转 数字高清时代，你的前级还配得上你的音源么？

青竹戴雨

    HIFI现在已经进入了数字高清时代，24bit/192khz、DSD甚至更高格式的文件和DAC已经开始普及。传统音源厂家技术积累不足，已现颓势。越来越多的烧友开始试水录音室的专业adda。而这些厂家技术更先进，产品性能更好，参数更严谨。

    面对技术突飞猛进的音源，模拟前级的技术提高缓慢。你有担心过你的前级已经配不上你的音源了么？如果你还没有意识到，请看转帖！

    关于监听控制器(前级)的必要性和重要性  http://www.audiobar.net/viewthread.php?tid=396399
无论对于专业录音 亦或 音乐欣赏, 前级作为重要环节存在, 在此整理一些我在其他论坛或者群的讯息,集中发在此处, 希望对各位贱人所有帮助```

    因为历史原因 有源音箱内置功放 或者 常规功放 灵敏度大多为 0.775VRMS(0dBu - 最多) 1VRMS(0dBV) 1.414VRMS(+6dBu) 或者 2VRMS(+6dBV).
    模拟时代的前级主要作用是放大, 因为唱放输出电平太低(很多最大只能输出316mVRMS - 即 -10dBV).
    数字时代前级主要作用是衰减, 因为DAC输出电平太高(非平衡输出不低于+6dBV, 平衡输出大多为+18dBu 或者更高)
    事实上 衰减 比 放大难做很多, 因为电路放大很容易设计好,尤其包含反馈电路的放大器很容易控制性能.
    但是衰减就比较难,通常衰减掉的性能就被劣化了, 就像数字控制音量一样, 所以衰减还维持高性能的设计显得尤为重要.
    加之高端DAC性能越来越变态, 也使得前级的性能也被逼迫不断升级, 以满足维持DAC性能需要.
    现在设计的新式唱放, 放大倍数巨大(获得足够的反馈深度,这样可以做到非常高性能), 直接变成跟DAC一样高端平的, 动辄可输出高达8VRMS电压 (+20dBu)......还是需要一个衰减器来匹配功放.

    结论A: 前级非常重要, 数字时代尤其重要.基本上都是买了高端DAC,然后 发现前级越来越不足的节奏......


     数字音量衰减现在主要有两个技术, 第一个是一般DAC芯片内置的, 也是绝大部分数字衰减处理方式 - 直接砍掉高比特的数据来降低音量; 第二个是使用dither技术, 先判定需要衰减值, 然后对最低有效位进行扰码处理, 再截掉高比特. 第二个技术使用了心理声学算法, 比第一种听起来好.(BTW : 通常录音使用24Bit, 然后制作CD时候处理称为16Bit就是 dither技术一个典型应用)


    两者都存在Bit Loss问题,尽管优秀的心理声学dithering算法可以听起来让非常接近原始bit, 但也仅仅是接近. 另外dithering算法会噪声信噪比下降, 一些优秀公司会使用更先进的噪声整型技术(noise shaping)技术, 比如dCS Prism Sound 或者 iZotope, 这个算法借助于心理声学处理,把人耳敏感的低频噪声通过整型, 让噪声功率更多分布在人耳听不到的高频(这也是数据, 所以不能删掉, 只能改变其分布状态).


    Dithering 算法在衰减3个Bit 内是可以维持高品质的, 因为加入的噪音量很小, 但是因为当代DAC输出电平非常大, 所以要进行很大衰减, 即大幅度加入噪声扰码用以可切掉更多的有效比特, 这时候拥有高级噪声整形算法的 Dithering技术也不能不了对品质的苛刻需求, 就像我们可以轻易分辨出同一个音源的24Bit版本和Dithering 成为16Bit 版本.


    传统简单的直接丢掉比特的数字衰减技术, 比如DAC芯片内置的或者音频播放软件, 最直接感官是会让声音听起来低频模糊掉, 高频没有穿透力.

    结论B: 数字算法衰减器一定会丢东西,只是看怎么丢,丢多少而以.


    数字音频领域没有绝对单位,通常用比值单位, 比如一个24Bit 的数字音频信号 动态范围理论是 0dBFS 到 -144dBFS. (dBFS 即 dB满刻度)

    为什么数字是丢掉Bit, 比较简单计算是 24 x 6 = 144, 我们姑且称为144dB有效动态范围. 事实上24Bit技术我们一般只能做到未记权的140dB信噪比之数字信号.但是没关心, 我们仅使用理想情况计算.


    24Bit 的0dBFS 到 -144dBFS是初始量, 数字设备底噪是不能动的, 即本底噪声-144dBFS, 使用数字音量衰减时候, 从0dBFS开始,我们需要衰减20dB, 这样信号最大电平变成了-20dBFS, 这时候 有效动态范围 下降到 124dB. (dithering 实际上是通过算法把 丢掉的那"20dBFS"信号随着加入的扰动噪声随机串入这"124dB"内,才使得我们听起来还不错, 即觉得丢的少)

    对于一个ADC或者DAC设备, 通常要定义数字比值和绝对电压关系. 举例 : 比如常见平衡输出DAC输出电平为 +18dBu (即定义0dBFS = +18dBu), 此DAC信噪比为124dB, 这样我们可以换算 +18dBu - 124dB = -106dBu  (-106dBu 大约是4uV RMS噪声).

    如果我们使用传统数字衰减技术 - 即直接丢掉Bit, 这个-106dBu是改变不了的, 只能从+18dBu 开始减少,假设衰减12dB, 这时候机器输出电压为+18dB - 12dB = +6dBu, +6dBu - (-106dBu) = 112dB, 信噪比此时为112dB, 即丢掉了12dB.

    在来说 模拟前级,  上一楼体积的举例DAC我们称为 DAC18124, 因为是一个输出电平18dBu且信噪比为124dB的DAC.模拟前级足够强悍是维持DAC品质一个关键因素.

    假设一号模拟前级 named PREA, 允许最大IO电平是 +20dBu, 输出本底噪声-117dBu(大约1uV), 标记信噪比+20dBu - (- 117dBu) = 137dB.
    假设二号模拟前级 named PREB, 允许最大IO电平是 +18dBu, 输出本底噪声-97dBu(大约11uV), 标记信噪比+18dBu - (- 97dBu) = 115dB.
    假设三号模拟前级 named PREC, 允许最大IO电平是 +12dBu, 输出本底噪声-102dBu(大约6.15uV), 标记信噪比+12dBu - (- 102dBu) = 114dB.

    比较一: 信噪比
    DAC18124 124dB  VS PREA    135dB    PASS
    DAC18124 124dB  VS PREB    115dB    DEFEAT
    DAC18124 124dB  VS PREC    114dB    DEFEAT
    第一项目比较, PREB和PREC均不能满足DAC性能需求.

    比较二:  IO电压
    DAC18124 +18dBu VS PREA  +20dBu  PASS
    DAC18124 +18dBu VS PREB  +18dBu  PASS
    DAC18124 +18dBu VS PREC  +12dBu  DEFEAT
    第二项目比较, PREC不能满足DAC最高电压要求.

    比较三 :噪声对比
    DAC18124 -106dBu VS PREA    -117dBu      PASS
    DAC18124 -106dBu VS PREB      -97dBu      DEFEAT
    DAC18124 -106dBu VS PREC  -102dBu      DEFEAT
    第三项目比较, PREB和PREC都不能满足DAC18124的噪声要求所以双双出局.

    最后只剩下PREA可以满足 DAC18124需要, 但是满足到什么程度, 很简单.
    DAC18124 -106dBu VS PREA    -117dBu  -106dB - (-117dB) = 11dB
    也就是说PREA这个前级可以在衰减11dB范围内满足DAC18124性能需求.

    结论C:高性能模拟前级要拥有比 DAC强的多 的余量性能 才可以"平移" DAC的性能. 就像刚才举例一样, 我们需要一个高性能模拟前级来"平移" 数字领域那个比值 , 即向上(放大) 124dB那个比值, 亦或 向下(衰减)124dB这个比值.

    因为放大电路 噪声和信号同时放大, 信噪比是不变的, 当然如果这也能把信噪比设计差的人也不合适做这行业, 加之负反馈技术 还可以减少失真, 所以正如我前文所说, 放大电路很容易设计. 衰减就难多了.


    但是让前级设计师越来越郁闷的是, 现在的DAC性能越来越强悍, 已经非常逼近模拟领域1.3uV (20Hz到 20kHz 未记权1.3uV几乎是音频模拟电路做到极限,音频测试仪器大多就是这个参数, 极有屈指可数几个天价仪器可以做到1.1uV 或者 0.9uV, 再低就不行了)这个极限值.


    所谓未来高性能模拟前级可能会非常昂贵, 因为为了满足高性能DAC需求, 这些前级已经跟仪器没什么区别了.


    结论D: 我只是为了简单说明, 使用了信噪比这个最简单计算的方式, 事实上一个好模拟前级参数很多多......不是只有失真和信噪比.


    结论E:学会看设备提供的参数,客观的参数有助于选择设备,当然但愿别遇到坑爹的参数.

胡敏强

所以说单纯的专业思路和知识是不适合家用发烧音响的。其实前级的功能不仅仅是放大电压，它还有一个功能就是“修正”信号（状态）。还是拿台子（相当于前级）来说吧，输入端有话筒和线路选择，这里就会有增益选择控制，就是衰减选择，信号强度高的先衰减再进入线路作一系列处理，并且各级都有相应的音量控制，去满足不同需求的调整处理，最后按需要输出给录音机及功率放大器。