【享声】浅谈DAC（解码器）

2016-3-23 15:42| 发布者: 体验中心| 查看: 15786| 评论: 23|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。