音响入门ABC——解码器（DAC）

发表于 2019-5-4 21:59:57

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这里我想专门为“解码器”写一篇，谈谈我认为一些基础的东西，和一些最常见的错误认识。

其实从头说，发烧友常说的“解码器”是一个错误的称呼。正确的称呼应该是“数模转换器”。英文是Digital to Analog Converter，缩写形式为DAC。这里没有“解码”的概念，而是数字信号到模拟信号的转换。所谓“解码器”，AV中用到的杜比环绕声解码，那个是解码，但DAC这个概念是“转换”，并非解码。不过，用解码器这个词来表示DAC，长期以来已经约定俗成了，所以大家理解就可。

由于当今是数码音频的时代，所以事实上我们生活中用得到的所有“声音重播”，全部都是数字式的，也就是说本质都是用0和1组成的二进制数字信号来表示音频。手机、电脑、电脑声卡、电视机（基本都实现了全数字化）、随身听、录音笔，我们用得到的声音重播和录音设备，都是数字音频，没有模拟音频。事实上现在除了发烧友外，普通人士很多已经不知道什么是模拟音频设备、模拟音频媒体了。磁带、黑胶唱片、磁带录音机、黑胶唱盘，那些模拟音频的载体和设备，都已经进入博物馆了，和普通人的生活，没有什么交集了。

在这个数码音频绝对主流的年代里，所有的声音录制和播放设备，里面都有一个部分、一个芯片、一块电路，是做“数字模拟转换”这个功能的。也就是必须把0和1二进制信号表示的数字式音频信号（Digital），转换为模拟式的电信号（Analog）。什么是模拟式的电信号呢？它和数字音频信号的最大区别是什么呢？一句话解释就是，模拟式音频信号，是连续变化的电信号，用波形表示的话是一个圆滑的波形。数字式音频信号则只有0和1两种状态，非黑即白，没有中间状态。从电信号的角度来看，数字音频信号是一系列的脉冲信号，而模拟式音频信号是频率和强度都在不断变化的、非脉冲型的信号。

我们如果观察黑胶唱片的表面，用放大镜去看，就可以看到声音留下的实际“波纹”。声音的本质是振动，把声音的振动记录下来，就是一系列的波形。声音从其本质来说，是“模拟”的，爱迪生最初发明的留声机和保存声音的腊筒，其原理都是直接记录声音的波形，从爱迪生时代开始，到后来的磁带、LP黑胶唱片，都是模拟音频的时代。模拟音频为什么后来被数字式音频取代了？根本原因是模拟音频的录音、复制和重播，存在很严重的缺陷——所有的模拟录音载体，都有底噪，而且每一次的复制和编辑都会引入新的噪声、新的失真。连每一次播放都会造成磨损。一份模拟录音“母带”在经过多次复制和编辑后，底噪就会变得很大。我的大学时代是卡式磁带盛行的年代，那时过来的人，都知道磁带每复制一次，音质就明显劣化一次，当时有“儿子带”和“孙子带”之称，专门卖磁带给乐迷的专业“拷兄”，手头即便握有原版磁带，也不会用原版磁带来复制的，而是会先复制一份“儿子带”，再用儿子带复制出孙子带，卖给乐迷。为什么？因为原版磁带每播放一次，音质也会损失一次，反复播放几百次后，高频响应就会明显劣化了。乐迷们可以买到的“孙子带”，其音质比起原版磁带来，已经明显劣化了，但当时的乐迷们，只能听这样的东西。这就是模拟音频时代的痛苦了。

数字音频时代一来，人们发现，数字式音频由于是建筑在0和1组成的二进制信号之上，所以复制是无损失的，只要确保数据不错，复制无数次，音质也不会有劣化。数字式录音机、CD唱机，本身都底噪极其轻微，所以数字式音频很容易做到90分贝以上的高信噪比，一举解决了困扰了人们几十年之久的噪声问题。由于CD光头的非接触式设计，播放过程也是毫无损耗的。所以八十年代开始，以CD为载体的数字音频迅速进入人们的生活，并且很快取代了模拟音频载体和播放设备。当然现在又有不少发烧友在怀念黑胶唱片等模拟载体，认为它们声音柔和、温暖、有“模拟味”等等，这其中有“作”的成分，有腻味了数字音频想寻找不同之物的心理。在当初，数字音频取代模拟音频，非常正常、顺理成章，毫无任何冤枉或勉强的成分。从大局来看，数字式音频虽然不象模拟音频那么“自然”（声波振动的本质是模拟的波形），但数字音频具有巨大的优越性，完全应该取代模拟音频。

既然数字音频如此好，为什么还需要一个“数模转换器”去把数字音频转换为模拟信号呢？关键是，在音响系统的三大件里，放大器和喇叭这两个环节，仍只能处理模拟音频信号。不管前面怎么搞，要让我们的耳朵的听到声音，喇叭还必须接受模拟电信号、按模拟电信号来发出振动。如果给喇叭一系列0和1组成的脉冲数字信号，那喇叭只能发出无数杂音。所以放大器这个环节，本质是接受模拟信号，加以放大，使得信号强度达到足够驱动喇叭的程度。喇叭的环节（包括耳机），同样彻底是“模拟式”的，只能接受模拟式的音频信号，才能发出有意义的声音。

所以，音源必须输出模拟音频信号去给放大器。它不能输出数字式的信号去给放大器和喇叭。所以，我们虽然身处数字音频时代，音乐在大多数的时候都以数字式的方式录制、编辑、出版、流传、保存，但是当我们播放音乐的时候，播放设备（音源）必须输出模拟式的信号，这样我们才能欣赏音乐。也就是说，整个录制和重播的流程是这样的——原始的音乐声音（模拟式的声波）- 话筒录制（模拟方式的电声转换，声波变成连续的模拟电信号） - 被数字录音机记录下来（在这个环节模拟电信号被转换为数字信号）- 编辑、出版（数字方式）- 重播 - DAC数模转换（转换回模拟音频信号） - 放大器（模拟方式） - 喇叭/耳机（模拟式的声波）。

所以，我们就知道，在所有的能播放数字音频的设备里，从手机、电脑、电脑声卡到电视机、随身听、蓝光机，所有这些设备，里面都有一个部分、一个线路、一个芯片，是做“数模转换”（DAC）这个活儿的，把数字式音频转换为模拟式的电信号输出。发烧友所说的“解码器”或者说DAC，只不过是因为发烧友很注重这个部分，认为这个部分对音质影响很大，所以选择了装入独立机壳的、功能单一的“解码器”产品。

发烧友们所玩的“解码器”或者说“数模转换器”或者说DAC，确实是一个重要的音源类设备。它属于典型的、功能单一、音质至上的设备。从功能性看，可以说它只有一项功能——把输入的数字式音频信号转换为模拟音频信号输出。但就这一项功能，不同档次的解码器，做得完全不同，而且风格各异。解码器是目前发烧友所玩的音源设备里档次高度丰富、品牌空前多样的产品。价格从几百块到几十万元，有点名气的品牌至少上百个。

所有的解码器，看它的背面，都可以看到两组接口。一组是数字输入口（Digital Inputs），一组是模拟输出口（Analog Outputs）。来自数字源的数字信号，从解码器的数字输入口送进去，在工作时，就从模拟输出口输出信号，接到后面的放大器环节，或者有源音箱。

数字输入口，最常见的是四种形式——光纤（Optical）、同轴（Coax）、AES/EBU、USB。其中光纤口一般都是所谓Toslink，有3.5毫米圆孔和方口两种（彼此可以转换），台机一般都是方口，随身设备很多使用3.5毫米圆孔。同轴口有RCA式和BNC式两种（家里的有线电视线缆一般就是BNC口，看看有线电视的接口就知道什么是BNC了），因此同轴线也有RCA头和BNC头两种。其实BNC同轴口是有优势的，但大多数器材仍是只装备了RCA式的同轴口。RCA式的同轴口由于和单端模拟口长得完全一样，有些初烧会混淆，其实只需看一点：模拟RCA口必然是一对的，分左右（标着L和R），而数字同轴口，只有一个RCA口，不分左右。

AES/EBU俗称“平衡数字口”，是一种三针的平衡卡农口，在专业器材上运用非常多，因为它具有长距离传输抗干扰的优点，但是在家用设备上则很少见。不过假如用家的设备可以通过AES/EBU来连接，这还是一种值得优先考虑的连接方式。USB口，是近年来得到普及的一个数字口，毕竟现在很多人买回解码器后，就是通过USB线连到电脑听音。通过USB口和电脑交换数据的方式，也从早期的Adaptive Mode（自适应模式）发展到现在广泛盛行的异步传输模式（Asynchronous Mode）。在这个模式下，解码器的内置时钟成为主导，降低了前端电脑对声音的影响程度。

假如是没有USB输入端的解码器——有两种情况，一种是老式的解码器，一种是很高级的解码器——需要连接电脑，那么可以通过一种叫“USB界面”的产品来连接。电脑USB口接到“USB界面”，USB界面再通过同轴或AES/EBU口接到解码器。我以前专门介绍过这种东西，可以参看一些旧文。

解码器的模拟输出口，就两种：单端的RCA输出，和平衡方式的XLR输出。如果是随身型的微型解码器，那么可能会装载3.5毫米的模拟输出口。 3.5毫米的孔，可以做成耳机输出、可以做成光纤口、可以做成模拟输入或输出口，由于其体积小不占地方，在随身类器材身上非常多见。

所有的解码器里面，所有的数字音频设备里面，都有一个部件叫“时钟”。其形式可以是独立的一块晶振，可以集成在芯片里，但起的作用是一样的，它决定整个设备工作时的“时间基础”。我们知道数字音频的原理，是按44.1k赫兹（CD规格），或更高频率（如96k赫兹），对连续变化中的模拟信号进行“取样”（Sampling），得到一系列的值，重播音乐的时候，则必须依照这个取样频率，对模拟信号进行重建。在这个过程中，取样和重建的频率精度，是非常非常重要的，会直接影响到重建之后的模拟信号是否准确。因此解码器内的“时钟”其精度会显著地影响声音。现在很多中高档解码器都使用了高精度的晶振。比如前面提到的Vega解码器，就使用了所谓“飞秒时钟”，其具有飞秒级精度、极低jitter的特性，带来了很高的声音品质。

然而另外有一种独立的高级产品，叫做“独立时钟”，代表作品是日本Esoteric的制品，包括目前全球最贵的售价达人民币10万元的G-0Rb超级时钟。Rb是金属元素铷的缩写，这种时钟用到了天文台级的铷原子时钟模块，配合精心设计的电源、机壳、避震、周边电路，可以做到音频设备里最低的jitter。这种独立时钟设备，就是通过BNC端子的数字同轴线，与具有时钟接口的解码器相连的。连接后，独立时钟的信号就取代解码器内置的时钟，由此解码器可以依据更高精度、更低jitter的时钟来工作。如果数字源、解码器都具有时钟输入接口，那么可以都接入同一台独立时钟，由它来同步整个音源系统，达到最佳的效果。当然，这样都必然是很高级的系统了，一般的中档以下系统无法用到。不过价格较便宜的独立时钟也是有的，比如意大利M2Tech就有一款很小巧的时钟产品EVO Clock，在圈内有一定知名度。