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音频解码浅谈不用芯片的解码机才是最牛


  数字-模拟转换器(DAC)对数字音频源如各种CD机、SACD机、便携播放器和手机等是核心零件之一(虽然不一定贵)。DAC负责把解码好的数字音频流,转换为模拟音频信号。在这个处理过程中,芯片起到关键的作用。
  但是,有一类解码机器,它们里在采用的是全分立电阻网络电路(R2R)。相对一般芯片来说,这类机器就如同NBA相对蓝球世锦赛一样的存在。采用这种方式的解码机器很少,目前笔者知道的主要有三家。一家是英国的dCS,一家国内的Holo Audio,一家法国的totaldac,还有意大利Aqua的新旗舰解码Formula(其它欢迎补充)。
  一、dCS公司及产品介绍
  英国dCS成立於1987年,从创立开始,dCS就在数位讯源和解码的领域上努力。一开始dCS提供电子软硬体工程技术给予英国军方,应用在雷达、声纳等军事设施,也为商用卫星系统提供高精密电路设计与测试系统的设计,而通过这些技术开发和对于精准度的要求,奠定了dCS在家用音响市场上制作顶级产品的基础。
  1996年,dCS不再满足于专业领域的生意,决定进军hi-end家用市场。当年他们以专业机的技术基础,推出Elagr,这是第一部24/192的数位类比转换器。Elgar大获成功之后,他们又以专业机972(D-D也就是升频器)为基础,将其操控界面简化之后,作成家用机Purcell,这是第一部家用升频器(Upsampler)。继purcell之后,dCS融合Elgar与Purcell的特色,推出比较便宜的Delius数位类比转换器。
  经历二十多年的解码技术发展,数位格式的进步有目共睹,从CD到SACD,取样频率越来越高,频率响应越来越宽,这过程当中dCS功不可没,这家英国音响厂家一直是高阶数位音乐应用的技术推手。在CD以PCM记录数位音乐的时代,全世界专业录音室最常见到的数位/类比转换器,大概就是dCS,等到SACD出现,DSD格式成为更先进的数位格式之后,dCS仍是数位讯源的领导者,率先推出分体独立的DSD数类转换器,以1394介面突破Sony锁定DSD数位输出的限制。
  dCS的民用解码机器均是以音乐家命名,价格昂贵是其基本特点,那怕入门级的Debussy DAC均要10万左右,实在不是一般人能消费得起的。
  Debussy DAC解码
  dCS现在主售有Debussy DAC,Rossini转盘及时钟分体套装,以及Vivaldi四件套装以及最新的Batok解码耳放一体机
  1.Debussy DAC解码
  Debussy除了传统的数码信号解码播放外,更对应电脑多媒体应用,具有USB 2.0接口,能通过USB接口与电脑连接,作为外置声卡使用。
  Debussy DAC具有AES3、DualAES(24/192)、SPDIF(24/96)及USB 2.0(24/96)的数字输入。装备有专利的非同步USB技术,时钟更为精淮且jitter更低,能为电脑系统提供更高精度的音频解码能力。
  Debussy配合dCS顶级机种Scarlatti相同的Ring DAC架构,以多组5bitDAC组合而成24bit/192kHz的升频解码,将所有讯号超取样至2.822或3.07 MS/s,利用配合DAC的精密电阻,提高运算的精确度,将误差值平均,精确度便会更高。
  Debussy DAC装备有独家的数字音量控制,可直接搭配后级驱动,具有1组XLR及1组RCA模拟输出,具有两组滤波可选择,提供不同音色选择。
  2.Rossini 升频CD机及时钟套装
  Rossini Player可以读取CD,同时也可做网路串流并且都採升频解码处理,仔细一点应该称之为Upsampling CD/Network Player,不要以为他仅有播传统光碟片的能力,那就仅窥见了Rossini Player的一半功能。上方的播放机为Rossini Player,下方则是Rossini Master Clock。
  dCS之所以能成为数位讯源的领先者,除了与工程背景有关系,更重要的是他们为了音响产品开发出了许多一流的设计,其中以独家Ring DAC电路为首,Ring DAC与其他品牌採购DAC晶片后再次设计有很大不同,在取样率的转换上Ring DAC採取5bit/2.822MHz的特殊规格。
  2.822MHz这个每秒取样次数与DSD相同,dCS认为在这个取样频率上声音的时间间隔够小,波型可以达到非常接近类比讯号,但是DSD採用的是1bit的位元深度,仅能记录前后差异,纪录范围受到限制,于是将纪录位置提高了32倍成为5bit,因为每提高1个bit就需要多一倍的晶片组,所以无法无限增加,5bit是他们认为较平衡的数字。
  DAC除了规格还包含了类比处理,Rossini的DAC电路板上还包含了电源稳压、类比滤波、以及输出级 (A类),由头到尾都採用全平衡设计,要成就好声音在电源与类比部分很多时候比起解码规格更为重要,而且Rossini所使用的Ring DAC和旗舰Vavildi一模一样。
  dCS设计中的另一个重点是Upsampling,也是许多现代数位讯源常用的讯号处理方式。Rossini将这个升频内建在机箱中,而Vivaldi则是独立一个箱体。
  Rossini对于接受的数位讯号会一致性的提升至多阶DXD超取样处理,DXD的规格为24bit/352.8kHz,大约为4倍的DSD档案,Rossini会提升512倍的DXD至32bit/705.6kHz,最终再以DXD或转换为DSD经过DAC解码。
  Rossini的超取样处理主要针对PCM音乐档案,如果是以传输方式给予DSD的档案则不会进行超取样处理,而是直接播放。
  除了Ring DAC以外,dCS的数位处理平台(Digital Processing Platform)和讯号处理(Signal Processing)都非常重视。
  dCS对于数位处理平台採用了非常弹性运用的FPGA和ICs,可以自由编程处理平台,几乎可以在硬体中编辑任何逻辑与讯号处理,因此当想加入新功能时,只需要透过软体升级的方式就可以更新,有网路时仅需要线上更新。
  这个平台是dCS的核心,因为特殊的讯号处理以及与Ring DAC的并行,才得以实现高水准的声音。
  在任何的DAC中都需要滤波或更多的处理使得重建的波型贴近原始,因此许多DAC电路都会受到晶片或滤波器的影响,最终的声音都会因此产生不同,而dCS特殊的讯号处理则是透过FPGA,将此变数由FPGA控制,而FPGA又是能够自由编程的,所以不会有其他品牌DAC不可变的声音影响。
  在Rossini Player中已经拥有高精度的时钟,dCS是非常注重时钟系统的厂家,从历代的产品当中都会推出独立的时钟器材便可见一般。
  他们认为精准的时钟比控制时基误差(jitter)更为关键,时基误差的来源为电讯号的传递时间不同,讯号延迟致使类比数位转换器以及数位类比转换器发生採样、还原误差,在实时(real-time)的音乐重播状态下会产生严重的影响。
  另一个便是时钟发出的时脉讯号不够精准,会使得就算传输上没有干扰产生误差,也会因为时脉讯号一开始便失准产生失真,因此良好的时钟系统是非常重要的。
  dCS不但使用精准度高的晶体震荡器(crystal oscillators),而且非常小心地保护,外在的震动或是温度的变化都会影响到晶体振荡器,产生误差,对于时脉来源必须多加保护,并且让时脉讯号传输到目的地的时候,精准度就如同刚生成一样,在使用上从电源供应、讯号处理过程都会与主时钟一致,达到最高的精准度。
  3.Vivaldi 2.0四件套
  dCS全新推出新升级Vivaldi 2.0超级旗舰数码系统, 这款4件套装代表了当今最顶级数码技术的"不妥协"的颠峰之作,dCS全新Vivaldi Digital Playback System 2.0超级数字播放系统由4台主机组成,包括Vivaldi Transport 2.0转盘, Vivaldi DAC 2.0解码器, Vivaldi Upsampler 2.0数字升频器, 和Vivaldi Master Clock 2.0主时钟,兼容当今最新数字音频格式、同时也支持未来的数字音频格式的解码播放。
  2.0版本Vivaldi新升级包括Vivaldi Transport升级支持到2x DSD升频技术,Vivaldi DAC装载全新版本的Ring DAC组件,配合改进的时钟系统以及新的DSD处理器。Vivaldi Upsampler 2.0数字升频器配备的双倍频的DSD升频技术、 采用了新升级的独立网络和USB输入电路,配备新的播放软件系统和控制程序,支持2x DSD升频技术,提高了数码输入的性能,支持更多的网络音频流播放功能,同时增加了新的控制和音乐播放应用支持。dCS会陆续推出后续更新固件,让拥有强大硬件的Vivaldi 2.0能支持未来更多更新的格式和播放模式,让使用更灵活便捷。Vivaldi 2.0能提供现今最顶级的技术性能和最优秀的声音表现。配合双倍频的DSD升频传输技术,定制设计的新转盘和数码时钟、DAC部分配备新改进的增益设置、新算法的软件和新的数码过滤器。
  维瓦尔第2.0的升频器能从任何数码音源(PCM数码输入、USB, UPnP网络流,及iPod/iPhone)存取音乐,把它们从原本的取样率升至高分析度2x DSD。多个可选择的独立数码输入及滤波器,可以把来自数码流的声频讯号,提升至一个前所未有的高水平。
  Vivaldi 2.0的DAC解码器核心部分采用了自家研发最新改良版本的专利dCS Ring DAC核心组件,完全独立分离式的平行线路设计,非一般厂家向解码晶片制造厂购买成品晶片的数位解码器。采用以多组5bit DAC组合而成超级升频解码系统、配合48组记忆体锁相,dCS Ring DAC技术以多位元的方式来描绘波形变化,具备与原模拟波形最接近的表现,利用FPGA可程式化数码运算处理核心配合新改进的软件,让DAC解码器的运行速度更高、并提升运算的精确度,更出色的线性表现让声音动态及精确度更臻完美。
  用家可以通过条件更新Vivaldi Ring DAC,让FPGA可程式化数码运算处理核心具有两组新的映射程序,可以通过菜单简单地选取适合自己喜欢的运行程序,在表现力、音调等细节上有细微差别,用户可以根据自己的偏好和配套的设备选择。最新一代的Ring DAC集多项重要科技成果于一身,使它在动态范围、减低时基误差、改善声道分隔等方面都有长足进步,大大增强了音乐的真实感。
  4. Bartok一体机
  2018年,英国dCS音乐第一发布了一款集网络串流播放、升频解码、耳放/前级等强大功能于一身的Bartok巴尔托克播放器(以下简称Bartok)。这款以匈牙利现代音乐领袖人物命名的产品,不但揉合了DSD/DXD升频及串流音乐播放功能,还前所未有地加入了高保真耳放线路。
  Bartok的核心组件采用了源于Rossini系列的Ring DAC数模转换组件,这个组件有别于一般DAC所采用的D/A芯片,是以高精度电阻阵列组成的R2R模式工作,其操作核心选用了高性能的Xilinx Artix-7 FPGA,并且通过dCS自主撰写的程序,从而令Ring DAC拥有非同一般的5Bit字长解像力,其性能之强悍远非一般D/A芯片可以相提并论的。而且Ring DAC的处理速度也远远领先时下任何D/A芯片,David介绍现时Bartok上使用的Ring DAC仅发挥了35%的性能而已,未来厂方可以根据数码音乐格式发展的规格,及时进行软件的更新,从而令dCS的产品得以长时间保持在业界顶尖性能行列。而Ring DAC的另一个好处,是多段式DXD超取样和DSD升频技术,以及PCM6种、DSD4种的滤波模式功能,可以给予用家根据个人喜好调校出不同的音色。
  而且Bartok最吸引人的其实是其新一代的串流音乐播放功能,用家只需配合UPnP协议和dCS自行研发的App,便可通过局域网直接播放储存在NAS的音乐文件,同时可享受TIDAL、Spotify、Deezer等线上音乐服务商的在线高清音乐资源。当然了,苹果的用户通过Airplay就能进行无线串流播放。同时,Bartok不但支持Roon,还可对应最新的MQA编码,性能相当完善。
  另一方面,Bartok的机箱采用和Rossini系列相同规格的航天级铝材制造,并且提供黑色和白色两种外观选择。而背板的数字输入接线端子更涵盖了玩家所需:AES、BNC、同轴、光纤、USB、网络接口一应俱全,而且更提供2入1出的BNC时钟接口。模拟接口包括RCA和XLR各一对,方便Bartok连接各类器材。
  Bartok另一特别之处,在于内在了高性能的纯A类全平衡耳放线路,这部分线路采用独立供电,并且配以精密的无损耗数码音量控制线路。耳放输出功率达1.4W(RMS、33Ω)/0.15 W(RMS、300Ω)。而全新编写的操作界面,则可允许用家把输出电平预算在0/-10/-20/-30dB,而输出电压可作0.2/0.6/2/6V等状态的选择,意味着Bartok可搭配前级、后级或合并机使用,也可直接连接有源音箱使用。
  可惜的是,世界顶级的旗舰音源笔者在音响展上也很少见到,不过公认的世界第一的解码公司的产品,声音自然不需要担心,你只需要担心自己的钱包就行了。
  二、中国Holo Audio
  Holo Audio由著名大神Jeff所创办,他专门的Jeff音频实验室在业界现在已经很知名了,不过似乎在国外名气更大些,在国内只在高烧友中流传。他家的解码主要有中端解码青及高端解码泉II。
  1. R2R中端的青解码
  青解码分为三个版本,带解码耳放、带解码及音量及DSD纯解码三种
  "青"可以选配两种核心模组,一种是PCM数字模拟转换模组,另一种是DSD数字模拟模组。这两种模组都是全分立的电阻网络型DAC。通过如果选择了PCM模组的话,其内部源生的数字模拟转换方式为PCM模式,但是这并不意味着其不能解码DSD,"青"具备了完备的DSD和PCM之间转换的功能。也就是说,尽管装备了PCM模块,其还是可以解码DSD信号,只是把DSD信号转成PCM后,再进行数字模拟转换。所以,选配了PCM模块后,只是决定其源生的数字模拟转换方式为PCM,还是可以同时解码PCM和DSD信号的。同样,如果选配了DSD模组的话,其源生的数字模拟转换方式为DSD,通过内部转换也可以同时解码PCM和DSD信号。
  由于DSD信号由于无法做数字音量控制,所以"青"选配DSD模块后不能具备耳放选项。而且,其线路输出的电平也是固定在最大,不能变化。实际上,市面上绝大多数的所谓支持DSD的解码器或者解码芯片,其内部都是转成PCM处理的。
  "青"的数字输入接口包括,USB(地线隔离),RCA,BNC,AES,光纤,HDMI接口的I2S。所有的数字输入接口都支持DSD(DOP模式)
  笔者曾经仔细聆听过青的DSD解码器,播放CD格式。由于CD是PCM格式,所以经过了转换。在素质上并不能体现青解码的高素质,更多的呈现味道机的感觉。但是,其素质仍然远远胜过笔者常用的双AK4490解码器,而在味道上,偏向甜美的声音深得俺心。
  2. 泉II解码
  泉2是由Holo Audio出品的新一代全分立电阻网络式(俗称R2R)DAC。相对于其前一代产品"泉",新一代的全分立电阻网络式DAC模块,小信号时有更低的失真,也具备更快的转换速度;泉也是世界第一台真正支持DSD1024和PCM1.536M的DAC,其USB界面使用了自行研发的固件,具备超低延时,高可靠的数据传输,性能比官方固件高2-4倍;并具有飞秒时钟;同时改进了数字部分的电源和模拟参考电源。具备超强的性能,100KHz之内高于110db的PSRR和低于0.2uV的噪声。
  泉2的核心DAC模块是由分立电阻网络构成。其中一组电阻网络为R2R的改进型,负责进行PCM的数字模拟转换。另一组电阻网络为DSD特殊设计,给其命名为"矢量步进电阻网络"。泉2的这两组电阻网络均为全平衡结构,正负各一个,分别处于PCB的正面和反面。
  泉II采取了动态补偿技术,做一个额外的电阻网络,用来补偿主电阻网络的精度误差。通过这种技术,可以使得经过补偿后的等效电阻精度达到不可思议的0.00005%。这也是为什么泉的失真可以低到-114db的主要原因。至今为止,泉是世界上失真最低的R2R型DAC。
  笔者曾经试听过几天的泉II解码,声音果不其然的高素质和中性,解析声场十分强大。R2R的结构让它的声音相当接近笔者以前听到的高端黑胶的感受。
  三、法国Total DAC
  Totaldac是一个来自法国的新兴的,正在逐渐受到关注的品牌,设计师Vincent是一个从事通信电路设计多年的顶级工程师。Totaldac在模拟部分一样没有使用现成的解码芯片,而是采用高精度的分立电阻搭建成解码模块,所有电阻都经过严格筛选和配对。
  D1 Dual解码器
  D1 Dual每声道采用200枚高精度电阻来达到极低的输出阻抗和全平衡设计;时钟处理方面,设计师采用了通信领域中常用的先入先出(FIFO)技术使得解码器内部时钟几乎不受到外部输入信号时钟的影响;数字信号处理上,Totaldac有着自己开发设计用DSP芯片实现的数字滤波器以及DSD-PCM的转换算法,配合上分体电源,Totaldac具有热情奔放的声音,配合上独立的时钟处理模块,声音还可以进一步提升。最高支持格式:24bit 192KHz,DoP。
  d1 dual解码也是具备前级输出的,输出电平可以调整(通过一个遥控器的加减键)。这是一台带前级输出、带耳机口的纯解码。
  对了,机器叫做dual的意思大概是因为电源部分是分体的,所以构成两件套的形式。有意思的是电源分体的解码器主机一般都是很轻的,因为重量主要是在牛里面,但是dual的主机还是有点份量的,明显里面有较重的金属部件,因为机壳并不厚重,不是机壳的重量。这是个分立电阻网络结构的R2R解码,因此里面电阻应该很多,据说厂家采用的是特殊的电阻,而且从内部图看,机器的底部用了厚铜板。
  四、意大利Aqua的新旗舰解码Formula
  意大利Aqua推出全新Formula Dac解码器,是Optologic DAC系列的第一款全新D/A转换系统的旗舰解码器。
  由FPGA(现场可编程门阵列)芯片与4组双单声道R2R组件,配合专利DFD直接自解码技术,不带有任何数字滤波,输出端采用全分立元件组成模拟电路,以达到简单、大频宽、反应快速、无铃振、低失真、无负回授得完全纯粹干净的模拟音频输出。提供丰富的数码输入接口,支持24bit/384KHz的解码,定位于高级-顶级市场。
  Formula内部电路全部是Aqua自主设计,采用全分立的模块化设计(未来升级就方便了),是一款当下流行的R2R结构解码器,无过采样的设定保证声音最大限度还原(就是NOS)。自主研发的FPGA芯片,使用了黑科技光耦合器隔离,通过光电转化,有效避免数字部分和模拟部分相互干扰,数字、模拟部分又分两路变压器单独供电,也是为了避免干扰。不过,Formula不支持DSD。
  Formula这台解码笔者从没见过,也没听过。
  其余笔者所知的还有丹娜弗瑞普斯的TERMINATOR,不过,由于对其公司和这款产品完全没有见到说明,在此文中就一笔带过了。
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