Playback Designs 首圖

創辦人Andreas Koch

Andreas Koch

Andreas早年在Studer ReVox工作,曾經參與全世界第一部數位取樣頻率轉換器的設計,並在1984年時獲得專利。也曾經設計複雜的數位濾波,用來消除老錄音轉換數位的噪訊問題,這項設計後來還應用在AC-3與MP3壓縮編碼上面。之後Andreas加入位於舊金山的杜比實驗室(Dolby Labs),是杜比所聘請的第一位數位音訊工程師,建立了AC-1編碼器和解碼器,之後廣泛運用於數位電視廣播及DVD的Dolby AC-3。

1987年,瑞士的Studer ReVox再將Andreas請回,他負責管理專業數位音響錄音機的研發,這是一項在½英吋錄音帶上有48個聲道的DASH format,在接下來的兩年內,他參與專業領域的個人電腦硬碟錄音的市場和技術研發應用,這項工作拜訪許多全球高知名度的錄音室,這對他建立業界穩固的基礎頗有助益。

Andreas在瑞士繼續他偉大的工作,直到1989年他加入加州Menlo Park的Studer Editech,在此他負責管理一組工程師,共同負責設計專業硬碟錄音機的後製作應用,並於1992年推出了直到今天仍使用的「Dyaxis」,許多今天仍在生產的競爭產品都抄襲使用他所創的革命性的使用者界面。

1993年佛羅里達州的Sony公司邀請他加入負責監督專業音響產品的研發,並推出了各種混搭的落地式音響。當年Sony與Philips著手DSD規格制定,率先推出所謂新世代SACD載體,可是那時候錄音室還沒有相對應的錄音設備,只能從PCM轉成DSD,為了讓錄音室擁有直接錄製且編輯DSD的器材,Sony與Philips投資組成了一個團隊,要在最短時間推出DSD錄音與編輯器,當時的首席工程師就是Andreas 。Sony與Philips對新規格寄與厚望,所以開出來的條件幾乎是「無限資源」,他找來各路好手,手握超過十億美金的研發預算開發Sonoma,半年之內,Andreas的研發團隊終於開發出世界第一部八軌數位類比轉換及類比數位轉換的DSD錄音剪輯混音系統。

2003年Andreas決定自己出來創業成為獨立契約工程師,因此在接下來的四年內,他設計了所有數位組件、演算法,並為EMM lab建構了專業和愛樂者使用的數位音響產品,他為採樣率轉換(SRC)設計並執行各種革命性演算法,這是SRC原創者才有可能做到的,他也研發了分散式D/A轉換器,以及運用數位音響傳輸輸入建立時脈管理獨特的架構。

2008年,Andreas Koch成立的Playback Designs,推出具有多重數位輸入的整合式SACD/CD播放器,其中運用了過去所累積與研發的經驗、知識和演算法則,這也正是數位音響的發展史。

 

設計概念

Playback Designs 設計概念

Playback Designs的獨特技術?

獨家PDFAS(Playback Designs Frequency Arrival System)時鐘技術 Jitter有好壞之分,那麼Andreas就必須設計出一種完全不同於傳統的時鐘線路,以往的時鐘線路以全面降低jitter為唯一目的,但是Playback Designs的時鐘線路一方面要消除壞jitter,一方面卻要保留好jitter。這該怎麼做呢?Andreas自行開發的PDFAS技術是第一個關鍵。他先分析一般數位訊源的時鐘線路,為了讓輸出端(轉盤或電腦)與輸入端(DAC)的時鐘同步,一般數位訊源都是使用PLLs(Phase Locked Loops)相位鎖定迴路。這是一種簡單有效的設計,問題是輸出端在每個時鐘週期都會產生相位震盪,PLL也會隨之同步震盪,這個問題雖然可以用濾波線路減緩PLL的震盪幅度,但是卻依然會有相位噪訊等jitter產生。簡單的說,PLLs雖然盡力控制時鐘,但是本身卻會產生jitter,並非最理想的作法。 Andreas破斧沉舟,放棄使用PLLs,轉而自行開發出非常複雜的數位演算技術,用更和緩的校正演算方式,達到時鐘同步的目的,如此一來,才能徹底消除播放訊源中的壞jitter。

獨家2 dimensional DAC「二維DAC」理論

Andreas不使用任何廠製DAC晶片,而是用FPGAs架構自行開發數位運算技術,任何數位訊號、任何檔案格式(包括MP3)進入這個DAC線路之前,一律先升頻轉換為5.6MHz取樣頻率(DSD取樣頻率的2倍),再進一步4倍升頻取樣至22MHz,之後才進行數類轉換動作。Playback認為DAC有兩個關鍵要處理,分別是X軸的「時間」與Y軸的「響度」,他們認為大部份DAC製造者只處理Y軸的響度,但很少人處理X軸的時間問題,所以很多人用更好的數位線、電源處理等等「類比」的方法,來處理數位造成的問題,但這無非是亡羊補牢。Playback提出的「二維DAC」,在數位的領域同時處理時間與響度這兩個軸線,這樣才能完全消除惱人的時基差。 在特性方面,Andreas自己設計DAC也更為完美。舉例說明,如果送一個10kHz的方波測試訊號,經由他的DAC處理後,出來的仍是完美的方波,沒有任何鈴振失真。但其他DAC晶片卻會產生顯著的鈴振與預鈴振問題,將原本的方波變成像是正弦波一樣。

USB是最佳數位流傳輸介面

雖然USB在開發之初並非針對數位音樂傳輸而設計,開始設計Playback Designs自家的USB界面可以支援24bit/192kHz、24 bit /384kHz與 DSD。 USB數位介面有一個難以取代的優點,那就是USB可雙向傳輸,這是其他SPDIF規格介面所辦不到的。可以雙向傳輸,代表USB可以透過非同步傳輸,將DAC端當做主時鐘,將電腦端惱人的jitter完全排除。另一方面,將主時鐘儘量靠近DAC線路,也是降低jitter的最理想作法。

 

Q&A 【全文輯錄自「音響論壇」】

“ 1 bit DSD解碼先天沒有非線性失真,聲音更接近類比音質。”

Q:你所研發的1 bit DSD解碼技術,與市售的Delta-sigma DAC晶片有何不同?

A:只有真正的1 bit DSD解碼,才能發揮DSD線性輸出的優勢,也才能跟PCM多位元解碼技術有所區隔。目前只有用FPGA晶片跑自行設計的演算法,才能做到真正的1 bit DSD解碼。市售Delta-Sigma DAC晶片則只有輸入端接收1 bit DSD訊號,接下來隨即轉換為多位元PCM,進行複雜的濾波處理,用陡峭的濾波線路完全濾除噪訊,測試規格雖然優異,但聽感上卻難以擺脫「數位聲」,喪失了DSD接近於類比音質的最大優勢。

Q:為何廠製晶片不採用1 bit DSD解碼呢?

A:晶片廠最重視的要素有二,一是製造成本,二是規格數據。1 bit DSD解碼的噪訊太高,規格數據不好看,晶片廠怕客戶不買單,自然不會想要開發這種晶片。

Q:難道1 bit DSD解碼的噪訊不會影響聽感嗎?

A:DSD大部分的噪訊都在人耳聽感範圍之外,就算落在可聞頻段,也會被人耳濾除,因為DSD的高頻噪訊是恆定的,不會隨著音樂訊號變動,人耳機制可以輕易的過濾掉這種噪訊。這就像是空間中的空調噪音,只要音量低到一定程度,人耳就不會察覺。如果用陡峭的濾波線路將這些噪訊切掉,測試數據雖然漂亮,但是卻會製造更多非線性失真,對聽感傷害更大。所以我一直堅持數位濾波線路不能只靠儀器測試,更重要的是以實際聽感作為設計的標準。

Q:PCM解碼又有什麼問題?

A:多位元PCM解碼的每一個位元比重都不同,無法避免非線性問題。以PCM解碼最理想的Ladder DAC架構為例,就算使用了最精密的電阻建構R2R解碼陣列,也不可能保證每一個電阻的數值都剛好是前一個電阻的兩倍,總會有些微誤差,還會受到溫度變化的影響,這些變數都會造成非線性失真,對聽感造成嚴重的影響。 PCM解碼的另一個問題是使用了Brickwall濾波線路。以44.1kHz的PCM訊號為例,Brickwall濾波線路一刀切掉了20kHz以上的頻率,不但不符合人耳的聽感特性,而且還會產生更嚴重的Pre Ringing問題。Pre Ringing很類似聲波的繞射現象,訊號會在20kHz忽然截斷的銳角處,產生另一個繞射波,讓我們在實際訊號尚未播出前,就預先聽到還沒有產生的聲音,時間差即使只有10到15毫秒(毫秒=千分之一秒),但是人耳依然可以察覺這種不自然的聲響狀態,構成所謂「數位聲」的元兇。 反觀DSD解碼,因為只有一個位元,等於永遠只經過一顆電阻,先天架構就不會產生非線性失真,這是DSD相較於PCM解碼的最大優勢。除此之外,即使是最基本的一倍DSD(取樣率為CD的64倍,也稱為2.8MHz DSD或DSD64),雖然高頻延伸只到20kHz(20kHz以上會因為Noise Shapping而產生噪訊),但20kHz之後依然可以聽到些微訊息,訊息量的滾降是和緩的,沒有一刀切斷的銳角,不會產生Pre Ringing,聲音更為自然,也更符合人耳的聆聽狀態。

Q:為何廠製DAC晶片不採用較為和緩的濾波線路呢?

A:現代許多DAC晶片藉由升頻大幅提高取樣頻率,的確可以搭配較為和緩的濾波線路,但是測試數據依然不夠理想,晶片廠擔心賣不出去,所以此類DAC晶片其實依然使用了Brickwall濾波線路,只不過將截斷點移到更高的頻率,Pre Ringing的時間差會縮短,對聽感有幫助,但是人耳仍可察覺,依然無法完全擺脫不自然的「數位聲」。

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