走进”真实之音”

- 数字滤波与音质 -

音频大师评论 #01

数字滤波与线路噪声

多年前AKM的一位客户指出,世界上没有任何一个D/A转换器可以转换32位DSP所发送的32位音频数据。为了回应他的要求,AKM于2007年推出了世界上第一款32位音频DAC--AK4397。虽然我们确信与传统的24位产品相比,改用32位架构可以使芯片提供更高的音质,我们还是决定做两类测试芯片来验证这个理论。其中一类芯片的数字滤波器的阻带衰减为100dB(传统规格),而另一类的衰减为120dB,即为传统规格的10倍。

验证结果表明,转换到32位之后音质确实得到了改善,但是与预期不同,数字滤波器的阻带衰减为100dB的一类芯片反而比120dB的音质更好。经过各种测试与分析,我们发现数字电路运行中所产生的噪声对音质会产生影响。换句话说,数字电路的尺寸越小,音质越好。

所以我们得出的结论是,为了尽可能的提升音质我们必须平衡数字滤波器的折叠噪声以及电路工作时本身的线路噪声。基于这个经验,AKM只会使用最少量的数字电路来设计DAC。

滤波响应与音质

AKM的第二款32位DAC--AK4399的主要设计目的之一是采用低群时延的数字滤波器来回应客户的需求。特别是北美市场,对于低群时延(低数字处理时间)DAC的呼声越来越高,然而我们的产品相对于竞争对手来说还逊色不少。低群时延对于回声与噪声消除的应用也至关重要,因此我们认为有必要开发一款新的数字滤波器核心。

第一颗AK4399的原型芯片的群时延达到了我们的设计要求,并且它的频率响应也令人满意。尽管如此,我们发现听音乐时这颗芯片所提供的音质非常差。在查找原因的过程中困难重重,最终我们得到的结论:仅有前回音而无后回音的脉冲响应是导致音质奔溃的罪魁祸首。

在经历了第一次原型芯片的失败后,我们继续改进新的数字滤波器核心来提高音质--这次取消了前回声,略带一些后回声。并且我们在量产前拜托了一位可靠的客户来试听搭载了我们芯片的设备来取得最后的确认。在这一过程中我们意识到数字滤波器的处理和所谓的 "数字音频味"有不可分离的联系。带着极大的信心,我们将量产后的AK4399介绍给了一位生产乐器的客户。在看完我们的演示后,他说:"那个鼓的位置和我录的不一样"。果然,声场内的铙钹、嗵鼓、高拍的位置与录音时的实际位置略有不同。又一个新的问题产生了。

在下一个产品AK4482中我们采取了Short delay slow roll off filter来尝试解决这个问题。当我们拿着这个产品再去同一个客户那里时双方都得到了满意的答案,鼓音在声场中的位置终于与实际位置一致了。

AKM数字滤波器的开发动力始终源自于客户的声音。这是一种周而复始的过程:我们尝试新的方法,向客户展示我们的产品,发现并改进我们的不足,再回到听音室进行验证。我们的最终目标始终是美妙且真实的音质,这对我们来说比令人印象深刻的测试数据更为重要。

数字滤波与喜好

截至2020年,AKM为音频芯片的市场提供了六种不同的数字滤波器。然而这六种不同类型的产品出现也导致了同一个的问题。"哪种滤波器是最好的?" 

对音质好坏的判断主观因素成分居多,因此对于这个问题市场上还没有一个明确的答案。AKM曾向世界各地的用户展示不同类型的数字滤波器来判断客户的需求,在这一过程中我们注意到客户对音质的偏好与所在区域有极大的关联。亚洲的客户往往更喜欢尖锐滚落滤波和缓慢滚落滤波,而欧洲和美洲的客户似乎喜欢短时延尖锐滚落滤波器。

这种区域性的偏好也许与当地的语种有关联。譬如英语或德语这种对辅音敏感度要求很高的语言更倾向于没有预回声的短时延尖锐滚落滤波,而那些说亚洲语言(如日语或韩语)的人则对元音更敏感,往往喜欢尖锐滚落或缓慢滚落滤波器。无论怎么说,这只能说是一种有趣的假设。

AKM无法对客户说"这个滤波器是最适合你的",但我们相信客户会根据自己的判断来选出最适合自己产品的数字滤波器。

Tomonori Sato

Tomonori Sato, 音频大师

佐藤于1998年加入旭化成株式会社。自此之后,他一直参与音频设备IC的开发,并在国际领域上率先规划了32位DAC和ADC。2009年,他被誉为旭化成电子的音频大师并孕育了包括AK4490、AK4497、AK4499在内的VELVET SOUND系列的DAC芯片。这些DAC被运用于不可计数的音频设备中。他经常使用1988年由Argerich、Kremer等人演奏的《动物狂欢节》来评测产品的音质。他的爱好是制作音箱,并使用专属的Fostex产品来进行试听。