【烧友分享】从CD到DAC的小秘密

MaxDigital

音乐播放软硬件嘛，当然是将录音信息转成人耳听得到的音波，最后是音箱/耳机，其前面是放大器，最前面是各种储存录音信息的载体，在此单纯谈数字音乐。

数字音乐最初录音时多半是PCM码，也就是记录音波转成的电压振幅，音乐播放软硬件要做的也就是将这PCM码再转回电压振幅交给放大器推动音箱/耳机；

极少数录音是DSD，类似。

录音经过混音制作成最后的音乐CD、档案、internet上的stream，无论何种形式/载体，都是数字资料，只是以各种格式储存/传递；CD上储存的就是PCM码，若是储存在PC或手机等各种形式的"计算机"的档案里，常见的格式WAV、AIFF里面也是PCM码，只是加了些头尾打包起来（曲名、演出者、封面照片之类的...）；

为了省储存空间，音乐资料可以压缩成大约1/4大，却无损其内容，这主要格式是ALAC、FLAC，还原后当然还是与原本的PCM码完全相同，不信你可以自己比对看看～写程序的人当然自己都先验证过了...你去抓ZIP档解开时，会不会怕出错？若是你怕会错，那，千万别用ATM领钱、转帐喔～请当个摩登原始人...

十几年前internet初起时，频宽不够，那时为了能在internet传送音乐便搞出了MP3这种压缩手法，这个会先砍掉高频再压缩，资料量剩下1/10，当然，这就不可能还原成原本的PCM码，象是加了马赛克的影片回不去了...后来的AAC也类似；这些有损失的压缩格式，声音当然很差，吵乱刺平面干涩...

音乐播放软硬件做的事，首先就是由CD、档案、internet、LAN、WiFi、Bluetooth...任何来源，取得数字资料，若有压缩的就先解开还原成PCM码，将PCM码送到DAC（数字模拟转换器），转成电压振幅，再交给放大器推动音箱/耳机，就这样。

这过程会出错吗？

数字这部份，几乎不会错，数字的作用就在于误差容忍度很高，抗噪声能力很高，信息正确度很高；倘若真的出错，这当年用CD唱盘的人应该会有经验，有时CD片脏了、刮伤了，就会"跳针"，音乐断断续续；如今的各种形式的档案极难得出错，你灌OS好几GB有碰过出错吗？别再做梦说音乐资料有错好吗？

认真讨论细节，CD唱盘唱的时候若碰到一、二个资料读不到，可以用插补算平均的方式填进去，不过这是因为CD唱盘是一倍速度唱，必须实时得到资料，而CD片转成档案进计算机都是N倍，读不到再重读就行，极难得出错；这种事请自己实验看看，很简单啦，就同一片CD读十次，比较档案，换一只CD drive、软件、计算机再读比较看看不就知道了？他人说一万次，不如自己做一次实验；不过，记得档案头尾的空白得去除对齐之。

既然数字部分都相同，那唱来都不同的原因是在？当然是模拟部分啊～

正如换只DAC唱来不同，难道是其中一只DAC的数字出错吗？这种烂DAC你会买吗？别闹了...那，为何我用电脑不同的档案格式听来不同呢？这就得要谈DAC细部了，这是DAC IC的原厂建议电路图。

绝大多数CD唱盘、DAC、手机、电脑、ipad...这式各样的音乐播放软硬件最后都有这样一个DAC IC，有些则是将这个也包进了主IC，数字讯号就是由这个IC转成模拟讯号；先看左边5, 6, 7脚，这三个构成名为I2S的数字音乐讯号界面，数字音乐PCM码就是由这三只脚送过来；另外还有第3脚 master clock，这是IC内部的工作频率时钟。

正常工作的DAC，这数字界面四只脚讯号都能让声音很正常的唱出来，也就是很稳定不间断连续的转换成模拟电压讯号输出；但，这只是表面上哪...就像你唱歌，有时候，换气不顺会抖～

I2S和master clock这数字界面共二个clock时钟讯号，这clock若是抖，就像你唱歌时抖一般，唱出来的音乐当然也会抖囉～clock用来驱动DAC工作，就象是赛跑时鸣枪！起跑！

clock就是那枪声，数字资料就是那跑者；人耳挺多能明确辨认一秒抖个几次这种，几十次以上就无法明确知道有在抖了，何况一秒几千次的抖法哪...这clock频率至少是44100Hz。但是，不同抖法之间，人耳其实能明确辨认出不同！抖的越少，听来越是干净清晰自然。早期CD唱盘刚出现时人人讶异其清晰，渐渐的发现有些不对劲，就是这么一回事。这clock抖，就称为jitter，主要影响是极高频、音像、音场、微微的吵刺。

有时候，你边唱歌边跳舞，上气不接下气...DAC工作时，电源若是不干净，也是这般现象；电源有数字电源、类比电源，数字电源不干净，也会造成jitter；像是你在起跑线准备好等枪声，嘿，偏偏这时飞机呼啸而过，听不清楚...

因为数字的判定是高于某个电压算是1，低于某个电压算是0，而这某个电压与电源电压有关；clock由低往高冲时，就算clock再准波形再漂亮，电源电压抖，每次判定枪声响的电压电压都不同，结果当然也是抖，也就冒出jitter来囉～

模拟电源不干净，就象是你站在个抖动的台上唱歌，台下的人听来也是抖啊～台怎么抖，发出来的声音就会有这抖法与音乐的inter-modulation，jitter的抖法也是类似效应，只是频率高很多。综合以上，要让DAC唱的好，就是给它精准的clock与干净的电源，如此而已。

那，前面提到说为何用电脑唱AIFF和ALAC档听来会不同呢？我们可以想想，这二者到底差在哪？ALAC会被转成PCM码，AIFF里面也是PCM码，最后送到DAC都是相同的资料；资料没差异，那差异就在就是clock与电源了；读AIFF vs 读ALAC差在哪？差在ALAC还得解压缩，CPU比较忙，就像你边跳舞边唱歌气会喘啊，CPU一忙，就吃掉大量电，电源波动就大，噪声就多，不干净，DAC唱出来不就有差异？不信你将ALAC先转成AIFF，二个AIFF档案分别存在二只刚format的同款随身碟里，插在同一个USB port唱看看有没有差？

人客啊～没那么玄啦～数字就是数字，出错机率极低，重点都在模拟啦～

那，实际上该怎样做最好呢？

由以上的讨论，重点在，尽可能让DAC的clock准、电源干净；目前认真的乐迷该都是以计算机储存音乐（容量才够啊～），再送给DAC唱出来；因此，该尽量让DAC不受计算机干扰，DAC最好的形式，该是用Ethernet或WiFi界面，与计算机完全隔绝无直接接触，不过这类型产品不多，个别机种质量又是另一回事；最普遍的该是USB界面，这当然得挑跑asynchronous异步的，最好还加上UI1或UF1隔离/滤除地线噪声。

至于摆在计算机里面的呢...你想，计算机的电源模块才卖那么点价格，怎么会干净呢？就算再贵，单是CPU忽忙忽发呆，几十W功率这样变来变去，电源会干净吗？老话一句，计算机不是专用来唱音乐的，别要求它电源干净，该利用其超低价超大容量这优点，另外用好DAC搞定音响的事。

那，CD唱盘这种形式呢？啥？你还在用？好吧，原谅你年纪大了...CD唱盘里面也有个转动的转盘吧？你有没有看过这转盘转的时候？抖抖抖...超严重...当年高倍数的CD ROM转起来时，那真是...连桌子都会跟着抖啊...你想，吃电很重的马达这样抖，会不会影响电源？

你可以试试看，听CD片第一曲和最后一曲有啥差别？更精准点，烧一张CD片，里面全都是同一首歌，再听第一曲和最后一曲的差别...有人问到计算机上的不同软件对声音的影响，首先，该先问，这软件是否会动到资料？如果设定都正确，Mac上的软件很容易做到不更动资料，顶多是interger 16 bits转成floating point 32 bits（Mac OS API标准声音资料传递格式）这类的；有些软件如Aramara会加料，加些dither之类的，这种就不谈了，单是谈不动资料的，如iTunes、JRiver、Quicktime；至于PC上嘛，那就有点麻烦，如果这软件call DirectShow API就会经过K mixer，任何资料都会被转成48KHz sampling rate，这资料就动过了，得用WASAPI之类的避免，反正还是有招数，用对软件还是能搞定确保资料不会被动到。

那，怎么验证这点？

挺简单，就输出再输出，与原始档比较就搞定啦～数字就是这样很容易验证；去抓个virtual sound device来灌，让播放软件输出到那个virtual device，存档，与原始档对照就知；几年前我的作法是用光纤输出loopback拉回来；当然这还是得先对齐二个档案，还有一点可能的误差就是那个interger转floating point的分辨率差，因此比较好的验证法是二个档案都抓进声音编辑软件，其一反向，再二者mix，结果的振幅若都低于1bit就没错。

以上很容易确认使用的二个软件都没动过资料，既然如此，问题就又回到影响DAC的三个变因之二，clock与电源，这都是纯硬件，不是计算机的应用软件该管的，也不能让应用软件管这种事；也就是说，写软件的人哪会知道他怎么写会影响clock与电源啊？当然更不知道怎么写clock与电源会比较干净囉～每个硬件都不同啊...

不过，实际上软件要影响这二点倒还不难，buffer size就是其中一项，以44.1KHz的音乐来说，每秒必须送44100笔sample给DAC，如果buffer size是256 vs 512，这送的频率就是二倍之差，产生的噪声频率就是二倍差，而计算机的设计就是尽量压低成本，藉数字抗噪声能力能过关只要噪声不要大到让资料出错就好，因此这噪声很容易就传到DAC去，除非隔离，透过Ethernet、WiFi或猫窝的UI1这种方式。

至于哪个buffer size好？这没啥绝对，因为每个硬件滤除噪声的能力都与频率相关；而且buffer size影响了电源噪声，也会因此影响clock的jitter，而jitter与最后输出的类比讯号之间的关系非常复杂，每个DAC IC都不同。

还有个buffer size是硬盘的buffer size，这通常是OS内设定的，应用软件动不了；这也延伸到为何音乐档案摆在不同的储存装置听来不同，buffer size会影响，使用的电路（SATA、USB、Ethernet、PCI Express）不同，产生的噪声对DAC的影响不同，当然DAC输出的模拟讯号也不同，但，老样子，正确设定下，DAC收到的资料没都错。

搞清楚这些，要尽量搞好DAC的声音不会太难，也就是，无需耗费时间去弄计算机上的东西，专心搞好DAC的clock、电源与隔离计算机噪声。

至于clock对声音的影响，DAC2加上re-clocking后声音大进展，这re-clocking不可能改善资料，其输出资料只会完全相同或是错误，一旦错，那可是乱七八糟没啥一定的，这我还真的碰过几次，做第三只DAC2加上这re-clocking时，没焊好，声音就是噪音啊～另一次则是没盖顶盖，碰上大雷雨，雷电电磁噪声一轰，沙沙沙沙～～吓死我啦～加上re-clocking声音会改善，就证明问题不在资料正确与否，而是clock与电源。

妙的是，DAC2的re-clocking用的clock就是DAC2上唯一的clock来源，被重锁重送的资料也是由此clock导出的clock传来的，二者完全同步；那，为何会改善？

同步只表示频率相同，可没说波形一样漂亮。

以最靠近clock源，受干扰最低的clock来重锁重送jitter最低，声音当然最漂亮啊～这也验证了clock的质量（也就是jitter），经过一串电路复制后确实会劣化，其因素包含电源、阻抗、电磁干扰，越是源头越准，应该尽可能让DAC接近clock源。

文章转载自：http://records2ear.blogspot.com/2016/08/cd.html