数字音频是Hi-Fi领域最容易被神化的部分——铺天盖地的"高解析"、"母带级"营销词让人晕头转向。以下十六条帮你把数字音频的核心概念梳理清楚。
1.ADC模数转换器。把话筒或乐器输入的模拟信号转换成数字信号的核心芯片。ADC的品质决定原始录音质量——录得不好后面怎么修也修不回。
2.过采样。DAC以远高于输入采样率的内部频率做运算(4倍、8倍、16倍)。好处是把模拟滤波器工作转移到数字域——模拟部分就能做得简单干净。几乎所有现代Delta-Sigma DAC都靠这个。
3.噪声整形。把量化噪声从人耳最敏感的中频推到不敏感的超声波区域。Delta-Sigma DAC高信噪比的核心就靠这个。代价超声波段噪声大需模拟滤波器处理。
4.抖动Dither。量化前往信号里加极微量随机噪声。看起来反直觉但实际消除了量化失真——把失真能量转化成平坦噪声,极弱信号听起来更自然。像在数字照片里加颗粒反而消除了色阶断层。
5.ASRC异步采样率转换。不管来什么采样率的信号DAC内部先转成固定高采样率再处理。用本地时钟取代输入信号里不稳定的时钟——有效隔离Jitter。ESS芯片内置了这个功能。
6.MCLK主时钟。直接输入DAC芯片驱动内部数字处理的主时钟信号,通常是音频采样率的256或512倍。MCLK的质量尤其是相位噪声是决定DAC性能的根本因素。发烧友那么看重时钟就因为这个。
7.PLL锁相环。用反馈控制电路把本地振荡器锁定在外部参考时钟上。从S/PDIF或AES恢复时钟靠这个。环路带宽越窄Jitter抑制越强但锁定越慢——两者需要平衡。
8.FIFO缓冲Reclock。把数字信号先暂存在缓冲器里,然后用本地高精时钟重新定时输出。USB异步传输就靠这个——数据进来暂存,读的时候用自己的好时钟来读。
9.I2S。芯片之间的短距离数字音频传输协议,把数据和时钟分开传输。用HDMI物理接口的I2S在很多DAC上出现,但没有行业统一标准——不同品牌引脚定义不一样。
10.AES/EBU。专业级数字音频传输标准用XLR三芯平衡线110Ω。信号电平和传输距离都比S/PDIF好——100米以上没问题。录音棚标准数字连接。
11.Toslink光纤。通过塑料光纤传输S/PDIF信号的接口。最大优点是电气隔离——彻底解决地环路嗡嗡声。缺点是Jitter通常比同轴大,带宽有限一般不超192kHz。
12.线性相位和最小相位。数字滤波器的两种相位特性。线性相位所有频率延迟时间一样时域波形前后对称。最小相位没有预振铃但低频延迟比高频大。技术控喜欢线性相位,听感派偏爱最小相位——没有标准答案。
13.升频。把低采样率音频插值到高采样率,比如44.1kHz升到352.8kHz。好处是把模拟滤波负担往数字域转移,坏处是插值算法引入运算误差。好算法能升出好效果差算法画蛇添足。
14.比特完美。数字音频路径中不做任何采样率转换音量调整或处理,原始数据原封不动送到DAC。很多发烧友坚持这个原则认为任何数字处理都是污染。但好的处理不一定比不做差。
15.零阶保持。DAC最简单的输出方式——每个采样周期内保持恒定输出电压形成一个一个的台阶。高频有镜像和sinc滚降,NOS DAC就是这种工作方式。
16.多比特DAC。内部使用多位量化器而不是1位Delta-Sigma架构。代表是传统R-2R梯形结构以及老式R-2R外加Delta-Sigma调制的混合方案。优点是无条件稳定、噪声整形要求低、声音更接近理想DAC。