数字电路的正常运作离不开时钟旗子暗记,时钟旗子暗记可以比喻为像“心跳”一样为数字电路的各个部分的同步骤和事情供应精确的时序参考。有一种我在国外杂志上看到的说法是很准确的——数码音频的核心便是Timing。时钟便是供应这种Timing准确性的。外置时钟的加持实质上是用一个质量更高的外部时钟旗子暗记来更换设备内置的音频主时钟旗子暗记(简称MCLK:Master Clock),从而达到提升听感的效果。
MLCK是当代超采样DAC内部的升频及数字滤波器正常运作所须要的时钟旗子暗记,越是高质量的MCLK,DAC内部电路的同步事情就会越准确,反响到主不雅观感想熏染上便是听感的提升。MCLK的频率常日为根本采样频率44.1/48KHz的256/512/1024/2048倍,一样平常写为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),有些数码器材有这个接口,支持外部MCLK旗子暗记输入。
再写得基本一些,为什么对付数码音频来说Timing如此主要?由于数码音频的基本事理便是按一个固定的频率去对仿照波形“采样”(Sampling或者叫“取样”)。44.1KHz便是每秒钟采样44100次,重播的时候则把这些零散的采样旗子暗记同样按照44.1Khz的频率“复原”出仿照波形。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旗子暗记质量,并直接地反响到听感。
为什么根本采样频率是44.1KHz呢?这是为了覆盖人耳的可闻音域,即20-20000赫兹。每秒钟44100赫兹的采样频率可以确保20000赫兹的高频旗子暗记(人耳可闻的高频上限)也能记录和重构(每个频率周期须要至少两个采样点)。
在常见的DAC设计中,MCLK主时钟旗子暗记源自机内的内部时钟(常日是晶振)或由音频锁相环(PLL)合成。商品化的解码器内置的MCLK时钟源必须考虑本钱,每每是妥协的方案,不可能追求极致。
MCLK音频主时钟旗子暗记的质量会直接影响音质。其最紧张的技能性能是短期稳定性(简称短稳)。它能直接关系到音质,主不雅观听感上可以关联到——声音的安定感、透明度、声场表现、结像力、凝聚性、颗粒感、活生感,等等。
高性能MCLK时钟旗子暗记源的详细实现,一样平常是两种思路,一种是采取高性能的音频频点OCXO(恒温晶振)直接得到MCLK;另一种是采取高性能的10MHz参考时钟源,如高性能的10MHz OCXO或高性能10MHz原子钟合营内置的高性能MCLK频率合成器,得到高性能MCLK。
可以直接加持高性能MCLK时钟源的音频设备是较少的,只有部分Hi-End品牌的转盘和DAC支持直接加持MCLK。在实际的玩法中,直接加持MCLK音频主时钟旗子暗记源只是玩法之一,其余还有两种常见的玩法:1)加持10MHz参考时钟源,2)加持WCK字时钟旗子暗记源。
HORAE时钟连接Esoteric K01X
有一个问题是:为什么会采取10MHz这个频率的参考时钟源来加持音频设备,毕竟这个频率跟数字音频常用的频点(44.1/48及其倍数)一点关系都没有。
实在很大略,10MHz是已经在航空、航天、通信及军工领域的高性能时钟参考源普遍运用的一个频率点,干系的OCXO和原子钟模块相对更随意马虎采购,无需像采取音频频点OCXO那样须要专门定制,而且干系的关键器件也已经在那些稳定性与关键性能哀求更为严苛的专业领域中充分验证过,短稳和低频相噪性能达到Hi-End音频运用所哀求的性能水平完备不成问题。
因此,加持10MHz参考时钟源是目前最方便的一种时钟加持办法,也便是选用自带10MHz参考时钟输入的数字源和DAC,统一接驳到同一个10MHz参考时钟源即可。这类音响器材内部都有10MHz参考时钟转为MCLK的频率合成器,无论实际回放的是什么采样率,无需手动切换音频时钟频率。
加持WCK字时钟也是一种常见的玩法。WCK(Word Clock)字时钟,简言之便是一个数字音频采样率频率的时钟旗子暗记,WCK字时钟有时也写作FS/LRCK,它与MCLK音频主时钟成2的整数次幂倍率,前文提到的MCLK也可表示为256FS/512FS/1024FS/2048FS(FS=44.1kHz或48KHz)。常用的WCK范围从44.1KHz - 384KHz(PCM)。如果是DSD回放,那么字时钟的频率是2.8MHz、5.6MHz、11.2MHz等频率,分别是44.1KHz的64倍、128倍、256倍。常日所说的所谓DSD64、DSD128、DSD256等,便是指它的播放频率为根本频率44.1KHz的多少倍数。
加持WCK字时钟的思路跟加持MCLK音频主时钟非常类似,只不过多了一个环节——支持WCK字时钟输入的设备在吸收外部WCK字时钟旗子暗记之后,须要用机内的锁相环电路来实现从WCK字时钟到MCLK的同步及倍频过程,终极得到一个高性能的MCLK来运用于机内的数字电路。
实际利用中存在一个问题,在多数情形下采取WCK字时钟加持的音响器材在碰着采样率切换的情形须要手动或半自动切换字时钟频率,否则听到的声音会不正常(放错速率的听感)。
类似的情形也存在于加持MCLK音频主时钟源的器材,不过这种情形下只有采样率基频在44.1K和48K之间切换才须要调度MCLK频率,在同一基频的不同倍率采样率之间切换无需手动切换。
M2Tech小时钟
下面我想专门提一下很多烧友关于时钟存在的一个认识误区——只关注时钟的频率精度,即时钟实际输出的频点跟空想频点之间有多大的偏差,一样平常其单位为PPM(百万分之一),有一些高精度时钟源的精度数量级能达到PPB(十亿分之一)。然而,音频时钟的频率精度跟主不雅观听感关联性本色很小。
时钟的频率精度和其频率的长期稳定性能有很强的关联性,但是音乐旗子暗记并不是一成不变的大略有序旗子暗记,音频时钟的长期稳定性对付音乐旗子暗记的录制和回放并没有决定性的意义。一样平常来说,小于50PPM的频率精度就足够知足HiFi级的数字音频运用了。换言之,在音频时钟上纯挚追求高频率精度,可能连事倍功半都算不上。艾诗的王工曾打过这么一个比方我一贯记住:一首曲子长度是8分30秒,但把它非常非常精确地播放在这个韶光并不能担保音质是最好的,而可能一部器材播放它比8分30秒多放了0.01秒但是音质却极好。长期稳定性极好的时钟,最适宜的用场是天文台计时,而非Hi-Fi音频重放。
音频时钟的最关键性能是其频率的短期稳定性能(短稳),可通过测低频相位噪音在频域上表现,也可以通过测RMS jitter(均方根抖动)和短韶光内的阿伦方差(有时也称短稳)在时域上表现。
相位噪音、抖动和短稳是对付时钟频率短期稳定性能的不同角度表达办法。
时钟的频率短期稳定性好不好,普通地说便是其频谱纯净度高不高。由于如果除了音频时钟旗子暗记本身以外,还存在其他的杂散噪音身分,DAC电路输出的仿照音频旗子暗记也会有偏差,特殊是产生相位失落真,音乐旗子暗记的微动态细节、声场、结像力等都会劣化。
发热友好好归结为“数码味”或“数码声”的东西——详细可能表现为声音的颗粒感、表情平淡、毛躁感、不耐听的“火气”、结像模糊肥大、声场散乱等——实在大多可以“归功于”这些杂散的噪音身分,及其详细的分布模式(Jitter Pattern)。
很多原子钟长期稳定性能很好(天文台一样平常用原子钟),但短期稳定性一样平常乃至不好,因此不要迷信原子钟,在用于数码音频回放时,原子钟并不即是顶级时钟,性能并不如优质的OCXO(恒温晶振)。
其余想借这篇文章指出的一点是:时钟,在理论上是不存在所谓“调音”身分的。时钟只有技能性能,没有“调音大师”。当然,音频用的时钟,和其它用场,比如通信行业、天文台所用的,还是有差别的,或者说“为音频优化”。怎么个优化呢?实在实质便是看重短稳。短稳性能越好,用于数字音频会得到越佳的性能。天文台的钟搬来也不能担保声音一定好(天文台看重长期稳定性)。当然,存在长期稳定性和短期稳定性都超强的钟,比如氢原子钟,但价格要几百万,不是现实的东西。
末了一点我又要绕回早就说过的“芯片决定论误区”了。对付解码器来说,精准高性能的Clock比解码芯片主要多了。优质、低jitter的数字源,是非常主要的,也是很“值钱”的,解码芯片之间的价格能差多少?便宜的几十块,贵的几百块,就差这些而已,而顶级的数字源设备、顶级的时钟,都是很贵的,而且贵得“合理”(对声音影响更大)。如果有优质低jitter的数字旗子暗记,有高性能的时钟加持,在这样的条件下,哪怕是非常普通的解码芯片和解码架构,都很随意马虎得到很好的声音。而光是解码芯片好,参数指标高,前面给它差劲的数字旗子暗记、用差劲的Clock,出来的声音绝好不了。
我前几年写过一篇东西,大致是讲这么一个道理——数字源设备更多决定声音的“本色”,解码更多决定“音色”。实在数字源设备的差别表示在哪里呢?实在实质的表示便是它输出的数字旗子暗记的质量(jitter)。如果数字源设备输出的旗子暗记里面jitter很大,解码器本身再如何强大,也是无法挽回的。为什么呢?由于解码器是跟随数字源时钟的,数字源输出的旗子暗记怎么颠簸,解码器只能随着怎么颠簸,它是一个Slave。有些人说有些解码里面有缓存啊?但是缓存都不大的,根本不可能靠它完备肃清前面旗子暗记的抖动。为什么近两年烧友中很红的Titans Audio Helen那样的设备能带来系统的音质提升?由于Helen接在数字源之后,通过它顶级的PLL线路去抑制数字旗子暗记里的Jitter,这样解码器收到的数字旗子暗记就质量提高了、Jitter消减了,出来的声音自然提高。Helen起到的浸染即是是一个在前期减小Jitter的“预处理”。
Esoteric G1时钟
末了我还想澄清一个关于“飞秒时钟”的误区。所谓的飞秒时钟近年来也蛮热门的,不少厂家开始宣扬在其器材内用了jitter低至几十fs(femto-second)乃至个位数fs的超低抖动晶振。
问题的本色是,这些飞秒时钟的实际抖动性能仍是良莠不齐、高下有别的。不能否认的是有部分厂家是在利用这个观点混水摸鱼的。或者说飞秒时钟这个大观点、这个名词,被用于商业炒作。
首先要明确的是目前的所谓“飞秒时钟”并没有统一的标准计量规范。说浮夸点,哪怕是很便宜的普通晶振——便宜到几毛钱一个的——如果按最泼皮的计量方法测算,得到的jitter数值,只要胆子够大、敢说,还是可以说自己是飞秒时钟。
关键的根本在于jitter即抖动性能的实际测试和计量方法。Jitter是可以严格丈量的,在通信领域里一样平常采取本底相位噪音极低的相位噪音仪来测“相位噪音”(Phase Noise)。在丈量时必须选择两个频点来定义测试的积分频率的高下限区间,然后通过积分运算得到这个频率区间内的相位噪声曲线框选出来的面积并换算为韶光单位,这样才能得到详细的Jitter数值(以上测试方法请教了专业人士)。
Jitter数值测试中可以动手脚的地方便是积分频率高下限的起始频点。如果是真正专业的厂家、负责卖力的测定,那就从10赫兹起步开始打算,终极的测试jitter精良的话也能达到几十到一两百fs,这样的低抖动晶振确实可以称为飞秒时钟。
如果是哗众取宠的、带泼皮性子的测试,那么就直接从10kHz乃至更高的频点开始打算,终极的结果就没故意义了。音频数字电路看重的是低频相噪性能,直接从10kHz及更高频率起始打算得到的jitter数值事实上对付Hi-Fi而言没有什么意义。这种情形还称为飞秒时钟的话就算是Bullshit了。
说到底便是一句话:厂家自称的“飞秒级时钟”未必就真的性能那么好。肯定有混水摸鱼、借这个有人追捧的“名词”来自高产品的。实在,同样的道理推而广之,我们所熟习的“技能指标”很多都有可操控的空间,详细都是看丈量的方法和条件(比如,是在什么输出功率下、在什么失落真度条件下、在什么频率区间内进行丈量的)。而厂家在供应技能参数的时候,大多数情形下都是只给你一个数字、不给测试条件的,在懂行的人看起来,缺少测试条件的数值,便是没什么参考意义的。专业素养很高的、负任务的厂家,会自觉地在一个比较严苛的条件下进行测试,而没有什么专业性的、只哀求得到一个“好看数据”的厂家,则会利用这个漏洞,故意用很宽松的乃至不负任务的测试条件,来得到很好看的数据。
因此末了回到那个我以前说过不止一次的大道理——缺少详细测试条件的、不同厂家和丈量机构供应的技能参数,是没有可比性的。千万不要拿A厂家供应的数据,去和B厂家的数据进行“横向比较”然后剖断利害。他们的同一个技能参数背后的测试条件我们根本不节制,那就没法进行比拟。技能参数,明明白白是可以“玩弄”的!
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