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[技术] 一次搞懂!DAC、耳扩介绍与选购建议

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发表于 2019-9-26 21:07:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
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一次搞懂!DAC、耳扩介绍与选购建议

四、五个月前,你购买人生中的第一款千元耳机,买来以后,出外时接手机,回家时接计算机的耳机孔听得不亦乐乎;直到近几天,开始感到不满足,内心想:「这耳机声音……可以更好?」

于是打开网页浏览器,Google 键入关键词搜寻,查着查着看到「DAC」、「耳机扩大器」等过去从没听过的名词,愈查愈一头雾水,搞不懂到底买什么好,却发现价格好贵,好像不能随便乱买。如果你有这样的疑问,本篇文章能助你一臂之力,彻底拨开 DAC 与耳扩的神秘面纱,找到真正需要的器材。



什么是「DAC」?

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DAC 英文全名为 Digital toAnalog Converter,英文直译为「数字模拟转换器」,可从 CD 片、音乐档案等载体的数字数据转换为人耳可辨识的模拟讯号。由于模拟音讯的保存较为不易(如卡带容易绞带,黑胶唱片可能会发霉,且有读取次数限制等等),数字载体是现今主流,因此DAC 在音响、耳机系统中成为不可或缺的存在。



平板计算机、手机看似没有 DAC 的存在,只要能播放数字档案,必然经过译码的过程,基于设计、体积、成本考虑,通常采用多功能的整合芯片,因此质量没有独立 DAC 来得理想。



数类转换的两大蹊径- Delta-Sigma、R-2R


按照架构分成 Delta-Sigma 和 R-2R DAC,由于文章性质关系,简略提到芯片的架构设计,重点放在优缺点分析。



Delta-Sigma DAC:TI 旗舰数类转换芯片 PCM1792A

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Detta-Sigma DAC 透过输入的音乐讯号转换后(通常转为 6bit)再行输出,由于架构关系,优点是将量化噪讯推到取样频率之外,相比 R-2R DAC 拥有较高讯噪比、更好细腻度和更低的失真,缺点是精确度低,对于 Jitter 更为敏感。



由于成本较低、厂机设计容易,多数品牌推出的 DAC 均属此类,ESS ES9018、TI PCM1792A、Cirrus Logic CS4398、Wolfson WM8741 全都是 Delta-Sigma 架构的数类转换芯片。


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R-2R DAC:Soekris Engineering DAM1021



R-2R DAC 优缺点正好相反,通常听感相对自然,由大量的电阻堆砌而成,必须克服匹配的问题,将数十甚至上百颗电阻、彼此配对的误差值压在0.1%以下,那么成本不会低到哪里去。



由于电阻匹配的难度,通常失真不若 Delta-Sigma DAC 来得理想,电路设计更为不易,少数如 dCS、MSB Technology 等音响大厂采用,造就不斐的器材价格,直到两年前 SCHIIT 推出旗舰级的 YGGDRASIL (世界之树),令平价化的 R-2R DAC 成为可能,门坎之高可见一斑。

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Pioneer Hi-bit 32 官方网站介绍



除了 DAC 本身架构外,在数字讯号送入 D/A 转换前,运用自行撰写的 DSP 算法先行处理(储存于 FPGA 可程序化逻辑芯片),最常见的处理方式为讯号升频,譬如 DENON 独家的 Advanced AL32 Processing、Pioneer 自主开发的 Hi-Bit32 均为典型范例,可判断 DAC 是否值得选购的重要指标。



先从 DAC 界面说起

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以国产电光火石的 Spitfire DAC 为例,提供光纤(Optical)、同轴(Coaxial)、USB,部分高阶机种甚至搭载 I2S、AES/EBU 等接口,此处略过不提。光纤接口主要用于 CD Player 或蓝光播放器;同轴接口在 DAP、CD Player 更为常见;USB 接口供用家连接计算机、手机等多媒体装置。家用音响器材的 USB 接口常使用 type-B 规格、随身器材更多搭载 Micro USB。



讯号输出部分,红白梅花端子的 RCA 输出最为广泛,几乎是每台音响设备的必备接口,部分器材提供 XLR 平衡输出,让用家搭建全平衡系统使用。



耳机扩大器又是什么?

经过 DAC 转换后输出的模拟讯号,通常电压与电流不足以驱动耳机/喇叭,在模拟讯号送入耳机/喇叭前,使用扩大机将模拟讯号放大。



今日市面上的耳机扩大器,按照放大电路的架构,大致分为 A 类、AB 类、D 类三种。A类放大的失真表现最理想,但转换效率不超过 50%,耗电量最高;AB 类扩大机的转换效率在 75% 以上,比起 A 类来得理想不少,低音量时的失真表现接近于 A 类放大的性能,缺点是随着音量提高,失真随之上升。



D类放大是近年发展蓬勃的电路架构,优点是转换效率极高,普遍落在 90% 以上,功耗控制最为理想,缺点是失真与噪讯通常较高,这问题随着技术的发展逐步解决。



管机与晶体机各有优劣


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按照扩大机的电路设计和组件,可分为真空管机与晶体机,在建构耳机系统时,两者孰优孰劣,没有绝对的答案。一般而言,真空管机的总谐波失真比起晶体机来得大,多为偶次谐波失真,虽然管机失真较高,但音色温润、甜美,听感会更为舒适;晶体机提供更高的效率、具备低失真、高瞬时反应速度,在大动态、速度感要求高的音乐类型,晶体机拥有极大优势。



依据架构不同,管机、晶体机也有不小的声音差异,好管机能有「相对良好」的瞬时反应,晶体机音色也能设计得温润、甜美。如果取两者优点,以真空管作为前级放大、晶体组件为后级放大的管晶混合扩大机,不失为一种选择。



简谈耳机扩大器界面

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上图电光火石的 Beyond HD 耳机扩大器为例,可见器材背板上,搭载一组 RCA 输入供连接 DAC,正面设有 6.3mm 耳机孔,让你接驳心爱的耳机,部分器材增加 XLR 平衡输入和 XLR 耳机输出,可搭建全平衡耳机系统。



DAC/耳扩一体机 - DAC 与耳机扩大器的混合体

说来不稀奇,一体机整合 DAC 和耳机扩大器,优点是节省空间,可以共享变压器,电路组件位于同一个机壳内,相较独立 DAC 与耳机扩大器,设计必须更加讲究,否则数字电路和模拟电路间可能相互干扰,导致声音质量下降。



如图是 CHORD Hugo 2,只要接上 USB 线材,以耳机孔连接耳机,即可聆听音乐,相较分体式的 DAC、耳机扩大器来得省心省力。

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DAC & 耳机扩大器的购买准则


1. 输出功率(耳扩):耳机扩大器的输出功率关系到耳机能否被正常驱动,因此至关重要。在输出功率的标示上,通常以 mW/Ω为单位,可推断耳扩与使用的耳机能否正常工作。



2. 是否为独立供电(DAC/耳扩):电源质量是否干净、电流供给是否稳定直接影响器材的讯号输出质量,一台 DAC/耳扩的电源也不容忽视;以随身器材来说,由于使用电池供电,声音质量比 USB  供电器材更有优势,家用器材亦如此,只差在电池换成市电。



3. USB是否为异步输入(DAC):Delta-SigmaDAC 对于 Jitter 较为敏感,不以手机端、计算机端的 Clock 为准,而采用 DAC 内建独立的 Clock 来校正时基误差,声音定位、结像都能大幅改善。



4. 听音口味(DAC/耳扩):直接试听是最可靠、最可能买对产品的方式,毕竟听音乐的是耳朵,选择合乎听音哲学的器材至关重要。



给新手选购器材的建议


我是一名新手,应当如何选购器材呢?无论家用或者随身器材,可以先考虑 DAC/耳扩,一来操作简便,二来不必担心 DAC、耳机扩大器的调性是否相合,以及连接线材的搭配问题等,声音完成度也有相当水平。文章最后,DA 和耳扩介绍告一段落,祝大家都能找到理想器材!
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