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发烧梦想琳烺R2R解码介绍2024-04-15双木三林解码器

发布时间:2024-04-15 16:27 点击量:

  说起这个解码就有一种冲动要把很多的兴奋点娓娓道来,分体电源设计,采用了Xilinx 公司的ZYNQ 7010FPGA芯片+R2R架构,兼容主流高清无损音频格式。

  在时下数码音源已经是时代趋势无疑,发烧友关注点都聚焦在几大主流方向:ES9038pro芯片,AKM4499EQ芯片,R2R分立元件解码,对三者的讨论是最流行的发烧音源话题了。ESS和AKM公司的芯片参数已经高到几乎没有可挑战参数极限的高格式音源了,但是R2R仍然有它不可撼动的地位。R2R解码有更加自然和真实的音乐体验,它的音质表现相对于其他解码器具有更自然的听感和清晰度,具有非常出色的分离能力和定位表现,能够让听众更好的感受到音乐中各个乐器的细节和层次感。高端解码品牌中有不少厂家都因此选择了R2R的解码架构。总之,对于那些对音频表现要求高的音乐爱好者来说,R2R解码器的音质表现相对于其他解码器确实具有显著的优势。

  想当年用R2R架构做的解码芯片PCM63、PCM1704,虽然参数老掉牙,但是至今仍然被许多发烧友津津乐道,停产多年后仍有发烧友苦苦寻觅。可见R2R解码的独特魅力是多么令人迷醉。

  言归正传,线R这么好,为什么没有全面干翻对手?一个最大的瓶颈是R2R对电阻的精度要求极高。对于16bit的解码,最低位的信号变化(即最小信号)为2的16次方的倒数,即1/65536=0.000015,万分之一精度的电阻误差已经把把最小信号掩盖了。这导致成本的大幅增加,制作时对零件的测量匹配挑选难度也是极高。具体技术原理在网上有详细解说,我们看结果,电阻误差导致的问题是什么呢?看看下图,这是国外DIY高手制作16bit R2R解码的实测波形,由于电阻误差导致信号波形出现断裂,听感上就是数码声,严重时就听出破音。

  说到这里,分享一个很简单的测试解码器精度的方法,这也是我在淘宝买的一块贵价的国产64bit FPGA R2R解码板的血泪经验,参数顶天了,实际上就这个简单方法就测出问题了。用PC或者手机连接解码器,蓝牙或者USB都可以,在播放软件里面把声音调到最小但不是零(静音)的时候,开大功放的音量听声音。

  可以明显看出阶梯波,不是正常音乐的正弦波,这时候从音箱可以听到破声(类似功放过载削顶的声音)和杂音(不是底噪,是杂音)。如果电阻误差足够小,这个时候虽然底噪很大声,但是能听到音乐声音是正常的。这个方法很简单就能测试出一般R2R解码器的精度。这块64bit的解码板,电阻网络误差导致实际效果可能还不如12bit的解码。

  那如何解决精度问题呢?目前有两个大方向:一是想办法提高精度,高精度的电阻不多,而且价格奇高。国内知名Holo Audio的解码梅、泉就通过另外一个电阻补偿网络来提高精度,从而达到0.00005%的水平。我认为这是一种极端的做法,毕竟在这么苛刻的精度条件下,对测试仪器和测量方法都是考验,而且在机器使用过程中,温度导致的阻值漂移,电阻老化、零件震动等因素导致的阻值变化可能也会超过这个0.00005%的范围,使得这个精度失去了意义。

  还有更好的解决方案吗?答案是肯定的!这就是第二大方向,用新的网络架构来降低对电阻精度的要求。前面提到的芯片PCM63就是一个典范,看看芯片的内部结构图。

  BB公司把20bit的R2R架构拆成两个19bit的R2R,分别负责正信号和负信号的解码。

  对比可见,普通R2R电阻网络在经过零的时候最高位电阻和剩余的电阻都发生翻转变化,理论上最高位电阻应该等于11111+1,实际上电阻误差的结果可能是最高位电阻等于11111+11或者11111-11,这就导致上述的信号断裂,听到破音的根源。而PCM63这种双R2R结构小信号时候只有低位的电阻变化,高位电阻没有参与进来,因此小信号时候不会出问题。彻底解决问题了吗?NO!我认为这只是解决了过零的问题,实际上,涉及到高位进位的时候都会因为电阻精度出现信号断裂,比如信号从00111变成00000的时候,第三高位的电阻精度也会令信号断裂,只不过这时候信号电平比较高,声音比较大,不容易察觉破音而已,也可能这是PCM63的声音有点模糊的根源,毕竟8、90年代的芯片技术有限。

  说到这里跟琳烺解码器有什么关系?琳烺采用了类似PCM63的方法,但是拆分更多,把32bit 的R2R 电阻网络拆成8个8bit的R2R网络。

  画个图直观解释一下,在纸上从0到A画一条直线逐点顺序描绘直线R电路,在高位发生进位误差时候,就像第5、9点发生跳跃了,后续的点也跟着偏离,一条直线断成三截,断层的地方对是产生数码声的因素之一。

  图2的方式是先勾画轮廓,再画细节。从0到A先画3个平均分布的点1、2、3,然后在这些点之间再画细节的9个点,由于细节点是分别以1、2、3的轮廓点为锚点进行校准画线,因此不会出现断层。

  确实是完美的线性波形,所以说:人真的要有梦想,万一真的实现了。。。。。。

  就这?!No! 琳烺还有更多的梦想。解码第二关键是时钟,琳烺又有什么梦想?梦里有一对情侣在牵手散步,女的在撒娇,走走停停,步法凌乱,男的被拽着晃来晃去,但仍坚定往前走。男人就如解码的内部时钟,不能停,必须稳定地走,女人就如外部信号,受到各种因素的干扰而不稳定。解码的内部时钟就真的稳如泰山了吗?非也!其实它只是相对外部信号的时钟相对更稳定一点而已,从两点分析还有更高的天花板:一、通常解码器都会低噪音的晶振做锁相环,用锁相环电路来稳定时钟。就如牵手散步的情侣,男的步伐并不能稳如泰山,因为受到女人的牵扯,也会晃动,也会变慢,或者变快,只是变化的速度比女人慢很多,相对稳定了。极端情况下,两人步伐实在相差太远,两人就不能牵手了,这就是时钟失锁。所以即使用锁相环能稳定时钟,但是也不能完全杜绝时钟的抖动。二、基于第一点的分析,似乎在锁相环用了更高级的飞秒晶振就顶天了?!NO!这里又涉及到一个更深入的知识点了,时钟信号一般是由晶振产生(更变态的是用铷时钟之类的产品来产生时钟信号),总体来看晶振又分两大类:压控晶振和固定频率晶振,所谓的DLL锁相环就是用压控晶振来做的,它有一个控制脚,通过电压大小来调整震荡频率在一定频率范围内稳定输出时钟信号,超过可控范围DLL就会失锁。仅仅是这功能上的区别吗?不!可能你没留意到更大的区别还在稳定性上,就是相噪指标Phase Noise,看看大品牌Crystek的两个高端型号:压控晶振CVHD-950 和固定频率晶振CCHD-957参数对比。

  同在10Khz位置,压控晶振VXCO的相噪是-155dbc/Hz,固定晶振的相噪是-163dbc/Hz,其他位置也一样是固定晶振有更低相噪,两者稳定程度不是一个数量级啊!那为什么没人用固定频率晶振呢?前面的例子已经说明白了,必须听领导的话,按领导的步伐来,解码器必须用锁相环锁定输入信号的时钟,才能正确读取信号数据,否则就是乱码。琳烺解码怎么实现这个梦想呢?它用了遛狗模式,出门就让小狗自己放飞,主人完全按自己的节奏来散步。琳烺解码器在电阻网络前设计了一个内存区域用来缓存大概0.5秒的数字信号,然后用固定晶振CCHD-957产生的稳定时钟来读取缓存数据进行解码,这个时候的解码时钟信号与外部信号时钟完全隔离,完全不受其影响,这才是真正的稳如泰山。琳烺解码器的面板有一个Cache speed的数值显示,

  这是外部时钟和内部时钟的速度差值显示,正常情况下看到它是在一个很小很慢的范围变动。我用一台老掉牙的CD机播放时候这个数值就变动很大,说明它的晶振老化程度。有趣!这还成了信源时钟的标尺了。

  作为一台出色的解码当然少不了DSD硬解,可能是sony公司的技术专利问题,市面上流传的解码芯片和电路不多,不少解码都是转成PCM格式进行DAC的。琳烺解码为此设计了专用的DSD解码模块,只负责DSD信号的DAC转换。

  对比下来,确实如传闻一样,PCM音源听感迅猛刚硬一点,DSD信号更细腻饱满一点。高格式之下的音乐细节都是相当不错的,最后就是萝卜青菜各有所爱。

  琳烺解码支持USB、蓝牙、同轴和光纤接口,数字电路和模拟电路之间采用了光电隔离电路,很好地避免了电脑噪音通过ubs串入解码器,播放高格式文件的时候背景特别的安静。

  最后提一点意外收获,都说意大利的usb界面音质好,在这台解码上看到了技术根源。解码器的LED显示屏上有两行数据位显示条,每行32个方块,对应32bit的数据位上为1时候方块亮。上方是右声道的数据,下方是左声道数据。

  用蓝牙播放音乐时候,源文件是16bit的话,通过播放器传输到解码会变成24bit文件(蓝牙模块是24bit/96k的协议),在播放器上调小音量,可以发现有效数位从20多bit逐渐减少,最小音量时候只有3bit的有效数据位。

  而用意大利USB界面播放的时候,如果文件是16bit的,最大音量时候是源码输出,即16bit数据完整传送到解码器,减少音量的时候反而变成了32bit,最小音量时候也有16bit以上的有效数据位。结论是最大音量时候USB传送的是源码,蓝牙传送的是插值加工后的数据;小音量时候USB比蓝牙传送更多bit位的数据。这应该是蓝牙音质不好,USB界面能播放真正无损的根本原因了。

  在播放高格式文件也可以听出音质比同样歌曲的CD唱片要好,高格式文件的细节和解释力胜出。但是把CD拷贝到文件后用USB播放的音质就比不上CD播放的效果,抓盘文件声音散乱,密度不如CD。以我的理解可能是CD抓轨应该存在不少错码,毕竟CD媒体文件不同数据文件,纠错能力有限。

  因此,我建议现代家用解码应重点投资在USB接口和同轴接口,一个是迎接最新的高格式文件,另一个是兼容家里收藏的CD碟片资源,足以!