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【享声】浅谈DAC(解码器)

2016-3-23 15:42| 发布者: 体验中心| 查看: 4429| 评论: 22|原作者: xs_horizon

摘要: 大家好~本周由再次为大家进行xs_horizon的分享文章,本期主要针对前段时间争议较大的DA芯片相关话题展开分析讨论,供各位阅读参考! 前两期分享地址: 1.xs_horizon分享之一:HIFI级高保(母带)真高清数字 ...
作者:xs_horizon(享声音响总设计师

大家好~本周由再次为大家进行xs_horizon的分享文章,本期主要针对前段时间争议较大的DA芯片相关话题展开分析讨论,供各位阅读参考!



    我不得不说一下为何发微博作为固定分享的原因,这几年我分享了很多关于数字音频技术的内容,有些随着产品介绍,而大部分是在享声群内:207427991。第一篇分享前很多用户给我建言, 有时间在群内分享,为何不能整理出来分 享给更多的烧友朋友??其实之前也有朋友建议我形成分享系列,但是个人时间实在有限,都是随性而发,加上中文水平实在有限,外企的近十年,连中文打字的五 笔字根都忘了,这次在群友的强烈批评下,于是下定决定,非节假日以及特别情况(出差,生病等)尽量每周随手一篇关于音响,数字音频相关的分 享,xs_horizon的帐号发出, 欢迎大家批评与指导。任何转发,必需要引用本人信息。

                                                                                             xs_horizon 分享之三:浅谈DAC (解码器)

    首先说一下浅谈,因为是写给音乐发烧友看的,他们不是专家,太深的技术并不关心,所以也没有必要讲得太细,如布线怎么布可以少2db等,再一个原因是我之前想预告分享DA芯片,结果惹来很多嘴仗(http://www.erji.net/read.php?tid=1869875)。其实音乐发烧友只是需要对DAC这个东西有一个内部功能上基本的了解,以及DAC这一个行业目前的发展状况,当然还有希望知道些选择DAC的方法等,这就是这个浅谈的目的。


    说一下解码芯片与解码器的关系,解码器必需要有解码芯片,简单的来说解码芯片是解码器中必不可少的一部分,但是解码芯片只是解码器中的一个部分。


    以下为最简单解码器的内部功能图(以电压型DA芯片为例,电流型需要一个电流电压转换工作,部分DA芯片,包括了spdif接收芯片功能,如ESS9018),当然部分解码器还有很多其它功能,如耳放,前级等等。



    这里面说明一下,DA 芯片的指标与Mclock(主时钟)很有关系,有些Mclock是独立的时钟,如ESS9018,有些DA芯片MClcok是由接 收芯片送到DA芯片,如DIR9001,WM8805,CS8416等。 所以对于DA芯片来说,无论一体机还是解码器,基本上都是IIS通用的音频标 准,一体化播放器DA芯片的IIS和主时钟尽量要与播放转盘是一致的,但是独立的解码器如上是通过同轴,光纤,AES接收后,主时钟并不同步,需要从 SPDIF信号中还原时钟信息的,所以SPDIF接收功能的性能也成为了DAC性能发挥的关键。


    IIS 包括三根线,一根为左右声道标致,一根为位时钟线,一根为数据线,质量的高与低,主要看时钟与数据是否对齐,输出的时钟是否非常稳定,同时IIS 噪声要好一些,关键是要稳定,极低的抖动,实时的频率不要一起漂移,毕竟DA是 一个被动的转换过程,如果本身一直抖动,实时频率一直飘移,会造成声音的 稳定度,解析,声场,密度,透明度都有影响。 这有一个很好的例子,视频是由照片 以一个稳定的速度放出来的,假如照片放的速度一快一慢,这是什么感受。 虽然人耳的听音分辩是毫秒级,但是人对声音的反应,10%是靠听,90%是靠一定时间综合分析,这跟图像一样,虽然24帧足够满足眼睛的需要了,但是60 帧的感受却完全不同,这就是脑子的长时间的综合分析能力,这是科学上的“脑放”。

    这篇分享,确实可能会存在很多争议,所有有些态度必需表明,原因如下:


1. 写 哪个DA芯片好,哪个DA芯片不好,抱歉,实在很不方便说,不要再为难我了。 但我需要说明一个事实,现在业界的高级DAC芯片使用千齐百怪,从来没有见什么统一过,包括新出的高级DAC,说明了什么? 说明其实到了现在DA芯片其 实已经不是决定DAC声音的好坏最关键因素了,关键在于设计,材料与经验。


2. 写一些DA芯片的实现,抱歉,很多DA芯片内部的算法是不公开,即使如ESS一样,我们有很多资料,也有参加过小型开发技术交流大会等,其实内部实现细节仍然不知, 谈DA芯片的外围与特点,大家看芯片手册吧,百度一搜完事。


3. 我也不能写现在争吵的string da (R-2R是其中一种)与delta-sigma da哪个好,抱歉,我要说一句公道话,现在世界上99%的 DAC是用delta-sigma,声音却是百花齐放,什么LP味的,什么数码味的都有,在我们的设计当中,DA的本底声音对整体声音除个别太过极端的外 其实影响极小,甚至可以忽略,具体可以参考享声Esther M1青春版与Esther M1模拟版。

4. 再说说DAC相关的晶振(用于DA芯片的Mclcok 即主时钟),好像业内有一个共识,特别是如ESS9018解码芯片以及MSB,低频区 (1~100khz)噪声是要求很高的 (MSB要求更高,1~100khz RMS jitter 达到了难以置信的100fs以下)。因为 ESS9018的转换精度 (转换精度就是在输入不管多高位数有效数字数据,实际只能发挥出最大位数)超过了20bit, MSB最新的解码器达到了 28.5bit (如下图),ESS9018动态比要超过135db, MSB可能要超过150db,所以要在1khz下的指标达到要求,这个时钟的低频 区噪声是必需有严格要求的。 但是如果只需要满足20bit精度,动态比,信噪比都在120db以下的,那基本上绝大多数音频晶振都没有任何问题,甚致主 时钟如从cs8416等锁相环出来的主时钟就完全可以达到芯片的设计指标。所以有些解码器号称使用低噪声飞秒时钟对抖动完全消除,并且输入只要数据没有 错,效果是一样的,俺只能告诉你,是指标没有影响, 声音其实还是哪个转盘输入出哪个声. 做到一定指标后,听感上的声音好坏跟更好的指标关系不是太大, 我一直怀疑失真110db,与THD 是120db 同等情况下耳朵怎么听得出来,动态比超过120db后,如果动态变成了150后,是神马个感觉,抱歉 我现在发现目前几个hi-end顶级的功放,动态比好像没有超过120db的,而且失真都达不到100db。LP的动态才不到80db,我从来没有感觉到 动态有什么问题呢? 所以指标与声音的感受现在还是真的没有对上号来,纯指标党真要醒醒. 况且家庭听音环境噪声能有低于10分贝的吗? 意味着家庭里最 真实的信噪比,动态比,这才是最大的问题。 所以MSB做出了这个转换精度为28.5位后,官方宣传使用 了 “We believe humans are aware of sound outside of out”Threshold of hearing” 这 种严重非专业而且无法科学证明的用语。




    虽然我只是表达了我个人的观点 和事实,但我也非常赞成ESS9018,MSB等先驱,达到了更高的位数,作为独立的DA来说,更高的有效转换精度,其实 就是一种能力,对于专攻DA来 说,这种追求更高能力的方法非常值得肯定,否则行业就没有发展了,跟模拟电路一样,快二十年了,就没看见什么进步。其实作为 DAC,还有另一种作法,就是类 似于prism sound的独有的多重锁相环功能,让稍差的同轴输入也能达到更好的数字输出质量,解码器只是一个非常 普通的AK4395 (几乎是官方开发板电路),听过后对其声场,解析,密度,透明度很是震惊,我综合听过很多hi-end解码器,都是百万级的系统,印 象平平,但是 prism sound 8xr接上一个不到20W的专业系统后的效果,同样的音乐反而让我震惊,这也是让我们觉得,问题并不出在DA过 程,而且DA接收 的高品质数字输入质量,即IIS+Mclock质量。  


     享声音响在2012年研发D100 PRO时就发现,享声当时的低噪声时钟实测指标已经不错(如下图),完全满足几乎所有DAC的要求(当时也做了一台 解 码器与D100 PRO相连),但是发现播放要热一个多时小时后声音才能更好(这在D100 PRO大量的评测中都提到热机与非热机巨大差别),后来 我们 到南京某军工托朋友关系,私自做了一颗超低噪声,超高精度的OCXO,才发现,低频噪声其实影响只跟DAC指标相关(只要达到DAC要求即可),达 到指标 后,跟声音关系并不非常大,最后我们在D100 PRO上加上了一个小的加热装置,使得D100 PRO在非极端情况下,一般30分钟就能达到稳 定状态, 这在后面的A系列当中都有一些应用。




    最近享声的高精度与飞秒级的时钟,精度达到了非常高的水平,同时噪声也很接近超级低噪声 时钟,噪声完全满足ESS9018的指标,效果确完全不同,因为对 温度的精度在同等情况下提升了接近30倍,整个指标甚至好于一些国产消费级OCXO.我 们的要求因为较高,导致现在工厂无法量产,只能以做样的方式每个检测才到达指标。这个首款应用是在Esther M1pro上的效果,同样的电路,就是不同的FPGA算法与新的时钟,即使是一个简单电路的便携播放器, 第一次听到我们都感觉到震惊,连 ESS CTO Peter(下图右,中为本人)一耳朵听下来认为more details, separation and transparency total differently, 跟他介绍完实现区别后,他认为这就是数字输入以及clock质量不同导致声音非常大区别的典型案例。




    所以关于DA部分的分享,DAC的好声与否个人认为关键在于经验与设计水平,是一 个系统工程,当然首先要做到芯片应该有的指标,这是必要的(不要犯错是 基础),但是不同的DA芯片其实来看DAC来说是没有太多的可比性的,看看 16bit下的所有指标即可,接近16bit下的极限都是优秀的指标.因为任 何一个厂商来说,单个DA芯片所占的成本比例,很难超过1%,享声是远低于 0.5%,因为我们主要是FPGA完成了大部分关键工作,除了用两片外作单声 道模式外,性能上已经没有太多意义,更多的并只是音色上的满足,其实因为芯片 延时不同,并太多反而可能会有点影响解析。 对于DA过程来说,IIS质量 对DA至关重要,然后整个电源的设计也是非常关键,如数模供电处理等。同时 LPF,模拟放大也是设计的重头大戏,其实芯片指标,跟LPF关系最大.最后 要说一句就是PCB设计,特别像高指标的芯片,布线水平直接影响指标。 当然 对于音色以及音乐性的控制,那就方法太多了,电源,数字滤波器,LPF,放 大电路,耦合,避震,甚至一个接地点都有影响,所以这都需要厂商设计要注意细节。


    对于用户来说,其实耳听为实,多听听顶级的音箱或耳机系统,而且要多对比,几年后自然而然会有一种体验,会有所获.现在互联网行业比较浮噪,包括部 分 HI-FI厂商也是如此,比如追求768khz,追求真正32bit (实在很抱歉的告诉你,ESS9018真实的转换精度都没有超过24bit), 如果 连16bit都没有做好,其实谈更高频率,更高比特是没有意义,到了16bit 44.1khz无损后,理论声音效果已经达到了顶级的水平,家电论 坛曾经 听过张春一老师拿的CD格式文件(下图为当时试听的环境),我也听过24bit的版本, 在A200S下已经把几万的CD机用CD碟片还要好不 少。现场反 映,音源保证的情况下,其实根本不在于高码或CD格式,而在于如何真正做好每一个bit的精准还原,稳定还原,16bit的效果做好了已经可 以惊为天人, 不信的话,请大家听听一些hi-end cd的效果,有条件的朋友,也可以试一下真正录音室的源16bit,44.1khz在A200S 或 D100 PRO与传统CDP对比。




    有些问题不方便讲细,或者不适合拿来分享,任何问题,可以跟帖或跟楼,我会尽量回答.关于分享四,也欢迎大家多提提主题与意见。



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最新评论

引用 Guomapi 2015-12-9 02:15
不错
引用 wwwping2011 2015-12-9 06:15
本帖最后由 wwwping2011 于 2015-12-9 06:18 编辑

支持专业人员发表高见! 谢谢!

请多讲讲FPGA,  谢谢!
引用 bbfat49 2015-12-9 07:35
说的不错。。
引用 卖女孩的小火柴 2015-12-9 10:48
缺失真正的母带文件,像linn或2l放出来的那些,即使是44.1k/16bit的,效果已经比普通cd甚至sacd抓鬼都好了至少一个瞪次
引用 bigmusicfans 2015-12-9 13:15
虽然技术看不懂,相片中楼主可是“小鲜肉”?哈哈哈
引用 soundaware 2015-12-10 09:14
bigmusicfans 发表于 2015-12-9 13:15
虽然技术看不懂,相片中楼主可是“小鲜肉”?哈哈哈

合影中间那位是本文的原作者哦,同时也是享声音响的产品负责人,楼主只是转载
引用 xs_horizon 2015-12-10 14:36
wwwping2011 发表于 2015-12-9 06:15
支持专业人员发表高见! 谢谢!

请多讲讲FPGA,  谢谢!

弄了半天,终于进来了,我只在微博发,大家有微博可以加微博。

FPGA在享声的架里主要是 1)硬解码 2)做出极高质量的IIS以及SPDIF。 3)后续会增加一些DA的功能,如DF,DA等。
引用 xs_horizon 2015-12-10 14:37
bigmusicfans 发表于 2015-12-9 13:15
虽然技术看不懂,相片中楼主可是“小鲜肉”?哈哈哈

30多,四十的人了。
引用 xs_horizon 2015-12-10 14:37
卖女孩的小火柴 发表于 2015-12-9 10:48
缺失真正的母带文件,像linn或2l放出来的那些,即使是44.1k/16bit的,效果已经比普通cd甚至sacd抓鬼都好了至 ...

音乐很关键。
引用 卖女孩的小火柴 2015-12-10 14:54
xs_horizon 发表于 2015-12-10 14:37
音乐很关键。

录音很关键,linn的pcm母带比2l的dxd母带好不少
引用 soundaware 2015-12-11 10:37
下周将继续为大家带来新的分享哦,大家可以讨论下想要看到什么内容
引用 卖女孩的小火柴 2015-12-11 10:42
这三篇就都挺好的,能再深入浅出些就更好了。
能不能再说说纯数字转盘这一环节。
引用 soundaware 2015-12-11 11:22
卖女孩的小火柴 发表于 2015-12-11 10:42
这三篇就都挺好的,能再深入浅出些就更好了。
能不能再说说纯数字转盘这一环节。

意见已反馈
引用 soundaware 2015-12-12 09:39
已经有烧友反馈下期分享意见,不知还有没有其他想要分享的内容呢
引用 曾经是九段 2015-12-12 09:43
要求曝光下代旗舰配置
引用 soundaware 2015-12-12 10:12
本帖最后由 soundaware 于 2015-12-12 11:31 编辑
曾经是九段 发表于 2015-12-12 09:43
要求曝光下代旗舰配置

目前处于保密阶段,待小编向上级申请一下透露一些信息
引用 qyy 2015-12-13 07:28
很好的技术文章,学习了。
引用 gogovip 2015-12-13 11:34
支持专业人员发表高见! 谢谢!
引用 soundaware 2015-12-14 08:59
gogovip 发表于 2015-12-13 11:34
支持专业人员发表高见! 谢谢!

感谢支持,如果对于下期分享有建议欢迎提出!

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