xs_horizon分享之五：用数据说话:实测同轴输出如何影响解码器

soundaware

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     经过漫长的等待，终于等到了享声音响xs_horizon——林先生的第五篇技术分享！本次将为各位烧友科普同轴输出对DAC的影响，前排自备瓜子板凳饮料！

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微博原文地址：http://weibo.com/p/1001603922545156984529

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    这是第五篇分享, 以前的分享详见本人长微博（http://weibo.com/xshorizon)， 我不得不说一下为何发微博作为固定分享的原因，这几年我分享了很多关于数字音频技术的内容，有些随着产品介绍，而大部分是在享声群 内：207427991。第一篇分享前很多用户给我建言， 有时间在群内分享，为何不能整理出来分享给更多的烧友朋友？？其实之前也有朋友建议我形成分享系列，但是个人时间实在有限,都是随性而发，加上中文水平实在有限，外企的近十年，连中文打字的五笔字根都忘了，这次在群友的强烈批评下，于是下定决定，尽量多整理分享关于音响，数字音频相关的文章，由xs_horizon的帐号发出，欢迎大家批评与指导。任何转发，必需要引用本人信息。

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    因为时常接待大量的烧友的询问，加上一些DAC厂商的片面性的宣传，转盘不是数字0,1吗？ 只 要数据正常，那对解码器有什么影响？其中包括了很多行业人士，靠口说，虽然也全面，但是这个解释这几年周而复始，正好公司今天同事也来问，于是下决心整理。

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    事实是数据基本都不会错，但是转盘好与不好，还是对声音有极大的影响的。至于怎么影响，我们就从模拟的失真以及底噪波形就可以简单看出。但是这个测试只是为了揭示有这个影响，但并不是为了说明这是唯一影响，事实上同轴质量如何影响DAC，这只是一个因素之一（具体有哪些方面，如何评测，因为享声在音频标准方面研究了五年多时间，有些技术细节作为保密目的不方便公开），所以请不要误解。

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    首先科普一下，什么是数字音频输出，标准的数字输出,基础协议我们总的概括为带有音频时钟及数据信息的传输协议。比如同轴，AES，光纤，BNC，甚至部分HDMI音频，内部是用SPDIF协议（这种是把数据与时钟调制在一起适用于稍长距离的音频基础标准），还有一种就是IIS，这个主要适合于机内传输，发送距离较短，不过也有单端转平衡的方法使之更长距离。 但是不管以上哪种，音频标准当中必然有数据+时钟的信息。 IIS如何影响解码芯片的性能，比同轴影响更复杂，以后方便时再考虑写个文章，这里只为了直观的做一个测试，说明同轴质量可以直接影响解码器的性能。

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    这里采用BNC接口+专业同轴线（D1），数字信号发生仪器用prismsound DS3 ，它可以产生各种高质的，参考级低抖动的数字信号，并且也可以模拟常见几种干扰以及jitter的情况, 看看在不同干扰下，解码器的失真以及图形变化来直观的方式来显示。 本来打算采用A280的同轴输入，解码输出作测试，因为我们认为A280的同轴已经达到了CS4398的参考极限（THD+N=0.0006% 左右)，但是防止可能有偏向性，我们最后同样采用了带有专业锁相环功能的解码器Hilo, 也是CS4398芯片. DS3的同轴输出与hilo 是地线隔离的，虽然是同轴线，但是两者并没有地线干扰的问题，影响只是同轴线里面的信号，这与USB的影响是不同的(地以及信号干扰），同轴线采用D1 （购买时约2500元左右），在我们测试下100MHZ带宽下指标也是非常优秀，所以用在这个测试当中已经可以足够反应问题(后面还有对比更好的DA来检测此现的情况）。

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    首先DS3的同轴输出（产生测试数字信号）到hilo的同轴输入，hilo 解码后的模拟输出到DS3的模拟输入（测试DA的失真以及噪声情况）, DS3 可以配置不同质量的同轴输出信号（都是1khz 的正弦波），来测试抖动对DAC的影响 （通过对hilo的模拟输出质量用DS3进行分析）。

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hilo 作为解码器

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hilo的配置

背部连接图

    这是软件配置输出：1khz 44.1khz 24bit 0db 的正弦波信号通过同轴发射输出，这样模拟能够测试到其THD+N（失真+噪声），同时全频FFT（就是把模拟信号的频率的角度来看）也可以看到全频的底噪。

    （左最高的是1khz的正弦波频谱，然后就是一些较矮的为谐波失真情况。-130db 为底噪）。

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    从图中看出，在在加没有加入任何抖动的情况下，标准24bit,44.1khz的 失真+噪声为0.0006%左右，这已经发挥出CS4398最好的性能（芯片参考指标）,现在的底噪为 不到-130db， 这是hilo的最好指标。

hilo在这种高品质同轴下的最佳指标

    接下来，我们要对DS3的数字输出进行一些简单的增加jitter，看看如何影响Hilo的失真以及噪声. 首先在低频段加入一个100hz 正弦波，振幅为30ns (p-p), 结果看一下图像与失真情况：

低频100hz正弦波jitter干扰

100hz jitter 干扰后的细节

    可以看出，整个失真严重劣化，THD+N 从0.0006% 下降到了 0.0043%，整个频谱曲线也完全变形，低频区底噪下降到了-70db. 就是说，如果你的同轴信号，底频段有太多不干净，这其实会直接影响到DAC。 如果在20khz加入一个正弦波，那整个干扰就会带入到模拟里面，见如下图，全频段右边的干扰：

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输入20khz的正弦波干扰

20khz干扰的波形细节

    高频区的杂波这在之前是没有的，正是因为加入20khz的抖动信号后才出现的，虽然失真略有降低，THD+N=0.0009X%，但这会影响听感。 以上只是单一信号的干扰同轴输出，如果我们把带宽噪声加入，同时把jitter的干扰幅度加大，结果就是hilo 失锁，无法正常工作了。

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加大干扰幅值hilo失锁，无法正常输出

只有恢复到30ns, 才基本能够锁定，但是失真也是比较大的。

恢复30ns后才没有失锁，但失真变大

加入类似线路的宽带噪声干扰也是类似现象：

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微分带宽噪声干扰

    如果调高振幅同样会导致失锁，如果把同轴的频率变成192khz，这种失锁会更明显。  以上只是一个简单的例子去测试在数据完全正确的情况下，不同的干扰信号会对DAC解码器的影响，但是现实中的干扰远远高于实验中的简单干扰，更加复杂，作为转盘，全频率的干净底噪是DAC声音发挥出好效果的必然, 当然这个只是影响DAC效果一个直观的一个方面，底噪干净只是一个基础，影响的DAC性能发挥远远不止于底噪，其它如稳定性等也是非常重要。然而上述测试只是代表如AES，光纤，同轴，BNC等SPDIF协议，而一体机的IIS+MCLOCK的机内协议影响更为复杂，远高于SPDIF的影响，如果一体机如果要做好，需要注意的地方会更多。同时目前的转盘输出质量离参考质量还略有距离，这也是我们今后的方向。 最后要说明一点，USB接口并不是标准的音频数字协议，但是它是通过传输数据到XMOS等USB芯片，因为USB是一个地线依赖的协议，所以电脑或其它USB信号的噪声会带入到解码器，从而如上述一样影响到DAC的性能发挥，因为IIS不是一个隔离的协议，所以对USB输入的质量要求极高，是明显高于同轴，光纤与AES等SPDIF协议的。 最后满足一下之前那个同轴线怎么样, 仪器的理想解码是怎样，我就做一个测试，把这个同轴线的数字输入接入到DS3的输入输出，利用DS3内置的解码进行测试，看看专业仪器的性能是怎样的。

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专业内置解码测试

仪器参考指标

仪器参考指标细节

xs_horizon 晚2016/3/22

soundaware

前排占楼！

huizhen

wangyonc

没搞明白这测试的意义何在

xs_horizon

我是作者，这个其实是为了减轻这一直以来这个问题的工作量，同轴/AES/光纤信号的质量对解码器指标都有影响的，更不要说听感，然而同轴数据却是绝对的正确。主要是说明，转盘性能不是0,1对了就行，影响有很多方向，我只不过花了点时间，把影响的一方面测了一下给大家看.

wangyonc

前面质量不佳，导致后面质量不佳，这很正常啊，看了个开头还以为要测试同轴线带来的影响，看到结尾发现不是这回事，原来开头红色文字里面没有“线”

xs_horizon

wangyonc 发表于 2016-3-23 14:52
前面质量不佳，导致后面质量不佳，这很正常啊，看了个开头还以为要测试同轴线带来的影响，看到结尾发现不是 ...

主要是很多人说，转盘只是0和1, 只要数据对了就行， 讲理论可能听不懂，所以就做个小测试，直观一点。

versus888

做这个测试为了什么，怎么做的（很清楚了），做完了得到什么。希望楼主结论部分要简明扼要，论证了什么，好让那些挑刺的朋友闭嘴。

小白

xs_horizon 发表于 2016-3-23 14:36
我是作者，这个其实是为了减轻这一直以来这个问题的工作量，同轴/AES/光纤信号的质量对解码器指标都有影响 ...

转盘性能不是0、1对了就行——这个好像是废话啊，经过那么多年科普我想大多数发烧友都会知道这个。其实很烂的转盘哪怕是vcd盘，和顶级的cd转盘，读取到的0、1数据是一样的（用数字录音机录下来对比很容易验证）。差别是其他方面造成。

wangyonc

小白 发表于 2016-3-24 10:50
转盘性能不是0、1对了就行——这个好像是废话啊，经过那么多年科普我想大多数发烧友都会知道这个。其实很 ...

我想吐槽这个实验就像证明，做一个菜，盐放多了会咸差不多。
如果做个实验来证明数字线怎么影响输出到输入的差异，譬如什么材质，什么绕线结构，什么介电，什么避震，什么屏蔽，什么长度，对数字信号的影响在哪里，这就大牛了

darkfrank

这个帖发在家电那种地方会比较有意义，那边全是相信0101就没区别的民科

xs_horizon

小白 发表于 2016-3-24 10:50
转盘性能不是0、1对了就行——这个好像是废话啊，经过那么多年科普我想大多数发烧友都会知道这个。其实很 ...

有些简单的科普还是要做，因为实在问得太多了，还有我这个测试，揭示了一个方面，就是转盘输出的全频段噪声会对DAC有明显的影响，但那只是SPDIF 输出质量评估的一个方面，有时间会展开这一块来讲。

小白

xs_horizon 发表于 2016-3-24 12:08
有些简单的科普还是要做，因为实在问得太多了，还有我这个测试，揭示了一个方面，就是转盘输出的全频段噪 ...

科普还是支持的。不过除了这些客观测试外，其实不同数字源的声音差别还是很容易听出来的。那些01党我觉得根本没好好听。

xs_horizon

小白 发表于 2016-3-24 12:20
科普还是支持的。不过除了这些客观测试外，其实不同数字源的声音差别还是很容易听出来的。那些01党我觉得 ...

是的，现在年轻音乐爱好者对一些基本HIFI知识的了解缺乏比较震惊。

同轴输出质量除了低噪，精度，动态漂移等指标外，音色与乐感也是很重要的部分。

卖女孩的小火柴

好深奥，看不明白。请问如果把同轴换成光纤会怎样？