2020/04/30發表,已被閱讀 6,927
Audiobyte Hydra Vox/ Zap說明會 來自羅馬尼亞的 Audiobyte 推出新產品了。繼 Black Dragon DAC、Hydra Z DDC、Hydra ZPM 超線性電源供應器的組合後,再次推出更高級的選擇,那就是 Hydra Vox、Hydra ZAP、Hydra Hub 的系列機款。產品定位在 Black Dragon 之上,而 Black Dragon 系列產品則會繼續販售。

這套 Hydra 家族,從 2018 年起,連兩年在慕尼黑音響展現身,但是直到去年底才開始出貨。醞釀這麼久的產品,到底有什麼厲害之處?代理商為了讓故事說得更精彩,而不只是照本宣科地報告一下規格和特性,特別找來專家說明。


專家助拳的另類說明會

說明會當天,才踏進巴洛克的試聽室,就看見身著Polo衫配牛仔褲的講師 Michael Wang(王任遠)。他是代理商巴洛克的好朋友,代表巴洛克出征已經不是第一回了,先前因為 EC(Electrocompaniet)與巴洛克認識,不僅成了主顧,也交了朋友。

Michael 是個具有 30 年業界資歷的科技人,曾任職高科技產業從事過晶片設計也擔任顧問做專案。Michael說「我設計過晶片,經過通訊業,也參與過軟體開發,我們業內稱的 ICT 我都走過了。」

Michael 不僅是個資深的科技人,他也熱愛音樂和音響。「我在科技業打滾了 30 年,做音響迷也大概 30 年。」Michael在事業和工作上講求實事求是,在音響上也是。他與巴洛克結識的故事,就是最好的例證。「我的喇叭是 B&W M801,這喇叭很不好搞,後來得知 Abbey Road 錄音室還有 Michael Jackson 的御用錄音師 Bruce Swedien,都是用 EC 擴大機來推 M801。」因為對專業的信任,他找上巴洛克,要為自己的 801 找到最合用的伴侶。


產品定位—超取樣派的1-bit位元流

技術人出身的 Michael 表示,因為科技業背景,所以,來到音響領域,他也採用相同的分析架構,他要問的是:這 30 年來產業鏈發生了什麼事?以致於今天才會有 Audiobyte Hydra Vox 這個產品。從歷史的角度,Hydra Vox 這個產品應該如何定位?

基本上,DAC 不是好壞的問題,而是途徑的問題。也就是:你的解決方案是什麼?Michael 整理 DAC 的架構原理,大概可分為兩支,一個是 Nyquist architecture,一個是 Oversampling 超取樣架構。以二進位或兩倍取樣為基礎的前者,可以 R2R 階梯式 DAC 為代表;至於後者 ,則又可分為 Multi-bit 和 1-bit 兩支。

而 Audiobyte 的 Black Dragon 和 Hydra Vox,恰好分別採取了超取樣架構的兩派解碼途徑。如果再把母公司 Rockna 算進來,Wavedream DAC 的架構正是 R2R ladder DAC,主事者 Nicolae Jitariu 手下三件 DAC 產品,恰好通包了 DAC 的三個主要型式。

回頭看 Audiobyte 的 Hydra Vox。這是一台以 FPGA 晶片做前端數位訊號處理,然後以 1-bit 架構解碼的 DAC。1-bit 架構的 DAC 早就有了,這一點不新鮮。但為什麼要選擇採用 1-bit 解碼,則跟 DAC 演進的歷史以及數位音訊的編碼技術發展有關。


為什麼採取1-bit?

Michael 表示,如果我們希望 DAC 具有高水準的聲音藝術表現,那麼,數位類比轉換的線性程度是很關鍵的。問題是,DAC 轉換卻充滿了誤差的可能,這就影響轉換出來的聲音偏離了原始訊號,那些失真如果造成非線性程度越多,聲音就越不好聽。「這就是為什麼有些人認為真空管機和黑膠比較好聽,因為他們的失真還是線性的。」

那要怎麼做呢?Michael 提出三件事:第一要盡量維持線性,第二是盡可能降低線性偏移(offset),第三就是想辦法作補償。從數學來看,訊號重現,其實就是一種線性逼近,所以,用微分來逼近,會獲得比積分更小的線性誤差,「而且,就算有誤差,也是可預測的、可控的,那麼我們就可以事先做 cancellation,去補償它。」

「我們認識數位訊號怎麼編碼,就能瞭解解碼的意義。」大部分的數位編碼都是採用 PCM(Pulse-code modulation,脈衝編碼調變),而早期的晶片造價高昂,運算能力遠不及今日,對於處理 16bit/ 44.1kHz 的數位訊號,其實相當困難。所以,早期的工程師為了降低晶片的運算負荷,因此將取樣值做了平均,以減少運算的訊息量。「這是不得已的事,但也說明了為什麼早年很多 CD 唱盤不夠好聽。」


值此同時,還有另一批工程師在研究另一條編碼途徑,那就是 PDM(Pulse Density Modulation,脈衝密度調變)。PDM 一樣是將脈衝訊號取樣編碼,但是編碼的內容是脈衝的密度。如此一來,每一個脈衝密度變化的取樣,都是一個獨立的取樣點,就沒有平均的問題,這就是 1-bit 的初始構想。

Michael 表示,多位元的 PCM 和 1 位元的 PDM 在編碼原理上,後者會更趨近於線性,「即便會有誤差,也是可預測的,所以可以補償修正。」聽感上會有差別嗎?他認為,就算到了晶片技術這麼高明的今天,多位元和 1 位元還是有差別。「一個聽力受過訓練的人,還是可以分辨出來。」

出身科技業且待過晶圓廠的 Michael 個人的預測,未來晶片將具有現在所難以想像的運算速度,要處理超高取樣的訊號不是問題,例如 DSD 1024 以上的規格,誤差區間已遠小於人耳可分辨的範圍,「我們所聽到的聲音將會非常非常線性」。

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古有明證,設計關鍵早已揭示

Michael 舉大家所熟知的 Philips TDA1541A 和 SAA7320 為例說明。前者是 Philips 在 90 年代推出的多位元「機皇」晶片,後者則是 Philips 最早推出的 1-bit DAC 晶片。Michael 整理出這兩個晶片的共同特徵:第一,他們都採左右聲道分離的雙通道架構;第二,他們都很重視參考電壓的穩定性。「其實,這兩項正是好的 DAC 的必備條件。」

Michael 更要強調的是:遠在 1988 年就推出的 SAA7320 竟然有我們現在才重新注意到的規格。它的處理路徑是從 I2S 數位輸入 16bit/ 44.1kHz 的數位訊號,先做 4 倍超取樣,經過 FIR 數位濾波後,再進行 32 倍超取樣,總共進行 128 倍的超取樣,達到 17bit/ 11.2MHz,接著走 1-bit PDM 轉換,且進行 2 階 noise shaping,最後做 1-bit 數位類比轉換。「這跟我們現在在談的 DSD 不是很像嗎?11.2MHz 的取樣率不就是 DSD256 嗎?」

這些歷史回顧都是為了介紹 Hydra Vox 而有的必要鋪陳。因為 Hydra Vox 就是一個採取 1-bit 數類轉換的 DAC,甚至,Nicolae 在與 Michael 通訊對談時表示,他在 Hydra Vox 上所做的,其實就是透過更進步的技術,更強大的運算能力,去實現過去如 SAA7320 晶片所無法完成的事。這是經典的重現,卻要重現的更精彩。


三件式Stack套裝

它究竟有什麼特點呢?首先,Michael 稱 Audiobyte Hydra Vox/ Hub/ Zap 的三件式套裝就像是IT產業裡常見的stack(整疊)式提案,「這是一個整體設計、模組化實現的系統,這在IT產業裡,採取這種設計,往往可以讓3件器材加起來可以達到 1 + 1 + 1 > 3 的效能。」


可升級的FPGA架構

其次,Hydra Vox 內部採用的是 FPGA DAC(Field Programmable Gate Array,現場可程式化邏輯閘陣列),其內部的工作邏輯是透過程式來定義,並且可以進行更新和修正,可說是一個可編成的 CPU 處理器。Hydra Vox 上採用的是 Xilinx的Spartan 7 FPGA 晶片,內有 80 個核心可進行數位處理。

把傳統上由許多晶片和元件所構成的線路,做到一個 FPGA 晶片裡有什麼好處?Michael 表示,IT 領域稱這個叫做同質化硬體平台,也就是所有的工作和路徑都在單質性材料上完成,不需要經過接腳、銅箔,也不需要考慮不同的矽晶元。所以,FPGA 可以實現最短訊號路徑的理想,並且縮短遲延時間,降低時間域的相位誤差。再一個好處就是可以透過更新韌體,使硬體性能提升,這也就是網通領域裡所謂「軟體定義」的概念。


真正可直解DSD的1-bit DAC

第三,因為是 1-bit DAC,所以 Hydra Vox 是真正可以處理原生 DSD 訊號的 DAC。現在市面上的 DAC,絕大多數都可以支援 DSD 解碼,卻多是以 PCM 為基礎。Hydra Vox 在解碼 DSD 訊號時,沒有經過任何內部的數位轉換處理,可稱為 DSD 純粹路徑(DSD pure path)。這樣的 1-bit DAC 除了可以直接解 DSD 訊號外,還有什麼好處呢?有的,就像前面所講的,它具有低底噪、高線性,以及高解析的特點。

但是相對地也有挑戰,包括晶片的高運算能力、高精度的參考時脈,以及高穩定度的電壓。前兩者都是當年Philips晶片所不具備的條件,但現在都得以達成了。晶片具備高運算能力,就能夠達成低延遲的目的。

至於取樣頻率這樣高,相對應就需要更精密的時脈控制。而且,Nicolae 還在 Hydra Vox 的 FPGA 晶片裡寫了一個 DPLLCLK 的數位時脈鎖相,用程式來管理不同輸入和區塊的時脈鎖相,與參考主時鐘配合,這種設計也很少見。

為了應付高取樣頻率,DAC 需要有高穩定度的電壓,因此一般的交流轉直流的電源供應是不夠的。「任何 DAC 晶片的 IC 設計線路圖裡,都有一個參考電壓。晶片能不能達到所標稱的性能規格,參考電壓穩不穩定是先決條件。」此外,穩定的電壓也和低噪訊和共模互斥效果有關。


I2S+LVDS達成高速直通的理想

第四個特點則是它採用了 I2S+LVDS(低電壓差分訊號)。隨著 I2S 漸受歡迎,越來越多訊源器材配備了 I2S。其實 I2S 初期發展是為了軍事用途的高速數位通訊。具有低耗電、高抗擾性、高資料傳輸的特性,而這恰好是傳輸並運算 DSD 高取樣率訊號所需的。

那為什麼還有 LVDS 呢?LVDS 初期應用也是在軍方通訊或航太通訊領域,因為在通訊傳播上強調資料封包的完整性,並且要有抗 EMI 和 RF 干擾的能力。而 LVDS 本身其實就是一個差分電路,就是音響上慣稱的「平衡式」電路。在 Rockna 和 Audiobyte 的 DAC 上都有這樣的全平衡設計,Hydra Vox 也不例外, 其因正是為此。而當 I2S 搭配 LVDS 之後,就達成了通訊領域裡所稱的高速直通電路。


鏡相補償技術降低失真

最後,Michael 表示,雖然 Hydra Vox 採用 1-bit DAC,但它仍有相位失真,而且因為它取樣頻率很高,所以後端的數位濾波相對難做。為了解決低通濾波造成相位失真的問題,Nicolae 在那個 FPGA 晶片裡面寫了一個「鏡相補償」的演算,透過在數位域產生一個鏡相訊號,消除類比域的相位失真。

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三劍客蓄勢待發

Hydra Vox 不是一個單獨的存在,它需要 Hydra Zap 的供電,方能成就 Nicolae 想要完成的 1-bit 的夢。而且,還有一個 Hydra Hub 還沒有正式供貨,等到三件齊備,那就是三劍客齊聚的時刻。

All for One, One for All。記得這句三劍客的經典台詞嗎?這就是 Audiobyte Hydra 系列的概念--三位成一體。期待 Hydra Hub 的到來,屆時,我們再與 Michael 有約。


廠商資訊

進口代理商:巴洛克
電話:(02)2516-7050
網址:www.ansbach.com.tw

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