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1bit与24bit/96kHz DAC芯片

一、 关于24bit/96kHz数/模转换芯片
  目前,主要的24bit/96kHz数/模转换芯片制造商有几家,比较常见的是美国的Crystal公司和Burr Brown公司。
  Crystal公司的产品是CS4390。原厂公布的主要指标为:Delta Sigma方式,128倍超取样;适用于32kHz、44.1kHz、48kHz、96kHz;信噪比为115dB;动态范围为106dB。
  Burr Brown公司的普及型产品是PCM1716与PCM1728。原厂公布的主要指标为:Delta Sigma方式,8倍超取样数字滤波;信噪比为106dB;动态范围为106dB(PCM1716、1728的上述指标完全一样)。
  至于24bit/96kHz数/模转换芯片应引起大家关注的是解析力、信噪比以及动态范围三项指标。解析力就是反映声音强弱变化的能力,也就是将声音强度分解为224(16 777 216)种不同强弱的能力。信噪比就是声音信号强度与噪音强度的比值。目前,国内已有多款24bit的机种出现,采用的数/模转换芯片是CS4390或PCM1716。但是,某些24bit机种的信噪比不高,多数都采用Video CD的伺服(Servo)电路。这种类型的电路分为两种:第一种是独立时钟、单CPU控制电路;第二种是Philips提供的双时钟、带DSA接口的双CPU控制电路;这两种电路最大的问题是容易造成时钟被干扰的现象,使提供给数/模转换器所使用的时钟频率不稳定,造成较大的声音失真度。因此,这两种伺服电路是产生噪声的主要源头,这一点应引起厂商的高度重视。由于产生噪声的因素很多,如果不能有效地降低噪声使其降到最小,那么即使有再高的bit数也是无济于事的。当然,就是最伟大的设计师也不可能完全消灭噪声,因此,信噪比这个数字越高越好。动态范围就是从最小声到最大声的幅度。同时,也能反映出对声音的灵敏程度。理论上讲,1bit的动态范围是6dB,24bit的动态范围应该是144dB。但是,目前尚未有144dB的机种出现,其主要原因是由于录音设备及其他技术因素造成的。如:最先进的录音话筒的动态范围也超不过120dB,要想得到144dB的动态范围,至少录音话筒的动态范围应当超过144dB。
  二、 关于Delta Sigma及1bit DAC
  许多读者非常关心并希望能够了解1bit的含义,曾经有人提出过这样的问题:到底是24bit好、还是1bit好?甚至还有朋友提问:某某机器说是1bit为什么输出是24bit?到底这样的机器是24bit还是1bit?其实,针对第一个问题很好回答:如果单从量化的角度看,当然是24bit好过1bit,然而,问题决不是如此简单,它涉及了两个完全不同的技术概念,其一:24bit、1bit是关于量化的概念;其二:这里又牵扯到多bit、1bit 解码方式的概念;那么,针对第二个问题可以肯定地回答:从来就未曾有过量化精度为1bit的机器,而这个问题需要解释的是有关1bit DAC的工作原理,因此,对以上问题作一次较为全面的解释是非常有必要的。
  自从1987年Philips公司生产的全球第一颗1bit(单比特或称为单位元)DAC芯片问世以来,Philips公司便将这种单比特技术全面应用于其公司的高、中、低不同档次的数码音响产品上,随后,某些日本厂家也将单比特技术应用于自己的HiEnd产品中。而在当时,除了Philips及日本的产品之外,其他国家的产品仍然采用的是多比特技术。对于单比特技术而言,实际上是在比特流技术理论的基础上演变成的不同数学模型用来处理经过量化的数码数据,常见的单比特技术形式有:Bitstream、MASH、Delta Sigma等,由于近几年来美国Crystal公司在单比特技术上的卓越成就,使同为单比特的Delta Sigma方式大受好评,Delta Sigma方式不仅仅被广泛应用于中、低价位的数码音响系统中,更重要的是Delta Sigma方式还被相当多的厂家用于其生产的顶级HiEnd器材中。
  1.为什么采用单比特技术?
  单比特技术最重要的目的就是要将多比特的数码信号直接以1bit DAC进行解码,再利用模拟电路或数码电路将数码音频信号调变为模拟音频信号。其最大的好处是它不再像多比特解码器一样需要用到16或18、20、24个很精密的基准电流来代表经过量化后的多比特(16、18、20、24bit)数码音频信号。因为,多比特系统在低频部分由于基准电流太低的原因,使信号变得相当微弱,如果电源或电路设计不当,就很容易造成解析力大幅度降低,一般来说,多比特系统常见的非线性失真及过零失真就是这样造成的。因此,采用单比特技术可以避免多比特系统容易造成的非线性失真及过零失真。
  单比特系统的另外一个好处是一个芯片解决问题,配备了具有超取样技术的数码滤波器及插值(或称为插补)算法,目的是将经过激光拾取器拾取的数码信号在进入解码器之前的过程中所增加的高频噪音,或模拟信号在进行数码化时产生的量化噪音,通过超取样的方法加到较高的频率。然后,利用插值读取的数码信号在经过超取样之后,数码滤波器用插值算法在数码信号之间插入了一些数码信号,对形成的数码曲线进行修补处理,以获得较佳的平滑度。与多比特系统相比较,多比特系统中的数码滤波器是与数模转换器分开的,在电路设计方面,版面占得较大,电路较为复杂,设计难度较高,因采用器件多而造成成本偏高,想出好声音并不容易。其实单比特系统是一种返朴归真的设计,尤其是Crystal的Delta Sigma结构,将数码滤波器、数模转换器(1bit DAC)全部放在一个小小的芯片中。因此,它的外围电路非常简单,采用器件少,较为经济,只要你的电路设计合理、电源干净、信噪比高,一定会有满意的声音表现。目前,Crystal的Delta Sigma家族有:CS4328、CS4329、CS4390、CS4393。
  2.关于Delta Sigma
  多比特系统的解码原理是:一次对16个数码位(或18、20、24个数码位)进行解码,数码信号不需要经过调变的过程,也就是说,不需要重新排列信号。
  单比特系统的解码原理是:一次对1个数码位进行解码,数码信号还需要经过一个调变电路(Delta Sigma),也就是说,还需要重新排列信号,将处理过的单比特数码信号连贯起来,送1bit DAC进行解码。而这样对信号的处理方式,就称为Delta Sigma方式。其原理是:先对接收的数码位进行超取样及插值运算处理(可以接收16~24bit数码信号),然后再进行Delta Sigma调变,将调变数据送1bit DAC进行解码后,再转换成模拟信号输出。
  举例来说,一串用细绳穿起来的珠链。我们用两种方法将细绳上的珠子取下来,第一种方法是:分若干次取,每次取下固定数量的珠子;第二种方法是:有多少颗珠子就取多少次,每次只取一个珠子。实际上,第一种方法就相当于多比特方式,只有接收到全部16位数码后,才进行一次解码处理。第二种方法就相当于单比特方式,一个数码位一个数码位、连续不停地解码处理。对于大多数人来说,没有必要将Delta Sigma的数学理论弄清楚,只要知道多比特与单比特的区别,它们各自的工作方式有什么不同就足够了。
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杂谈1bit与多bit

肖先生(原创工程师)

 

LDH说得对,如果换CD机最好选择DENON或TEAC产品,SONY就暂时不要考虑了。主要原因是SONY和PHILIPS的数模转换方式大同小异,都是1bit技术。如果以前都玩的是1比特的东西,为何不试试使用多比特的CD机。这里要声明的是,不是说1bit方式不好,关键是现行CD格式限制了1bit优点的发挥。CD是以多bit(16)方式记录的,1bit-16bit-1bit转换过程还是多了个16到1的内容,总会带来一些问题。PHILIPS和SONY很聪明,早就发现这个弱点了,所以当DVD出现时,它们不会再坚持用其实也是自己CD格式的DVD-AUDIO格式了,而是推出全新的SACD格式。

先聊一下SACD。早期录音有用多bit方式完成的,现在几乎清一色DELTA-SIGMA 1比特方式录音。SACD就是看利用这个特点,全过程都使用1比特,少了录音到CD的抽去和CD到解码的插补步骤,听到的东西几乎就是麦克风收录的东西。我看好SACD!

转回换CD机这个话题,现行CD机可能还是多bit方式的表现更好一点,因为毕竟少了一个16到1的环节。除去SONY/PHILIPS不谈,现在高档的数字音源无一例外的用多bit方式(有时称电阻网络方式),看看MARANTZ终极型号CD-7也用回多比特的TDA1541,当然MARANTZ这样用有可能有其它因素在里面,库存?双皇冠固然好,但毕竟是四倍插补,还没等着别人用多少就有8倍插补的DAC出现了。回头看,其实四倍插补做好了也应该不错,可惜盲目追求指标是主流,过去有,现在有,将来还会有。

1比特和多比特另外一个不同是小(弱)信号表现能力,多比特明显强于1比特,失真相差几个dB。为什么?因为电阻在精密程度(光刻)和热噪音(材料)上对信号影响相对小些,而1比特的电容和积分电路对信号影响则相对大些。最后一个不同是强弱信号反应能力上,多比特也明显强于1比特,试想一下,8倍插补后的信号以极限变化(65536),多比特是通过电阻网络立刻表现出,而1比特要通过1比特到1比特的次次电容充电到最后一次放电过程,按理说结果都一样,可实际就有差别。

反映到音乐表现,用冲击力说法就可以简单概括。1比特无零点交越失真是个优点, 但多比特DAC很早就利用例如双DAC做正副半周转换解决这了问题。而1比特DAC似乎到了今天才重视自己的问题,现在出现的很多新技术就是针对1比特这些缺点产生的。MARANTZ加那个增幅器(HXXM)看样也不仅仅为了调声。其实以当前的技术而论,1比特和多比特DAC差别很小。唯一可惜是目前1比特CD机大多还是用几年前的DAC! 这也是我认为1比特不好的原因。

1比特DAC出来的声音,特别是在一些大系统上听,总是有过为浓郁感觉,人工美化的东西过多了点,如果你就是听人声和弦乐,OK!那就坚持用MARANTZ东西,否则,交响乐的浑浊、钢琴的沉闷(形容过了点)总是觉得不太对劲。当然这些形容多是指MARANTZ。SONY或其它DELTA-SIGMA的清丽另当别论,声线过细是不是问题?留到以后再论。反观多比特DAC出来的声音,开始听来有些人可能不习惯,可越听越感觉真实、自然。刚才说过1bitDAC听弦乐觉得很美,但当你听用多比特DAC转换出来的声音后,提琴发出声音的那种质感、那种更真实的美是无法用人工美所能取代的。记住,在商店里你很难下结论,只能是把东西搬回家一个人仔细感受才能得出结论。

讲个我的经历。想起当年买MARANTZ CD16,CDM4 PRO+1547实在是诱惑,所以,在94年春节前的某一天花8600元(当时是一年积蓄啊)欢天喜地地把它抱回家,以取代我以前的MARANTZ 94,可是听来听去,总是让我感到失望。慢、钝、朦,这就是我的夸张感受!难道是先入为主吗?坚持几个月还是接受不了,最后让几百元的价格出手了都这样廉价。其实1比特CD机也有让我感动的东西:PHILIPS 600,真的和MARANTZ有所不同。可惜PHILIPS 800,MARANTZ 15没有在自己认为好的环境下听过。我不想谈现在的19、17、16D、14是什么声音,听过是听过,带有“偏见”再发表意见就不公正了。不管怎么讲,MARANTZ CD机毕竟是我最佩服的产品。可惜啊!如果MARANTZ有一款用例如PCM63、PCM1702或AD1862,我一定买!有句实话还是要讲,除去DAC,MARANTZ其它方面的制作无人能比,如果讲与其它日本CD机相比,DENON、TEAC使用别人的伺服,看那么多的走线多少有一点点土炮的味道,对不起,话是说大了一点。

如果你没有玩过多比特的CD机,我的意见是劝其换一台这样的CD机,如果觉得不好,就当是一次经历,看看在你自己的听音环境下到底有什么不同。

再谈谈我对知道的,现有的CD机的看法。

DENON 10II(HDCD III为什么还没有见到)DENON2800(2880)TEAC 25N(25XN),TEAC8N 欧美机还是不说好,因为性价比低了点,好的东西太贵了,现在,不如拿这么多的钱玩SACD机,或相对花少量的钱玩二手DAC了,记住,要有软件DSP的东西,补品让你眼花缭乱的东西不见得好到上天,更多地给你是心理满足。当然声音应该是好点,心理作用更不可忽视,每个人或多或少都会有心理作用,听音乐时的心情不同,感受也有很大不同。

多比特DAC产生的共性的东西不谈了,想从技术角度看这些机器有什么不同。

DENON和TEAC的光头部分基本相同:SONY240A,DENON2880好象用的是三洋的东西,以我的观点都是廉价货色。但TEAC的VRDS结构略胜一筹;DENON用的是NPC给DENON专门开发的数字滤波器,我猜测是类似TEAC使用的NPC5843一样的东西,只不多加进数字反相功能,最好的5842,NPC应该不会给;TEAC用NPC5843,再用普通74系列逻辑门进行反相,所以说技术相当,但TEAC还用了一颗AD1893,起减小JETTER和数字滤波方式切换的作用,所有数字滤波都有真正的16天生20比特功能。至于DENON所说的LAMDA技术,似乎没有什么,是指PCM1702是用两颗19BIT DAC解决零点失真问题?还是指四DAC平衡?可这也不是DENON发明的技术。DENON用的DAC是20比特DAC,四颗PCM1702;而TEAC25N是四颗20比特的AD1862,这里除TEAC8N用PCM1702做并联外,其它都是以平衡方式做转换,而且都是一出DAC就转非平衡,并不是平衡到底。因为有AD1893,这么看TEAC又胜出一点,模拟部分DENON用的元件好一点,特别是电容。结合上述原因TEAC25N价格自然高出DENON10II一点,我忘日圆报价,230?好象一样,25XN大概250。我为什么抬出8N而不说10N,10NSE,我的感觉是8N虽然VRDS档次没有10N好,但技术较新,好像10N用TDA1547,10NSE用PCM1702。8N一是像金嗓子CD机用并联DAC方式,而是数字滤波还可以调整,数字滤波方式可调性是目前的趋势,所以说仅谈多比特DAC方式的CD机,不到5000元的TEAC8N值得推荐,而且估计伺服部分应该是SONY全数字技术了,25N和25XN最大的改变也是XN用全数字伺服。TEAC缺点是走线较乱。同样DENON2800从价格讲也是很好的东西,少了一个变压器,少了数字接收以及用P档的1702(10用好一点的J档),OP稍次一点,其它与10大同小异。

其实SONY CD机吸引人的地方也有数字滤波方式可调。MARANTZ也学聪明了,CD19a也有此功能,CD-7就不用讲了。模拟部分弄来弄去对声音不可能有太大提升,弄过头的只能使声音太假了。当然也不能忽视模拟的作用,个村还是有个村的高招。

买什么CD机最终看自己的喜好,我只是谈自己的一些看法,可能有不对的地方请指出。建议看看楼下的“平横乎?24比特乎?”,有点内容!

文章来源: 转贴自《音响发烧站》2000.4.05
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以前是多BIT勝出
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1bit与24bit只是设计技术流派的不同,很难说哪一种声音好。数码技术还需要高超的模拟技术配合,只要运用得当,都可以出好声音。MBL用5532还不是照样生产了顶极前置放大器吗?
最后编辑雅倍思
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SACD将成为发烧界的主流,1BIT也会得到越来越广泛的应用。
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