周鸿祎那套千万音响中的独立时钟是什么?听歌还需要看时间?

2021-03-16 21:55:32 157点赞 564收藏 197评论

对于HIFI音频电路来说,始终离不开信号接收——解码转换——信号放大——回放这四个部分。从源头数字音源(模拟音乐)到信号的放大,再到最后耳机、音响回放,这一系列的工作过程组成了一套基础的音频回放流程。而这一套流程其实就是简单的电能转换动能的一个过程,把无形的数字转换为可感知的振动。

周鸿祎那套千万音响中的独立时钟是什么?听歌还需要看时间?

那为什么有时候人们发现同一首歌,在相同的耳机、相同的耳放,相同的解码芯片上,结果声音却有着一些不同,有的明亮一些;有的声场宽阔一些;有的结像更清晰一些;更有甚者,有的乐器的音色,歌手的嗓音更加饱满、自然?

周鸿祎那套千万音响中的独立时钟是什么?听歌还需要看时间?

今天我们就聊聊音频的数字电路里面另个一个小知识,那就是——时钟。很多人对于音频数字电路可能更在意的是DAC芯片的型号、数量,但其实没有了时钟的帮助,一切都是徒劳的。

周鸿祎那套千万音响中的独立时钟是什么?听歌还需要看时间?

数字电路的正常运作离不开时钟信号,时钟信号可以比喻为像“心跳”一样为数字电路的各个部分的同步协调工作提供正确的时序参考。如果说DAC芯片是大脑,那时钟就是关乎到大脑能否正常工作的心脏,它的跳动频率是否正常关乎到大脑是否会当机。

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为什么对于数码音频来说时钟如此重要?因为数码音频的基本原理就是按一个固定的频率去对模拟波形“采样”(Sampling或者叫“取样”)。44.1KHz就是每秒钟采样44100次,重播的时候则把这些零散的采样信号按照44.1Khz的频率或者更高的频率进行“复原”出模拟波形。

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所以在这个过程中,每秒钟44100Hz这个“采样频率”的准确性直接地影响信号质量,并直接地音乐中乐器音色的表现。而在这过程中就会出现一种叫Jitter的的抖动。

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具体如何解释呢?让我们来看一个例子。假如你有个女友,你希望她每天晚上下班之后7点来找你,而有的时候她6:30到,有的时候是7:23,有的时候也许是下一天。这种时间上的不稳定就是jitter。

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又比如一个正弦波800Hz信号,如果失真1%的话,我想很多人一般都听不出来。但如果这个信号以每秒十次的频率在792至808Hz之间波动,绝大部分人都可以感觉到,就像唱歌时的颤音,这就是Jitter带来的诸多问题之一。

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所以如果信号传输所用的时间不相等,那么就产生了时基抖动,实际上,世界上是没有任何一个不存在时基抖动的电路(就好像你的女友不可能总是以1/1000秒的精确时间到达:。而这就是在数字音频电路中实际存在又无法避免的问题,也就造成同一首歌在相同的设备下,哪怕是同一款DAC芯片,但由于时钟的不同,也会造成不同的听感。

周鸿祎那套千万音响中的独立时钟是什么?听歌还需要看时间?

所以一般高端DAC解码电路的设计中(比如周鸿祎那套千万音响中使用的独立时钟——Antalope 10M原子时钟),会由一个外置时钟的来替换设备内置的音频主时钟信号(简称MCLK:Master Clock),从而达到提升听感的效果。而MLCK是现代超采样DAC内部的升频及数字滤波器正常运作所需要的时钟信号,越是高质量的MCLK,DAC内部电路的同步工作就会越准确。

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在常见的DAC设计中,MCLK主时钟信号源自机内的内部时钟(通常是晶振)或由音频锁相环(PLL)组成。而一般娱乐化声卡,解码器内置的MCLK时钟源必须考虑成本,往往是妥协的方案,也就应付日常一般需求也就足够了。

MCLK的频率通常是基础采样频率44.1/48KHz的256/512/1024/2048倍,一般写为256fs/512fs/1024fs/2048fs(fs=“采样频率”的缩写)。在数字音频里最常见的是22/24MHz(即512fs)。

而MCLK音频主时钟信号的质量会直接带来听感上的不同。它稳定性直接关系到音质,诸如音色的明亮度,音乐的声场表现、人声与乐器的结像、音乐整体的真实感等等。

周鸿祎那套千万音响中的独立时钟是什么?听歌还需要看时间?

所以当你打开现在大部分DAC解码器,你会发现在主板上有类似下图的电器元件,也就是——晶振,一种相对简单有效的时钟系统。比如下图,我们把乂度的XD05 Bal这款便携式的解码耳放拆开就能看到。

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晶振是晶体振荡器的简称。通过在石英晶体上按一定方位切下薄片,将薄片两端抛光并涂上导电的银层,再从银层上连出两个电极并封装起来电器元件。它用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。

周鸿祎那套千万音响中的独立时钟是什么?听歌还需要看时间?

它为系统提供基本的时钟信号。晶振与锁相环电路配合使用,以提供系统所需的时钟频率。普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。利用该特性,我们在一些高质量音频解码器或者解码耳放中会看到他们的数字部分都有一个部件叫“时钟”,这个就是晶振了,一般由2到3片组成。

XD05 Bal使用三颗晶振作为时钟,可以有效降低Jitter带来的失真问题XD05 Bal使用三颗晶振作为时钟,可以有效降低Jitter带来的失真问题

周鸿祎那套千万音响中的独立时钟是什么?听歌还需要看时间?

所以,音频时钟的最关键性能是其频率的短期稳定性能,可以通过相位噪音、抖动等测试中表现出来。因为假如除了音频时钟信号本身以外,还存在其他的杂散噪音成分,DAC电路输出的模拟音频信号也会有偏差,特别是产生相位失真,音乐信号的微动态细节、声场、结像力等都会劣化。而这些对于时钟的频率短期稳定性好不好,通俗地说就是其频谱纯净度高不高是具有一定要求的。

周鸿祎那套千万音响中的独立时钟是什么?听歌还需要看时间?

而发烧友常说的数码味,其实大多可以“归功于”这些杂散的噪音成分,及其具体的分布。

这也是为什么在HI-END的器材中,那些高昂的独立时钟在HIFI回放系统中弥足珍贵,也就有了标题中周鸿祎那套千万器材中,有个独立的时钟发生器——Antalope 10M原子时钟了。

周鸿祎那套千万音响中的独立时钟是什么?听歌还需要看时间?

如果数字源设备输出的信号里面Jitter很大,解码器本身再如何强大,也是无法挽回的。通过优秀的PLL线路去抑制数字信号里的Jitter,这样解码器收到的数字信号就质量提高了、Jitter消减了,出来的声音自然提高。

这也就是数字音频中,DAC芯片作为大脑,但时钟这颗心脏的重要性了。

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