迹的信号，所以CD采用8-14调制技术，就把0和1隔的很开，避免上面问题的产生。所以在读取坑岸转换的时候，也就是0和1产生的时候，这些坑岸的位置与系统标准时钟总会有差异，这些差异的标准偏差除以1T得到的百分率就是jitter（抖晃值）。

在读取时，经过激光的扫描，CD将会生成RF（射频，Radio Frequency）信号，它也称为高频信号（HF，HighFrequency），RF信号用波长的半周来对应一个刻录点，那么对3T的刻录点来说，RF频率就是1/（4321800÷3）÷2=720300Hz，对于11T的刻录点来说，RF频率就是1/（4321800÷11）÷2=196445Hz。因此，业界标准也就规定RF的频率上限为720KHz，下限为196KHz，有可能在一个周期内，上半周的频率为720KHz，下半周的频率为196KHz。此外，RF针对不同周期的信号振幅也不一样，T3时以I3表示，T11时以I11表示，它们的高低代表了反射峰值电平。

由于模拟/数字转换时，以信号的逻辑识别电平为脉冲的翻转点，所以信号越模糊，脉冲翻转的误差也就越大。显然，Jitter的存在将影响RF信号的精度。Jitter的出现，是有多方面原因的。影响因素：由光学头上盘片上将数据读出，经过放大、均衡、限幅和时钟信号提取，再进入解码器，期间任何一个环节都将对抖晃产生影响。此外，跟踪、聚焦性能的好坏，由于影响的光学头的读取，同样会引起抖晃值的变化。因此，只有其余环节是标准的，就可通过抖晃这一参数来评价这一环节的质量。在为盘片质量的评价参数的抖晃需在其它这些环节上保证为标准。

            四、音频CD的现状

所有这一切，导致了一张ＣＤ上数据是不可能像电脑光盘上的一样完全被复制，也导致了ＣＤ转盘的优劣对最后播放的声音至关重要，而ＣＤ转盘和解码器的优劣和配合决定了时基误差的多少，这样才造成了现在ＣＤ机价格可以相差几百倍的现实。虽然随着音频技术的进步，CD抓轨技术日益专业，出现了Nero，EAC这类软件。但是这方面的进步，只是工艺的进步，并不是机制的进步。在＜浅谈EAC抓轨可行性＞一文中可以了解到，EAC看似五花八门的专业功能在实际应用中似乎并不奏效，仍然没有解决根本问题（http://tieba.baidu.com/p/1975259315）。

新一代的音频载体,例如SACD,似乎依然不愿意采用冗余纠错码和扇区定位,只不过搞出了个DSD音频这个比PCM更简化也更适合大信息量的方案,DVD-audio就更只是玩个LPCM的PCM老套路，也就是说这两个载体的碟机终究会跟CD机一样,价格可以相差几百倍,声音也依旧有好有坏。实听也是这样,你拿台SA8003和天龙SA1比,就是放同一张SACD碟,依然优劣分明。

这两个东西,可以肯定,绝不是不会用冗余纠错码和扇区定位,而是不想用这些技术,原因不说自明...

hhu88

同样可以推导出，原版CD每一次播放都会有轻微差异的……所以呢？

xd1171

我以为SACD无法完全重播但是CD可以