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[解码器] 从CHORD DAVE谈起没有前级的数字音量控制

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发表于 2018-2-8 12:05:04 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 gebegebe 于 2018-2-23 19:30 编辑

声明:此文抛砖引玉,欢迎交流探讨,相关数据和资源均来自网络,楼主没有实测,不负有任何责任。

随着DAC芯片厂商内置了数字音量控制,比如CHORD、ESS、AK等,很多解码器厂商也推出了带有“数字前级”的解码器,比如CHORD 、Mytek 、Weiss、谷津等,那么所谓的“数字前级”是什么?和传统模拟前级的优劣在哪里?

甚至有文章居然写到“官方自信宣布DAVE的数字音量,即使用到最大程度的衰减,其信息量与透明度可以超越任何模拟前级。”(来源http://www.headphoneclub.com/thread-379773-1-1.html

要知道好的前级价格不菲,几万甚至几十万的都有,那么究竟数字音量控制是何方神圣?


先了解下音量是什么。

声音是由声波构成的,声音的响度是由声波的振幅决定的,在电声转换系统中,用电压来记录声音振幅,也就是说在HIFI系统中音量或者说是响度是由电压(电平)决定的。

我们的录音文件就有有采样位深,比如16bit 24bit,bit在这里是二进制的位数,16bit代表二进制的位数是16位,换成十进制就是65536。为什么要用二进制,因为集成电路是0、1的逻辑电路。

而响度的计算单位是db,根据换算,1bit=6db,既电压缩小1倍,响度减少6db,也就是说16bit的录音文件最多可以记录96db的动态范围,假设一个发声体最大发出了100db的声压,那么这个录音文件在录下了100db音量的同时就只能录下4db的弱音,低于4db的弱音它就录不到了。

假设一个16bit录音的最大电平是2V,那么它所记录的最小电平就是2V/65536=30uV。

对于数字音乐文件,通常默认最大音量为0db,衰减通常是负数,比如-10db,-20db。






传统的音量控制采用的是模拟电位器来调节音量。最简单的就是可变电阻,初中物理就学到了V=I*(R1+R2)。

常见的电位器分类

http://www.51hei.com/bbs/dpj-52765-1.html




传统电位器
分档式电位器
继电器电控衰减器
电子音量控制器


简而言之,模拟电位器通过改变电阻改变了输出电平。






对于数字音量控制,很多人还比较陌生,其实也很常见,EQ均衡器也是相同的数字信号处理(DSP),只不过EQ改变的是局部频段的音量,而数字音量控制改变的是全频的音量。

数字音量控制并没有使用电位器,而是直接改变数字文件,比如原本一个音量的数值为65536(录音的最大值),在-45db时,65536*0.005604=367.263744,但是一个16bir的DAC只能记录65536个数,精度为1,那最小误差的做法就是367.263744看做367,会出现0.263744的误差。而如果是32bit的DAC,它就可以记录4294967296个数,如果最大数值依然为65536,那么最小精度变为了1/65536=0.000152588,也就是367.263744不会被误差成367,而是误差成367.263744±0.000152588,精度大大提高。

其他例子可参考谷津的说明,简而言之,16bit的DAC会有较大误差,32bit或更高的位数,可以大幅减少误差。
http://www.erji.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1939458



看起来事情得到了较好解决,但是还有一点,DAC的底噪问题,可以参考下图ESS关于模拟前级和数字音量控制的图示。

假设DAC的输出电平是2V,如果16bit录音文件在0db输出时,最大输出2V,最小输出时2V/65536=30uV,而如果衰减-45db,最小输出30uV*0.005604=0.16812uV,而这个DAC的底噪是1uV的话,那么底噪都远大于最小输出电平了,实际也等于缩小了动态范围。而传统的模拟电位器是通过改变电阻来改变电压,会同步衰减DAC的所有声音(包括底噪),原本DAC的底噪是1uV,那么DAC所带来的底噪就是1uV*0.005604=0.005604uV了,几乎没影响,而模拟电位器只受自己的元件底噪影响,如果模拟电位器自身的底噪小于DAC的1uV底噪的话,那么就好于DAC的数字音量控制。

2.jpg
3.jpg

4.jpg




当然,ESS在PDF中自吹它的底噪低至-135db,但官方给出的指标通常是极端条件下的,在DAC厂家设计了模拟线路和滤波后,真实的底噪并没有宣传的那么好。









下图是某前级制作者的THD数据图,有传统的前级比如金嗓子C-2820、PGA2320(不是实测)和他自己的模拟前级,作为参照的则是lyra2/weiss dac202/es9018的数字前级。


28288_1497242221.jpg



看图可以看出对于普通的数字和模拟前级,受底噪影响,THD和音量呈线性关系,底噪较低的THD参数也好。但某模拟前级的底噪会随着音量衰减而减小,这样虽然在0db时THD不如ES9018,但随着电平衰减THD则可以反超。

由于金嗓子C-2820、PGA2320不是实测,只是根据手册计算,所以是否模拟前级都有这一特性还不清楚。

总而言之,无论数字前级还是模拟前级,都需要尽量减少底噪,模拟前级的底噪是有可能随着音量衰减而减小的(具体原因不明),而DAC的底噪是固定不变的。




还需要考虑的是,目前的32bit DAC(ES/AKM系列)和64bit DAC(CHORD)只是分辨率达到了较高水平,说明软件算法的能力,但还要考虑DAC/ADC的精度,也就是误差总是存在的,具体的有效位数可以参考链接里的公式https://e2echina.ti.com/blogs_/b/adcdac/archive/2015/02/03/adc-i

分辨率高的DAC并不一定精度也高,如果误差较大,那么在实际的输出结果就不会和计算结果一致,当然无论是否计算,DAC的误差总是存在的,但因为数字音量计算是衰减得小数,基数变小,那么误差就会放大。

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主观部分,笼统一说,

数字音量控制的优势是偏凝聚,强音,清晰感和实体感强,声音比较沉稳,背景黑,主体更加突出,缺点是偏干硬,弱音显得少。
模拟前级的优点是弱音信息丰富,声音更流畅,但整体容易发虚,发散,空松。

其实每个数字前级的声音并不一样,但其实也依赖软件,比如QV就很有意思,PC端的foobar数字音量并没有锁死,可以和内置的数字前级一起控制音量,二者的声音就差异明显,内置的数字前级就更有模拟味。

测试的带数字前级的解码有谷津QM、QV, CHORD HUGO2、DAVE, Mytek Brookyn+、Manhattan。作为参考的模拟前级有SRM-717 SRM-T8000 Luxamn DA250 Linear 5 HA5050以及Brookyn+、Manhattan自带的模拟前级。

有一点需要注意下,Manhattan连接带有by pass功能的SRM-T8000,数字前级模式下,听觉底噪声较小,而模拟前级底噪较大,在较高音量下听觉底噪更显著。
而Brookyn+使用自带的后级,自身的数字前级的听觉底噪的大于模拟前级,和曼哈顿有点相反,比较有趣。









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数字音量控制本身不使用电位器,但不意味着不可以使用电位器,数字音量控制+模拟电位器调节电平是可以同时进行的。

举个例子,数字输出电平减少6db,同时模拟电位器衰减6db,那么总的结果就是-12db

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发表于 2018-2-8 12:21:48 来自手机 | 显示全部楼层
写写这个挺好的。老燒基本都认同还是模拟器件设计的前级更好听。这是一个朴素但正确的结论。
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发表于 2018-2-8 12:31:35 | 显示全部楼层
我一直认为,DAC芯片的位数决定了内部的精度。当位数大于数字文件的位数的时候,多出来的比特就可以用来做DAC内部的无损的音量处理。当数字文件位数上去了之后。数字音量又会损失音质了。

数字 - 数字接口之间位数匹配也很重要,只能按最低位数的数字的动态计算。

比如你有64 bit的解码芯片,一个24bit的文件,你就有40bit处理音量。但是如果你企图用64bit数字接口输入到24bit解码器。即使你的64bit数字接口有40bit余量做无损音量控制,但是在你输入到24bitDAC的时候,这40bit会被转换为24bit的掉bit损失。
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发表于 2018-2-8 12:32:19 来自手机 | 显示全部楼层
太厉害了,条理清楚,通俗易懂
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发表于 2018-2-8 12:41:24 | 显示全部楼层
kyokyo 发表于 2018-2-8 12:31
我一直认为,DAC芯片的位数决定了内部的精度。当位数大于数字文件的位数的时候,多出来的比特就可以用来做D ...

数字放大的根本优势就在这里吧, 免掉了匹配问题
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发表于 2018-2-8 12:42:19 | 显示全部楼层
现在的数字音量越做越好,D类功放也越做越好!
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发表于 2018-2-8 14:16:12 | 显示全部楼层
dCS Rossini, Chord DAVE这种,都在用数字音量调节。。。
N10-->BLU2-->DAVE-->ME RL906
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发表于 2018-2-8 15:10:43 来自手机 | 显示全部楼层
chord好像未来会出数字功放 其实就是理解为高输出的dave就是了 可以驱动喇叭
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发表于 2018-2-8 15:36:34 | 显示全部楼层
求推荐性价比前级。
PS AUDIO P5:Aurender N100H>MSB Platinum IV>Audionet pre1 G3(eps)>MARK LEVISON 532h>ADAM COLUMN 3
Northstar 192Ⅱ>Directstream>Cayin A300P>HE6/1sc
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发表于 2018-2-8 15:42:55 来自手机 | 显示全部楼层
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发表于 2018-2-8 16:43:04 来自手机 | 显示全部楼层
D类放大器、开关电源、数字前级,这几样东西从技术角度看一点问题都没有,都可以做得很好,但都不符合“老燒审美”,这是它们在圈内被老燒群体普遍排斥的一致原因。
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发表于 2018-2-8 17:37:15 | 显示全部楼层
小白 发表于 2018-2-8 16:43
D类放大器、开关电源、数字前级,这几样东西从技术角度看一点问题都没有,都可以做得很好,但都不符合“老 ...

没事,老烧群体也逐渐被圈子排斥了
盲信任何一人永远是交学费的开始
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小白 发表于 2018-2-8 16:43
D类放大器、开关电源、数字前级,这几样东西从技术角度看一点问题都没有,都可以做得很好,但都不符合“老 ...

这种老烧,也顶多就是老,然后自以为烧

真正的老烧,心态一般都很开明,愿意接受新的东西,玩新的东西
这年头总有人喜欢秀下线,以突破下线为目标
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发表于 2018-2-8 17:58:24 | 显示全部楼层
当年WADIA就是选择升频+数字音量,但很多用户习惯上还是会将音量开到头,然后用前级调节。Rossini的音量控制更像是一个电平衰减,没记错的话,官方的说法是不建议衰减超过20dB(也就是10倍,6V变0.6V),但问题是20dB的衰减很多时候是不够用的,或许因为如此,dCS的建议是调节输出电平,所以说得明白一点,Rossini的音量控制就是个摆设。调整BIT控制音量的方法个人体验是很差的,细节动态都有影响,CHORD的东西本身就有点涂抹,调了音量就更要命了,Rossini声音比较素,调一点影响不太大,但和用前级控制还是没有可比性。

膜片型的电位器是最常见的,水平不行的厂商或很多DIY作品就靠着这个堆料了,一颗RK50怎么着也得4000吧,看起来确实很有脑放,但在音量控制方案中这也是最没技术含量的(花钱采购就可以)。

继电器+电阻的方案用的会多一些,成本不高(顶多是一些特殊阻值的电阻而已,然而E192系列的电阻也不贵),但切换的时候确实会有轻微的爆音,音量越大爆音越厉害,便宜的产品用过Antelope Satori,二手几千块搞定,更贵一点的有大绿钮,GRACE DESIGN貌似也是用的这个(M905),专业厂商这类产品主流价位在2-3W(DRAWMER之类的便宜,但那就只是用的电位器而已),羚羊可能是为了多卖点所以便宜些。民用的有一个天琴的前级是这个方案,就是标价5W左右的那款。这种方案也不算复杂,不过布线什么的会有要求,又想看的高端(精度 级进位数 遥控控制等等)又不想花大价钱,这种方案很值得考虑,国内哥诗德和金波都有用这个方案的机器。

音量芯片型的也有不同的设计,ARC用的那个是台拉斯的芯片,现在归属于MAXIN,早期款用的DS1666,后期好像是DS1808之类的,这个电路也不复杂,但效果确实不错,类似的好像欧胜也有几个这类的芯片,没仔细看。除此之外就是TI的音量控制方案,这个除了民用之外很多专业机也用,价格不贵,效果也还可以,只是这种设计往往不太有脑放,看起来既没有一坨一坨的继电器,也没有一排一排的电阻。

IV转换型的足够高端,但这个如同LZ援引的那篇文章中说的,一般人做不了,但能用上这套玩意的机器一般都不差,感兴趣的可以看看下面的这个文章,分析的马克前级
http://www.doc88.com/p-4641264781173.html。这套东西唯一的问题就是贵,但从技术角度上来说,确实很有料,不过话说回来,以今天的物价来看,326S或C2450这种机器的价格也没啥,无非是舍不舍得的问题。

除了这些音量控制方案外,AYRE的音量方案似乎可以单独算一种,机械开关+电阻控制增益来调节音量,除了他好像没别人用了,缺点是级数较少,调节精度也不够高(但话说回来,精确到0.1dB的音量调节似乎也没啥用,个人认为0.5dB就够了)
数字:iDAP6、PC
解码:Rossini DA
前级:mark 326s
耳放:diy
音箱/耳机:BM6A、009
电处:P5
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发表于 2018-2-8 18:57:02 来自手机 | 显示全部楼层
营养太丰富,进来猛吸。

谢谢楼主讲得明白,谢谢各位大侠接龙。
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