認(rèn)識數(shù)位音響：數(shù)碼OR模擬轉(zhuǎn)換器淺釋

    在制作比一專題之先，我們考慮到讀者對數(shù)碼/模擬轉(zhuǎn)換器的諸多疑惑，所以盡量搜羅一些數(shù)位音響器材身上可能會出現(xiàn)的專有名詞，然后以最清晰易懂的文字來說明給各位知曉，希望能在這些文字之中，讓各位對數(shù)位音響能夠有一些概略的認(rèn)識。

    數(shù)位/類比轉(zhuǎn)換晶片（digitaltoanalogueconverteric）

    我們都知道，當(dāng)數(shù)位音響在工作的時候，最后的一個程序就是將經(jīng)過處理的數(shù)位訊號給轉(zhuǎn)換成人類雙耳所能聽見的類比訊號（analoguesignal）。然而在這一個轉(zhuǎn)換過程之中，通常我們會采用兩種方式來將數(shù)位訊號還原。一種是傳統(tǒng)的多位元方式，另一種就是隨后才發(fā)展出來的單位元的脈沖轉(zhuǎn)換方式。當(dāng)然，這一些復(fù)雜的處理過程都必須使用大型的積體電路（lsi）來完成，要不然這些處理器的體積將會大的十分的驚人。以下就將兩種工作方式分開簡略說明。

    單位元方式：

    所謂的單位元數(shù)位類比轉(zhuǎn)換就是數(shù)位訊號在經(jīng)過多倍（cd音響的標(biāo)準(zhǔn)取樣頻率44.1khz的倍數(shù)）超取樣的方式作取樣處理之后，再經(jīng)過一個多重噪音整型程序（noiseshaping），最后送入一個被動式的類比濾波器之中轉(zhuǎn)換成為類比訊號。大多數(shù)單位系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換過程都是以pwm（pulsewidthmodulation，脈沖寬度調(diào)變）的方式來進(jìn)行，然而飛利浦獨(dú)家發(fā)展的位元流（bitstream）轉(zhuǎn)換方式卻是采用pdm（pulsedensitymodulation，脈沖密度調(diào)變）的方式來完成，這兩種處理方式一般來說無法相容。

    單位元數(shù)位/類比轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)是處理過程較為單純，造價低廉，而且可以不必像多位元系統(tǒng)一般必須很精確的要求每一個訊號位元的精確度，所以可以在一定的制作成本之內(nèi)取得相當(dāng)理想的轉(zhuǎn)換精確度與極低的失真度，相當(dāng)適用于一般的中低價位的數(shù)位/類比轉(zhuǎn)換流系統(tǒng)。單位元的數(shù)位/類比轉(zhuǎn)換流程一般可以分為幾大類，像是最常見的飛利浦元流方式、日本ntt所發(fā)展的mash(multistagenoiseshapping，多階噪音整型)以及新興的deltasigma方式等幾類。這些轉(zhuǎn)換晶片的工作方式雖然不太相同，但是多倍超取樣以及多次噪音型技術(shù)的采用卻是共通的。

    多位元方式：

    多位元的數(shù)位/類比轉(zhuǎn)換方式是比較早被發(fā)展出來的轉(zhuǎn)換技術(shù)。它的工作方式比較復(fù)雜，對處理過程之中的精確度要求也比較高。多位元的處理方式可以分為兩種，一種是所謂的電流加法式，另外一種則是較為常見的電阻梯型式。電流加法式的工作原理有一點(diǎn)兒類似打摩斯電碼一般，處理晶片之中有一組事先依2的平方根所建立的內(nèi)碼，這些內(nèi)碼會控制一個電流產(chǎn)生器，然后依處理晶片所接受到的數(shù)據(jù)控制電流產(chǎn)生器的接通或是斷開，就像數(shù)位資料之中的0與1一般，產(chǎn)生了一連串對應(yīng)于原數(shù)位訊號的電流。這些電流訊號最后再經(jīng)過一個電流/電壓（i/v）轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)變成電壓訊號，就可以得到逐點(diǎn)變化的類比訊號。而電阻梯形式就比較簡單而常見了，它就是先在數(shù)位轉(zhuǎn)換晶片之中建立一組由電阻所構(gòu)成的梯形轉(zhuǎn)換網(wǎng)路，所謂的梯形其實就是代表了訊號的類比波形，經(jīng)過取樣濾波處理后的數(shù)位訊號在送入這一組轉(zhuǎn)換網(wǎng)路之后就直接被轉(zhuǎn)換成一般的類比訊號輸出。

    一般來說，多位元的數(shù)位/類比轉(zhuǎn)換方式對于工作流程之中的精確度要求比較高，要不然會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的失真。

    例如在采用電流加法型的處理晶片時，若是電流產(chǎn)生器的瓜速度不夠快的話，那么就產(chǎn)生大量的開關(guān)失真。相對的若是采用電阻梯形式的話，若是電阻排列的精密度不夠，那么訊號就會成為不完美的鋸齒波，聲音的失真之大自然是無可避免。但是多位元系統(tǒng)若是處理得當(dāng)?shù)脑�，不但轉(zhuǎn)換的精確度相當(dāng)高，也會有速度快、動態(tài)大的優(yōu)點(diǎn)，所以目前幾乎所有的高價系統(tǒng)都仍然采用多位元的數(shù)位/類比轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，但是大多對轉(zhuǎn)換器的解析度、精確度及誤差等要求很高，所以造價也不便宜。目前較為常見的多位元轉(zhuǎn)換晶片有美國的ultraanalogue20400、burrbrownpcm63p以及analoguedevice1862等幾顆，當(dāng)然還幾顆較為特殊的日本制d/a晶片，這些我們會在下文介紹。

    數(shù)位接收晶片（digitalreceiveic）

    當(dāng)數(shù)位轉(zhuǎn)盤將cd片中所燒錄的訊號以光學(xué)方式讀取而出之后，經(jīng)過一組解碼ic的轉(zhuǎn)換，成為一組包含音樂資訊及時脈訊號的數(shù)位資料。這些數(shù)位資料在經(jīng)過cd轉(zhuǎn)盤上的各種輸出介面（諸如大家相當(dāng)熟悉的75歐姆同軸式rca、at&t玻璃光纖、日本eiaj的toslink塑膠纖、bnc、專業(yè)的110歐姆aes/ebu平衡式，甚至還有theta所獨(dú)有的single-mode單模式光纖）之后以一種制式的s/pdif（sony/philipsdigitalinterfaceformat，新力/飛利浦?jǐn)?shù)位介面格式，這是在數(shù)位音響發(fā)展之初，荷蘭的飛利浦及日本的新力所協(xié)議商定的一種數(shù)位訊號傳輸方式，音樂訊號是和時脈訊號混合在一起而被送出，在到達(dá)數(shù)位/類比解碼器的時候才又被分開處理）方式經(jīng)過同軸導(dǎo)線或是光纖的傳輸而送達(dá)數(shù)位/類比轉(zhuǎn)換器的輸入介面。拉收晶片就是在數(shù)類轉(zhuǎn)換器的最前端把關(guān)，負(fù)責(zé)數(shù)位訊號的接收及鎖定的一塊重要晶片。經(jīng)由數(shù)位接收晶片的接收-偵測并鎖定之后，混合著音樂資訊及時脈訊號的數(shù)位訊號才能進(jìn)入數(shù)類轉(zhuǎn)換器的處理程序。一般的接收晶片大多可以自動偵測數(shù)位訊號的頻率，然后加以鎖定，像是一般衛(wèi)星解碼器a模式的32khz訊號、cd轉(zhuǎn)盤的44.1khz訊號以及dat、dcc工作所需的48khz等取樣頻率，對一般的數(shù)位接收晶片來說都不會有什么配合上的問題。但是值得注意的是，數(shù)位接收晶片的品質(zhì)造成相當(dāng)大的影響，像是近年來最熱門的話題jitter（時基誤差）的存在，若是接收晶片的品質(zhì)及精確度足夠的話，先前混在數(shù)位訊號之中的jitter就比較不會有再惡化的現(xiàn)象。常見的數(shù)位接收晶片有美國crystal的cs8412、ultraanalogue的aes20，此外還有日本的ym3623b等。

    數(shù)位濾波（digitalfilter）

    數(shù)位濾波這一個部分對于數(shù)位音響的工作流程來說，是一個非常重要的部分。所謂的“濾波”就好像濾泡式咖啡之中的濾紙一般，它可以將咖啡之中的殘渣濾除，然后留下純凈的咖啡以供飲用。數(shù)位濾波器的工作原理也是一樣，它是利用一個經(jīng)過預(yù)設(shè)的處理程序來將某些不須要的訊號給濾除，只留下后續(xù)處理所需要的訊號資料，以避免這些多余的訊號對后續(xù)的處理程序產(chǎn)生干擾，一是多倍超取樣（oversampling），另一個就是雜音整形（noiseshaping）。所謂的超取樣就是增加取樣頻率之中的取樣過程，使得取樣頻率更寬。這樣子做有什么好處呢？其實很簡單，就好像篩選黃豆一般，若是你想要找到一百顆完整的黃豆的話，從一萬顆黃豆之中來找要比你從一千顆黃豆之中去找要來得容易。

    當(dāng)初在制定數(shù)位音響的工作模式時，由于廠家們認(rèn)為數(shù)位音響的工作頻段上限只須到達(dá)20khz就足夠了，所以就將取樣頻率給設(shè)定在44.1khz。但是后來的人才慢慢發(fā)現(xiàn)，這一個受限的取樣頻率其實就是數(shù)位音響聲音呆滯平版、缺乏空氣感的元兇，于是就發(fā)展出提升取樣頻率的方法作為改善音質(zhì)的手段。取樣頻率的提升通常是以44.1khz的倍數(shù)而為之，四倍就是176.4khz，八倍則是352.8khz，以此類推。將訊號經(jīng)過多倍超取樣之后再作處理的確可以改善訊號還原后的品質(zhì)，但是如此也引發(fā)了另一個問題，那就是負(fù)責(zé)運(yùn)算處理資料的部分要更加的精密，處理速度也要更快，要不然必定無法將這些資料處理妥當(dāng)，造成失真。所以并不是取樣倍數(shù)越多就越好，這還要看處理器的運(yùn)算能力夠不夠才行。在這里最好的例子就是美國ead的dsp-7000數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，這一部轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部有四倍與八倍超取樣的切換選擇，根據(jù)大多數(shù)用家的使用經(jīng)驗顯示，似乎還是以四倍超取樣的時候聲音較好。

    在這個部分就是各hi-end廠商大出奇招的地方了，撇開一些運(yùn)用現(xiàn)成晶片的廠商不談（因為其數(shù)碼濾波部分的處理程式已經(jīng)是內(nèi)建，運(yùn)算能力已定，無法改變），某些廠商為了要求最精確的聲音表現(xiàn)，特地引進(jìn)了先進(jìn)的dsp（digitalsignalprocessing）方式來改進(jìn)處理器的運(yùn)算速度。所謂的dsp方式其實并不復(fù)雜，它就是運(yùn)用獨(dú)立的處理器來處理數(shù)位資料，而通常這一個處理器是必須由軟體程式來驅(qū)動，所以各廠商就可以自己在一片可改變程式的只讀記憶體晶片（erasbleprogramablerom，ep-rom）上寫入獨(dú)家的驅(qū)動程式，然后驅(qū)動處理器工作。通常會運(yùn)用在數(shù)碼濾波方面的微處理器大多是mortorola的dsp56001，這個處理器的運(yùn)算能力相當(dāng)強(qiáng)大，就像一部微型電腦一般，只要驅(qū)動程式夠優(yōu)秀，它的處理能力是相當(dāng)驚人的。dsp方式的數(shù)碼濾波器的處理精確度高、速度快，唯一的缺點(diǎn)當(dāng)然就是成本非常高，無法很普及的運(yùn)用在所有價位的數(shù)碼轉(zhuǎn)換器身上。目前也只有幾家hi-end廠商如theta、wadia、vimak以及krell等幾家愿意且有能力如此大費(fèi)周章的運(yùn)用這種數(shù)位濾波技術(shù)，大部分的廠家在考慮了研發(fā)成本及制作成本之后，大多還是采用了現(xiàn)成的數(shù)碼濾波晶片。像是日本npc的5803、美國burrbrowndf1700等幾片，都是一般數(shù)碼轉(zhuǎn)換器中常見的濾波晶片。不要以為使用現(xiàn)成晶片的系統(tǒng)就比較落伍，這要牽涉到許多部分的配合問題，marklevinsin的no.30僅采用npc的5803就是一個好例子。

    類比濾波器（又稱低通濾波器low-passfilter）

    多位元系統(tǒng)在經(jīng)過數(shù)位/類比轉(zhuǎn)換的程序之后，必須以一個含有特定斜率（slope）的濾波器將處理器在超取樣過程之中所產(chǎn)生的周期性倍頻訊號（如88.2khz、176.4khz等）給濾除，只留下我們所須的訊號，要不然這些衍生而出的高頻頻濾帶將會使得功率放大器過荷，并干擾了正常的訊號品質(zhì)。

    電流/電壓轉(zhuǎn)換（i/v）

    前面我們曾經(jīng)說過，數(shù)位資料在進(jìn)入數(shù)位/類比轉(zhuǎn)換晶片之后就會產(chǎn)生一連串對應(yīng)于原類比訊號的電流脈沖。這些電流脈沖必須再經(jīng)過一個轉(zhuǎn)換的程序?qū)⑦@轉(zhuǎn)換為電壓訊號，才能夠被子完整的還原成類比訊號，并進(jìn)入一般擴(kuò)大機(jī)的放大線路作訊號放大。這一個轉(zhuǎn)換程序在一般的數(shù)類轉(zhuǎn)換器之中大多是以運(yùn)算放大器（operationalamp，也就是俗稱的opamp）來完成，取其構(gòu)造簡單且工作狀態(tài)穩(wěn)定之優(yōu)點(diǎn)。

    但是也有許多廠家認(rèn)為這一個部分非常的重要，單用一個運(yùn)算放大器來完成整個轉(zhuǎn)換程序的話可能不太夠理想。所以有些廠商就在這個部分用上了重料，像是全由晶體構(gòu)成的放大線路、重量級的電源供應(yīng)等，有的廠家甚至還用上了真空管來作訊號放大或是緩沖的工作。

    去加重（de-emphesis）

    早期的cd唱片在制作的時候，為了改善高頻部分的延伸和噪訊比，所以就在制作母帶的時候先以壓縮的技術(shù)將一些高頻的雜訊混入訊號之中，然后在還原成類經(jīng)訊號時就以一組調(diào)解線路來將之還原，并濾除那些后來加入的高頻雜訊。這一種先將聲音壓縮處理然后再加以還原的技術(shù)就如同卡帶的杜比噪音衰減線路一般，對于改善聲音的噪訊比的確有效果，但是也會帶來一些副作用，例如動態(tài)受限或是音質(zhì)劣化等。近年來由于數(shù)位錄音的技術(shù)大大進(jìn)步，工作母帶也大多改用全數(shù)位方式來制作，因此幾乎已經(jīng)不再需要運(yùn)用此種技術(shù)就可以獲得相當(dāng)高的聲音品質(zhì)及噪訊比，所以近年來已經(jīng)很少有cd唱片運(yùn)用此種技術(shù)來制作，備有去加重線路的數(shù)位處理器也一天比一天的少。

    相位轉(zhuǎn)換（phase）

    在將錄音母帶轉(zhuǎn)換成數(shù)位母帶的時候，常常會由于工作人員的疏忽而使得錄音之中的相位發(fā)生錯誤，而產(chǎn)生相位的誤差。通常在數(shù)位唱片之中所發(fā)生的相位誤差都是反轉(zhuǎn)180度，這就好像把幻燈片給翻轉(zhuǎn)來看一般，整個音場之中的音像都會產(chǎn)生渙散的現(xiàn)象，低頻也會變得松散。這種現(xiàn)象可以透過轉(zhuǎn)換器身上的一個相位反轉(zhuǎn)開關(guān)來改正，使得相位恢復(fù)正常。

    數(shù)位音量控制（digitalvolumecontrol）

    近年來由數(shù)位音響科技之中所衍生出來的一種周邊技術(shù)。所謂的“數(shù)位音量控制”是指機(jī)器的音量是透過一組軟運(yùn)算程式來直接衰減控制，而非透過傳統(tǒng)的類比式電位器而為之，如此可以確保訊號的的解析力及噪訊比，不會受到音量電位器的污染。數(shù)位音量控制技術(shù)大致上有三種，第一種就是以軟體運(yùn)算的方式計算出在某音量的狀況之下所需要的衰減值，然后再策動一組音量電位器或是音量ic來將音量衰減，基本上其工作區(qū)間還是在類比的部分，很多號稱數(shù)位音量控制的前級擴(kuò)大器就是使用這一種方式。另一種數(shù)位音量控制就比較復(fù)雜了，它通常也是使用一組運(yùn)算軟體來計算出所需的衰減值，然后再通知轉(zhuǎn)換器之中的類比放大部分（也不是i/v轉(zhuǎn)換部分，因為這一種控制方式大部分式出現(xiàn)在數(shù)類轉(zhuǎn)換器的身上），直接在這里用音量ic以衰減增益的方式來進(jìn)行音量調(diào)節(jié)。這種音量調(diào)整方式的音雜較少，但是由于i/v轉(zhuǎn)換的過程對于數(shù)位系統(tǒng)的解析力有著決定性的影響，通常輸出衰減幾個db其解析度就會下降一個bit。所以在運(yùn)用此技術(shù)作音量衰減的時候，必須很注意解析度的問題，尤其是電平極低時候，要盡量避免使解析力低過標(biāo)準(zhǔn)的14位元解析力。最后一種方式是全數(shù)位式，它是先將輸入訊號經(jīng)過一個類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換器（a/d）轉(zhuǎn)換成數(shù)位訊號，然后在透過運(yùn)算軟體控制訊號的衰減度，最后再還原成類比的訊號。這種方式所受的干擾很小，但是同樣要注意到解析力的問題，還有a/d及d/a部分的品質(zhì)也會影響聲音的表現(xiàn)。

    數(shù)位介面處理器（digitalinterphaseprocessor，簡稱dip）

    這是一種置于數(shù)位轉(zhuǎn)盤及數(shù)位轉(zhuǎn)換器之間的處理器，可以有效的改善數(shù)位音響的音質(zhì)。其實dip的工作原理很單純，它就是利用一組主動式的處理線路來重新處理數(shù)位訊號之中的時基內(nèi)碼（timebase），并防止訊號中的jitter（時基誤差）有再惡化的現(xiàn)象，是一種相當(dāng)有效的數(shù)位處理器材。