由Apple iPod 谈数位音乐之起源与 规格发展

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1、焦點報告消費性電子與資訊家電No.8技術趨勢July3,2003由AppleiPod談數位音樂之起源與規格發展研究員柯維華根據Apple最近報導，其iTunesMusicStore在開始服務後的8個星期內，其庫存的數位音樂歌曲總共就被下載了500萬次；此外，該公司還披露，其2000年推出的攜帶型音樂播放機「iPod」的發貨總數，在2003年6月底即將達到全球銷售100萬台的成績。Apple投資於相關數位音樂事業之成功，意味著過去並不是那麼正統的數位音樂播放器得以嶄露頭角，另一方面也代表著近來被貼上侵犯著作

2、權罪魁禍首標籤之MP3音樂得以找回自己的一片天空；本文即以數位音樂為背景，探討其音源格式之起源與規格發展。PCM調變技術Source：拓墣產業研究所；2003/07由AppleiPod談數位音樂之起源與規格發展根據Apple最近報導，其iTunesMusicStore在開始服務後的8個星期內，其庫存的數位音樂歌曲總共就被下載了500萬次；此外，該公司還披露，其2000年推出的攜帶型音樂播放機「iPod」的發貨總數，在2003年6月底即將達到全球銷售100萬台的成績。Apple投資於相關數位音樂事業之成功，

3、意味著過去並不是那麼正統的數位音樂播放器得以嶄露頭角，另一方面也代表著近來被貼上侵犯著作權罪魁禍首標籤之MP3音樂得以找回自己的一片天空。本文即以數位音樂為背景，探討其音源格式之起源與規格發展。一.音源歸根任何形式之聲音都是經由發聲源震動，並以聲波形式傳送到接收端，再經由接收端之相關構造，將其調變為可以辨識之特殊格式。以人耳為例，人類是經由中耳骨膜之特殊結構，將外來聲波調變為震動波，然後傳至大腦中以供辨識。因此概論聲音之起源、傳遞與接收，基本上不出震動、聲波與調變技術之範疇。圖一為典型之聲波形式，其為一個

4、標準正旋波結構，波長大小代表其頻率高低，一般來說以每秒多少週期來解釋；比較專業之波長計算是以兩個波峰（pitch）間之距離為基準，而頻率是以每單位秒中有多少個波長通過來解釋，並以Hz單位為註記標準；一般來說，人耳可以接收之聲音頻率在15Hz與20,000Hz（即20khz）之間。圖一中聲波Y軸之正值部分為振幅（Amplitude），其規模大小則是代表音量高低，振幅愈大，代表音量愈高，反之則愈低；音量的單位註記為分貝（decibels；dB），每一階音量之升級單位為10dB，人類可以接受之音量大小介於0~1

5、20dB間。拓墣產業研究所焦點報告July3,20032由AppleiPod談數位音樂之起源與規格發展圖一聲波構造及圖說Source：拓墣產業研究所，2003/07二.數位音源(一)起源前述之音源基本上皆走類比訊號，人類二次世界大戰以前，皆是以類比音源做資料之交換或儲存，直至二次世界大戰，美、德雙方之工程師為了間諜戰而開始研究如何將類比式音源格式轉換成數位，其做法大多是朝向如何將類比聲波調變成數位格式。在各家之調變技術中，其實皆隱藏了「切分取樣」與「模擬振幅」兩個步驟。「模擬振幅」意味利用位元之數值大小，

6、描述原本類比音源之振幅高低；若以16位元(bits)為基礎，32,767為最大振幅音量。「切分取樣」則指的是將其波長切分為數個細小單位，然後再以其高於波長頻率之取樣頻率數，對這些細小單位作取樣，被取樣的單位，即依其「模擬數值」之大小被儲存於數位音源中；根據後期衍生之理論，要在數位音源之環境下避免失真，其取樣頻率之設定要超越原本聲波波長頻率之兩倍以上。1970年代，經過近20年之發展，Philips與SONY依據過往各學派之研究所得，以超越人耳接受最高頻率2倍有餘之44khz做頻率取樣，並利用16bits之

7、數值做振幅模擬，發展出音質最完美、也是最早期之數位音源標準格式；發展此標準數位音源格式之調變技術即為PulseCodeModulation(PCM)。拓墣產業研究所焦點報告July3,20033由AppleiPod談數位音樂之起源與規格發展由PCM所發展出之音源格式即為目前CD之標準規範，在此音源格式規範下之音樂，常人除非靠專業設備，否則很難察覺其與真實類比音樂間之不同。圖二則顯示PCM調變之圖示。除了PCM，Philps與SONY稍後也發展出ADPCM(AdaptiveDifferentialPCM)調

8、變技術，ADPCM與PCM最大差異之處在於後者是對每一個取樣頻率做正確之振幅精確值計算，而ADPCM則是比較前後取樣頻率間之差異做誤差判斷，並依此誤差值做後序取樣時之估計參數（不論頻率或是振幅）。圖二PCM調變技術Source：拓墣產業研究所，2003/07(二)格式種類依據相關PCM調變技術所儲存之音源檔案格式，皆算是無壓縮之原始音源檔案；在PC之作業系統被微軟統稱為WAV檔，若是在MAC作業系統，則被蘋果電腦稱為AIFF（