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音频科普:如何通过DAC拥有更好的音质?

 fjgsd 2023-03-04 发布于广东
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你不可不知的DAC

Warwick Acoustics

前言

我也曾经以为只要耳机连接播放器或电脑就可以直接听音乐,后来才晓得,原来多媒体播放器都有内建放大器来放大信号、电脑则有音效卡(也就是DAC)处理数位音源,才能如此方便地播放音乐。

不过,因为非专业的电脑音效卡有一定的限制,讲究音质的聆听者常利用外接式DAC获得更高品质的音乐。外接式DAC论在解码芯片、电源供应、类比放大等方面,制作和设计都比一般内建音效卡更加讲究,是提升电脑音乐播放的利器。在操作上,不论是从电脑或CD播放器将数位信号输出至DAC,均需透过「数位传输介面」传输,常见的有以下几种:S/PDIF、USB、Firewire、AES/EBU、HDMI、乙太网路线等,其中又以「S/ PDIF」及「USB」在家用音响界最为普遍,以下将简单介绍这两种介面的应用。

长距离传输机器vs. 机器

「S/PDIF」,全名为Sony/Philips Digital Interconnect Format,是Sony和Philips这两大制造业巨头在80年代为家用器材所制定出来的数位信号传输,主要应用于CD播放器。同轴与光纤(如下图)

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而「USB」则是由Intel与Microsoft于90年代倡导发起,其开发的最初目的并不是用来传输数位音乐,主要应用于电脑。发表初期普及度远不如S/ PDIF,因此早期的DAC多配备「S/PDIF」接口。然而近几年,几乎每台电脑、智慧型手机都配有USB接口,随着这些电子装置的盛行,USB的普及度也大幅提升,甚至超越S/PDIF接口。再加上网路及音乐播放软体的发达,只要透过电脑便可轻松聆听自己喜爱的音乐,电脑、手机等装置逐渐取代实体CD,成为主流的聆听方式。

短距离传输芯片vs芯片

前述提及的S/PDIF与USB都是属于「机器」与「机器」之间的数位信号传输接口,适用于长距离的传输,但S/PDIF与USB格式的信号均无法直接传送到DAC芯片,必须先把信号转换成DAC片看得懂的「I²S(Inter-IC Sound)」格式,才有办法做数位与类比的转换。

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USB与S/PDIF传输

「I²S」是「芯片」与「片」之间传输数位信号的标准,适用于短距离的传输。因此,一台DAC中除了有DAC片以外,还必须有对应的S/PDIF 接收片或USB接收片,将信号转换成I²S后,USB接收片的品质好坏对信号音质影响很大,价差可差至百倍,一个好的USB接收片是音质优异的USBDAC的基础。

同步与非同步

不论是「机器」或「片」间的资料传输,发送端与接收端都必须要协调彼此间的步伐,接收与发送速度的一致性,是「资料能否如实传递」的关键。让两端同步发送与接收最简单的解决方式,就是发送端把资料(Data)与时钟(Clock)同时传给接收端,告知接收端发送的频率是多少,接收端即依照此时脉的频率接收资料。

如刚刚图片所示,而USB介面当初设计时只能单独传输Data,无法同步传输Clock,因此发送端与接收端须有各自的Clock,两端各依照自己的Clock 工作,称为「非同步模式」。试想,USB DAC(接收端)与电脑(发送端)要如何在各自有自己的Clock的情形下一起工作,而不会步伐不一致出现错误呢?

以下进一步来了解USB DAC的传输模式。

传送资料,精准度很重要:USB DAC的三种传输模式

想像棒球场上,投手与捕手之间要培养默契,传递讯号就像是投手(发送端,电脑)与捕手(接收端,USB DAC)之间的丢接球,为了维持两者之间的工作顺畅,USBAudio与电脑间协定出三种传输模式:自由传输模式(Synchronous)、改良的自由传输模式(Self Adaptive)与回授式传输模式(Asynchronous)。

(Synchronous)

自由传输模式

此模式就像投手与捕手蒙住眼睛、耳朵,并在投捕手之间架一座供球传输的轨道,双方约定好开始的时间点以及传、接球的速率,各自根据自己的时钟默数节奏,依照「默契」传球。这种模式的设计最为简单,但如果两者的时钟快慢不一致,一段时间之后,便可能产生传的太快导致漏接、或是因为传的太慢而发生扑空的问题。对于音质要求不高的USB播放器,所使用的便是此类模式的产品。

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(Self Adaptive)

改良的自由传输模式

各项条件与自由传输模式相同,不同的是换了个会自动调整接球频率的捕手。投手依然遵照约定,按照自己默数的节奏丢球;但捕手在接球时多了点诀窍,如果漏接了球,便随时微调自己的接球频率。然而,捕手并不是每次都可以猜中投手的投球节奏,不停调整接球频率的结果,有时反而会弄巧成拙。

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(Asynchronous)

回授式传输模式

此模式也称为「非同步传输」。投手、捕手依旧蒙着眼,但不同的是投手张了耳、捕手开了口。捕手一边接球、一边 理论上这是最好的方式,如果还能给捕手再配个名表( 优质的振荡器、甚至是原子钟),正是我们所期待的正确传输资料、低失真的理想状态。

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电脑扮演的角色就像投手,在回授式传输模式下,不但要寻找一个会开口数拍子的捕手(USB DAC),也要确定自己的电脑听得懂拍子。然而,并非每台电脑的作业系统都会听拍子,此时只能仰赖工程师在软体上另辟出路,自行开发DAC 专属的驱动程式,协助您打开投手的耳朵。由于作业系统版本众多,与其他应用程式间的相容性也是一大问题,「回授式传输模式(Asynchronous)」产品架构复杂,软体开发成本高,因此多使用于高阶的产品。

USB DAC 的优点与限制 

USB DAC 作为时下最流行的数位类比转换器,自然有它的道理,除了几乎每台电脑与手机皆有配备USB 介面以外,有别于其他传输介面,USB 介面不仅可以传输讯号,本身还带有电源供应汇流排,携带式的USB DAC 不需外接电源供应器,可由电脑主机直接供电,小巧轻便易携带。此外,USB 的高传输频宽可轻松传输母带规格的高解析音乐档案,满足发烧友的需求。

尽管USB DAC 使用极为便利,想利用「USB DAC」得到Hi-end 品质的音响效果,仍是一条辛苦的道路,这点需要回头讨论电脑的整体作业系统问题。现代人使用电脑时,常「多工」处理诸多事项,一边播放高解析度音乐,一边玩线上游戏,社群软体又不时地发出「叮咚」的提示音,多重音源却只有一个声音输出通道,势必要对三个不同取样率的音源进行「混音」的工作。

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由于不同取样率的音源无法直接混音,想在电脑上作「混音处理」,就必须对不同的音源做取样率转换(SRC, sampling rate conversion)。SRC 在音乐的编辑后制中经常可见,不过一般的电脑作业系统着重在资料运算能力,而非发烧友所追求音质至上的音频处理,使用一般作业系统的SRC,势必会影响音质。此外,自动电平/音量匹配(automatic level matching)也会影响音频讯号的处理,必须使用专用的音频播放软体及专属驱动程式解决此问题,由于内容复杂,不在此赘述。

如何拥有更好的播放品质呢? 

由以上的多方分析可知,如果想要追求更好的聆听品质,就必须在音源系统上多下点功夫。有些讲究音质的人会另组播放音乐专用的电脑,从避震处理、杂讯隔离到线材、电源、作业系统等都仔细琢磨,降低每一个环节的干扰,追求更高品质的享受。然而,并不是每个人都是电脑工程师,可同时精通电脑的软硬体系统,现在市面上已有贩售专门播放数位音源的电脑,称为「音乐伺服器」,不过其成本高昂,售价非一般人负担得起。如果不是电脑高手,又不想花大钱购买音乐伺服器」,购买一台Warwick的APERIO静电耳机系统也是个不错的选择,APERIO具有多种输入,包括平衡和非平衡模拟,AES3(AES / EBU),S / PDIF同轴,USB和以太网(LAN),再加上APERIO静电耳机系统解码耳放一体机,免去了选择电源、线材、耳机搭配的烦恼,一上手就能让你有一场美妙的音乐之旅。

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Warwick

本文转载自

https:///archives/106323《音响入门志》

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