音頻DAC基礎(chǔ)技術(shù)的學(xué)習(xí)指南

由于在音響系統(tǒng)中的重要地位，愛好音響的朋友或發(fā)燒友，都會(huì)熱衷于選擇一款好的“解碼器”（DAC），而“解碼”技術(shù)，又總是大家津津樂道或爭論的話題。到底哪一種技術(shù)更好、更有優(yōu)勢、更適合大家來使用呢？

本文簡單羅列和梳理音頻DAC的基礎(chǔ)技術(shù)、分析一些熱點(diǎn)，希望能給需要的朋友提供一點(diǎn)有用的信息或提示，或者，能解除一些疑惑。

“解碼器”不是解碼器

第一件事情，先統(tǒng)一一下名稱和術(shù)語。我們習(xí)慣上稱之為“解碼器”的DAC，英文的書寫是：Digital-To-Analog Converter，意思是：數(shù)碼-模擬轉(zhuǎn)換器，而真正解碼器的英文書寫是：Decoder。為了統(tǒng)一而不至于造成誤解，以下，DAC或保持其英文縮寫（DAC）或稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（有的情況下簡稱為轉(zhuǎn)換器），俗稱“解碼”則稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換。

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最早的轉(zhuǎn)換器不是電的

有記錄的最早的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可能是18世紀(jì)土耳其奧托曼帝國水壩上使用的二進(jìn)制權(quán)水量測量系統(tǒng)，竟然不是在電的領(lǐng)域！

18世紀(jì)二進(jìn)制權(quán)水量系統(tǒng)

首次對聲音的數(shù)模轉(zhuǎn)換是在電話線上，采樣頻率4kHz

從1753年有電報(bào)，大概1825年開始大規(guī)模發(fā)展起，各種電子數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)開始在通訊系統(tǒng)大量使用。1853年美國發(fā)明家 M.B.Farmer 構(gòu)思了時(shí)域分配的多路復(fù)用（TDM）的概念來分時(shí)使用電報(bào)線路。1875年Bell發(fā)明電話后，1903年，Willard.M.Miner 獲得了用機(jī)電旋轉(zhuǎn)多路開關(guān)按 4.32kHz 或 3.5kHz 的頻度對聲音采樣然后再還原的多路復(fù)用技術(shù)的美國專利，用于電話線路，算是第一次有人把數(shù)模轉(zhuǎn)換用到了聲音上了。

最早的PCM只有5個(gè)比特

數(shù)模轉(zhuǎn)換的算法，1921年美國西部電氣的Paul M.Rainey發(fā)明了利用光和光電管實(shí)現(xiàn)的PCM（脈沖密度調(diào)制）技術(shù)，只用了5個(gè)比特的數(shù)字信號。1937年法國國際電話和電報(bào)公司（ITT）的Alec Harley Reeves（再次）發(fā)明了使用電子管的PCM，實(shí)現(xiàn)了有記錄的第一個(gè)全電子數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器的處理技術(shù)（實(shí)現(xiàn)方法）也是從最早機(jī)械的、到機(jī)電的、光電的、真空管的、逐步地發(fā)展到了使用薄膜電阻、晶體管、CMOS集成電路和現(xiàn)在的大規(guī)模CMOS集成電路（芯片）。大規(guī)模集成電路，給了數(shù)據(jù)處理很大的便利和空間。

美國ANALOG DEVICES公司的混合信號終端

數(shù)模轉(zhuǎn)換器有很多種結(jié)構(gòu)

從數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)看，最簡單的是串式DAC（又叫Kelvin分壓器），就是加上電壓的一串電阻，通過數(shù)字控制的一組開關(guān)接通不同的抽頭（電阻），得到不同的輸出電壓。是Lord Kelvin在1800中葉提出，在1920年代才開始實(shí)施的，最先是用電阻和繼電器、之后用了電子管來實(shí)現(xiàn)的。此后是一串?dāng)?shù)模轉(zhuǎn)換器的進(jìn)化的名單：

電流輸出的分壓式DAC、

二進(jìn)制權(quán)電阻DAC、

R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、

分段式DAC、

過采樣插值DAC、

乘法DAC、

預(yù)判非線性DAC、

PWM（脈沖寬度調(diào)制）DAC、

環(huán)形串行DAC、

和SAR（逐步接近式）ADC（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器）配合的DAC、

Sigma-Delta DAC、

等等。

技術(shù)的發(fā)展可謂名目繁多，以下討論重點(diǎn)：

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R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC

是一位叫B.D.Smith的人在1953年首先提出，來用于數(shù)模轉(zhuǎn)換的。技術(shù)的核心，是通過電阻分壓，來得到輸出信號的值，而電阻分壓的網(wǎng)絡(luò)，是由數(shù)字量來控制的，這樣實(shí)現(xiàn)從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。

典型的R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)（8位）結(jié)構(gòu)

這是一個(gè)巧妙的設(shè)計(jì)，每個(gè)電阻回路（梯級）的阻值都是上一級回路的一半，這樣正好實(shí)現(xiàn)了二進(jìn)制加權(quán)的運(yùn)算，與權(quán)電阻的數(shù)模轉(zhuǎn)換器需要用到大量阻值的電阻相比，R-2R數(shù)模轉(zhuǎn)換器僅需要兩種阻值的電阻就可以實(shí)現(xiàn)，既簡單又可靠。

現(xiàn)在的R-2R DAC有單一芯片的方案（如TI的PCM1704，經(jīng)過激光精密矯正制造，動(dòng)態(tài)范圍可以達(dá)到112dB），也有使用定制模塊的，或者直接在電路板（PCB）上實(shí)現(xiàn)，取決于不同的設(shè)計(jì)，各商家的成品DAC會(huì)有很大不同。用于音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換，由于對轉(zhuǎn)換操作和電阻精度要求非常高，在設(shè)計(jì)方案和制作工藝上都有很高的要求。

TI公司的PCM1704（R-2R）DAC原理圖

R-2R DAC的好處

1）電阻是線性的

R-2R是古老和傳統(tǒng)PCM數(shù)模轉(zhuǎn)換的代表性技術(shù)。要在高性能的音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器上應(yīng)用，想必是有一個(gè)理由的：通過電阻分壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，理論上電阻是線性的，所以不會(huì)帶來失真和額外噪聲。這里， “電阻是線性的” 成為了核心概念。

2）避免過采樣和數(shù)字濾波

R-2R DAC可以僅通過對網(wǎng)絡(luò)中電阻的切換來進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，不需要用到過采樣、插值、抽取等數(shù)字濾波的手段，避免使用數(shù)字濾波器。有人認(rèn)為，數(shù)字濾波會(huì)帶來所謂的“數(shù)碼聲”（有待證實(shí)）。

這樣，大家可能會(huì)感覺這個(gè)技術(shù)很合理，但是，作為傳統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)，R-2R DAC是存在一些問題的：

R-2R DAC的問題

1）差分非線性誤差

R-2R數(shù)模轉(zhuǎn)換把模擬波形表示為一個(gè)幅度信號，半個(gè)量化梯度就是精度誤差，大信號時(shí)的影響不是主要的，在小信號時(shí)，影響會(huì)變大而不可忽略，不可避免地將產(chǎn)生差分非線性誤差，和信號有關(guān)聯(lián)，就成為了失真。因?yàn)榉蔷€性的程度是跟隨信號幅度變化而變化的，所以后期也比較難以處理。

2）過零失真

R-2R數(shù)模轉(zhuǎn)換還不可避免地會(huì)產(chǎn)生過零失真。每當(dāng)最高為位電阻上的電壓發(fā)生變化時(shí)（從0到1，或相反），必然會(huì)引起輸出電壓極性的變化（從正到負(fù)，或相反），由于電阻誤差的存在，外加電阻網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的電阻的同時(shí)切換，會(huì)在過零點(diǎn)引起差分非線性失真和短暫的電涌，產(chǎn)生過零失真。

R-2R DAC的過零失真

3）量化精度

數(shù)字音頻信號的深度，每增加1位，理論上會(huì)增加6dB的動(dòng)態(tài)范圍，對于R-2R DAC來說，量化精度的高低將直接決定DAC可以達(dá)到的最大動(dòng)態(tài)范圍。

通常CD是用16位的數(shù)字信號，有96dB的理論動(dòng)態(tài)范圍，最低位的信號幅度是滿幅度值的1/65536，R-2R DAC處理這樣的信號，最高位的電阻誤差應(yīng)該遠(yuǎn)小于這個(gè)比值，最低位位上的信號才是有意義的?，F(xiàn)在高精度電阻的誤差是 1/1000 ，相當(dāng)于10位數(shù)字信號的最低位上的值（1/2^10=1/1024 ），也就是說，如果使用這樣的高精度電阻做R-2R DAC的最高位，10位以上深度的數(shù)字信號都是沒有意義的，因?yàn)槟切┪簧系男盘柖急蛔罡呶浑娮枭系恼`差所淹沒，DAC的動(dòng)態(tài)范圍也不可能達(dá)到60dB?，F(xiàn)在常常會(huì)播放32位的數(shù)字信號，最小位的信號幅度是1/2^32=1/4,294,967,296，那么，提出一個(gè)問題，電阻網(wǎng)絡(luò)怎樣能夠達(dá)到這樣的精度？

對于R-2R轉(zhuǎn)換，商家常常會(huì)嘗試一些方法，比如在制造上提高電阻的精度、對電阻網(wǎng)絡(luò)（特別是最高位、高位的電阻）進(jìn)行矯正或補(bǔ)償、等等，盡可能地來提高精度以改善性能。實(shí)際上，要實(shí)現(xiàn)高性能的音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換，R-2R DAC是需要克服許多難題的。

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Delta調(diào)制技術(shù)標(biāo)志一個(gè)新時(shí)代的開始

1950年，就像發(fā)明PCM一樣，也是法國的ITT公司的實(shí)驗(yàn)室，提出了 Delta（增量）調(diào)制技術(shù)（由量化一個(gè)值改為量化一個(gè)值的增量），盡管，因?yàn)樾枰哳l的支持，在高速數(shù)字信號技術(shù)出現(xiàn)以前，各種限制阻止了這個(gè)技術(shù)（和后來的Sigma-Delta調(diào)制技術(shù)）在高質(zhì)量音樂方面的應(yīng)用，但還是標(biāo)志了，數(shù)子音頻轉(zhuǎn)換技術(shù)的一個(gè)新的時(shí)代的開始，技術(shù)手段從量化信號的幅度轉(zhuǎn)變到量化信號的變化，關(guān)注點(diǎn)也從幅度轉(zhuǎn)向了時(shí)間。

Sigma-Delta DAC

同年美國Bell電話實(shí)驗(yàn)室的C.C.Cutler也獲得了差分PCM調(diào)制技術(shù)的專利（Delta調(diào)制可以認(rèn)為是差分PCM調(diào)制的一種簡單形式）。1952、1953年，荷蘭Phillips實(shí)驗(yàn)室也發(fā)現(xiàn)了同樣的原理，并且提供了許多1位和多位的研究成果。1954年Cutler又獲得了非常有意義的過采樣和噪聲整形的專利，1962年，在Delta調(diào)制基礎(chǔ)上改進(jìn)的Delta-Sigma（主要是增加了Sigma-積分）技術(shù)由Inose、Yasuda和Murakami正式提了出來，1970年代，AT&T的工程師改稱之為Sigma-Delta（可能更正確一些）。從此，數(shù)字音頻技術(shù)正式進(jìn)入了Sigma-Delta時(shí)代。

Sigma-Delta是使用低位（1位或幾位）量化和高速采樣的技術(shù)，簡單描述，就是把被采樣的輸入信號與原先采樣的累計(jì)量化的信號差值進(jìn)行比較（Delta），比較后得到的差值（確定是增加還是減少，如果是1位量化，則是1或0），再與上一次累計(jì)的量化差值相加（Sigma），再形成以PCM編碼的音頻信號的數(shù)字量，通過高的采樣頻率，來很好地跟蹤輸入信號的波形。

數(shù)模轉(zhuǎn)換，則是這個(gè)過程的逆向操作。

Sigma-Delta技術(shù)圖示

現(xiàn)代的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，如有名的TI的PCM1794，Cirrus Logic的CS4398，AKM的AK4490等都使用了這個(gè)技術(shù)，各家公司可能僅僅會(huì)在這個(gè)技術(shù)的基礎(chǔ)上做一些改變來達(dá)到差異化的目的。

分段式DAC的一個(gè)應(yīng)用

差異化的一個(gè)例子，TI公司在Sigma-Delta調(diào)制的基礎(chǔ)上再加入了分段調(diào)制的手段，把原來多位的數(shù)字信號，分解為高位和低位兩個(gè)部分（分段），因?yàn)樗鼈兎謩e的作用和效果有所不同，所以可以按不同目的來分別進(jìn)行處理。PCM1794數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片做了這樣的設(shè)計(jì)，用來實(shí)現(xiàn)出色的動(dòng)態(tài)性能和改善對Jitter（抖動(dòng)）的容忍度。

PCM1794數(shù)模轉(zhuǎn)換原理圖

Sigma-Delta是R-2R的一個(gè)替代方案

Sigma-Delta數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)是傳統(tǒng)PCM（按幅度量化）數(shù)模轉(zhuǎn)換的一個(gè)替代方案，與之前的R-2R技術(shù)相比，美國的Ken.C.Pohlmann在他的《數(shù)字音頻技術(shù)》（第6版）一書中有一段形象化的描述：

“傳統(tǒng)的梯形電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器就像一行燈泡，每個(gè)燈泡都連接了一個(gè)開關(guān)。比如有16個(gè)燈泡，每個(gè)都有不同的亮度，可以通過點(diǎn)亮不同的組合來實(shí)現(xiàn)2^16或65536種不同的亮度級。不過，各個(gè)燈泡光強(qiáng)度上的差異會(huì)在輸出亮度級上引入誤差。任何特定的開關(guān)組合可能都不會(huì)精確產(chǎn)生所需的亮度。類似地，梯形電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器在試圖重建音頻信號時(shí)也會(huì)引入誤差。

Sigma-Delta技術(shù)采用了完全不同的一種方式。它沒有使用多個(gè)燈泡和開關(guān)，而是僅使用了一個(gè)燈泡和一個(gè)開關(guān)，只是簡單地靠燈泡的亮和滅來改變亮度。例如，若讓燈泡在亮與滅之間不斷地切換，并且亮和滅的時(shí)間長度相等，則輸出就是一半的亮度。如果燈泡點(diǎn)亮的時(shí)間增長，則亮度也會(huì)增大。類似地，理想情況下Sigma-Delta轉(zhuǎn)換器可以用1個(gè)比特表示音頻幅度，只需要使用非?？焖俚那袚Q和非常精確的定時(shí)即可。Sigma-Delta技術(shù)本身是一種表示音頻波形的精確方法。”

或者，更簡單地來描述兩者最根本的區(qū)別，R-2R數(shù)模轉(zhuǎn)換是以對幅度量化為基線進(jìn)行轉(zhuǎn)換的，Sigma-Delta則是以保持幅度不變（1位調(diào)制）或基本不變（多位調(diào)制：一般為4~6位），而以時(shí)間為基線進(jìn)行轉(zhuǎn)換的。

正因?yàn)槿绱?，Sigma-Delta技術(shù)可以克服R-2R數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)的缺陷。主要的優(yōu)勢在于：

1）提高量化的精度并在不同幅度上的精度保持一致，誤差與信號本身沒有關(guān)聯(lián)，就是噪聲，可以方便地在后期進(jìn)行處理；

2）只在時(shí)間上對信號進(jìn)行劃分，所以沒有過零誤差（失真）；

3）通過過采樣（插值）、數(shù)字濾波（抽?。┖驮肼曊?，降低音頻范圍帶內(nèi)的噪聲，動(dòng)態(tài)范圍可較容易地達(dá)到120dB以上水準(zhǔn)；

4）避免了使用磚墻式的模擬濾波器，以最小化相移和失真。

Sigma-Delta轉(zhuǎn)換技術(shù)要點(diǎn)

Sigma-Delta技術(shù)通過使用多倍于正常采樣頻率的高采樣頻率，把Nyquist頻率增加了多倍，采樣定理規(guī)定Nyquist頻率應(yīng)不低于被采樣信號最高頻率的兩倍，對音頻即40kHz。比如CD采用的采樣頻率是44.1kHz，留出了一些余量。過采樣下，Nyquist頻率可以高達(dá)幾百kHz或更高，數(shù)字濾波會(huì)在Nyquist頻率與音頻頻帶之間清理出較大的空間，經(jīng)過整形后的噪聲被最大化地整理到了Nyquist頻率以上的頻帶內(nèi)，這樣就允許用簡單平緩的低階模擬濾波器，來輕松的濾除不需要的噪聲，同時(shí)最大化地保持信號的幅度和相位不受影響。

過采樣和數(shù)字濾波帶來的效果

克服不足的對策：

1）本底噪聲

Sigma-Delta技術(shù)中，1比特量化本身是線性的，但是本底噪聲將會(huì)比較高，如果使用多比特（比如4位），可以降低本底噪聲，但會(huì)帶來元件不一致（失配）導(dǎo)致的失真。一個(gè)解決方案是通過動(dòng)態(tài)元件適配（DEM）技術(shù)，把不一致的元件進(jìn)行隨機(jī)輪換，可以把失配誤差的平均值減小到接近于零，失配（失真）就轉(zhuǎn)變?yōu)閹?nèi)的噪聲，再通過整形，把噪聲轉(zhuǎn)移到帶外，動(dòng)態(tài)范圍仍然可以保持在較高的水平。這一般是需要芯片制造商在后續(xù)作出安排的。

2）頻域非線性

可以理解為不同頻率下行為不一致的現(xiàn)象。美國的ESS公司提出，在頻域仿真中，Sigma-Delta調(diào)制器是非常非線性的系統(tǒng)，只能給出大概的性能表現(xiàn)。一個(gè)描述為 調(diào)制深度問題： 大多Sigma-Delta調(diào)制不能實(shí)現(xiàn)100%的調(diào)制深度（滿幅度只能到50%），而在調(diào)制深度加深時(shí)產(chǎn)生的直流分量將導(dǎo)致噪聲增加；另一個(gè)為 噪聲整形時(shí)的暫態(tài)非線性問題： 在信號快速變化時(shí)，噪聲整形的反饋電路會(huì)表現(xiàn)出暫態(tài)非線性的行為。

ESS公司也給出了解決方案，對Sigma-Delta調(diào)制器在細(xì)節(jié)上進(jìn)行了不同的設(shè)計(jì)，級聯(lián)獨(dú)立穩(wěn)定的低階調(diào)制器，仔細(xì)選擇集成器區(qū)的相對增益，使得削波的發(fā)生得到很好的控制。這樣，當(dāng)調(diào)制深度接近100%時(shí)，各個(gè)低階的調(diào)制器都還是穩(wěn)定的，ESS的HyperStream商標(biāo)下的Sabre系列的DAC（如ES90xx、ES90xxPRO DAC芯片）的調(diào)制器可以達(dá)到90%的滿幅度值的調(diào)制深度，從而來應(yīng)對上面的問題。

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DSD原來是存檔的

還要說一下的是DSD。最開始時(shí)，DSD并不是作為可提供的格式來使用的。1988年，Sony公司收購CBS/Columbia唱片公司，獲得了大量優(yōu)秀的磁帶錄音，Sony要把所有的磁帶檔案轉(zhuǎn)為數(shù)字格式的檔案，但是并不能確定未來何時(shí)會(huì)發(fā)布新的格式，也不能確定新格式的位數(shù)和頻率，為了保持靈活性，采用了新的1比特的格式，就是后來大家熟知的DSD，即Direct Stream Digital：直接流數(shù)字。

DSD和PCM****的關(guān)系

PCM是通用的音頻信號格式，大多用Sigma-Delta調(diào)制器，將音頻信號調(diào)制編碼成脈沖密度調(diào)制（PCM）的數(shù)字量（16、20、24或32位），按時(shí)間的次序進(jìn)行排列。采樣頻率決定了數(shù)字量在時(shí)間上的排列密度，1981年推出的CD，音頻格式是16位的數(shù)字和44.1kHz的采樣頻率。

DSD是另一種音頻信號格式，利用很高的采用頻率，用Sigma-Delta調(diào)制器將音頻信號調(diào)制編碼成1比特的脈沖密度調(diào)制（PCM）的數(shù)字量。1999年，Phillips和Sony推出的SACD（超級音頻CD）使用的1比特的DSD編碼（雙聲道或多聲道），采樣頻率2.8224MHz。比較CD的16位數(shù)字和44.1kHz采樣頻率，SACD中的DSD信號的比特率是CD的4倍。

從上面可以看出，DSD和PCM事實(shí)上同屬于PCM，但目前習(xí)慣上的稱呼有著不同的含義。

隨著存儲(chǔ)媒體的多樣化，音頻格式也不再局限于CD或SACD的標(biāo)準(zhǔn)，可以有更多選擇，相應(yīng)的DSD信號也可以被轉(zhuǎn)換成多種標(biāo)準(zhǔn)的PCM信號，下表為常用采樣頻率下可轉(zhuǎn)換的對應(yīng)關(guān)系：

DSD的優(yōu)點(diǎn)

1）DSD可以實(shí)現(xiàn)音頻頻帶內(nèi)120dB動(dòng)態(tài)范圍和100kHz的平坦頻率響應(yīng)。

2）DSD使用高的采樣頻率，如SACD的2.8224MHz，Nyquist頻率也是很高的1.4112MHz，所以不需要在錄音過程中進(jìn)行抽取數(shù)字濾波和PCM量化，也不需要在播放過程中使用過采樣（內(nèi)插）的數(shù)字濾波器，甚至不需要通過數(shù)模轉(zhuǎn)換就可以直接進(jìn)行播放；

3）使用較簡單的轉(zhuǎn)換器，可以降低播放設(shè)備的成本。

DSD的不足

1）噪聲

DSD信號含有內(nèi)含有大量的高頻噪聲，是顯著的噪聲整形成分，分布在20kHz以上的頻帶內(nèi)。如不加處理直接播放，理論上人的耳朵會(huì)過濾掉音頻頻帶以外的內(nèi)容，不會(huì)影響到聽感，實(shí)際上用于播放的模擬放大器會(huì)因?yàn)檫@些信號而產(chǎn)生非線性的調(diào)制，產(chǎn)生音頻頻帶內(nèi)的分量，影響到帶內(nèi)的信號，或者這些大量的高頻分量會(huì)使放大器或揚(yáng)聲器進(jìn)入過載、飽和等不正常狀態(tài)；如在將DSD信號轉(zhuǎn)換為模擬信號后，嘗試濾除這些高頻分量來進(jìn)行處理，那么在有限的頻帶空間中要濾除大量的這些高頻噪聲，需要用到較陡峭的高階的模擬濾波器，難以避免地會(huì)帶來頻帶內(nèi)信號的嚴(yán)重相移。

DSD信號的噪聲頻譜

2）難以處理

DSD是1位的數(shù)字信號，理論上無法對其進(jìn)行，比如，利用加入抖動(dòng)（Dither）的處理方法來優(yōu)化性能，如要使用其它替代方法，則會(huì)變得非常復(fù)雜（需要把1位信號轉(zhuǎn)變?yōu)槿?位的DSD-wide或其它深度的信號再進(jìn)行繁復(fù)的轉(zhuǎn)化處理）且要求處理器有更大的處理能力（DSD信號的密度更大需要更大的處理能力），有些處理可能是無法實(shí)現(xiàn)的。

3）轉(zhuǎn)換器的局限

DSD推出時(shí)，最好性能的轉(zhuǎn)換器是1位的Sigma-Delta轉(zhuǎn)換器，DSD理所當(dāng)然地采用了1位的格式，之后的多位Sigma-Delta轉(zhuǎn)換器有更好的動(dòng)態(tài)范圍性能，結(jié)果就是許多使用較早技術(shù)的DSD系統(tǒng)在性能上不如許多現(xiàn)代的PCM系統(tǒng)。

4）失真

信號內(nèi)含失真是DSD最大的問題。DSD采用了1位的信號格式，噪聲整形在1位系統(tǒng)上很難真正有效，實(shí)際上整形后的噪聲是和信號相關(guān)的，就成為了信號中含有的固有失真。

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FPGA是下一代的替代方案嗎？

FPGA近來成為了音頻處理的一個(gè)熱點(diǎn)。自美國的Xilinx公司在1985年推出全球第一款產(chǎn)品起，F(xiàn)PGA就是一項(xiàng)熱門的新技術(shù)，它的本質(zhì)是邏輯電路，通過軟件可以改變邏輯電路的組合，因?yàn)樾盘柺怯?a target="_blank">硬件直接操作，所以速度就比通常的芯片（需要軟件計(jì)算的芯片，比如CPU）要快許多。

FPGA可以理解為一項(xiàng)處理技術(shù)，也即是實(shí)現(xiàn)某技術(shù)的手段，而非某技術(shù)本身。用于音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換，音頻調(diào)制的算法需要FPGA通過編程來實(shí)現(xiàn)，包括一系列音頻處理上的問題，都是需要FPGA這個(gè)新的處理技術(shù)來作出回答的。

有的是另辟途徑，利用FPGA與R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)配合來實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜或更高性能的R-2R數(shù)模轉(zhuǎn)換，有的是將FPGA用于數(shù)字信號的整形，來減小如Jitter（時(shí)基抖動(dòng)）等的影響。

作為新的熱點(diǎn)，核心的問題就是：用FPGA芯片實(shí)現(xiàn)的數(shù)模轉(zhuǎn)換的性能，是否，會(huì)優(yōu)于用專用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)的性能？這個(gè)處理技術(shù)（手段）能夠給音頻轉(zhuǎn)換技術(shù)帶來什么突破？或者解決什么問題？可以預(yù)見的是，F(xiàn)PGA有可能會(huì)在對信號的處理能力上帶來好處。目前看，這些都似乎還沒有一個(gè)統(tǒng)一的說法，在處理音頻調(diào)制、轉(zhuǎn)換一系列問題的解決方案上，應(yīng)該也還沒有明確的模型。因此，效果尚難判斷，這里也很難再做進(jìn)一步討論。

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小結(jié)

R-2R轉(zhuǎn)換器要達(dá)到高質(zhì)量的音頻轉(zhuǎn)換性能，需要解決許多難題；通用的FPGA芯片能否勝出專用轉(zhuǎn)換器芯片，還不得而知；Sigma-Delta，自被發(fā)明以來的70多年時(shí)間里，是最先進(jìn)的音頻轉(zhuǎn)換技術(shù)，從1個(gè)比特到多比特的進(jìn)步，更加地改進(jìn)了轉(zhuǎn)換器的性能，如今在高質(zhì)量音樂領(lǐng)域仍然有著主導(dǎo)的地位。隨著半導(dǎo)體（芯片）處理技術(shù)的進(jìn)步，可用數(shù)字音頻信號的密度也在不斷提升，轉(zhuǎn)換器的性能或許不再是未來的問題，未來也許還有更多的可能，我們拭目以待。