影音科普:解码器是用来干什么的?一篇文章带你了解DAC以及如何评价DAC的好坏。

2021-03-12 16:59发布

首先,DAC的全称是数字模拟转换器,是用来进行数模转换的,与解码无关。之所以叫做解码器完全就是一种俚语。

开幕这样雷击,相信很多小白一脸茫然的就陷入了迷茫。那到到底什么才是解码呢?

要搞清楚这个问题,还是要从后往前一一梳理。

DAC到底做了什么?

把数字信号转换为模拟信号。模拟信号经过放大电路的放大并输出到音箱或者耳机上就成为了我们最终听到的声音。

1(1).jpg

输入DAC的数字信号又是什么?

I2S,全称为集成电路内置音频总线,是飞利浦公司发明的一种数字音频设备之间传输数字音频的总线标准,广泛应用于几乎任何音频产品。

2(1).jpg

通常,DAC会将I2S数字信号转化为对应的模拟信号。这一过程即数字模拟转换。

而I2S又是怎么得来的呢?要回答这个问题,我们要回到整个音频回放链路的开端,即音频源文件。

3(1).jpg

就PC和数字播放器/数字转盘而言,音频源文件通常为MP3,FLAC,APE,WAV等。其中,绝大多数音源文件均属于压缩文件,即便是FLAC和APE也属于压缩文件格式,只不过属于无损压缩,而MP3则属于有损压缩。这里举一个简单的例子,对于Windows系统的压缩文件而言,需要解压缩之后才能再运行。而对于这些音频文件而言,也需要解压缩之后才能成为DAC可以识别的信号。而这个解压缩音源文件的过程就叫做解码。这一过程通常发生在播放器、手机、PC、CD机等“转盘”或具有“转盘”功能的模块内。

而通常,“转盘”与DAC之间通过数据线连接。常见的数据协议为SPDIF和UAC等。而这些数字信号通常会在DAC整机内部最终转换为DAC芯片/模块可以识别的I2S信号。


SPDIF,全称索尼飞利浦数字音频接口。是索尼公司和飞利浦公司联合推出的一种音频传输协议。SPDIF又可以分为光纤和同轴,它们所传输的信号是相同的,只不过载体不同。


UAC,全称USB Audio Class。是一种通过USB传输音频的协议。

4(1).jpg

也许在这里有人会有疑问,就算解码和数模转换是两个概念,但是知道这些又有什么用呢?

其实说了上面这么多,就是为了区分解码和数模转换这两个过程,因为这两种过程的评价方式是有所不同的。

对于数模转换过程,也就是DAC,这一过程通常只是将I2S信号所承载的数字信号转换为对应的模拟信号。

5(1).jpg

DAC最终输出的模拟信号,通常受到以下几个因素的影响:

  1. DAC的频率

  2. 转换过程的非线性误差

  3. 转换过程的噪声

  4. DAC芯片外围电路设计

  5. DAC的动态范围

  6. DAC的输入信号

逐一解释以上几点。

  1. DAC的频率,理论上频率越高,最终的输出信号越接近于模拟信号。但是这里有几个注意事项。首先是频率和音源本身的频率是相关的,如果音源本身例如CD/WAV是44.1kHz,那么DAC的频率通常也是44.1kHz。

  2. 转换过程所产生的非线性误差,这一点没有什么好说的。

  3. 转换过程所产生的噪声,这一点也没有什么好说的。

  4. 关于DAC芯片的外围电路设计的影响,这是一个相对复杂的事情。而这种影响通常集中在两点。一是模拟地和数字地的共地问题。对于输入DAC的数字信号而言,只要所附带的噪声或者抖动等没有超出DAC输入允许的最大容限,就不会影响到。二是从DAC芯片输出的DAC整机输出这一过程的电路设计,通俗的讲,错误的设计会把DAC芯片输出的信号污染或者劣化,这一过程主要体现在噪声、非线性失真和串扰等。

  5. DAC的动态范围通常取决于DAC芯片本身的参数和输入信号的动态范围。对于常见的CD/WAV音源(96dB)而言,目前主流的DAC芯片和整机基本上能高于这个数据。也就是说如果你所听的是CD品质的音源,那么通常DAC的动态范围并不会成为瓶颈。Hi-Res音源则另当别论。

  6. DAC的输入信号,即I2S对DAC输出信号的影响通常又可以分为三点。第一点即上述所提到的音源频率;第二点即上述所提到的音源动态范围;第三点则是I2S所附带的数字噪声。


但是。

其实不难发现,如果对于给定的频率和动态范围的音源,对数模转换的最终输出信号的评价依旧是常见的非线性失真、噪声、频响等。不论这些噪声和失真究竟来与I2S、DAC芯片还是整个电路。即便有一些DAC芯片例如上图所示的ESS9038Pro本身带有一定的信号处理功能,但这些信号处理功能更多时候也是为了提升上述提到的几个指标。


而对于解码过程。其评价方法相比于数模转换要复杂一些。通俗来讲,解码过程的区别主要体现在音源本身的格式和解码过程/策略。而解码过程/策略对于嵌入式系统和非嵌入式系统通常是不同的。


对于嵌入式系统而言。例如CD机/数字播放器,通常从音源到SPDIF信号的信号链路所经过的环节是比较少的。也不会进行复杂的信号处理。影响嵌入式系统类的数字转盘的信号输出的因素主要还是数字噪声和音源本身。所以对于这一类数字转盘而言,信噪比等指标依旧是最能体现其性能表现的参数。


而对于非嵌入式系统而言。例如手机和电脑。从音源到UAC信号通常还要受到音乐播放软件和操作系统音频架构的影响。有些播放器或操作系统会在音乐播放时对信号进行处理或者再次编解码,导致最终输出到DAC的信号时不同的,或者说是有损失的。

6(1).jpg

7(1).jpg


对于音源本身的评价,即WAV/APE/FLAC/MP3以及各种流媒体编码格式和非嵌入式系统各种音效算法/压缩编解码算法等,通常采用MUSHRA主观评价或带有信息性的测试信号进行测试。而对于已经确定的不会对音乐造成可闻影响的音乐播放软件和操作系统,则可以不进行主观评价。


而对于蓝牙而言,通常音频文件会进行两次编解码:

MP3/WAV/FLAC/APE→APTX/SBC/AAC→I2S

8(1).jpg

所以蓝牙产品不能只通过简单的扫频信号所测量的频响、THD等参数评价,也要考虑到蓝牙协议和主观评价等。


总结一下

对于CD/数字转盘/部分HiFi播放器而言,可以仅通过测试参数判断其性能表现。而对于复杂的非嵌入式系统例如手机、安卓HiFi播放器等,则酌情需要主观评价辅助判断。

最后,不论是转盘还是DAC,在对产品的评价和对比评价时,都应该考虑参数所相差的数量级和人耳听觉极限。

赞赏支持

Directory './data/view/' not found or have no access!