高保真PCM1704解碼器的DIY歷程

諸藎鋒

很多人都覺得DIY是廉價低質的代名詞，相反，我認為DIY的精髓恰恰在于它是自我愛好、追求和個人理念的體現。我們DIY，是因為市場上沒有我們想要的東西。

DIY一臺解碼器是一個既能說簡單，又能說復雜的任務。通常來說，你只需要選定好解碼芯片，按照芯片廠商的參考設計便能制作出來一臺能出聲的解碼器。但是對于Hi-Fi的要求來講，這種DIY似乎沒有任何意義。筆者一直認為，任何高保真產品的設計，除了需要用心去做之外，一定還需要有自己的理念，自己要清楚的知道，你所設計的作品是有其獨特個性的，而不會給人“又一個××××”的感覺。

在有了自己的理念之后，另一個挑戰就是設計的完成度。我們看到很多DIY愛好者往往只是把DIY作品必須完成的那部分完成，其他的就不注重了。有一個著名的“二八”法則，是說花20%的精力可以取得80%的成果，而剩下那20%的成果，則需要花80%的精力去完成。對于DIY愛好者來說，他們通常不會有足夠的時間和精力，往往獲取不到那剩下的20%的成果，以至于DIY作品的完成度普遍不高。

我想要DIY一臺解碼的想法由來已久，也就是說，“理念”早就在腦子里扎根了。但是，我知道要做一個完善的作品，需要花費大量的時間、精力和成本。而草草地做出一個完成度不高的作品，對我來說似乎沒有任何意義，還不如直接買臺現成的廠機來得簡單快捷。所以很久以來，我一直望而卻步。終于在2012年，我下定決心，要完成這個自己覺得有意義的項目。

設計方案和理念

1.主芯片的選用

首先，你需要定下核心解碼的芯片是用哪個。現今流行的delta-sigma結構的解碼芯片價格便宜，性能指標也很好，但是聲音表現水準普遍不高，而且容易帶有數碼味。R2R結構的解碼芯片價格昂貴，現在也已經很少了。但是縱觀現今Mark Leviiqson、Burmester、Wadia這些領導廠商的旗艦解碼，他們幾乎達成一致，都選用了PCM1704這顆芯片，也只有這顆芯片才有足夠的潛力來達到“旗艦級”的音響效果。

2.De-glitch技術

我的本行是電子測試儀器的研發，我們在測試設備時也會大量用到一些工業級的DAC芯片，我自己也有一個用來消除DAC瞬態干擾的專利電路，即de-glitch電路。

R2R類型的DAC，在每個采樣點之間切換的時候都會導致瞬態干擾，也就是glitch的發生，所以R2R DAC的性能在很大程度上依賴于glitch的大小。而BB公司發布的PCM63和其前輩相比，多了一種當時被稱為“Colinear”的de-glitch技術，這使得PCM63、PCM1702和PCM1704這一系列芯片成了一代經典。

“Colinear”可以有效地消除在零電位的glitch，但是在其他區間，DAC還是有著顯著的glitch。現有比較成熟的de-glitch技術是track/hold電路，但是此種結構會影響settling time，并且會產生一些振鈴。為此，我設計了一種“track/charge”的專利電路，即利用一個DAC作為主芯片用來跟隨電平，再用另一個DAC作為負芯片負責充電以完成采樣點與采樣點之間的變化過程。

3.NOS

NOS是None Over Sampling的縮寫，也就是非過采樣。很早以前，大家就發現通用CD格式的44.1 Ksps的采樣率并不能很好地重現20-20KHz的音頻。由于采樣頻率比較靠近音頻范圍，所以對LPF的要求就比較高，人們難以設計出一個性能良好的產品。過采樣是一種插值的方法，通用的辦法都是用數字濾波器來進行插值，但是數字濾波器其實并不能完美地完成這個工作，因為不管是哪種數字濾波器，其本身并不是一個完美的模型。數字濾波器在重放連續的信號時往往沒有問題，但是在重放動態的信號時就會產生振鈴失真，從而淹沒一些小信號。所以，過采樣到底是丟了芝麻撿了西瓜，還是撿了芝麻丟了西瓜，這種爭論一直持續著。

直到后來delta-sigma結構的DAC興起，業界才停止了爭論。因為delta-sigma結構必須要用到數字濾波器，所以，人們無從選擇。事實上，有經驗的玩家都會發現，一款DAC的聲音風格在很大程度上取決于數字濾波器，這個事實告訴我們，數字濾波器真的在聲音中加了一些東西，或者說去掉了一些東西。

我的理念是盡量地還原聲音的原貌，所以，NOS成了我的選擇。通過優化的設計，這個NOS的設計并沒有明顯地犧牲傳統要求的THD和SNR性能，這樣似乎得到了一個最好的平衡。在公測的時候，金耳朵們通過反復切換NOS和OS模式，也一致認為NOS的聲音更為靈動。

有關數字濾波器的振鈴失真可以查閱http：//en.wikipedia.org/wiki/Ringing_artifacts，這種失真現在還沒法被傳統的測試參數所體現，所以這也是delta-sigma結構的解碼芯片測試參數比較高，但是聽感不佳的原因。

4.電源

Delta-sigma結構的DAC注重jitter。而R2R結構的DAC注重電源。這是有道理的，因為delta-sigma的核心結構是一個積分器，依靠時鐘的準確度換取電平的準確度。R2R結構DAC就不存在這個問題，并且NOS的R2R DAC更是對jitter幾乎免疫。R2R的電平準確度的關鍵在于電壓基準，而芯片內部的電壓基準又受到了電源的影響。所以R2R結構的DAC對于電源是有著苛刻要求的。在這個設計中，采用了在國外廣受好評的walter jung的電源結構并做出了一些改良，使得電源的噪聲能夠低于1uV。

開發歷程

在設計方案和理念定下來之后，我就開始著手設計。首先就是結構，我把數字電路部分獨立地放置在一塊電路上，左右聲道的模擬板也是單獨一塊電路板，這樣可以減少數字電路對模擬電路的干擾，也可以減小左右聲道之間的串擾。

在元件的選擇上，國內的愛好者普遍喜歡用直插型的元件，認為這種體積大、質量好。但實際上，現代工業已經普遍轉向貼片元件，而且一些新型的高性能元件都不會提供直插版本。所以國外的高端解碼設計現在也是清一色的貼片元件設計，再回過頭看我們國內的直插元件設計，就顯得比較老套和落后。不過，貼片元件的選擇也是大有講究的，外表同樣是那么一小片，里面卻是大有乾坤。最終，我選用了美國的AVX鉭電容用做電源退耦，日本的murata的COG/NPO級別的電容用做信號處理和高頻電源退耦，電阻則采用了日本一家廠商提供的金屬薄膜電阻，此電阻性能優異，誤差達到了0.1%。在后期的調聲過程中，我也發現此電阻對音色的影響非常大，大有用了“仙丹”的感覺，這也被我當做秘密武器了。

雖然自己對此項目的難度早有心理準備，但在實際開發過程中困難還是超出了我的預期。光電路板的大改動，重新打樣，就達到了5次，而且都是四層的高密度電路板，制作調試過程中也燒壞過很多芯片，前前后后的開發費用就達到了幾萬，這我還沒將自己的時間成本計算進去。所以，DIY一個足夠水準的作品的開銷是非常大的，想省錢省力又想DIY的朋友，還是要三思而后行。

整個歷程可以說是先苦后甜，在開發到第二版的時候，我的專利電路還未完成，就參加了本地燒友的一個聚會。現實DK的結果是殘酷的，我的高成本制作還不如另一位燒友的低成本1955解碼的效果好。幸好我沒有氣餒，而是一鼓作氣把專利電路完成，經過了好幾次改版后，總算是撥開云霧見日出了。

在改到第四版的時候，我已經感覺到PCM1704聲音的表現比較成熟了，于是發給了一些有足夠鑒賞力的朋友來進行一個公測，他們反映良好，都說器材具備了高端解碼的平衡大氣的特質，動態和解析力表現突出，對于交響樂來說是很好的利器。但是對于人聲，一些公測的金耳朵認為還缺乏一些韻味。于是，我又進行了一些調整，終于在第五版的時候定稿。

在第五版的電路定稿之后，我又對數字部分的一顆CPLD的DSP芯片的數字處理部分進行了優化，出了一版新的固件。新的固件對聲音效果的改變之大，讓參與我作品的朋友們都有些咂舌，他們原先都認為，解碼器的關鍵在于模擬電路，可是這次升級固件之后，他們前后一對比，就覺得換固件如換機。解碼器是把數字信號轉換為模擬信號的一個設備，我們必須要意識到數字部分和模擬部分都同樣的重要，一味在模擬部分鉆牛角尖，應該是我們國內玩家容易犯的一個通病。

聲音表現

此解碼的聲音風格以大氣平衡為主，雖然我們的設計需要獨特的理念，但最終在音質表現上，解碼能達到平衡自然的風格才是正道。很多音響設備都是太個性化，往往在表現某些曲目的時候可圈可點，但是換了曲目之后，就原形畢露。對于一個設計，我認為必須是以“保真”為準則，如果人為地加入一些東西之后，往往會在人聲這種比較單調的曲目中得到一些討好的效果，但是在表現器樂的時候，就必定是顧了頭就顧不了尾，給人一種怪異不舒服的感覺。

此解碼的另外一個特點就是解析力非常地高。我也聽過很多據說是高解析力的系統，但它們往往給人一種高頻亮麗，但聽不了多久就覺得耳朵比較累的感覺。個人認為這不能算作是解析力，而是很多人所詬病的數碼味。真正的解析力，在于設備能夠體現每一個弱小的音符，因而在整體的表現上，聲音就變得飽滿圓潤，反而會讓你忘了去注意那些細節，而去體驗整個音樂的美感。我們有時候初聽一套系統覺得要什么有什么，但是聽不到半個小時，就會覺得有點累，想關掉休息一下。實際上，耳朵是不會撒謊的，這必定是有一些不正常的聲音剌入了你的耳朵。很多人覺得要耐聽，聲音就一定要糊掉才行，其實不然，真實的聲音是最美的，我們要把真實的聲音的每個細節都還原出來，這樣才是真實的、舒服的美感。

最后，我把自己的這件作品取名叫T，REX，英文就是霸王龍。你可以想象一下一頭壯碩的霸王龍，跳著輕柔優美的舞蹈。這有點惡趣味，不過我更想表達的意思是，一個壯碩的系統最終呈現出來的音樂效果是細膩而又有音樂味的，真是舉重若輕啊。前段時間有朋友說他的系統有點干，想用油浸的信號線來油潤一下，我回答他一句，你的電源線這么粗，聲音當然也會很粗。我希望借這個解碼的設計、名字以及表現，啟發燒友們對“吃啥補啥”的理念做出一些反思。