USB DAC

音響數位時代你必需知道的事(下) : DAC 的介面跟傳輸模式

你需要DAC嗎? DAC 的好處?

DAC是數位類比轉換器,如果還不了解 DAC 在音響中扮演的角色可看 DZ 長知識這篇,如果你用電腦當訊源,電腦主機內建的音效卡通常用料等級不高加上周遭環境電磁波的干擾,都會損害音樂的音質,還可能會有電流底躁的問題,一旦你電腦喇叭等級到一定水準,這些缺點你會很容易發現,動態低頻不好,細節被底躁蓋住聽不見了,如果你對音質更為講究,最快可以解決這些問題,不是升級 USB 音效卡就是外接 DAC 了 ! 外接式 DAC 可以讓 數位、類比轉換的步驟在外接式 DAC 中處理,避免訊號在電腦裡面受到干擾,造成訊號衰減或是產生雜訊。

DAC 數位輸入介面種類

外接式 DAC 無論在解碼晶片、類比放大、電源供應等方面,製作和設計都比一般內建音效卡更加講究,是提升電腦音樂播放的利器。而電腦或者 CD 還是其他媒體撥放器跟 DAC 之間的連結,需透過「數位傳輸介面 」輸入訊號,常見的有以下幾種:S/PDIF、USB、Firewire、AES / EBU、HDMI 等,而 S/PDIF及USB 最為普遍,下面簡介一下各個輸入介面,會對於你選購 DAC 有幫助喔 !

(1) S/PDIF : Sony/Philips Digital Interface Format : 是一種數位傳輸介面,可使用光纖同軸電纜輸出,把音訊輸出至解碼器上,能保持高保真度的輸出結。S/PDIF 是 Sony 和 Philips 兩大製造業巨頭在 80 年代為家用器材所制定出來的數位訊號傳輸介面,主要應用於 CD 播放器。但後來因為個人化電腦跟筆電的普及,逐漸被 USB 超越取代。
(2) USB : 主要因為電腦、筆電、手機的普及化,取代傳統 CD 播放器,以 USB 作為傳輸介面的「USB DAC」就趁勢崛起。
(3) Firewire : IEEE 1394,別名火線FireWire)介面,是由蘋果公司領導的開發聯盟開發的一種高速傳送介面,和USB差不多時間出來的數位介面,規格上比USB還要好一些,專業錄音領域多偏好Firewire,可是因為安裝設定便利性不及USB,慢慢地就演變為USB獨大的局面。
(4) AES / EBU : AES/EBU是美國音頻工程協會與歐洲廣播聯盟使用之傳輸方式,也是平衡傳輸的方式之一,一般使用BNC接頭的數位輸出,學理上研究結果,光纖輸出之時基誤差(Jitter)比同軸輸出來得大,又 AES/EBU 使用平衡插座連接,使數位訊號的干擾降低,聽起來比同軸傳輸聲音純淨,常用於高階 DAC 機種。

英國知名大廠 Audiolab 的經典M-DAC+ 的輸出入介面非常的完整

晶片間的 I²S 傳輸協定

上述如 S/PDIF 或 USB 等訊號在傳送給 DAC 晶片還需要轉換成 DAC 晶片看的懂的 I²S 訊號,而接收 S/PDIF 跟 USB 訊號的為接收晶,接收晶片在轉化成 I²S 訊號,才有辦法再進行後續的數位類比轉換, I²S (inter-IC Sound) 是 IC 間傳輸數位音訊資料的一種介面標準,意指在晶片間傳遞音源的傳輸協定 (Protocol),相對於 S/PDIF 或 USB 與接收晶片間的長距離傳輸, I²S 是種短距離的訊號傳輸。

同步跟非同步

傳送的音訊數位格式都必須擁有兩大要素,資料 (Data) 跟時脈(Clock),而不論長距離跟短距離的音訊資料傳輸,發送端與接收端都必須要協調彼此間的步伐,接送與發送步調需要保持一致性,才能如實的傳遞資料, 而「同步模式」就是指發送端把資料 (Data) 跟時脈 (Clock) 同時傳給接收端,S/PDIF 會將 Clock 編碼進 Data 裡一起傳送,I²S 則可同時分別傳送 Clock 與 Data,這兩種方式都算是同步模式。

而 USB 介面當初設計時只能單獨傳輸 Data,無法同步傳輸 Clock,因此發送端與接收端須有各自的 Clock,兩端各依照自己的 Clock 工作,稱為「非同步模式」。USB 本身是一個複雜的協定,發送端 (電腦) 跟接收端 (USB DAC) 兩邊要如何在各自的 Clock 工作是很有挑戰性的,下面來談談 USB DAC 的三種傳輸工作模式。

USB DAC 的三種傳輸模式 :

這邊 DZ 用灌溉農田的水車理論來說明,希望讓大家比要好了解不會太燒腦🤣,如下圖,假設傳遞訊號 (水) 就像是水源(發送端 Source,電腦)與水車(接收端 Sink,USB DAC),水源跟水車為了讓蓄水池 (DAC訊號暫存區) 維持一定的水位 ,水源的水流量跟水車的轉速的節奏默契很重要,保持一定的水位,如果水位忽上忽下,這樣會讓音樂訊號接收斷斷續續,音質就變差了,因此 USB Audio 與電腦間協定出三種傳輸管理模式: 同步模式(Synchronous)、 自適應模式(Self Adaptive)與 非同步模式模式(Asynchronous)。

USB DAC水車理論

同步模式(Synchronous): 水源水的流量跟水車的轉速雙方都維持各自間的節奏投球機,依照「默契」傳遞水 (訊號),就可以保持一定的水位,使訊號緩衝區穩定,這種是最簡單的傳輸模式,但如果自來水的水壓不穩定,雖然水龍頭開口固定,導致水量忽大忽小,或者是水車轉速控制不好,就可能發生蓄水池溢位或乾掉的現象, 造成漏收訊號的問題,影響音質,這種模式通常會用在比較低階的 USB 電腦喇叭,音質不那麼要求。

自適應模式(Self Adaptive) : 跟同步模式不同的是,萬一水源水壓發生不穩定,但是水車可以調整自身的轉速來維持蓄水池水位,改良了同步模式的缺點,但也有可能發生水車無法預測好水量的變化導致轉速調整錯誤反而使蓄水池水位更不穩定。

非同步模式模式(Asynchronous): 如果水龍頭在固定開口大小的狀況下,水車把自己的轉速節奏讓自來水公司知道,去修正他們該控制怎樣的水壓,這樣就可以很正確的控制水位,不會發生訊號漏收的問題 ,理論上這是最好的控制方式,水車還可以加上好的振盪器、甚至是原子鐘,就會更正確的 Clock 資訊,有更低失真的訊號傳輸。

USB DAC 的優缺點

因為現在每台電腦、筆電都會有 USB 介面,USB DAC 自然成為時下最常見的數位類比轉換器, 但因為 USB界面是針對電腦設計的,不是針對音響設計的, 而現代人使用電腦時,常「多工」處理很多事情,一邊播放高解析度音樂,一邊上網用社群軟體,一邊玩線上遊戲,所以聽音樂同時又會有聊天提示聲,但只有一個聲道出聲,這時候就要對這些不同取樣率的音源進行「混音」的工作, 就必須對不同的音源做取樣率轉換(SRC, sampling rate conversion)處理,非常的複雜就會影響音質,但有別於其他傳輸介面,USB 的高頻寬傳輸可輕鬆傳輸高規格高解析音源檔案,且攜帶式的 USB DAC 不需額外接電源供應器,由電腦主機直接供電,體積小便利攜帶,可滿足大部分音響發燒友的需求。

部分參考資料來源 : Wiki 百科

9 thoughts on “音響數位時代你必需知道的事(下) : DAC 的介面跟傳輸模式

  1. 超專業的講解!
    相信想買音響的朋友看完,不會霧煞煞地只聽商家的介紹,可以選出最適合自己的。

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