凭什么说手机、电脑的“USB接口无hifi”？

廖华 · 发表于 2018-1-16 20:27:46

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我不得不说一下为何发WEIBO作为固定分享的原因，这几年我分享了很多关于数字音频技术的内容，有些随着产品介绍，而大部分是在享声群内。第一篇分享前很多用户给我建言，有时间在群内分享，为何不能整理出来分享给更多的烧友朋友？？其实之前也有朋友建议我形成分享系列，但是个人时间实在有限,都是随性而发，加上中文水平实在有限，外企的近十年，连中文打字的五笔字根都忘了，这次在群友的强烈批评下，于是下定决定，尽量多整理分享关于音响，数字音频相关的文章，由xs_horizon的帐号发出，欢迎大家批评与指导。任何转发，必需要引用本人信息。

因为时常接待大量的烧友的询问，加上一些DAC厂商的片面性的宣传，转盘不是数字0,1吗？只要数据正常，那对解码器有什么影响？其中包括了很多行业人士，靠口说，虽然也全面，但是这个解释这几年周而复始，正好公司今天同事也来问，于是下决心整理。

事实是数据基本都不会错，但是转盘好与不好，还是对声音有极大的影响的。至于怎么影响，我们就从模拟的失真以及底噪波形就可以简单看出。但是这个测试只是为了揭示有这个影响，但并不是为了说明这是唯一影响，事实上同轴质量如何影响DAC，这只是一个因素之一（具体有哪些方面，如何评测，因为享声在音频标准方面研究了五年多时间，有些技术细节作为保密目的不方便公开），所以请不要误解。

首先科普一下，什么是数字音频输出，标准的数字输出，基础协议我们总的概括为带有音频时钟及数据信息的传输协议。比如同轴，AES，光纤，BNC，甚至部分HDMI音频，内部是用SPDIF协议（这种是把数据与时钟调制在一起适用于稍长距离的音频基础标准），还有一种就是IIS，这个主要适合于机内传输，发送距离较短，不过也有单端转平衡的方法使之更长距离。但是不管以上哪种，音频标准当中必然有数据+时钟的信息。 IIS如何影响解码芯片的性能，比同轴影响更复杂，以后方便时再考虑写个文章，这里只为了直观的做一个测试，说明同轴质量可以直接影响解码器的性能。

这里采用BNC接口+专业同轴线（D1），数字信号发生仪器用prismsound DS3 ，它可以产生各种高质的，参考级低抖动的数字信号，并且也可以模拟常见几种干扰以及jitter的情况, 看看在不同干扰下，解码器的失真以及图形变化来直观的方式来显示。本来打算采用A280的同轴输入，解码输出作测试，因为我们认为A280的同轴已经达到了CS4398的参考极限（THD+N=0.0006% 左右)，但是防止可能有偏向性，我们最后同样采用了带有专业锁相环功能的解码器Hilo, 也是CS4398芯片。DS3的同轴输出与hilo 是地线隔离的，虽然是同轴线，但是两者并没有地线干扰的问题，影响只是同轴线里面的信号，这与USB的影响是不同的(地以及信号干扰），同轴线采用D1（购买时约2500元左右），在我们测试下100MHZ带宽下指标也是非常优秀，所以用在这个测试当中已经可以足够反应问题(后面还有对比更好的DA来检测此现的情况）。

首先DS3的同轴输出（产生测试数字信号）到hilo的同轴输入，hilo解码后的模拟输出到DS3的模拟输入（测试DA的失真以及噪声情况），DS3 可以配置不同质量的同轴输出信号（都是1khz 的正弦波），来测试抖动对DAC的影响（通过对hilo的模拟输出质量用DS3进行分析）。

hilo作为解码器

hilo的配置

背部连接图

这是软件配置输出：1khz 44.1khz 24bit 0db 的正弦波信号通过同轴发射输出，这样模拟能够测试到其THD+N（失真+噪声），同时全频FFT（就是把模拟信号的频率的角度来看）也可以看到全频的底噪。

廖华 · 发表于 2018-1-16 20:28:23

基本设置

（左最高的是1khz的正弦波频谱，然后就是一些较矮的为谐波失真情况。-130db 为底噪）。

从图中看出，在在加没有加入任何抖动的情况下，标准24bit,44.1khz的失真+噪声为0.0006%左右，这已经发挥出CS4398最好的性能（芯片参考指标）,现在的底噪为不到-130db，这是hilo的最好指标。

hilo在这种高品质同轴下的最佳指标

接下来，我们要对DS3的数字输出进行一些简单的增加jitter，看看如何影响Hilo的失真以及噪声. 首先在低频段加入一个100hz 正弦波，振幅为30ns (p-p), 结果看一下图像与失真情况：

低频100hz正弦波jitter干扰

100hz jitter 干扰后的细节

可以看出，整个失真严重劣化，THD+N 从0.0006% 下降到了 0.0043%，整个频谱曲线也完全变形，低频区底噪下降到了-70db. 就是说，如果你的同轴信号，底频段有太多不干净，这其实会直接影响到DAC。如果在20khz加入一个正弦波，那整个干扰就会带入到模拟里面，见如下图，全频段右边的干扰：

输入20khz的正弦波干扰

20khz干扰的波形细节

高频区的杂波这在之前是没有的，正是因为加入20khz的抖动信号后才出现的，虽然失真略有降低，THD+N=0.0009X%，但这会影响听感。以上只是单一信号的干扰同轴输出，如果我们把带宽噪声加入，同时把jitter的干扰幅度加大，结果就是hilo 失锁，无法正常工作了。

加大干扰幅值hilo失锁，无法正常输出

只有恢复到30ns, 才基本能够锁定，但是失真也是比较大的。

恢复30ns后才没有失锁，但失真变大

加入类似线路的宽带噪声干扰也是类似现象：

微分带宽噪声干扰

如果调高振幅同样会导致失锁，如果把同轴的频率变成192khz，这种失锁会更明显。以上只是一个简单的例子去测试在数据完全正确的情况下，不同的干扰信号会对DAC解码器的影响，但是现实中的干扰远远高于实验中的简单干扰，更加复杂，作为转盘，全频率的干净底噪是DAC声音发挥出好效果的必然, 当然这个只是影响DAC效果一个直观的一个方面，底噪干净只是一个基础，影响的DAC性能发挥远远不止于底噪，其它如稳定性等也是非常重要。然而上述测试只是代表如AES，光纤，同轴，BNC等SPDIF协议，而一体机的IIS+MCLOCK的机内协议影响更为复杂，远高于SPDIF的影响，如果一体机如果要做好，需要注意的地方会更多。同时目前的转盘输出质量离参考质量还略有距离，这也是我们今后的方向。最后要说明一点，USB接口并不是标准的音频数字协议，但是它是通过传输数据到XMOS等USB芯片，因为USB是一个地线依赖的协议，所以电脑或其它USB信号的噪声会带入到解码器，从而如上述一样影响到DAC的性能发挥，因为IIS不是一个隔离的协议，所以对USB输入的质量要求极高，是明显高于同轴，光纤与AES等SPDIF协议的。

最后满足一下之前那个同轴线怎么样, 仪器的理想解码是怎样，我就做一个测试，把这个同轴线的数字输入接入到DS3的输入输出，利用DS3内置的解码进行测试，看看专业仪器的性能是怎样的。

专业内置解码测试

仪器参考指标

仪器参考指标细节

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