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淺談對解碼器(DAC)的一些錯誤認識

——解碼器(DAC)的認知誤區
2014年09月03日 08:32  來源:中國數字視聽網  字體【   

【中國數字視聽網訊】小編今天在網上找到了一篇關于解碼器(DAC) 的文章,感覺寫的非常不錯,發上來和網友共享,全文如下:

這里我想專門為“解碼器”寫一篇,談談我認為一些基礎的東西,和一些最常見的錯誤認識。

其實從頭說,發燒友常說的“解碼器”是一個錯誤的稱呼。正確的稱呼應該是“數模轉換器”。英文是Digital to Analog Converter,縮寫形式為DAC。這里沒有“解碼”的概念,而是數字信號到模擬信號的轉換。所謂“解碼器”,AV中用到的杜比環繞聲解碼,那個是解碼,但DAC這個概念是“轉換”,并非解碼。不過,用解碼器這個詞來表示DAC,長期以來已經約定俗成了,所以大家理解就可。

由于當今是數碼音頻的時代,所以事實上我們生活中用得到的所有“聲音重播”,全部都是數字式的,也就是說本質都是用0和1組成的二進制數字信號來表示音頻。手機、電腦、電腦聲卡、電視機(基本都實現了全數字化)、隨身聽、錄音筆,我們用得到的聲音重播和錄音設備,都是數字音頻,沒有模擬音頻。事實上現在除了發燒友外,普通人士很多已經不知道什么是模擬音頻設備、模擬音頻媒體了。磁帶、黑膠唱片、磁帶錄音機、黑膠唱盤,那些模擬音頻的載體和設備,都已經進入博物館了,和普通人的生活,沒有什么交集了。

在這個數碼音頻絕對主流的年代里,所有的聲音錄制和播放設備,里面都有一個部分、一個芯片、一塊電路,是做“數字模擬轉換”這個功能的。也就是必須把0和1二進制信號表示的數字式音頻信號(Digital),轉換為模擬式的電信號(Analog)。什么是模擬式的電信號呢?它和數字音頻信號的最大區別是什么呢?一句話解釋就是,模擬式音頻信號,是連續變化的電信號,用波形表示的話是一個圓滑的波形。數字式音頻信號則只有0和1兩種狀態,非黑即白,沒有中間狀態。從電信號的角度來看,數字音頻信號是一系列的脈沖信號,而模擬式音頻信號是頻率和強度都在不斷變化的、非脈沖型的信號。

我們如果觀察黑膠唱片的表面,用放大鏡去看,就可以看到聲音留下的實際“波紋”。聲音的本質是振動,把聲音的振動記錄下來,就是一系列的波形。聲音從其本質來說,是“模擬”的,愛迪生最初發明的留聲機和保存聲音的臘筒,其原理都是直接記錄聲音的波形,從愛迪生時代開始,到后來的磁帶、LP黑膠唱片,都是模擬音頻的時代。模擬音頻為什么后來被數字式音頻取代了?根本原因是模擬音頻的錄音、復制和重播,存在很嚴重的缺陷——所有的模擬錄音載體,都有底噪,而且每一次的復制和編輯都會引入新的噪聲、新的失真。連每一次播放都會造成磨損。一份模擬錄音“母帶”在經過多次復制和編輯后,底噪就會變得很大。我的大學時代是卡式磁帶盛行的年代,那時過來的人,都知道磁帶每復制一次,音質就明顯劣化一次,當時有“兒子帶”和“孫子帶”之稱,專門賣磁帶給樂迷的專業“拷兄”,手頭即便握有原版磁帶,也不會用原版磁帶來復制的,而是會先復制一份“兒子帶”,再用兒子帶復制出孫子帶,賣給樂迷。為什么?因為原版磁帶每播放一次,音質也會損失一次,反復播放幾百次后,高頻響應就會明顯劣化了。樂迷們可以買到的“孫子帶”,其音質比起原版磁帶來,已經明顯劣化了,但當時的樂迷們,只能聽這樣的東西。這就是模擬音頻時代的痛苦了。

數字音頻時代一來,人們發現,數字式音頻由于是建筑在0和1組成的二進制信號之上,所以復制是無損失的,只要確保數據不錯,復制無數次,音質也不會有劣化。數字式錄音機、CD唱機,本身都底噪極其輕微,所以數字式音頻很容易做到90分貝以上的高信噪比,一舉解決了困擾了人們幾十年之久的噪聲問題。由于CD光頭的非接觸式設計,播放過程也是毫無損耗的。所以八十年代開始,以CD為載體的數字音頻迅速進入人們的生活,并且很快取代了模擬音頻載體和播放設備。當然現在又有不少發燒友在懷念黑膠唱片等模擬載體,認為它們聲音柔和、溫暖、有“模擬味”等等,這其中有“作”的成分,有膩味了數字音頻想尋找不同之物的心理。在當初,數字音頻取代模擬音頻,非常正常、順理成章,毫無任何冤枉或勉強的成分。從大局來看,數字式音頻雖然不象模擬音頻那么“自然”(聲波振動的本質是模擬的波形),但數字音頻具有巨大的優越性,完全應該取代模擬音頻。

既然數字音頻如此好,為什么還需要一個“數模轉換器”去把數字音頻轉換為模擬信號呢?關鍵是,在音響系統的三大件里,放大器和喇叭這兩個環節,仍只能處理模擬音頻信號。不管前面怎么搞,要讓我們的耳朵的聽到聲音,喇叭還必須接受模擬電信號、按模擬電信號來發出振動。如果給喇叭一系列0和1組成的脈沖數字信號,那喇叭只能發出無數雜音。所以放大器這個環節,本質是接受模擬信號,加以放大,使得信號強度達到足夠驅動喇叭的程度。喇叭的環節(包括耳機),同樣徹底是“模擬式”的,只能接受模擬式的音頻信號,才能發出有意義的聲音。

所以,音源必須輸出模擬音頻信號去給放大器。它不能輸出數字式的信號去給放大器和喇叭。所以,我們雖然身處數字音頻時代,音樂在大多數的時候都以數字式的方式錄制、編輯、出版、流傳、保存,但是當我們播放音樂的時候,播放設備(音源)必須輸出模擬式的信號,這樣我們才能欣賞音樂。也就是說,整個錄制和重播的流程是這樣的——原始的音樂聲音(模擬式的聲波)- 話筒錄制(模擬方式的電聲轉換,聲波變成連續的模擬電信號) - 被數字錄音機記錄下來(在這個環節模擬電信號被轉換為數字信號)- 編輯、出版(數字方式)- 重播 - DAC數模轉換(轉換回模擬音頻信號) - 放大器(模擬方式) - 喇叭/耳機(模擬式的聲波)。

所以,我們就知道,在所有的能播放數字音頻的設備里,從手機、電腦、電腦聲卡到電視機、隨身聽、藍光機,所有這些設備,里面都有一個部分、一個線路、一個芯片,是做“數模轉換”(DAC)這個活兒的,把數字式音頻轉換為模擬式的電信號輸出。發燒友所說的“解碼器”或者說DAC,只不過是因為發燒友很注重這個部分,認為這個部分對音質影響很大,所以選擇了裝入獨立機殼的、功能單一的“解碼器”產品。

發燒友們所玩的“解碼器”或者說“數模轉換器”或者說DAC,確實是一個重要的音源類設備。它屬于典型的、功能單一、音質至上的設備。從功能性看,可以說它只有一項功能——把輸入的數字式音頻信號轉換為模擬音頻信號輸出。但就這一項功能,不同檔次的解碼器,做得完全不同,而且風格各異。解碼器是目前發燒友所玩的音源設備里檔次高度豐富、品牌空前多樣的產品。價格從幾百塊到幾十萬元,有點名氣的品牌至少上百個。

所有的解碼器,看它的背面,都可以看到兩組接口。一組是數字輸入口(Digital Inputs),一組是模擬輸出口(Analog Outputs)。來自數字源的數字信號,從解碼器的數字輸入口送進去,在工作時,就從模擬輸出口輸出信號,接到后面的放大器環節,或者有源音箱。

數字輸入口,最常見的是四種形式——光纖(Optical)、同軸(Coax)、AES/EBU、USB。其中光纖口一般都是所謂Toslink,有3.5毫米圓孔和方口兩種(彼此可以轉換),臺機一般都是方口,隨身設備很多使用3.5毫米圓孔。同軸口有RCA式和BNC式兩種(家里的有線電視線纜一般就是BNC口,看看有線電視的接口就知道什么是BNC了),因此同軸線也有RCA頭和BNC頭兩種。其實BNC同軸口是有優勢的,但大多數器材仍是只裝備了RCA式的同軸口。RCA式的同軸口由于和單端模擬口長得完全一樣,有些初燒會混淆,其實只需看一點:模擬RCA口必然是一對的,分左右(標著L和R),而數字同軸口,只有一個RCA口,不分左右。

AES/EBU俗稱“平衡數字口”,是一種三針的平衡卡農口,在專業器材上運用非常多,因為它具有長距離傳輸抗干擾的優點,但是在家用設備上則很少見。不過假如用家的設備可以通過AES/EBU來連接,這還是一種值得優先考慮的連接方式。USB口,是近年來得到普及的一個數字口,畢竟現在很多人買回解碼器后,就是通過USB線連到電腦聽音。通過USB口和電腦交換數據的方式,也從早期的Adaptive Mode(自適應模式)發展到現在廣泛盛行的異步傳輸模式(Asynchronous Mode)。在這個模式下,解碼器的內置時鐘成為主導,降低了前端電腦對聲音的影響程度。

假如是沒有USB輸入端的解碼器——有兩種情況,一種是老式的解碼器,一種是很高級的解碼器——需要連接電腦,那么可以通過一種叫“USB界面”的產品來連接。電腦USB口接到“USB界面”,USB界面再通過同軸或AES/EBU口接到解碼器。我以前專門介紹過這種東西,可以參看一些舊文。

解碼器的模擬輸出口,就兩種:單端的RCA輸出,和平衡方式的XLR輸出。如果是隨身型的微型解碼器,那么可能會裝載3.5毫米的模擬輸出口。 3.5毫米的孔,可以做成耳機輸出、可以做成光纖口、可以做成模擬輸入或輸出口,由于其體積小不占地方,在隨身類器材身上非常多見。

下面是AURALiC Vega解碼器的背部,它的接口十分齊全,前面提到的數字和模擬接口都有了,大家自己認一認吧。音響入門ABC之六——解碼器(DAC)

AURALiC Vega解碼器的背部

AURALiC Vega解碼器的背部

有少數比較高檔的解碼器,除了這些常規的數字輸入、模擬輸出口外,有一種“時鐘接口”,通常采用BNC端子,這里也提一下。

所有的解碼器里面,所有的數字音頻設備里面,都有一個部件叫“時鐘”。其形式可以是獨立的一塊晶振,可以集成在芯片里,但起的作用是一樣的,它決定整個設備工作時的“時間基礎”。我們知道數字音頻的原理,是按44.1k赫茲(CD規格),或更高頻率(如96k赫茲),對連續變化中的模擬信號進行“取樣”(Sampling),得到一系列的值,重播音樂的時候,則必須依照這個取樣頻率,對模擬信號進行重建。在這個過程中,取樣和重建的頻率精度,是非常非常重要的,會直接影響到重建之后的模擬信號是否準確。因此解碼器內的“時鐘”其精度會顯著地影響聲音,F在很多中高檔解碼器都使用了高精度的晶振。比如前面提到的Vega解碼器,就使用了所謂“飛秒時鐘”,其具有飛秒級精度、極低jitter的特性,帶來了很高的聲音品質。

然而另外有一種獨立的高級產品,叫做“獨立時鐘”,代表作品是日本Esoteric的制品,包括目前全球最貴的售價達人民幣10萬元的G-0Rb超級時鐘。Rb是金屬元素銣的縮寫,這種時鐘用到了天文臺級的銣原子時鐘模塊,配合精心設計的電源、機殼、避震、周邊電路,可以做到音頻設備里最低的jitter。這種獨立時鐘設備,就是通過BNC端子的數字同軸線,與具有時鐘接口的解碼器相連的。連接后,獨立時鐘的信號就取代解碼器內置的時鐘,由此解碼器可以依據更高精度、更低jitter的時鐘來工作。如果數字源、解碼器都具有時鐘輸入接口,那么可以都接入同一臺獨立時鐘,由它來同步整個音源系統,達到最佳的效果。當然,這樣都必然是很高級的系統了,一般的中檔以下系統無法用到。不過價格較便宜的獨立時鐘也是有的,比如意大利M2Tech就有一款很小巧的時鐘產品EVO Clock,在圈內有一定知名度(下圖)。

M2Tech 時鐘產品EVO Clock

M2Tech 時鐘產品EVO Clock

關于“解碼器”,有一些非常常見的錯誤認識,我覺得是有必要澄清的,這里舉最經典的幾個例子,稍微解釋一下。

1)解碼芯片決定論。很多初燒是這樣判斷解碼器的:看使用什么解碼芯片。如果用的是他們認為高檔的芯片,比較貴的解碼芯片,那么就認為解碼器上檔次;如果用的解碼芯片不貴,那么就看死它了。關于這個問題,我專門寫過一篇,建議大家看看

事實上現在主流的解碼芯片并不多,比如在用ESS 9018解碼芯片的產品越來越多,廠家甚至還出了一個簡裝版的芯片供應給手機商,以使手機能達到更好的音質。近來使用日本AKM解碼芯片的廠家也在增多。有些歐洲牌子則始終青睞Wolfson的解碼芯片。但我們毫無理由說使用9018解碼芯片的產品整體音質必然優于Wolfson。同樣用9018芯片的解碼器,聲音的風格和檔次也可以差別相當大。這個問題我也無意多解釋了,看那篇文章就夠了。解碼器的聲音品質和風格有多個決定因素,是一個系統工程,絕對不是一塊芯片可以決定的。

2)解碼器決定論。也就是“只要解碼器好,前面可以不管”。這里的“前面”指的是給解碼器提供數字信號的設備,或者叫“數字源”?梢允请娔X聲卡、可以是CD機或CD轉盤,可以是隨身聽設備,可以是藍光機,任何帶數字輸出口、能接到解碼器的設備。這個誤區由來已久,早在CD機盛行的時期,就有發燒友認為CD機只要接一個高檔的解碼器,就能輕松達到高級的聲音品質。反正數字源只是提供0和1組成的二進制數字信號,保證不誤碼就行了!

這個理解是完全錯誤的。稍有經驗的發燒友就會在玩器材時發覺,同一個解碼器,當它接不同的數字源設備時,比如不同的電腦聲卡、不同的CD轉盤,出來的聲音,可以差別很大。我試過用很好的解碼器,前面接一個超爛的DVD機或低檔的電腦聲卡做數字源,結果出來的聲音非常難聽。把數字源換成一個素質不錯的CD轉盤,聲音馬上變得很好。不同品質的數字源,差別可以很大,可以有“生死之別”。我再說一次,稍有玩機經驗的發燒友,很快就會注意到這一點。  

問題的本質是,在CD轉盤以光纖或同軸方式連接到解碼器的時候,其數字信號的基礎,是CD轉盤的自身時鐘,而不是解碼器的時鐘。解碼器的時鐘哪怕精度再高、檔次再高,只能在一定范圍內做“修正”,而不可能去徹底取代掉前面數字源的時鐘。當我們把一臺很爛的DVD機接入一個高級的解碼器,來自DVD機的數字信號,jitter會很大,進入解碼器后,解碼器雖然能在鎖住信號后,在一定范圍內對這個jitter很大的數字信號做一點正面的修正(依據解碼器內部的高精度時鐘),但它沒法徹底改寫前面DVD機的時鐘,還得跟著那個很爛的時鐘走,一邊跟著、一邊矯正一些。在這個系統里,最終進入解碼芯片的數字信號的jitter,由DVD機的時鐘,和解碼器的時鐘,在兩個時鐘共同決定,而且以DVD機的破時鐘為主導。所以我們必須牢記一點,在數碼音頻流播放時,源頭造成的問題(數字源設備差,很高的jitter),后面環節是沒法徹底解決的。如果數字源出來的信號質量就已經不好,帶有很高的jitter,那后面解碼器再強大、解碼器內的時鐘精度再高,也是無能為力的。

不過有一種情況,解碼器的時鐘會起主導作用,那就是在USB異步技術傳輸時,F在大多數的解碼器,其USB口都采用了所謂“異步傳輸技術”,在與電腦交換數據時,是以解碼器的時鐘為主導的。也就是說只要確保解碼器素質高、內部時鐘精度好,那么基本可以確保較好的音質,前面用什么電腦,不是太重要。當然也不是說一點不重要,舉例來說,在電腦 - USB異步傳輸 - 解碼器的架構中,USB線、電腦系統狀況、電腦播放軟件,仍會影響音質,但這些因素一般不會成為決定的因素。

前面所說的,我再以簡單實用的語言復述一遍:如果數字源是以光纖、同軸方式連接解碼器的,那么數字源的輸出素質是很重要的,解碼器再牛也無法單槍匹馬決定音源的素質。一個很爛的數字源,足以摧毀再好的解碼器。如果是電腦以USB異步傳輸的方式連接解碼器,那么解碼器本身的素質是最重要的,雖然仍不是唯一的影響因素。無論如何,從理念上說,解碼器不是音源的唯一決定因素,不是說只要解碼器牛,音源就必然牛;數字源、解碼器、連接線,這幾個因素都在起作用。

最后總結一下,總的來說,在這個數字音頻時代,解碼器仍是整個“音源”范疇里最重要的一個環節。找到和擁有一個品質好、風格對胃口的解碼器,對于發燒友來說,是很重要的事情。我們身處的這個時代,特別是流媒體播放(播放音軌),可以采用的形式有很多:電腦+USB解碼、電腦聲卡+解碼、電腦+USB界面+解碼、NAS+解碼、獨立式的播放器、獨立式播放器+解碼、隨身聽播放器+解碼,等等。將來也許還會出現更多的流媒體播放形式。未來的hi-fi流媒體播放,我個人認為是一個多元化的趨勢,不同人群依據習慣各玩各的,不會存在一個絕對主流的形式。但不管采取什么形式來播放,解碼器終歸是音源系統中的最重要環節。

(編輯:石頭)

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