从CHORD DAVE谈起没有前级的数字音量控制（更新X22的ES9038pro数字音量控制）

gebegebe

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声明：此文抛砖引玉，欢迎交流探讨，相关数据和资源均来自网络，楼主没有实测，不负有任何责任。

随着DAC芯片厂商内置了数字音量控制，比如CHORD、ESS、AK等，很多解码器厂商也推出了带有“数字前级”的解码器，比如CHORD 、Mytek 、Weiss、谷津等，那么所谓的“数字前级”是什么？和传统模拟前级的优劣在哪里？

甚至有文章居然写到“官方自信宣布DAVE的数字音量，即使用到最大程度的衰减，其信息量与透明度可以超越任何模拟前级。”（来源http://www.headphoneclub.com/thread-379773-1-1.html）

要知道好的前级价格不菲，几万甚至几十万的都有，那么究竟数字音量控制是何方神圣？


先了解下音量是什么。

声音是由声波构成的，声音的响度是由声波的振幅决定的，在电声转换系统中，用电压来记录声音振幅，也就是说在HIFI系统中音量或者说是响度是由电压（电平）决定的。

我们的录音文件就有有采样位深，比如16bit 24bit，bit在这里是二进制的位数，16bit代表二进制的位数是16位，换成十进制就是65536。为什么要用二进制，因为集成电路是0、1的逻辑电路。

而响度的计算单位是db，根据换算，1bit=6db，既电压缩小1倍，响度减少6db，也就是说16bit的录音文件最多可以记录96db的动态范围，假设一个发声体最大发出了100db的声压，那么这个录音文件在录下了100db音量的同时就只能录下4db的弱音，低于4db的弱音它就录不到了。

假设一个16bit录音的最大电平是2V，那么它所记录的最小电平就是2V/65536=30uV。

对于数字音乐文件，通常默认最大音量为0db，衰减通常是负数，比如-10db，-20db。






传统的音量控制采用的是模拟电位器来调节音量。最简单的就是可变电阻，初中物理就学到了V=I*(R1+R2)。

常见的电位器分类

http://www.51hei.com/bbs/dpj-52765-1.html




传统电位器
分档式电位器
继电器电控衰减器
电子音量控制器


简而言之，模拟电位器通过改变电阻改变了输出电平。






对于数字音量控制，很多人还比较陌生，其实也很常见，EQ均衡器也是相同的数字信号处理（DSP），只不过EQ改变的是局部频段的音量，而数字音量控制改变的是全频的音量。

数字音量控制并没有使用电位器，而是直接改变数字文件，比如原本一个音量的数值为65536（录音的最大值），在－45db时，65536*0.005604=367.263744，但是一个16bir的DAC只能记录65536个数，精度为1，那最小误差的做法就是367.263744看做367，会出现0.263744的误差。而如果是32bit的DAC，它就可以记录4294967296个数，如果最大数值依然为65536，那么最小精度变为了1/65536=0.000152588，也就是367.263744不会被误差成367，而是误差成367.263744±0.000152588，精度大大提高。

其他例子可参考谷津的说明，简而言之，16bit的DAC会有较大误差，32bit或更高的位数，可以大幅减少误差。
http://www.erji.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1939458



看起来事情得到了较好解决，但是还有一点，DAC的底噪问题，可以参考下图ESS关于模拟前级和数字音量控制的图示。

假设DAC的输出电平是2V，如果16bit录音文件在0db输出时，最大输出2V，最小输出时2V/65536=30uV，而如果衰减-45db，最小输出30uV*0.005604=0.16812uV，而这个DAC的底噪是1uV的话，那么底噪都远大于最小输出电平了，实际也等于缩小了动态范围。而传统的模拟电位器是通过改变电阻来改变电压，会同步衰减DAC的所有声音（包括底噪），原本DAC的底噪是1uV，那么DAC所带来的底噪就是1uV*0.005604=0.005604uV了，几乎没影响，而模拟电位器只受自己的元件底噪影响，如果模拟电位器自身的底噪小于DAC的1uV底噪的话，那么就好于DAC的数字音量控制。









当然，ESS在PDF中自吹它的底噪低至-135db，但官方给出的指标通常是极端条件下的，在DAC厂家设计了模拟线路和滤波后，真实的底噪并没有宣传的那么好。









下图是某前级制作者的THD数据图，有传统的前级比如金嗓子C-2820、PGA2320(不是实测）和他自己的模拟前级，作为参照的则是lyra2/weiss dac202/es9018的数字前级。






看图可以看出对于普通的数字和模拟前级，受底噪影响，THD和音量呈线性关系，底噪较低的THD参数也好。但某模拟前级的底噪会随着音量衰减而减小，这样虽然在0db时THD不如ES9018，但随着电平衰减THD则可以反超。

由于金嗓子C-2820、PGA2320不是实测，只是根据手册计算，所以是否模拟前级都有这一特性还不清楚。

总而言之，无论数字前级还是模拟前级，都需要尽量减少底噪，模拟前级的底噪是有可能随着音量衰减而减小的（具体原因不明），而DAC的底噪是固定不变的。




还需要考虑的是，目前的32bit DAC(ES/AKM系列)和64bit DAC（CHORD）只是分辨率达到了较高水平，说明软件算法的能力，但还要考虑DAC/ADC的精度，也就是误差总是存在的，具体的有效位数可以参考链接里的公式https://e2echina.ti.com/blogs_/b/adcdac/archive/2015/02/03/adc-i

分辨率高的DAC并不一定精度也高，如果误差较大，那么在实际的输出结果就不会和计算结果一致，当然无论是否计算，DAC的误差总是存在的，但因为数字音量计算是衰减得小数，基数变小，那么误差就会放大。

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主观部分，笼统一说，

数字音量控制的优势是偏凝聚，强音，清晰感和实体感强，声音比较沉稳，背景黑，主体更加突出，缺点是偏干硬，弱音显得少。
模拟前级的优点是弱音信息丰富，声音更流畅，但整体容易发虚，发散，空松。

Manhattan说明书上写的是，根据他们的listening tests，建议较大的衰减（＞-20db）使用模拟前级，较小的衰减使用数字前级（＜-20db），衰减在0至-6db的audio resolution和by pass是一样的。

（根据曼哈顿的特性，存在数字衰减-20db，模拟再衰减-20db，达到最好的-40db效果？但DAC本身无法这样设置，使用外置模拟前级则性能就不同于曼哈顿的内置模拟前级了。）

其实每个数字前级的声音并不一样，但其实也依赖软件，比如QV就很有意思，PC端的foobar数字音量并没有锁死，可以和内置的数字前级一起控制音量，二者的声音就差异明显，内置的数字前级就更有模拟味。

测试的带数字前级的解码有谷津QM、QV， CHORD HUGO2、DAVE， Mytek Brookyn+、Manhattan。作为参考的模拟前级有SRM-717 SRM-T8000 Luxamn DA250 Linear 5 HA5050以及Brookyn+、Manhattan自带的模拟前级。

有一点需要注意下，Manhattan连接带有by pass功能的SRM-T8000，数字前级模式下，听觉底噪声较小，而模拟前级底噪较大，在较高音量下听觉底噪更显著。
而Brookyn+使用自带的后级，自身的数字前级的听觉底噪的大于模拟前级，和曼哈顿有点相反，比较有趣。









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数字音量控制本身不使用电位器，但不意味着不可以使用电位器，数字音量控制+模拟电位器调节电平是可以同时进行的。

举个例子，数字输出电平减少6db,同时模拟电位器衰减6db,那么总的结果就是-12db。

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小白

写写这个挺好的。老燒基本都认同还是模拟器件设计的前级更好听。这是一个朴素但正确的结论。

kyokyo

我一直认为，DAC芯片的位数决定了内部的精度。当位数大于数字文件的位数的时候，多出来的比特就可以用来做DAC内部的无损的音量处理。当数字文件位数上去了之后。数字音量又会损失音质了。

数字 - 数字接口之间位数匹配也很重要，只能按最低位数的数字的动态计算。

比如你有64 bit的解码芯片，一个24bit的文件，你就有40bit处理音量。但是如果你企图用64bit数字接口输入到24bit解码器。即使你的64bit数字接口有40bit余量做无损音量控制，但是在你输入到24bitDAC的时候，这40bit会被转换为24bit的掉bit损失。

realzxp

太厉害了，条理清楚，通俗易懂

4realms

kyokyo 发表于 2018-2-8 12:31
我一直认为，DAC芯片的位数决定了内部的精度。当位数大于数字文件的位数的时候，多出来的比特就可以用来做D ...

数字放大的根本优势就在这里吧, 免掉了匹配问题

bryanjh

dCS Rossini, Chord DAVE这种，都在用数字音量调节。。。

bokeh

chord好像未来会出数字功放 其实就是理解为高输出的dave就是了 可以驱动喇叭

salt

求推荐性价比前级。

2358226548

AUDIO NOTE M10

小白

D类放大器、开关电源、数字前级，这几样东西从技术角度看一点问题都没有，都可以做得很好，但都不符合“老燒审美”，这是它们在圈内被老燒群体普遍排斥的一致原因。

DXDXDX

小白 发表于 2018-2-8 16:43
D类放大器、开关电源、数字前级，这几样东西从技术角度看一点问题都没有，都可以做得很好，但都不符合“老 ...

没事，老烧群体也逐渐被圈子排斥了

Evangelion

小白 发表于 2018-2-8 16:43
D类放大器、开关电源、数字前级，这几样东西从技术角度看一点问题都没有，都可以做得很好，但都不符合“老 ...

这种老烧，也顶多就是老，然后自以为烧

真正的老烧，心态一般都很开明，愿意接受新的东西，玩新的东西

梼昧狂客

当年WADIA就是选择升频+数字音量，但很多用户习惯上还是会将音量开到头，然后用前级调节。Rossini的音量控制更像是一个电平衰减，没记错的话，官方的说法是不建议衰减超过20dB（也就是10倍，6V变0.6V），但问题是20dB的衰减很多时候是不够用的，或许因为如此，dCS的建议是调节输出电平，所以说得明白一点，Rossini的音量控制就是个摆设。调整BIT控制音量的方法个人体验是很差的，细节动态都有影响，CHORD的东西本身就有点涂抹，调了音量就更要命了，Rossini声音比较素，调一点影响不太大，但和用前级控制还是没有可比性。

膜片型的电位器是最常见的，水平不行的厂商或很多DIY作品就靠着这个堆料了，一颗RK50怎么着也得4000吧，看起来确实很有脑放，但在音量控制方案中这也是最没技术含量的（花钱采购就可以）。

继电器+电阻的方案用的会多一些，成本不高（顶多是一些特殊阻值的电阻而已，然而E192系列的电阻也不贵），但切换的时候确实会有轻微的爆音，音量越大爆音越厉害，便宜的产品用过Antelope Satori，二手几千块搞定，更贵一点的有大绿钮，GRACE DESIGN貌似也是用的这个（M905），专业厂商这类产品主流价位在2-3W（DRAWMER之类的便宜，但那就只是用的电位器而已），羚羊可能是为了多卖点所以便宜些。民用的有一个天琴的前级是这个方案，就是标价5W左右的那款。这种方案也不算复杂，不过布线什么的会有要求，又想看的高端（精度 级进位数 遥控控制等等）又不想花大价钱，这种方案很值得考虑，国内哥诗德和金波都有用这个方案的机器。

音量芯片型的也有不同的设计，ARC用的那个是台拉斯的芯片，现在归属于MAXIN，早期款用的DS1666，后期好像是DS1808之类的，这个电路也不复杂，但效果确实不错，类似的好像欧胜也有几个这类的芯片，没仔细看。除此之外就是TI的音量控制方案，这个除了民用之外很多专业机也用，价格不贵，效果也还可以，只是这种设计往往不太有脑放，看起来既没有一坨一坨的继电器，也没有一排一排的电阻。

IV转换型的足够高端，但这个如同LZ援引的那篇文章中说的，一般人做不了，但能用上这套玩意的机器一般都不差，感兴趣的可以看看下面的这个文章，分析的马克前级http://www.doc88.com/p-4641264781173.html。这套东西唯一的问题就是贵，但从技术角度上来说，确实很有料，不过话说回来，以今天的物价来看，326S或C2450这种机器的价格也没啥，无非是舍不舍得的问题。

除了这些音量控制方案外，AYRE的音量方案似乎可以单独算一种，机械开关+电阻控制增益来调节音量，除了他好像没别人用了，缺点是级数较少，调节精度也不够高（但话说回来，精确到0.1dB的音量调节似乎也没啥用，个人认为0.5dB就够了）

zhzh0000

营养太丰富，进来猛吸。

谢谢楼主讲得明白，谢谢各位大侠接龙。

gebegebe

zhzh0000 发表于 2018-2-8 18:57
营养太丰富，进来猛吸。

谢谢楼主讲得明白，谢谢各位大侠接龙。

还没完呢…