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了解你的Mytek Stereo 192 DSD

了解你的Mytek Stereo 192 –DSD-DAC

Knowing your Mytek Stereo 192-DSD-DAC Part-I

文：MidiMall 方寶明

本文儘量以不使用任何公式、電路或是電腦數位理論的淺顯方式來表達DSD DAC的概念，適合初接觸DSD DAC，或者是對於某些專有名詞一知半解的用戶。

1.什麼是DSD?

DSD是Direct Stream Digital的縮寫，它是類比與數位訊號轉換時所使用的一種編解碼方式，是由SONY所研發，最早是因為要將數位母帶歸檔而研發，並不是使用在目前的高解析聲音編碼上。

2.DSD的提出

2001年美國的錄音工程年會AES上，由Philips實驗室的發表的一篇名為 "為什麼DSD是數位聲音格式的最佳選擇”( Why Direct Stream Digital is the best choice as a digital audio format)的論文，引起了很大的關切。事實上，SACD早在1999年就已經提出，但是直到2002年，雙層(Hybrid) SACD產品線才正式上線。同年的AES年會，繼續由Philips實驗室提出了"強化的積分三角結構應用於SACD"( Enhanced Sigma Delta Structures for Super Audio CD Applications)的論文。

3.PCM編碼

要談到DSD，必須先提到PCM。關於類比與數位的訊號轉換，所採用的編解碼方式有許多種，其中大家最熟悉的是PCM的方式，也就是脈衝編碼調變(Pulse Code Modulation)的簡稱。

a.取樣的原理

在類比的世界，聲音是連續的波動在介質中(如空氣)傳送，所以我們稱之為聲波或是音波。但是在數位的世界裡，所有的訊號必須以位元的資料儲存，這就如同堆積木一樣，當然積木的大小、切割方式以及堆法有很多種，我們把每一個積木稱之為一個取樣(sample)，取樣也就是聲音在數位世界裡的基本單位。

大家所熟知的PCM的取樣方式，是把聲音依照相同的間距來取樣，每一個取樣則包含有多重位元的資料，舉例來說：CD使用16bit/44.1kHz的方式取樣，相當於每秒取樣44100次，而每個取樣裡包含有16位元的資料。當然我們希望取樣率能愈精細愈好，這樣會愈接近於原始的類比波形，這個觀念很像堆積木，積木的顆粒愈小細堆起來愈自然。取樣的傳統理論(也稱之為Nyquist理論)認為取樣率大於最高頻率的兩倍時，取樣過程產生的誤差或是失真會比較能被接受。

b.量化的誤差

所以當初CD選擇高於人耳所能聽到的頻率的兩倍(20kHz x2 =40kHz)來當基準，才會有44.1kHz這個數字的取樣率。由於PCM的編碼裡，每個取樣的強度都不同，所以每個取樣的樣本裡需要包含有實際聲音在那個時間點振幅強度的資料。但是類比訊號的數值是連續的，比如說在一個取樣裡強度其實是1.34 到 1.36，但因為每個取樣只能儲存一個固定的數值，所以必須取一個近似的數值(比如說1.35)來儲存，這個將類比訊號變成一個一個階梯形狀的過程，稱之為量化(Quantize)。既然是取其近似，自然會產生量化的誤差(Quantization Error)。量化後每個取樣經過適當的編碼，就成了數位的訊號，以CD、DAT等各種數位的媒體儲存下來。

如果類比轉換成數位相當於把聲音切割成一塊一塊的積木，那麼數位轉成類比就相當於把積木按順序堆回原來的形狀，並且把不必要的、當初多取樣的(比如說20k以上到44.1kHz)的部份過濾掉，這樣才可以儘可能還原接近原來形狀的波形。(ps.其實有很多的演算法跟理論，但這些學術部分我們就不多提)

4.DSD編碼

DSD的編解碼方式則跟PCM不同，它使用的是脈衝密度調變的方式(Pulse Density Modulation)，這種方式的觀念是把聲音切成極細的取樣，每個取樣只包含一個位元的資料，所以也有人稱這種取樣叫”1-bit取樣”，既然資料變成這麼小，當然取樣的內部就不會有訊號強弱的資料了，那要如何表達強弱呢？取而代之的是比較器，如果下一個取樣的訊號強度比之前的大，那麼顯示就是1，如果比較小，那就是0，所以如果是一段不斷增強的訊號，它就會是一連串連續的1，如果它的數值是111000就表示訊號是先增強再減弱。

由於類比訊號是連續性的，因此取樣一定要極為精細，才能夠利用這樣的方式儲存，但是過高的取樣頻率，又會產生很多問題，我們最基本來想像，如果要切到這麼細，可能要好幾GHz的取樣頻率，而實際的電路很難這樣設計。

接下來要說明的不會非常重要，但是是一個必須提到的過程。前述所說的取樣頻率過高的問題，透過使用Sigm-Delta調變器，使用倍取樣(oversampling)以及雜訊移頻(noise shapping)的技術，讓取樣頻率可以不用這麼高，並且將雜訊移到人耳聽不到的高頻，再利用濾波器過濾掉這些失真與雜訊，就可以得到很好的訊號，所以DSD的取樣頻率通常至少是44.1kHz的64倍，也就是2.8224MHz，或是2倍或是4倍於2.8224MHz的頻率。(關於oversamling, noise shapping我們以後再談)

5.CD與SACD

使用PCM的編解碼方式來儲存的媒體，最為人所知的便是CD，是使用16bit/44.1kH的取樣規格。而使用DSD的編解碼方式來儲存與播放的媒體，就是由SACD。

SACD雖然是以DSD的編碼方式儲存，但是由商業考量，市面上還是以多層次(Hybrid Layer)的片子為主，也就是兼容於CD以及SACD機器的片子。

由於SONY是唯一生產SACD片子的廠商，一直對於SACD設置有防拷保護，以致於一般的SACD播放機以及電腦光碟機根本無法透過數位端子擷取SACD的資料。目前已知的除了前兩代的PS3，可透過某些方式讀取SACD資料
http://code.google.com/p/sacd-ripper/

或者是某些廠商提供改機的方式
https://www.dvdupgrades.ch/

除此之外，目前一般商用SACD機器幾乎都無法從任何端子讀取DSD訊號，而多數都是再解碼又編碼成PCM格式，但這樣的結果無疑是失去意義。

6.PCM vs DSD vs CD

說到DSD跟PCM格式的戰爭，要提到兩者代表的消費性產品之爭，也就是DVD-Audio 跟 SACD孰的音質比較好？前者是PCM格式的代表，兩聲道可以儲存高達24bit/192kHz規格的聲音訊號，而後者則是2.8224MHz的/1-bit的聲音訊號，我閱讀到好友Micky Yang於2004年AES發表的論文，” DVD-Audio versus SACD Perceptual Discrimination of Digital Audio Coding Formats”，其中他使用dCS 954/955的轉換器當參考，結論是兩者難分軒輊，有興趣的朋友可以去下載看看。

但也有一些玩家表示SACD聽起來比較自然，比如前些日子Mytek老闆貼給我一篇使用者的回復，他聆聽滾石合唱團的Beggars Banquet 專輯，使用24bit/176.4kHz vs DVD，他的描述是："很明顯感受DSD的高頻能量，特別是專輯中Keith 以及Brian偉大的電吉他與木吉他部分在DSD中能完美的捕捉，但是在PCM當中就嫌太多。即使是在24/176 的取樣頻率下非常小心的傳輸，還是會出現過亮或過脆的情形。同樣的情形也出現在Cowboy Junkies的Whites Off Earth Now中的銅鈸，在PCM下聲音聽起來像是旋風，但在DSD下則聽起來像是清脆的銅鈸聲音。鋼琴是另一個樂器腌當力度由弱至強時，透過DSD轉換表現的比PCM好"。

在關於CD vs SACD的比較，2007年9月美國AES協會發佈了一個文章，敘述在554個零聽者的樣本測試裡，只有49.8%很真正辨識其中的差異，但隨後又有人質疑這個測試的客觀性。根據我們自己的經驗，對一般沒有受過音響或是錄音訓練的耳朵，在不客觀的條件之下確實很難判定。這就像MP3 vs CD的比較一樣。對於音響以及錄音界來說，CD的限制應該是無疑的，也因此近來的錄音都朝向96k甚至192kHz的基礎規格邁進。

7.Mytek的Stereo 192-DSD-DAC是什麼東西？
Mytek認為DSD是一個很好的格式，能夠帶來非常自然而高動態的聲音，所以多年來一直不放棄研發支援DSD格式的產品，雖然SACD受到SONY的拷貝保護，但是並不表示未來DSD格式也因此受到保護。Mytek甚至認為，隨著電腦的普及，DSD格式終將突破SACD的束縛，隨著DSD格式的普及，以及SACD的衰退，SONY有可能會在未來解除對SACD的編碼保護，或者說，當那些以DSD格式錄製的母帶，可以直接上網下載的時候，SACD的保護機制也自然沒有意義。