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| 撰文/戴天楷，攝影/郭振榮、Audiobyte |
2020/04/30發表，已被閱讀41,049次
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來自羅馬尼亞的 Audiobyte 推出新產品了。繼 Black Dragon DAC、Hydra Z DDC、Hydra ZPM 超線性電源供應器的組合後，再次推出更高級的選擇，那就是 Hydra Vox、Hydra ZAP、Hydra Hub 的系列機款。產品定位在 Black Dragon 之上，而 Black Dragon 系列產品則會繼續販售。
這套 Hydra 家族，從 2018 年起，連兩年在慕尼黑音響展現身，但是直到去年底才開始出貨。醞釀這麼久的產品，到底有什麼厲害之處？代理商為了讓故事說得更精彩，而不只是照本宣科地報告一下規格和特性，特別找來專家說明。
專家助拳的另類說明會
說明會當天，才踏進巴洛克的試聽室，就看見身著Polo衫配牛仔褲的講師 Michael Wang（王任遠）。他是代理商巴洛克的好朋友，代表巴洛克出征已經不是第一回了，先前因為 EC（Electrocompaniet）與巴洛克認識，不僅成了主顧，也交了朋友。
Michael 是個具有 30 年業界資歷的科技人，曾任職高科技產業從事過晶片設計也擔任顧問做專案。Michael說「我設計過晶片，經過通訊業，也參與過軟體開發，我們業內稱的 ICT 我都走過了。」
Michael 不僅是個資深的科技人，他也熱愛音樂和音響。「我在科技業打滾了 30 年，做音響迷也大概 30 年。」Michael在事業和工作上講求實事求是，在音響上也是。他與巴洛克結識的故事，就是最好的例證。「我的喇叭是 B&W M801，這喇叭很不好搞，後來得知 Abbey Road 錄音室還有 Michael Jackson 的御用錄音師 Bruce Swedien，都是用 EC 擴大機來推 M801。」因為對專業的信任，他找上巴洛克，要為自己的 801 找到最合用的伴侶。
產品定位—超取樣派的1-bit位元流
技術人出身的 Michael 表示，因為科技業背景，所以，來到音響領域，他也採用相同的分析架構，他要問的是：這 30 年來產業鏈發生了什麼事？以致於今天才會有 Audiobyte Hydra Vox 這個產品。從歷史的角度，Hydra Vox 這個產品應該如何定位？
基本上，DAC 不是好壞的問題，而是途徑的問題。也就是：你的解決方案是什麼？Michael 整理 DAC 的架構原理，大概可分為兩支，一個是 Nyquist architecture，一個是 Oversampling 超取樣架構。以二進位或兩倍取樣為基礎的前者，可以 R2R 階梯式 DAC 為代表；至於後者 ，則又可分為 Multi-bit 和 1-bit 兩支。
而 Audiobyte 的 Black Dragon 和 Hydra Vox，恰好分別採取了超取樣架構的兩派解碼途徑。如果再把母公司 Rockna 算進來，Wavedream DAC 的架構正是 R2R ladder DAC，主事者 Nicolae Jitariu 手下三件 DAC 產品，恰好通包了 DAC 的三個主要型式。
回頭看 Audiobyte 的 Hydra Vox。這是一台以 FPGA 晶片做前端數位訊號處理，然後以 1-bit 架構解碼的 DAC。1-bit 架構的 DAC 早就有了，這一點不新鮮。但為什麼要選擇採用 1-bit 解碼，則跟 DAC 演進的歷史以及數位音訊的編碼技術發展有關。
為什麼採取1-bit？
Michael 表示，如果我們希望 DAC 具有高水準的聲音藝術表現，那麼，數位類比轉換的線性程度是很關鍵的。問題是，DAC 轉換卻充滿了誤差的可能，這就影響轉換出來的聲音偏離了原始訊號，那些失真如果造成非線性程度越多，聲音就越不好聽。「這就是為什麼有些人認為真空管機和黑膠比較好聽，因為他們的失真還是線性的。」
那要怎麼做呢？Michael 提出三件事：第一要盡量維持線性，第二是盡可能降低線性偏移（offset），第三就是想辦法作補償。從數學來看，訊號重現，其實就是一種線性逼近，所以，用微分來逼近，會獲得比積分更小的線性誤差，「而且，就算有誤差，也是可預測的、可控的，那麼我們就可以事先做 cancellation，去補償它。」
「我們認識數位訊號怎麼編碼，就能瞭解解碼的意義。」大部分的數位編碼都是採用 PCM（Pulse-code modulation，脈衝編碼調變），而早期的晶片造價高昂，運算能力遠不及今日，對於處理 16bit/ 44.1kHz 的數位訊號，其實相當困難。所以，早期的工程師為了降低晶片的運算負荷，因此將取樣值做了平均，以減少運算的訊息量。「這是不得已的事，但也說明了為什麼早年很多 CD 唱盤不夠好聽。」
值此同時，還有另一批工程師在研究另一條編碼途徑，那就是 PDM（Pulse Density Modulation，脈衝密度調變）。PDM 一樣是將脈衝訊號取樣編碼，但是編碼的內容是脈衝的密度。如此一來，每一個脈衝密度變化的取樣，都是一個獨立的取樣點，就沒有平均的問題，這就是 1-bit 的初始構想。
Michael 表示，多位元的 PCM 和 1 位元的 PDM 在編碼原理上，後者會更趨近於線性，「即便會有誤差，也是可預測的，所以可以補償修正。」聽感上會有差別嗎？他認為，就算到了晶片技術這麼高明的今天，多位元和 1 位元還是有差別。「一個聽力受過訓練的人，還是可以分辨出來。」
出身科技業且待過晶圓廠的 Michael 個人的預測，未來晶片將具有現在所難以想像的運算速度，要處理超高取樣的訊號不是問題，例如 DSD 1024 以上的規格，誤差區間已遠小於人耳可分辨的範圍，「我們所聽到的聲音將會非常非常線性」。
| | 古有明證，設計關鍵早已揭示
Michael 舉大家所熟知的 Philips TDA1541A 和 SAA7320 為例說明。前者是 Philips 在 90 年代推出的多位元「機皇」晶片，後者則是 Philips 最早推出的 1-bit DAC 晶片。Michael 整理出這兩個晶片的共同特徵：第一，他們都採左右聲道分離的雙通道架構；第二，他們都很重視參考電壓的穩定性。「其實，這兩項正是好的 DAC 的必備條件。」
Michael 更要強調的是：遠在 1988 年就推出的 SAA7320 竟然有我們現在才重新注意到的規格。它的處理路徑是從 I2S 數位輸入 16bit/ 44.1kHz 的數位訊號，先做 4 倍超取樣，經過 FIR 數位濾波後，再進行 32 倍超取樣，總共進行 128 倍的超取樣，達到 17bit/ 11.2MHz，接著走 1-bit PDM 轉換，且進行 2 階 noise shaping，最後做 1-bit 數位類比轉換。「這跟我們現在在談的 DSD 不是很像嗎？11.2MHz 的取樣率不就是 DSD256 嗎？」
這些歷史回顧都是為了介紹 Hydra Vox 而有的必要鋪陳。因為 Hydra Vox 就是一個採取 1-bit 數類轉換的 DAC，甚至，Nicolae 在與 Michael 通訊對談時表示，他在 Hydra Vox 上所做的，其實就是透過更進步的技術，更強大的運算能力，去實現過去如 SAA7320 晶片所無法完成的事。這是經典的重現，卻要重現的更精彩。
三件式Stack套裝
它究竟有什麼特點呢？首先，Michael 稱 Audiobyte Hydra Vox/ Hub/ Zap 的三件式套裝就像是IT產業裡常見的stack（整疊）式提案，「這是一個整體設計、模組化實現的系統，這在IT產業裡，採取這種設計，往往可以讓3件器材加起來可以達到 1 + 1 + 1 > 3 的效能。」
可升級的FPGA架構
其次，Hydra Vox 內部採用的是 FPGA DAC（Field Programmable Gate Array，現場可程式化邏輯閘陣列），其內部的工作邏輯是透過程式來定義，並且可以進行更新和修正，可說是一個可編成的 CPU 處理器。Hydra Vox 上採用的是 Xilinx的Spartan 7 FPGA 晶片，內有 80 個核心可進行數位處理。
把傳統上由許多晶片和元件所構成的線路，做到一個 FPGA 晶片裡有什麼好處？Michael 表示，IT 領域稱這個叫做同質化硬體平台，也就是所有的工作和路徑都在單質性材料上完成，不需要經過接腳、銅箔，也不需要考慮不同的矽晶元。所以，FPGA 可以實現最短訊號路徑的理想，並且縮短遲延時間，降低時間域的相位誤差。再一個好處就是可以透過更新韌體，使硬體性能提升，這也就是網通領域裡所謂「軟體定義」的概念。
真正可直解DSD的1-bit DAC
第三，因為是 1-bit DAC，所以 Hydra Vox 是真正可以處理原生 DSD 訊號的 DAC。現在市面上的 DAC，絕大多數都可以支援 DSD 解碼，卻多是以 PCM 為基礎。Hydra Vox 在解碼 DSD 訊號時，沒有經過任何內部的數位轉換處理，可稱為 DSD 純粹路徑（DSD pure path）。這樣的 1-bit DAC 除了可以直接解 DSD 訊號外，還有什麼好處呢？有的，就像前面所講的，它具有低底噪、高線性，以及高解析的特點。
但是相對地也有挑戰，包括晶片的高運算能力、高精度的參考時脈，以及高穩定度的電壓。前兩者都是當年Philips晶片所不具備的條件，但現在都得以達成了。晶片具備高運算能力，就能夠達成低延遲的目的。
至於取樣頻率這樣高，相對應就需要更精密的時脈控制。而且，Nicolae 還在 Hydra Vox 的 FPGA 晶片裡寫了一個 DPLLCLK 的數位時脈鎖相，用程式來管理不同輸入和區塊的時脈鎖相，與參考主時鐘配合，這種設計也很少見。
為了應付高取樣頻率，DAC 需要有高穩定度的電壓，因此一般的交流轉直流的電源供應是不夠的。「任何 DAC 晶片的 IC 設計線路圖裡，都有一個參考電壓。晶片能不能達到所標稱的性能規格，參考電壓穩不穩定是先決條件。」此外，穩定的電壓也和低噪訊和共模互斥效果有關。
I2S＋LVDS達成高速直通的理想
第四個特點則是它採用了 I2S＋LVDS（低電壓差分訊號）。隨著 I2S 漸受歡迎，越來越多訊源器材配備了 I2S。其實 I2S 初期發展是為了軍事用途的高速數位通訊。具有低耗電、高抗擾性、高資料傳輸的特性，而這恰好是傳輸並運算 DSD 高取樣率訊號所需的。
那為什麼還有 LVDS 呢？LVDS 初期應用也是在軍方通訊或航太通訊領域，因為在通訊傳播上強調資料封包的完整性，並且要有抗 EMI 和 RF 干擾的能力。而 LVDS 本身其實就是一個差分電路，就是音響上慣稱的「平衡式」電路。在 Rockna 和 Audiobyte 的 DAC 上都有這樣的全平衡設計，Hydra Vox 也不例外， 其因正是為此。而當 I2S 搭配 LVDS 之後，就達成了通訊領域裡所稱的高速直通電路。
鏡相補償技術降低失真
最後，Michael 表示，雖然 Hydra Vox 採用 1-bit DAC，但它仍有相位失真，而且因為它取樣頻率很高，所以後端的數位濾波相對難做。為了解決低通濾波造成相位失真的問題，Nicolae 在那個 FPGA 晶片裡面寫了一個「鏡相補償」的演算，透過在數位域產生一個鏡相訊號，消除類比域的相位失真。
| | 三劍客蓄勢待發
Hydra Vox 不是一個單獨的存在，它需要 Hydra Zap 的供電，方能成就 Nicolae 想要完成的 1-bit 的夢。而且，還有一個 Hydra Hub 還沒有正式供貨，等到三件齊備，那就是三劍客齊聚的時刻。
All for One, One for All。記得這句三劍客的經典台詞嗎？這就是 Audiobyte Hydra 系列的概念--三位成一體。期待 Hydra Hub 的到來，屆時，我們再與 Michael 有約。
廠商資訊
進口代理商：巴洛克
電話：(02)2516-7050
網址：www.ansbach.com.tw
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