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【享声】用数据说话:实测同轴输出如何影响解码器

2016-3-23 15:46| 发布者: 体验中心| 查看: 9010| 评论: 44|原作者: xs_horizon

摘要: 经过漫长的等待,终于等到了享声音响xs_horizon——林先生的第五篇技术分享!本次将为各位烧友科普同轴输出对DAC的影响,前排自备瓜子板凳饮料! 想了解更多HIFI产品知识吗?想和林总进行直接讨论吗?扫扫二维码并 ...
     经过漫长的等待,终于等到了享声音响xs_horizon——林先生的第五篇技术分享!本次将为各位烧友科普同轴输出对DAC的影响,前排自备瓜子板凳饮料!


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    这是第五篇分享, 以前的分享详见本人长微博(http://weibo.com/xshorizon), 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,尽量多整理分享关于音响,数字音频相关的文章,由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。
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    因为时常接待大量的烧友的询问,加上一些DAC厂商的片面性的宣传,转盘不是数字0,1吗? 只 要数据正常,那对解码器有什么影响?其中包括了很多行业人士,靠口说,虽然也全面,但是这个解释这几年周而复始,正好公司今天同事也来问,于是下决心整理。
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    事实是数据基本都不会错,但是转盘好与不好,还是对声音有极大的影响的。至于怎么影响,我们就从模拟的失真以及底噪波形就可以简单看出。但是这个测试只是为了揭示有这个影响,但并不是为了说明这是唯一影响,事实上同轴质量如何影响DAC,这只是一个因素之一(具体有哪些方面,如何评测,因为享声在音频标准方面研究了五年多时间,有些技术细节作为保密目的不方便公开),所以请不要误解。
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    首先科普一下,什么是数字音频输出,标准的数字输出,基础协议我们总的概括为带有音频时钟及数据信息的传输协议。比如同轴,AES,光纤,BNC,甚至部分HDMI音频,内部是用SPDIF协议(这种是把数据与时钟调制在一起适用于稍长距离的音频基础标准),还有一种就是IIS,这个主要适合于机内传输,发送距离较短,不过也有单端转平衡的方法使之更长距离。 但是不管以上哪种,音频标准当中必然有数据+时钟的信息。 IIS如何影响解码芯片的性能,比同轴影响更复杂,以后方便时再考虑写个文章,这里只为了直观的做一个测试,说明同轴质量可以直接影响解码器的性能。
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    这里采用BNC接口+专业同轴线(D1),数字信号发生仪器用prismsound DS3 ,它可以产生各种高质的,参考级低抖动的数字信号,并且也可以模拟常见几种干扰以及jitter的情况, 看看在不同干扰下,解码器的失真以及图形变化来直观的方式来显示。 本来打算采用A280的同轴输入,解码输出作测试,因为我们认为A280的同轴已经达到了CS4398的参考极限(THD+N=0.0006% 左右),但是防止可能有偏向性,我们最后同样采用了带有专业锁相环功能的解码器Hilo, 也是CS4398芯片. DS3的同轴输出与hilo 是地线隔离的,虽然是同轴线,但是两者并没有地线干扰的问题,影响只是同轴线里面的信号,这与USB的影响是不同的(地以及信号干扰),同轴线采用D1 (购买时约2500元左右),在我们测试下100MHZ带宽下指标也是非常优秀,所以用在这个测试当中已经可以足够反应问题(后面还有对比更好的DA来检测此现的情况)。
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    首先DS3的同轴输出(产生测试数字信号)到hilo的同轴输入,hilo 解码后的模拟输出到DS3的模拟输入(测试DA的失真以及噪声情况), DS3 可以配置不同质量的同轴输出信号(都是1khz 的正弦波),来测试抖动对DAC的影响 (通过对hilo的模拟输出质量用DS3进行分析)。
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hilo 作为解码器
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hilo的配置


背部连接图


    这是软件配置输出:1khz 44.1khz 24bit 0db 的正弦波信号通过同轴发射输出,这样模拟能够测试到其THD+N(失真+噪声),同时全频FFT(就是把模拟信号的频率的角度来看)也可以看到全频的底噪。



    (左最高的是1khz的正弦波频谱,然后就是一些较矮的为谐波失真情况。-130db 为底噪)。
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    从图中看出,在在加没有加入任何抖动的情况下,标准24bit,44.1khz的 失真+噪声为0.0006%左右,这已经发挥出CS4398最好的性能(芯片参考指标),现在的底噪为 不到-130db, 这是hilo的最好指标。
hilo在这种高品质同轴下的最佳指标


    接下来,我们要对DS3的数字输出进行一些简单的增加jitter,看看如何影响Hilo的失真以及噪声. 首先在低频段加入一个100hz 正弦波,振幅为30ns (p-p), 结果看一下图像与失真情况:
低频100hz正弦波jitter干扰


100hz jitter 干扰后的细节


    可以看出,整个失真严重劣化,THD+N 从0.0006% 下降到了 0.0043%,整个频谱曲线也完全变形,低频区底噪下降到了-70db. 就是说,如果你的同轴信号,底频段有太多不干净,这其实会直接影响到DAC。 如果在20khz加入一个正弦波,那整个干扰就会带入到模拟里面,见如下图,全频段右边的干扰:
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输入20khz的正弦波干扰


20khz干扰的波形细节


    高频区的杂波这在之前是没有的,正是因为加入20khz的抖动信号后才出现的,虽然失真略有降低,THD+N=0.0009X%,但这会影响听感。 以上只是单一信号的干扰同轴输出,如果我们把带宽噪声加入,同时把jitter的干扰幅度加大,结果就是hilo 失锁,无法正常工作了。
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加大干扰幅值hilo失锁,无法正常输出


只有恢复到30ns, 才基本能够锁定,但是失真也是比较大的。
恢复30ns后才没有失锁,但失真变大


加入类似线路的宽带噪声干扰也是类似现象:
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微分带宽噪声干扰


    如果调高振幅同样会导致失锁,如果把同轴的频率变成192khz,这种失锁会更明显。  以上只是一个简单的例子去测试在数据完全正确的情况下,不同的干扰信号会对DAC解码器的影响,但是现实中的干扰远远高于实验中的简单干扰,更加复杂,作为转盘,全频率的干净底噪是DAC声音发挥出好效果的必然, 当然这个只是影响DAC效果一个直观的一个方面,底噪干净只是一个基础,影响的DAC性能发挥远远不止于底噪,其它如稳定性等也是非常重要。然而上述测试只是代表如AES,光纤,同轴,BNC等SPDIF协议,而一体机的IIS+MCLOCK的机内协议影响更为复杂,远高于SPDIF的影响,如果一体机如果要做好,需要注意的地方会更多。同时目前的转盘输出质量离参考质量还略有距离,这也是我们今后的方向。 最后要说明一点,USB接口并不是标准的音频数字协议,但是它是通过传输数据到XMOS等USB芯片,因为USB是一个地线依赖的协议,所以电脑或其它USB信号的噪声会带入到解码器,从而如上述一样影响到DAC的性能发挥,因为IIS不是一个隔离的协议,所以对USB输入的质量要求极高,是明显高于同轴,光纤与AES等SPDIF协议的。 最后满足一下之前那个同轴线怎么样, 仪器的理想解码是怎样,我就做一个测试,把这个同轴线的数字输入接入到DS3的输入输出,利用DS3内置的解码进行测试,看看专业仪器的性能是怎样的。
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专业内置解码测试


仪器参考指标


仪器参考指标细节


xs_horizon 晚2016/3/22


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最新评论

引用 soundaware 2016-3-23 13:48
前排占楼!
引用 chenbincyber 2016-3-23 14:02
并不能说明何问题?
引用 huizhen 2016-3-23 14:05
引用 wangyonc 2016-3-23 14:12
没搞明白这测试的意义何在
引用 xs_horizon 2016-3-23 14:36
我是作者,这个其实是为了减轻这一直以来这个问题的工作量,同轴/AES/光纤信号的质量对解码器指标都有影响的,更不要说听感,然而同轴数据却是绝对的正确。主要是说明,转盘性能不是0,1对了就行,影响有很多方向,我只不过花了点时间,把影响的一方面测了一下给大家看.
引用 wangyonc 2016-3-23 14:52
前面质量不佳,导致后面质量不佳,这很正常啊,看了个开头还以为要测试同轴线带来的影响,看到结尾发现不是这回事,原来开头红色文字里面没有“线”
引用 xs_horizon 2016-3-23 16:28
wangyonc 发表于 2016-3-23 14:52
前面质量不佳,导致后面质量不佳,这很正常啊,看了个开头还以为要测试同轴线带来的影响,看到结尾发现不是 ...

主要是很多人说,转盘只是0和1, 只要数据对了就行, 讲理论可能听不懂,所以就做个小测试,直观一点。
引用 versus888 2016-3-23 20:49
做这个测试为了什么,怎么做的(很清楚了),做完了得到什么。希望楼主结论部分要简明扼要,论证了什么,好让那些挑刺的朋友闭嘴。
引用 小白 2016-3-24 10:50
xs_horizon 发表于 2016-3-23 14:36
我是作者,这个其实是为了减轻这一直以来这个问题的工作量,同轴/AES/光纤信号的质量对解码器指标都有影响 ...

转盘性能不是0、1对了就行——这个好像是废话啊,经过那么多年科普我想大多数发烧友都会知道这个。其实很烂的转盘哪怕是vcd盘,和顶级的cd转盘,读取到的0、1数据是一样的(用数字录音机录下来对比很容易验证)。差别是其他方面造成。
引用 wangyonc 2016-3-24 11:33
本帖最后由 wangyonc 于 2016-3-24 11:42 编辑
小白 发表于 2016-3-24 10:50
转盘性能不是0、1对了就行——这个好像是废话啊,经过那么多年科普我想大多数发烧友都会知道这个。其实很 ...

我想吐槽这个实验就像证明,做一个菜,盐放多了会咸差不多。
如果做个实验来证明数字线怎么影响输出到输入的差异,譬如什么材质,什么绕线结构,什么介电,什么避震,什么屏蔽,什么长度,对数字信号的影响在哪里,这就大牛了
引用 darkfrank 2016-3-24 12:01
这个帖发在家电那种地方会比较有意义,那边全是相信0101就没区别的民科
引用 xs_horizon 2016-3-24 12:08
本帖最后由 xs_horizon 于 2016-3-24 12:15 编辑
小白 发表于 2016-3-24 10:50
转盘性能不是0、1对了就行——这个好像是废话啊,经过那么多年科普我想大多数发烧友都会知道这个。其实很 ...

有些简单的科普还是要做,因为实在问得太多了,还有我这个测试,揭示了一个方面,就是转盘输出的全频段噪声会对DAC有明显的影响,但那只是SPDIF 输出质量评估的一个方面,有时间会展开这一块来讲。
引用 小白 2016-3-24 12:20
xs_horizon 发表于 2016-3-24 12:08
有些简单的科普还是要做,因为实在问得太多了,还有我这个测试,揭示了一个方面,就是转盘输出的全频段噪 ...

科普还是支持的。不过除了这些客观测试外,其实不同数字源的声音差别还是很容易听出来的。那些01党我觉得根本没好好听。
引用 xs_horizon 2016-3-24 12:25
小白 发表于 2016-3-24 12:20
科普还是支持的。不过除了这些客观测试外,其实不同数字源的声音差别还是很容易听出来的。那些01党我觉得 ...

是的,现在年轻音乐爱好者对一些基本HIFI知识的了解缺乏比较震惊。

同轴输出质量除了低噪,精度,动态漂移等指标外,音色与乐感也是很重要的部分。
引用 卖女孩的小火柴 2016-3-24 14:44
好深奥,看不明白。请问如果把同轴换成光纤会怎样?
引用 greg1973 2016-3-24 22:30
竟然还有人用同轴,现在是i2s的时代了,楼主测测
引用 soundaware 2016-3-25 11:53
如果对本篇文章有疑问或者希望讨论的朋友,欢迎关注新浪微博:@xs_horizon进行讨论!
引用 xs_horizon 2016-3-25 18:24
卖女孩的小火柴 发表于 2016-3-24 14:44
好深奥,看不明白。请问如果把同轴换成光纤会怎样?

结果是一样的。
引用 royal 2016-3-25 20:18
楼主能否介绍一下网线口对信号的影响呢?

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