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USB线真的能影响音质么?

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发表于 2015-9-28 15:58:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
发烧音频领域存在诸多的玄学,比如电源、数字线等等。玄学之所以为玄学,主要是因为其中的缘由很难用科学去解释,对于普通消费者来说由于它的原理说不清道不明,无法十分肯定它是正确还是错误,很多时候只能靠亲自实践去检验,但问题也来了,因为每个人的体质、主观感觉、环境条件的不同,很多时候同样一件东西,有人表示一耳朵的区别,也有人表示听不出来区别,本来就难以解释的实物因此变得更为玄幻。而厂商也往往会利用这些玄学进行宣传与推销,于是很多时候到越是玄学的东西,价格往往越是高的离谱。

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这种叫数据线

音频产品的玄学中,线材绝对是争议很大的一类。线材里面有电源线、模拟信号线与数字信号线等等,其中模拟信号线,比如耳机线,音箱线对于声音会有影响并没有多少人怀疑,但是电源线与数字线的争议比较大,特别是数字线则会受到很多质疑。

因为平时用的是PC-HiFi系统,所以笔者对于USB线比较关注,一直很想实际做个对比试听,但由于手头的设备以及线材有限,一直没有如愿。这次笔者找来几个比较合适的设备,AK120I I播放器以及几条USB线,正好可以验证一下 USB线材对于声音是否真的会有影响。

对于学过数字电路、计算机的朋友来说,数字信号线,比如USB线对于声音有影响这个观点,似乎应该想都不用想的就可以否定,因为数字传说的最大优势就是可靠,信号只有0与1两种状态,即便中间出现了错误也会通过各种方法进行纠正,最终的数据保证是一致的。这就好比我们上网看网页,服务器与我们距离可能几千里,期间经过无数的网线与节点,但是我们获取的信息不会有差错,比如同样一则新闻所有打开网页的人看到的都是同样的内容,不会因为传输误码而看到的内容不一样。因此,既然传输的数据是可靠的,那么又怎么可能会影响音质?

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这种叫HiFi线(AudioQuest)

笔者当年学的专业也刚好是电子通信,所以对于USB数据线最初是否定的,但后来看到网上各种表现USB数据线影响巨大的结论,也开始寻找一些理论依据,并且开始发行有影响的不只是USB数据线本身,解码器、数字界面的USB端口控制方案影响似乎要更大。如果以解码器的USB端口以及USB数据线对声音有影响为前提,笔者认为产生的原因应该如下:

音频内容的传输不同于其他数据内容,是要求实时性的,传过来的东西不能中间有中断或者延迟,否者会一定程度上影响听到的声音感受。这应该比较易理解,比如在线视频,如果网络状况不好,虽然看到的内容肯定是相同的,但断断续续的缓冲与停止,无疑是难以令人正常欣赏下去的。对于吹毛求疵的HiFi设备对于实时的要求更是苛刻,如果传输的过程中出现错误,即便是有纠错机制,但是重新传输的话势必会带来延迟,影响时钟频率,增大jitter,从而影响听音感受。所以如果说USB数字信号线会影响音质,那么主要原因应该在于它的实时性,不同于往U盘复制文件,早复制完一毫秒和晚复制完一毫秒都没有什么影响。而PC-HiFi之所以认为还不能与传统CD机音质相提并论的原因,笔者认为与电脑功能太多,干扰太多,系统同时运行的线程太多,容易更多的产生传输错误,不太容易保证信号的稳定性与连续性有关。

另外一个重要因素是解码器的USB模块。既然是传输自然有一套标准的USB音频规范,它的作用是规范USB接口实时传输音频信号的问题,是直接集成在操作系统内的,也就是说,只要符合这个规范的USB音频产品,系统内的集成驱动就能直接支持,而不用厂商另外开发驱动程序。但这个规范的标准不高,所以一些功能强大一些的解码器,往往要高于规范标准,需要专用的驱动程序才能工作。

在这个标准USB音频规范下,有三种传输模式:同步、自适应,和异步。

同步:标准的同步模式其实很少见,基本不太用到的,这里省略。

自适应:早期解码器基本都是用的自适应传输模式,主要的USB芯片方案有TI PCM270X与PCM290X系列等等。

异步:目前比较新的解码器大都采用异步方式,有很多优点。目前主要的异步USB方案有XMOS与CM6631A,基本都需要专用的驱动才能工作。

那么自适应传输模式和异步传输模式到底有何区别呢?这里先要了解一下USB音频处理的大致流程。电脑通过USB接口将音频数据流传递给DAC上的USB接收芯片,USB接收芯片一边接收数据,一边合成时钟信号,然后转化为标准的I2S或者SPDIF信号,再传递给后面的数据接收芯片,再之后的流程与一般的DAC就没有分别了。而在这个过程中,影响USB音质的关键,就是USB接收芯片所合成的时钟信号。

在自适应模式下,USB接收芯片,在合成时钟信号的过程中,会根据USB传输速率的变化,对时钟信号进行实时的调整。也就是说,在这种情况下,USB传输速率的变化,会直接影响到合成的时钟信号。

举个夸张点的例子:比如现在播放一段44.1K的音频,当然就要求USB接收芯片合成一个44.1K的时钟。而这个44.1K的时钟,对应于USB传输的速率,比如是200个数据包每秒。也就是说,如果要让USB接收芯片稳定的合成44.1K 的时钟,USB传输速率,也必须稳定在200个数据包每秒。但现在的问题是,USB传输的速度不可能这么稳定,也许这一秒传递了200个数据包,而下一秒,突然增加到了400个。而这个时候,USB接收芯片会怎么做?它会把实际合成的时钟,提高到88.2K。如果再下一秒的USB速率又变为100个数据包每秒,那么相应的合成时钟就变成了22.05K。当然,这是一个极端夸张的例子。可是为什么USB接收芯片要这么做?很简单。因为如果USB接收芯片只是单纯的合成44.1K的时钟,每秒处理200个数据包,那么一旦真的收到了400个或者100个数据包,缓存就会溢出,或者断流。所以,在自适应模式下,USB接收芯片所合成的时钟信号,是随USB口的传输速率实时变化的,传输速率是主,时钟信号为从,USB传输速率的变化直接影响到合成的时钟信号。那么可想而知,这个时钟信号的jitter有多大。从而你也可以理解,为什么自适应下通常不支持规格较高的音频传输(比如24bit/192KHz),还有为什么有人会说,换质量好的USB线能提高音质,因为质量好的线更能保证传输速率的稳定性。

那么异步传输是怎么工作的呢?说起来更简单,USB接收芯片现在只需要稳定的合成44.1K的时钟,也就是说,现在这个时钟与USB传输速率无关了。可是如果这样的话,缓存的问题怎么解决?答案是,软件控制。通过一套软件,根据缓存的负载情况,实时的控制USB口的传输速率,从而保证缓存不会溢出或者断流。在这种情况下,时钟信号为主,传输速率为从,时钟信号不受传输速率变化的影响,理论上这时的jitter源,就只有工作晶振本身的误差了。

所以异步USB模式有自己的时钟,更大的缓存以及软件上的换成控制方案,所以数据传输要稳定与可靠很多,同时可以支持更大的数据量传输,更高码率甚至DSD音频的传输,同时对于USB线材的质量依赖变得小了。所以从这个层面上说,如果解码器的USB模块足够的好,那么USB数据线的影响应该也会变得小的多。

当然,以上只是以USB传输对音质有影响为前提,笔者找到的一些理论说法,实际具体有没有影响,也必须通过实践去检验。

然后笔者找来了几个不同品牌的数据线,包括第三方厂牌的数据线以及随身听自带的线,还有一条Hi-Fi发烧级USB线,经过试听后做出对比。经过试听对比,可以说USB线对声音确实有一定的影响,但对于普通USB数据线而言,声音表现几乎是没有什么区别的,而USB线的质量、可靠性更值得关注。而发烧级USB线材不知道用了怎么样的秘诀,的确可以一定程度上改善音质,但从价格上来讲性价比很低,对于普通的音频设备来说并不值得,钱花在其它地方提升会更大。

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发表于 2015-9-29 12:09:19 | 显示全部楼层
非常好的一篇文章,学习了。
因为走得太远,忘记了为什么出发。

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圣骑士

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发表于 2015-9-29 12:11:04 | 显示全部楼层
计算机专业的表示理解了
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