高保真PCM1704解码器的DIY历程

诸荩锋

很多人都觉得DIY是廉价低质的代名词，相反，我认为DIY的精髓恰恰在于它是自我爱好、追求和个人理念的体现。我们DIY，是因为市场上没有我们想要的东西。

DIY一台解码器是一个既能说简单，又能说复杂的任务。通常来说，你只需要选定好解码芯片，按照芯片厂商的参考设计便能制作出来一台能出声的解码器。但是对于Hi-Fi的要求来讲，这种DIY似乎没有任何意义。笔者一直认为，任何高保真产品的设计，除了需要用心去做之外，一定还需要有自己的理念，自己要清楚的知道，你所设计的作品是有其独特个性的，而不会给人“又一个××××”的感觉。

在有了自己的理念之后，另一个挑战就是设计的完成度。我们看到很多DIY爱好者往往只是把DIY作品必须完成的那部分完成，其他的就不注重了。有一个著名的“二八”法则，是说花20%的精力可以取得80%的成果，而剩下那20%的成果，则需要花80%的精力去完成。对于DIY爱好者来说，他们通常不会有足够的时间和精力，往往获取不到那剩下的20%的成果，以至于DIY作品的完成度普遍不高。

我想要DIY一台解码的想法由来已久，也就是说，“理念”早就在脑子里扎根了。但是，我知道要做一个完善的作品，需要花费大量的时间、精力和成本。而草草地做出一个完成度不高的作品，对我来说似乎没有任何意义，还不如直接买台现成的厂机来得简单快捷。所以很久以来，我一直望而却步。终于在2012年，我下定决心，要完成这个自己觉得有意义的项目。

设计方案和理念

1.主芯片的选用

首先，你需要定下核心解码的芯片是用哪个。现今流行的delta-sigma结构的解码芯片价格便宜，性能指标也很好，但是声音表现水准普遍不高，而且容易带有数码味。R2R结构的解码芯片价格昂贵，现在也已经很少了。但是纵观现今Mark Leviiqson、Burmester、Wadia这些领导厂商的旗舰解码，他们几乎达成一致，都选用了PCM1704这颗芯片，也只有这颗芯片才有足够的潜力来达到“旗舰级”的音响效果。

2.De-glitch技术

我的本行是电子测试仪器的研发，我们在测试设备时也会大量用到一些工业级的DAC芯片，我自己也有一个用来消除DAC瞬态干扰的专利电路，即de-glitch电路。

R2R类型的DAC，在每个采样点之间切换的时候都会导致瞬态干扰，也就是glitch的发生，所以R2R DAC的性能在很大程度上依赖于glitch的大小。而BB公司发布的PCM63和其前辈相比，多了一种当时被称为“Colinear”的de-glitch技术，这使得PCM63、PCM1702和PCM1704这一系列芯片成了一代经典。

“Colinear”可以有效地消除在零电位的glitch，但是在其他区间，DAC还是有着显著的glitch。现有比较成熟的de-glitch技术是track/hold电路，但是此种结构会影响settling time，并且会产生一些振铃。为此，我设计了一种“track/charge”的专利电路，即利用一个DAC作为主芯片用来跟随电平，再用另一个DAC作为负芯片负责充电以完成采样点与采样点之间的变化过程。

3.NOS

NOS是None Over Sampling的缩写，也就是非过采样。很早以前，大家就发现通用CD格式的44.1 Ksps的采样率并不能很好地重现20-20KHz的音频。由于采样频率比较靠近音频范围，所以对LPF的要求就比较高，人们难以设计出一个性能良好的产品。过采样是一种插值的方法，通用的办法都是用数字滤波器来进行插值，但是数字滤波器其实并不能完美地完成这个工作，因为不管是哪种数字滤波器，其本身并不是一个完美的模型。数字滤波器在重放连续的信号时往往没有问题，但是在重放动态的信号时就会产生振铃失真，从而淹没一些小信号。所以，过采样到底是丢了芝麻捡了西瓜，还是捡了芝麻丢了西瓜，这种争论一直持续着。

直到后来delta-sigma结构的DAC兴起，业界才停止了争论。因为delta-sigma结构必须要用到数字滤波器，所以，人们无从选择。事实上，有经验的玩家都会发现，一款DAC的声音风格在很大程度上取决于数字滤波器，这个事实告诉我们，数字滤波器真的在声音中加了一些东西，或者说去掉了一些东西。

我的理念是尽量地还原声音的原貌，所以，NOS成了我的选择。通过优化的设计，这个NOS的设计并没有明显地牺牲传统要求的THD和SNR性能，这样似乎得到了一个最好的平衡。在公测的时候，金耳朵们通过反复切换NOS和OS模式，也一致认为NOS的声音更为灵动。

有关数字滤波器的振铃失真可以查阅http：//en.wikipedia.org/wiki/Ringing_artifacts，这种失真现在还没法被传统的测试参数所体现，所以这也是delta-sigma结构的解码芯片测试参数比较高，但是听感不佳的原因。

4.电源

Delta-sigma结构的DAC注重jitter。而R2R结构的DAC注重电源。这是有道理的，因为delta-sigma的核心结构是一个积分器，依靠时钟的准确度换取电平的准确度。R2R结构DAC就不存在这个问题，并且NOS的R2R DAC更是对jitter几乎免疫。R2R的电平准确度的关键在于电压基准，而芯片内部的电压基准又受到了电源的影响。所以R2R结构的DAC对于电源是有着苛刻要求的。在这个设计中，采用了在国外广受好评的walter jung的电源结构并做出了一些改良，使得电源的噪声能够低于1uV。

开发历程

在设计方案和理念定下来之后，我就开始着手设计。首先就是结构，我把数字电路部分独立地放置在一块电路上，左右声道的模拟板也是单独一块电路板，这样可以减少数字电路对模拟电路的干扰，也可以减小左右声道之间的串扰。

在元件的选择上，国内的爱好者普遍喜欢用直插型的元件，认为这种体积大、质量好。但实际上，现代工业已经普遍转向贴片元件，而且一些新型的高性能元件都不会提供直插版本。所以国外的高端解码设计现在也是清一色的贴片元件设计，再回过头看我们国内的直插元件设计，就显得比较老套和落后。不过，贴片元件的选择也是大有讲究的，外表同样是那么一小片，里面却是大有乾坤。最终，我选用了美国的AVX钽电容用做电源退耦，日本的murata的COG/NPO级别的电容用做信号处理和高频电源退耦，电阻则采用了日本一家厂商提供的金属薄膜电阻，此电阻性能优异，误差达到了0.1%。在后期的调声过程中，我也发现此电阻对音色的影响非常大，大有用了“仙丹”的感觉，这也被我当做秘密武器了。

虽然自己对此项目的难度早有心理准备，但在实际开发过程中困难还是超出了我的预期。光电路板的大改动，重新打样，就达到了5次，而且都是四层的高密度电路板，制作调试过程中也烧坏过很多芯片，前前后后的开发费用就达到了几万，这我还没将自己的时间成本计算进去。所以，DIY一个足够水准的作品的开销是非常大的，想省钱省力又想DIY的朋友，还是要三思而后行。

整个历程可以说是先苦后甜，在开发到第二版的时候，我的专利电路还未完成，就参加了本地烧友的一个聚会。现实DK的结果是残酷的，我的高成本制作还不如另一位烧友的低成本1955解码的效果好。幸好我没有气馁，而是一鼓作气把专利电路完成，经过了好几次改版后，总算是拨开云雾见日出了。

在改到第四版的时候，我已经感觉到PCM1704声音的表现比较成熟了，于是发给了一些有足够鉴赏力的朋友来进行一个公测，他们反映良好，都说器材具备了高端解码的平衡大气的特质，动态和解析力表现突出，对于交响乐来说是很好的利器。但是对于人声，一些公测的金耳朵认为还缺乏一些韵味。于是，我又进行了一些调整，终于在第五版的时候定稿。

在第五版的电路定稿之后，我又对数字部分的一颗CPLD的DSP芯片的数字处理部分进行了优化，出了一版新的固件。新的固件对声音效果的改变之大，让参与我作品的朋友们都有些咂舌，他们原先都认为，解码器的关键在于模拟电路，可是这次升级固件之后，他们前后一对比，就觉得换固件如换机。解码器是把数字信号转换为模拟信号的一个设备，我们必须要意识到数字部分和模拟部分都同样的重要，一味在模拟部分钻牛角尖，应该是我们国内玩家容易犯的一个通病。

声音表现

此解码的声音风格以大气平衡为主，虽然我们的设计需要独特的理念，但最终在音质表现上，解码能达到平衡自然的风格才是正道。很多音响设备都是太个性化，往往在表现某些曲目的时候可圈可点，但是换了曲目之后，就原形毕露。对于一个设计，我认为必须是以“保真”为准则，如果人为地加入一些东西之后，往往会在人声这种比较单调的曲目中得到一些讨好的效果，但是在表现器乐的时候，就必定是顾了头就顾不了尾，给人一种怪异不舒服的感觉。

此解码的另外一个特点就是解析力非常地高。我也听过很多据说是高解析力的系统，但它们往往给人一种高频亮丽，但听不了多久就觉得耳朵比较累的感觉。个人认为这不能算作是解析力，而是很多人所诟病的数码味。真正的解析力，在于设备能够体现每一个弱小的音符，因而在整体的表现上，声音就变得饱满圆润，反而会让你忘了去注意那些细节，而去体验整个音乐的美感。我们有时候初听一套系统觉得要什么有什么，但是听不到半个小时，就会觉得有点累，想关掉休息一下。实际上，耳朵是不会撒谎的，这必定是有一些不正常的声音剌入了你的耳朵。很多人觉得要耐听，声音就一定要糊掉才行，其实不然，真实的声音是最美的，我们要把真实的声音的每个细节都还原出来，这样才是真实的、舒服的美感。

最后，我把自己的这件作品取名叫T，REX，英文就是霸王龙。你可以想象一下一头壮硕的霸王龙，跳着轻柔优美的舞蹈。这有点恶趣味，不过我更想表达的意思是，一个壮硕的系统最终呈现出来的音乐效果是细腻而又有音乐味的，真是举重若轻啊。前段时间有朋友说他的系统有点干，想用油浸的信号线来油润一下，我回答他一句，你的电源线这么粗，声音当然也会很粗。我希望借这个解码的设计、名字以及表现，启发烧友们对“吃啥补啥”的理念做出一些反思。