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[转贴] [转载]关于CD,WAV,APE,FLAC,TAK间的横向比较与正确认识

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孤魂野草

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发表于 2015-11-28 19:51:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
本文转自咣輝のま裔的新浪博客。

转载请注明作者信息,谢谢。
之所以要写这篇文章,是因为网络上各种传言实在太多了,以至于误导了大众。
为什么会有这么多的误解呢?我认为原因有以下几点:
1.       所谓天下文章一般抄,凡是对自己支持的观点有利的,便宣传它,夸大它,凡是对自己不利的观点便忽略掉。
2.       大众对计算机原理的不了解,导致各种主观想法和他人说法,不经证实,便成结论。
3.       能肯定的就肯定他,能否定的就否定他。无法肯定与否定的,就变成了各种差不多,基本一致,基本没差别,可能好一点。这种含糊其辞的说法,除了误导群众,没有任何好处。
关于不同格式间音质的正确认识
先写结论吧:
音质:CD = WAV= 各种无损格式
也就是说音质上没有任何差别
长期保存:CD <= WAV= 各种无损格式
通俗的讲就是光盘会因为保存不当而造成数据损坏。而硬盘上的文件,除非硬盘出了问题,否则发生改变的概率极低。
解释:
说到音质就不得不说CD
在说CD之前还是先解释几个相关概念:
黑胶唱片:黑胶唱片是跟CD完全不同的媒体介质,存储的是模拟信号,需要专门的turntable设备播放。
LPCD(黑胶CD):本质就是CD,只不过母带的处理方式不同,采用的碟片质量更好,有利于保存而已。与黑胶唱片完全是两个概念。
音频CD(Compact Disc DigitalAudio (CDDA)),保存的是数字信号。二进制的PCM音频数据从CD读取到内存,再保存为硬盘中的WAV格式文件,不过是在头部添加了一个RIFF(资源交换文件标志)信息而已,这一过程是不会产生任何损失的。如果你告诉我这个过程可能会产生错误的话,那我也告诉你,你直接播放CD也一样会有错误,而且错误的可能性更大。CDDA是包含C1,C2效验码的,这足以检测出发生的错误,并在错误不多的情况下恢复正确的音频数据。
EAC在抓轨遇到错误的情况下,会反复重读多次特定的音频数据来得到正确的抓轨结果。只要EAC不在log中报告出现错误,抓取出来的文件都是和源文件一模一样的。
参看:
里德-所罗门码:
      
同一设备上直接播放CD,或者播放WAV文件,效果是完全相同的。至于不同的CD机播放CD的效果不同,那已经属于音效不同的范畴了。当然,好的CD机确实是能够更准确的读取CD。但是99.9%的准确跟100%的准确在听感上是不会有多少差别的,说白了还是播放设备对音频还原以及音效处理的不同。
CD在长期保存的过程中,难免会有一些灰尘,污渍,划痕。若是保存不当,音质只会随着时间慢慢变差。类似于播放DVD视频花屏。
无损格式,顾名思义,就是没有任何损失的压缩格式。本应是毫无悬念的东西,硬是给某些人套上了差不多的名号。
证明无损格式与WAV没有任何差别很简单,将wav文件转换为各种无损格式,然后再转换回wav,用BeyondCompare对比2进制数据,音频数据没有任何差别。(文件头的一些信息可能被丢弃,比如艺术家,歌名等,这就是某些小白遇到的md5不同的问题,用foobar2000转换的话,这些数据都不会丢失)
      
说到这里又必需谈到某些人士特别执着的,所谓由于解码速度WAV〉FLAC〉APE,所以听感流畅性上:WAV〉FLAC〉APE。
       事实真的是这样吗?答案自然是否定的。
       其实大部分人都知道这是假的,只不过碍于那些凭空捏造出来的金耳朵,自己又没证据否定他,于是采取了既不否定也不肯定的态度。
首先我们来看下各种压缩格式音频播放过程:
1.       从硬盘中读取一小段音频到内存中
2.       解码为WAV音频数据
3.       提交给声音设备处理
4.       重复上述步骤
步骤1和步骤2都可能产生瓶颈,步骤1的瓶颈在于硬盘的读取速度,步骤2的瓶颈在于CPU的解码速度。
       我们偶尔会遇到这种情况,在打开大型游戏的瞬间或者安装大型软件,播放的音频出现卡顿。正是由于这种体验,似乎证实了上面的流畅性的说法。然而事实却并非如此,此时的瓶颈正是硬盘满载造成的,即便是播放WAV也一样会出现卡顿。
播放压缩格式的音频都是有缓冲的,所谓缓冲就是预先解码为WAV,Foobar2000的默认时间为1000ms,也就是说你播放的这个时刻,下一秒钟的音频早已解码为WAV了(存放在内存中),所谓解码复杂度造成的流畅度问题完全是杞人忧天。
APE的解码速度跟FLAC比固然有差距,但是相对于当今的移动设备,播放个APE可以说是毫无压力。即便是N年前的NokiaN73(220MHzARM9 单核CPU)都可以播放APE。(使用谷雨影音。不过说实话,我在移动设备上从来不放无损,AAC足以)凡是用着WindowsXP以上系统的PC也是没有任何问题的。
题外话:关于缓冲长度(BufferLength)的正确认识
先写总结:
撇开兼容性不谈的话,真正优秀的无损格式只有FLAC和TAK,APE的表现只能说是相形见绌。如果说FLAC在稍大体积领域,解码速度无人能及的话。作为APE直接竞争对手TAK,在这个稍小的体积领域,展现出了最佳的解码速度。然而闭源的TAK在移动设备上的兼容性为0%,这也是时至今日,APE依然无可取代的根本原因。每每谈到TAK,便有恨铁不成钢之意。
在开始比较之前还是要唠叨几句。
如果说维基百科是讲究参考与来源的中立观点的话,那百度百科更像是几个粉丝写的主观科普文章。这点在文件格式上表现的尤为突出。明星的百科也是这种特点,各种第一什么的妥妥的。百度百科当作扩展资料看看就好,不可全信。
首先要说的就是:码率≠音质 码率仅仅代表文件体积跟时间的比值
假如把WAV比做一口缸,APE,FLAC,TAK等无损格式比做桶的话,MP3等有损格式就是各种大小不同的杯子。
现在这口缸里装了一桶水,把缸里的水倒到桶里并不会有任何损失。
如果把桶里的水倒到杯子里,那就有一些部分流失了。
再把杯子里的水倒回桶里,剩下的还是一杯水。
所以WAV跟有损音频的转换是不可逆的,高码率的有损跟低码率的有损之间的转换也是不可逆的。
还有一点要说的就是WAV跟APE,FLAC,TAK的转换都有不同的级别
这些级别之间的区别仅仅是编码和解码速度以及体积不同,对音质毫无影响
就像RAR文件压缩方式:储存和最好的区别一样。
不推荐采用APE的ExtraHigh和Insane级别,这是造成一些早期支持APE的移动设备无法正常播放的根本原因。
尤其是Insane级别,即使在电脑上播放,定位的时候也会卡一下,而且Insane级别在某些特殊情况下,压缩后的体积甚至比ExtraHigh还大。
说说相同点:
1.支持嵌入CUE
2.支持回放增益(与其说格式本身是否支持,不如说是播放器是否支持,呵呵)
3.支持错误检测
还有一些习以为常的共同点就不说了,大家都把目光放在了他们的不同点上,其实他们本质上的差距并不大。
说说不同点:
多声道的支持:
APE不支持,FLAC,TAK支持
兼容性:
APE和FLAC都是开源的,TAK不是开源的。
开不开源与我们普通用户无关,但是开源与否从侧面影响了兼容性。
可以说FLAC的兼容性一向是最好的,不过APE和FLAC比也差不到哪里去。悲剧的是TAK,只支持Windows,想在Linux上播放还得通过Wine模拟运行,关键是其在移动设备上的支持率为0%。目前有foobar2000,WinAmp,百度音乐(千千静听),AirPlay等播放器可以播放TAK。只能期待其早日开源,改善移动设备上的兼容性。到时候我可能要像某些FLAC的疯狂追随者一样,把所有的无损音频都转换为TAK格式,笑:)。
错误处理:
网络上盛传,APE用爆音处理错误,FLAC用禁音处理错误。
APE真的是用爆音处理吗?答案是否定的。FLAC禁音效果就很好了吗?答案依然是否定的。恰恰是这句无关紧要的舆论,被某些FLAC的支持者奉为真理,并出现了大范围将APE转为FLAC保存的举动。如果说你是因为FLAC解码速度快而决定使用FLAC,那我100%要支持你;如果你是因为这个舆论而产生了心理上的优越感的话,那我100%要站出来否定你。
错误产生:
1.       编码的时候发生错误
概率极低,一旦出现,不是你的硬盘有问题,就是内存有问题,当然不排除CPU出了问题的可能性,本人至今从未遇到。
2.       保存在硬盘里的数据发生突变
概率极低,一旦出现,你该检测一下硬盘是否出现了坏道之类的问题,做好数据备份的工作吧,默哀。
3.       网络传输过程中发生数据错误
这在错误的产生中至少占了99.9%的比重,即便如此,发生的概率还是很低的,跟网络上下载的RAR发生错误,无法解压的概率一样。
一句话总结:错误发生的概率很低很低。
错误检测:
只要错误能检测出来,即便发生了错误又如何?
APE,FLAC,TAK压缩的的时候都可以保存原始音频数据的md5,发生了任何错误都能通过对比md5检测出来,保证了音频数据的完整性。
而每一帧的音频数据都保存了效验码,通过计算,就能找出错误的发生的具体位置。
APE的命令:mac 文件名 -v
FLAC的命令:flac-t 文件名
TAK的命令:takc-t 文件名
你不知道这些命令也没关系,其实你已经不知不觉中检测了无数次了。最简单的方法就是用foobar2000转换为其他格式,看是否提示错误。
一句话总结:任何的错误都能被检测出来。
顺便说下WAV是不支持错误检测的,即便发生了数据改变也没人知道,这不利于音频的长期保存与传播,趁早转为无损格式吧,笑
错误处理:
APE:发出错误信息,直接停止解码。
FLAC:发出错误信息,将错误的帧静音处理,帧长度25ms~92ms(取决于编码参数),继续后面的解码。
TAK:发出错误信息,将错误的帧静音处理,帧长度95ms~250ms(取决于编码参数),继续后面的解码。
虽然错误的产生如此不易,但是人工的模拟错误产生还是很简单的。
使用文本编辑器(比如Notepad++)打开音频文件,将其中某一位修改(不要修改太前面的数据,那些都是文件头,不是音频数据本身,修改了也没用),然后保存。
开始测试:
APE
相当直截了当,然后就播放下一首了。
foobar2000转码提示:
foobar2000播放时不提示错误,但只要认真听,差别很明显。
转码后音频长度完整,禁音处理了错误部分。
保存的FLAC发生了错误,不用担心它在不知不觉中偷偷静音,影响收藏的品质,因为在转换的时候,他会直截了当的告诉你发生了错误的。当然那些所谓FLAC会把原始音频中的爆音用禁音处理,这种荒谬的说法也是完全错误的。
要是哪个FLAC的粉丝心血来潮,决定把无损歌曲都转为FLAC-Level8格式保存,又不知道这个错误提示的含义,直接忽略了,那简直是一场灾难。还好错误发生的概率很低很低,而且当下FLAC的资源并不占统治地位。喜欢FLAC这个格式的童鞋务必提高警惕。
TAK
跟APE一样的结果,这是foobar2000的处理方式吧
foobar2000转码提示:
这是我目前见过的唯一一篇对于编码,解码,以及体积关系研究透彻,具有参考价值的文章。
(这篇文章其实还有新版本,但是TAK作者认为不如这个版本准确,我也是这么认为的。)
完整文章的pdf下载:
那些,直接把APE,FLAC,TAK等等无损格式编码,解码速度定义为快慢之类的文章,没有任何参考价值。
无损格式编码速度的比较图:
       横轴表示解码速度,越往右,越快越好。
       纵轴表示文件体积,越往下,越小越好。
越是靠近右下方的格式,越优秀,越是靠近左上方的格式表现越差。
你可以看到不同的格式都有好几个点,这代表了不同的参数,比如:
FLAC: -0;-1; -2; -3; -4; -5; -6; -7; -8
TAK: -p0;-p0e; -p0m; -p1; -p1e; -p1m; -p2; -p2e; -p2m; -p3; -p3e; -p3m; -p4;-p4e; -p4m
APE: -c1000;-c2000; -c3000; -c4000; -c5000
从这张图,就可以看出,真正优秀的格式只有FLAC和TAK,FLAC在稍大体积的领域里独霸一方,TAK在稍小体积的领域里力压APE,TAK p2与APENormal 体积接近,TAK p3与APE High体积接近,TAK p4的体积介于APE High和APE ExtraHigh之间,却有着4倍于APE High的解码速度。
FLAClevel8的解码速度比TAKp4m快了46%,体积比TAK p4m大了(55.5-53.0)/53.0 =4.7%
TAK用46%的解码速度来换取4.7%的体积大小,这是否有价值呢?
问题在于解码速度与文件体积并没有直接的可比性。
我们设解码的运算量为C,系统和其他软件的运算量为S,文件的体积为V,
那么,我们的期望值:
E =(C+S)*V
E值越小,这个格式越优秀
说白了C+S体现的是功耗,或者说是耗电量,我还没把屏幕,显卡,外放之类的算进来呢,呵呵。
假设FLAClevel8的运算量为1,TAK p4m的体积为1
那么TAK p4m的运算量为1.46,FLAClevel8的体积为1.047
我们让E(FLAC level8) = E(TAKp4m)
(1+S)*1.047 =(1.46+S)*1
S =8.79
当系统和其他软件的运算量大于FLAClevel8解码运算量的9倍左右的时候,或者说FLAClevel8解码的运算量小于系统和其他软件的运算量的1/9的时候,TAK p4m将更有优势,反之FLAClevel8更有优势。
我们知道,系统和其他软件的运算量不可能无限大,这受制于CPU的速度,CPU的使用率最大只能是100%。我们假定性能一般的机器,一边听音乐一边干着其他事情时(比如浏览网页,QQ,玩游戏等等),CPU的平均使用率为30%,那么:
FLAClevel8解码的CPU占用率 =30% / (TAK p4m的运算量+S) = 0.3/(1.46+8.79) =2.93%
也就是说,当FLAClevel8解码的CPU占用率小于2.93%时,TAK p4m更值得推荐,反之FLAClevel8更值得推荐。
这还不够形象,我们应该把CPU的占用率转换为解码的速率
FLAClevel8解码的速率 =1/(2.93%) = 34.2
这34.2什么意思呢?
34.2的意思就是你的CPU满载时,每秒能够解码34.2秒的FLAClevel8音频数据。
这个值的比较对象就是 歌曲总时间长度 / 解码所需时间
CPU越快,解码速度就越快,解码的消耗就越显得无足轻重,当解码FLAClevel8的速度超过34.2时,TAK p4m更值得推荐,反之FLAClevel8更值得推荐。其实34.2是一个相当小的值,十年前的电脑都能轻松达到。
(后面我会测试FLAClevel8的解码速度)
我们顺便测试下APE High和FLAClevel8的对比吧,为什么是High这个参数呢?因为High这个参数所需的S值最小,换句话说APE High在反超FLAC之前,就已经先超越了Normal和Fast。
E(FLAC level8)= E(APE High)
(1+S)*1.042 =(6.14+S)*1
S =121.4
可以看到S值相当大,那么当今的CPU处理速度能否达到这个值呢?我们后面将会看到。
FLAClevel8解码的CPU占用率 =30% / (APE High的运算量+S) = 0.3/(6.14+121.4) =0.235%
FLAClevel8解码的速率 =1/( 0.235%) = 425.1
当CPU解码FLAClevel8的速度超过425.1时,APE High更值得推荐,反之FLAClevel8更值得推荐。
那么,问题的关键就在于425.1的解码速度,当下的CPU性能是否能够达到呢?
让我们来测试一下吧:
随机选了20首无损,转为整轨WAV,总时长1:25:37,再分别转换为对应格式,记录解码的时间和文件体积:
格式
体积
体积比
解码时间
解码速度
推荐程度
WAV
864MB
167.1%
/
/
不推荐
FLAC-level0
592MB
114.5%
11.5s
446.7
不推荐
FLAC-level8
536MB
103.7%
11.5s
446.7
推荐
APE-Fast
535MB
103.5%
45s
114.2
不推荐
APE-High
520MB
100.6%
67s
76.7
推荐
TAK-p4m
517MB
100.0%
18s
285.4
推荐
解码速度 = 总时长 / 解码时间
可以看到,相对于WAV来说,并没有达到55%左右的压缩比,楼主随机选出的这20首歌的压缩率大概在60%左右,这与音源的饱满程度有关。
不同格式间的差距都跟ktf做的测试差不多,不过我的CPU比他好点,所以解码速度都按比例提高了。
FLAC-level0和APE-Fast都不推荐,拿FLAC-level8作为比较对象,一个体积臃肿,一个解码速度慢,显然FLAC-level8更好。
这里的解码速度只是单线程的速度,楼主笔记本CPU为Intel Corei5-2430M,双核4线程,根据notebookcheck网站的测试,单线程CinebenchR10 32Bit 得分3787,多线程得分8222,那么多线程FLAC-level8的解码速度就是:
446.7 * 8222 /3787 = 969.8
(解码速度仅从侧面体现CPU的运算能力,并非一定要单线程)
969.8远超34.2(上文中计算的结果),接近30倍,显然TAKp4m是更好的选择,即便是十年前(2003年)的电脑,TAKp4m依然比FLAC-level8更值得推荐。
969.8是425.1(上文中计算的结果)的2.3倍,显然APEHigh已经反超FLAC-level8了,不过跟TAK自然是没得比。
那么CPU达到什么程度的电脑,APE High比FLAC-level8更值得推荐呢?
简单的算下:8222 * 425.1 / 969.8 =3604
也就是说在Cinebench R1032Bit 多线程得分超过3604的电脑上,APEHigh比FLAC更值得推荐。
这个分值大概就是桌面的Intel PentiumE2100系列,AMD速龙双核,移动平台Intel Celeron Dual-CoreT3100,AMD Turion X2Ultra的水平。也就是2007年主流桌面配置,2008年主流笔记本配置的水平。
那我们顺便算下APE High的最低需求:
I5睿频到2800MHz,APE High的解码速度为76.7,那么:
2800MHz / 76.7= 36.5MHz
考虑到需要运行操作系统以及多年来CPU同频率性能的提升,我们乘个5倍好了
36.5MHz * 5 =182.5MHz
还是前面举得那个例子,NokiaN73(220MHzARM9 单核CPU)都能播放APE。所以性能早已不是问题。
随着计算机的发展,解码消耗的CPU越来越显得微不足道,解码速度的权重变得越来越小。过个三五年,即便是移动设备领域,FLAC的解码速度优势(或者说是省电优势)也将变得无足轻重。
高度总结:
FLAC:体积稍大,但拥有1.4倍于TAK的解码速度,兼容性良好,移动设备的最佳选择。推荐level8参数。
TAK:与APE相似的体积大小,略输FLAC的解码速度,可惜移动设备的兼容性为0%,PC的最佳选择。推荐-p4m参数。
APE:与TAK相似的体积大小,解码速度只有TAK的四分之一,兼容性良好。推荐-c3000参数(即High),不要使用 -c4000,-c5000这两个参数。
       上面三句话已经高度概括了重点,没有提到的都是无关紧要的不同点。各种无损格式本质上大同小异,不必太过执着。
真伪无损的检验:
说到无损的检测,个人推荐用auCDtect Task Manager这个工具,可以直接检验各种无损格式很方便。
经常看到一些高手批判这类检测工具,说它们测的不准,然后就是各种贬低。我只想说一味的否定一个东西存在的价值本身就是一个错误。确实,这些工具对于高码率的AAC,表现的无力,但是网络上大部分的伪无损都是无知的小白用MP3转来的。很多小白在收藏,传播无损的时候也不在意真伪。这已经不是用不用工具来检测无损的问题了。这是大家分享的时候是否检测真伪的问题。如果大家在分享无损歌曲的时候都能先用auCDtect Task Manager检测下真伪的话,我敢说网络上的伪无损至少能减少90%。
当然工具只能作为你判断真伪无损的依据,不能作为你断定歌曲真伪的理由。
很多早期的CD都没有高频部分,还有就是很多纯音乐也没有高频部分被软件误判为MP3。经过auCDtectTask Manager检测,所有CD概率在90%以下,或者被判定为MP3的,除非你很确定歌曲的来源,其他的都应该通过查看频谱以及试听来进一步鉴定。日常听歌过程中发现某些音质较差的歌曲也可以看下频谱,寻找更好的音源。
auCDtect Task Manager本身就能查看频谱,相当的方便。
看频谱其实也没什么难度,看多了就有经验了,比如说高频部分是哪个位置被切掉,是不是干净利落的突然黑掉一块,高频是否有锯齿感,是否有空洞等等。
(顺便说下个人经验,百度音乐,酷我,酷狗里的无损都是网络上的无损资源,没有经过任何检查,大概8首里就有1首伪无损。当然,这个比例可能是我缺的无损都比较偏门的原因,相比之下QQ音乐要好得多,虽然它的资源也是来自于网络,但是经过了检查)
关于auCDtectTask Manager的使用,以及真伪无损鉴别的详细介绍,可以看看我的这篇文章:
附录:
foobar2000 汉化版博主:http://blog.sina.com.cn/go2spa
foobar2000 v1.2.9 Final 汉化版 B版(支持APE,FLAC,TAK): http://pan.baidu.com/share/link?shareid=3189882988&uk=1494056105
Foobar2000 转换为APE格式推荐设置:


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发表于 2015-11-29 19:22:37 | 显示全部楼层
这个文章很中肯,写的不错。
金耳朵、发烧友,一半是脑子烧坏的人......
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lijianwen 发表于 2015-11-29 19:22
这个文章很中肯,写的不错。
金耳朵、发烧友,一半是脑子烧坏的人......

能把sony说的一文不值的,除了金耳朵干这绝活外,谁还能摊上?!
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很不错,很好长知识了

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      其实现在很多所谓的无损格式歌曲,有好多都是有损但又冠着WAV.APE.FLAC的歌曲文件,就在市场上卖的所谓黑胶CD,拿回去一听总感觉不对劲,好在我在论坛这里所学了一点点皮毛小知识,把光盘导入AU软件一测,不看还好,一看吓我一跳,原来这个所谓的发烧黑胶CD,这个波形已经完全溢出,整张碟都是削波失真太严重了,看频谱也已经无意义了,怪不得他们那些人还在吹,这个黑胶碟的声音都会比其他普通碟的声音要大些,这完全是他们录制黑胶时以为无损的也尽量把录音电平调大,其实那些真是人为有损啊!就连网上下载的好些专辑也是这样,都是削波失真太严重。像这样的歌曲再怎么无损转换都只能是一张“破碟”。所以我想只能是一个好的波形不受损的文件之间转换才能谈得上无损格式转换,也只有波形完好的文件才能看出频谱图的准确性。这虽然是我在实践中的一点看法,但我想大家都可能会遇到过。

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Hiroshi 发表于 2015-11-29 22:10
能把sony说的一文不值的,除了金耳朵干这绝活外,谁还能摊上?!

不喜欢音染的人不会喜欢sony,无需金耳朵。
sony MDR-10R这个耳机,又是sony最失败的作品之一,更无需金耳朵。
耳机吧里的网友说,这耳机要煲700小时才正常点,sony的介绍是300小时,你说sony失败不失败?

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本帖最后由 Hiroshi 于 2015-12-2 20:35 编辑

我和5楼的观点有分歧。

1,80,90年代以前的录音,波形一般都较小,基本不会溢出,理论上讲这是标准的音频,波幅在破音规格的范围内。可能跟当时的录音设备有关?
2,近10,20年来的录音,波形一般都较大,很多都溢出,几乎超出破音规格,可能是录音设备先进了。

所谓黑胶CD再发行,应该是在原始录音的基础上重新压制的,以我的经验来说,声音大都被放大了,就是5楼说的频谱较原来的相比都溢出了,这个现象很普遍。
其实是不是无损音乐跟频谱溢不溢出是无关的,很多人担心频谱溢出,破音了或者说超出了标准规格,其实原始录音品质好的情况下,通过软件的加工,未必能感觉出来,这个现象唱片公司技术人员应该会考量的。

下载某歌星不同年代不同版本的专辑或曲目,一般我是挑选波形不溢出(不削波)素材,声音小了宁可放大......
小提示:麻烦别人帮你的时候,应尽量自己麻烦些,让帮你的人轻松些。

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谢谢楼主
你知道吗?——可以用左右方向键快速翻页。

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很好长知识了

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