HD-1 DAC專題報導：作者原文(上)
CatKing (貓貓站長)
2025/11/21 12:02 #1
大家期待已久的 HD-1 DAC 終於將在展完的那週生產完畢了~
經過站長一直不斷的催稿，終於在昨天收到了作者原文，這篇文章讓大家可以更深入的了解HD-1，除了能明白它的厲害之處，還破除了長久以來大家對R2R DAC的一些迷思，果然好文章值得大家的等待!
站長在展場與網友們一起搶先看，一致認為這篇精彩文章的含金量極高，值得花時間細細品味，好了，廢話不多說，大家快來看HD-1的作者原文!
站長代PO，本文作者：風清揚 <=(此乃筆名，不是華山劍宗那位...轉貼請註明出處，謝謝~^^)
USB DAC
講個故事吧！
很久很久以前，⋯全球兩大影音公司SONY和Philips 聯手打造製定了CD的規格，當時CD的碟片大小及播放時間，SONY和Philips 是一直爭論不休的，SONY當時的社長＂希望＂將整個貝多芬第九號交響曲放進一張CD之中（果然是有遠見的社長），從此聽第九號不必正是爽的時候還要從舒適的沙發上爬起來換片(或換面)，⋯但是這樣CD必須要有高達74分鐘的Play Time！因此CD的大小就必需從飛利蒲希望的11公分加大到SONY希望的12公分⋯而Philips當時並沒有生産12cm碟片的技術，除此之外，位元數(bit depth)也是問題，Phlips希望14bit而SONY則堅持16bit，兩大陣營爭執不休！當然最後是SONY贏了！
也由於一張CD比起一張黑膠唱片的播放時間還長，因此有一陣子CD總喜歡比黑膠多送個一兩首曲子(bonus tracks)來吸引消費者購買CD！
而最開始時的CD其實聲音並不好，也許是半導體的技術能力還不能夠支持Delta-Sigma 所需的製程，也許是理論還不夠完備，曾經聽過早期CD的人都知道：CD開始時，聲音是令人失望的。
然而隨著時間流轉，技術不斷精進，好的錄音數位化技術改善了CD的頻寬而且數位濾波器的效果也愈來愈好，加上Delta-Sigma 的理論發展成熟及半導體製程技術的進步，⋯CD播放器的頻寛才達到今天的品質！
在今天，隨便一台CD機或是藍光或是手機筆電都可以做到頻寛20Hz~ 18khz失真低於0.01％（@ 0dB）以下，您多花幾倍的$，也只是在小數點下面2位以後的數字在競賽罷了⋯⋯(您不會忘了喇叭單體本身的失真往往百倍於此)
30年過去了，您可發現愈來愈多的人不滿意這樣的聲音，要求更高的bit rate，或是回頭搞NOS DAC！甚至回去找黑膠唱片。到底聲音原來是什麼樣子？
那個曾經讓你感動不已的聲音哪裡去了？
我一直在使用一種很古老的DAC 晶片：PCM63PK，這是一種傳統的Ladder Type(姑且這樣稱呼) 的20bit DAC，製程貴，晶片面積大，而且還需要雷射去trim 以達到該有的規格。但是從spec來看，甚至比現今許多號稱是32位元的DAC還要好。想必當年BurrBrown 一定使盡洪荒之力來設計這個晶片！對照一下PCM63和號稱是32bit的PCM5122規格：PCM63的SNR和THD+N分別是116dB和96dB，而PCM5122則是112dB和93dB！PCM63全都勝！這不禁令人懷疑，所謂的32bit DAC 只是能夠＂接收＂32位元的格式罷了！其內部真正的訊號處理能力並沒有到達32位元的水準！如果真要達到32位元，其SNR必須要做到天方夜譚的192dB！
當然，規格並不代表聲音，否則，真空管擴大機早就淘汰！
PCM63的聲音那麼的好，根本不是現今的Delta-Sigma DAC可以比的！
以現今高科技IC製造技術生產的Delta-Sigma DAC, 也不知道為什麼，聽起來就是冰冰冷冷的，欠缺深度與空氣感，然而，因為IC便宜，這樣的晶片已經佔據了絶大部分的產品⋯從手機電腦電視藍芽喇叭到CD，甚至很多高價的DAC⋯好極了，大家的聲音都是一樣的。所謂的高價音響級的DAC產品，其實其核心技術和您電腦的DAC是一樣的，只是放在一個比較漂亮的外㱿裏面賣得比較貴，讓您在＂主觀上＂認為比較好聽而已！
現今的Delta Sigma 透過各種演算法把PCM 訊號轉換成1 bit的訊號，並且把取樣率移到MHz，做noise shaping 等⋯一路在作最佳化，在妥協 ，每一家晶片廠都想辦法在最小的晶片面積做到這樣的功能⋯一路的cost down。
而偏偏，好的聲音是需要成本的，就是要付出代價的。
記得MSB(超級貴的DAC品牌)曾花了很大的篇幅談為什麼要用R2R的Ladder type DAC，有興趣可以上網搜尋一下，看來德不孤必有鄰，很多人都覺得Delta-Sigma 的聲音不夠好。
BurrBrown 在PCM63之後持續開發了更高階的PCM1702，PCM1704等⋯24位元的傳統DAC，無奈成本實在太高，加上用量少(一萬美金以上的 high end DAC 一年有幾台呢？)終於也在2016年宣布停產。這樣⋯嗯！未來年輕人聽不到了⋯⋯
很多業餘的玩家想辦法自製所謂的NOS DAC，採用石器時代Philips 的Chip，像是TDA154x系列，老實說，這些DAC若沒有好好設計處理，聲音並不好，這是為什麼後來發展Delta-Sigma DAC 的原因！而且，這一類的IC早就已經停產多年了！不懂得網路上那麼多貨是哪裡來的？
由於CD的取樣率是只有44.1k，，因此若不經upsampling處理，其play back時會含有44.1k的高頻雜訊在其中，因此有必要加上一個濾波器以濾除之，這個濾波器必須要在20kHz保持平坦，但是在44.1k處要能夠衰減98dB以上，坦白説這樣的類比濾波器根本做不出來，因此早期的CD多用個3～4階的濾波器(太髙階數的濾波器不穏定而且相位移phase shift也很嚴重)，由於衰減率有限，因此高頻從10kHz就開始慢慢衰減了，而真正要濾除的44.1k又濾得不夠多⋯這就是NOS DAC的標準聲音，高不成低不就！而且4階濾波器在音頻訊號內造成的相位移，也讓音場聽起來奇怪！
那麼不加濾波器會怎樣？不會怎樣！只是有44.1kHz的超音波訊號串入擴大機，影響機器的正常運作，輕則損害擴大機及喇叭，重則甚至傷害耳朵！⋯
直到Philips 開發出SAA7220 之類的數位濾波器，把取樣頻率拉到176KHZ，再餵給TDA154x，CD的聲音才＂比較可以聽＂！然而，176k還是不夠高，因此其後接的三階濾波器仍舊有高頻衰弱的問題⋯⋯從20kHz到176kHz只有3個倍頻,就算用三階的低通濾波器，也不過衰減54dB，不夠，而且也無法在20kHz保持平坦，再加上相位劣化的問題⋯
直到Delta-Sigma 的發展，一舉將sample rate 提到MHz以上，才算解決類比低通濾波器設計的問題。但是，Delta-Sigma 把PCM 資料，轉換成1bit的資料，如前所述，中間太多取捨…
在理論上用1 bit的PWM來取代2 bit的PCM資料，則此PWM(Pulse Width Modulation）必須要有四種不同的寛度變化來代表2 bit之00，01，10，11四種狀態，因此，PWM要取代3 bit就必須要有8種寛度，由此可知，如果是16 bit就必須要有65536種的寛度變化才行，而且是在1個sample 裏面完成(即44.1k)，由此可以計算1bit PWM所需的最高頻率為：44100x65535＝2.9GHz！！這還只是CD品質而已喔！
2.9GHz頻率太高了，做不到嗎？想辦法壓縮一下吧！⋯Delta-Sigma Modulator 因此誕生了，就好似把PCM轉成DPCM一樣，資料量壓縮了，但是也損失了細節！您認為從2.9G壓到2.9M，壓了1000倍，會完全沒有損失嗎？
分立式電阻元件組成部分R2R DAC :
這樣的電路架構幾乎佔據了目前市售R2R DAC的主流，這樣的DAC有什麼問題呢？
坦白講，有很多問題：
1，這樣的DAC失真及解析度決定與電阻本身的精確程度
目前市場上能買得到商業化量產的超精密電阻，其誤差大概是 0.01%。換算一下，大約只有13 bit而已，借用一些電路的技巧例如並聯，或是dCs採用Ring DAC方式，也許勉強做到16 bit ! That‘s it.
所以什麼24 bit或是32 bit的R2R DAC！聽聽就好切莫當真！
壞消息是0.01%的超精密電阻非常的貴，所以一般商用的機器都採用0.1%或者是0.05%的電阻．．那麼只相當於10~11 bit，解析度和失真就更大了 ，但是我相信大部分的人都聽不出來的，不要對自己的聽力太有自信！
2，電子開關的內阻疊加了電阻的誤差！
24位元的R2R DAC需要用到96個電子開關，在線路上通常是採用LVC574之類的邏輯閘來取代電子開關，這個電子開關的阻抗疊加在精密電阻上的阻抗足以讓原本0.01%的精密電阻降為0.1%... 但是大家還是買得很開心，聽得很爽，所以再次証明THD不容易被聽岀來！
3，電阻的溫度飄移：
超精密電阻的溫度係數通常在10ppm/C 左右，假設電阻所在的位置有0.1 ℃的溫度誤差，那麼電阻值將會產生百萬分之一的變化，這個溫度造成的誤差將使得解析度無法超越20位元！而0.1°C的溫度差PCB上到處皆是！所以您會看到MSB的DAC都用金屬包起來以維持恆溫，這並不是爲了好看，所以．．如果您的R/2R DAC看到上佰枚電阻散在PCB上，那麼PCB的溫差將會導致THD增加及解析度下降！
4，電阻產生的熱噪音：
如果R2R採用10k的阻值，在常溫27°C下會產生400nv的熱躁訊，這使得19位元以下的位元都處於被電阻熱噪音所掩蓋了，根本達不到24位元！
5，電源雜訊的影響：
由於R2R電子開關的一端幾乎直接連上電源，因此電源的品質非常影響聲音的品質，所以如果沒有好好處理電源，聲音就會變得很糟！
說了那麼多壞處，那麼R2R DAC到底有什麼好處？
最大的好處就是便宜，電阻多便宜啊，24位元的DAC，一百多個電阻就搞定了，多便宜啊！反正．．您也聽不出來！您不會以為TI，BarrBrown是笨蛋吧！一個聲道一百多美元的晶片會被幾拾個電阻就取代了吧！
那怎麼辦？
既然TI大廠看不起高級DAC的市場，那麼我們就訂做自己的晶片！
因版面字數限制，後半段文章請見下集
HD-1 DAC專題報導：作者原文(下)
http://www.hitonaudio.com/forum_oneissue.php?category=diy&mi=4023
ALLEN550217 (ALLEN)
2025/11/21 12:36 #2
太屌了！竟然是訂製晶片！
BillChen (追殺比爾)
2025/11/21 12:56 #3
好文慢慢研讀中...這台HD1真的遠比我想像中還厲害
anthony (阿東)
2025/11/21 15:21 #4
受益匪淺，真的打破了我長久以來對R2R的迷思!
PINK (PINK)
2025/11/22 13:43 #5
已經訂了，期待趕快收到
EricLin (EL)
2025/11/24 21:48 #6
長知識了，這位作者不簡單!
此外，現場聆聽的感覺，這台DAC不單是DAC本職表現優秀，耳放功能也令人驚艷(感謝站長讓我試耳機)，我認為整機價值遠超過它的售價。
