骨灰級音響發(fā)燒友如何打造隨身DAC兼耳擴？

Chord電子產(chǎn)品Hugo，一種專(zhuān)為骨灰級音響發(fā)燒友打造的電池供電的隨身DAC兼耳擴，使用賽靈思 Spartan-6 FPGA.(使用了1/2的單元)實(shí)現了一個(gè)32位、26K抽頭的WTA插值濾波器，為音樂(lè )愛(ài)好者創(chuàng )建了通往音樂(lè )天堂的階梯。正如Audiostream.com 網(wǎng)頁(yè)評論所說(shuō),抽頭長(cháng)度越長(cháng),就越接近數學(xué)的完美…

Audiostream網(wǎng)頁(yè)評論同時(shí)還指出，低功耗的Spartan-6 FPGA使得Chord Hugo的尺寸減少到巴掌大小20x100x132mm，重量減少到只有0.4kg，然而一次完整的充電卻可以續航10小時(shí)。

Hugo 雖然小，但是卻仍能容納多個(gè)數字輸入接口，包括Toslink光纖端子，同軸SPDIF接口、driverless USB接口（16bit/48khz），以及高清(HD)USB接口(32bit/384KHZ以及DSD128) 。同時(shí)還有一個(gè)無(wú)線(xiàn)藍牙接入功能。模擬輸出包括兩個(gè)3.5毫米耳機插孔,一個(gè)6.35毫米耳機插孔(1/4英寸),和一對RCA立體插孔。

專(zhuān)門(mén)負責完整音頻檢測報告的Chris Martens 引用Chord的CEO兼高級工程師John Franks 說(shuō)的一句話(huà)：“如果沒(méi)有Spartan-6 FPGA ,很難讓Hugo DAC既高端大氣上檔次并且還如此輕便，即使是臺式機也很難做到（因為它耗電很大而且非常笨重）”。如果你不是團隊作戰，26K抽頭的音頻濾波器確實(shí)有點(diǎn)恐怖（大多數音頻DAC可以實(shí)現150個(gè)抽頭濾波器而且最大的商業(yè)級DAC也只能提供256抽頭的濾波器，可以參考Chord 電子官網(wǎng)頁(yè)面關(guān)于DAC技術(shù)），但是追求極致的抽頭長(cháng)度是為產(chǎn)生更加干凈的聲音，如此便能吸引更多高端的音樂(lè )發(fā)燒友。

26k抽頭WTA音頻濾波器的背后的原理是什么呢？首先，WTA是（Watts 瞬間對齊）的簡(jiǎn)稱(chēng)，并且這個(gè)“Watts”就是指Robert Watts，一位著(zhù)名的DAC設計專(zhuān)家。Watts 最初開(kāi)發(fā)這個(gè)基于FPGA的濾波器的技術(shù)源于2002年Chord的一款叫做DAC64的產(chǎn)品。根據Watts 2014年6月發(fā)表在英國的音響精選雜志所述（轉載自Chord電子官網(wǎng)頁(yè)面）“早在80年代，當我還是個(gè)電子專(zhuān)業(yè)的大學(xué)生時(shí)，我就意識到插值濾波器從過(guò)去一直使用到現在，有其固有的局限性并且有非常嚴重的時(shí)序問(wèn)題。這是基于抽樣理論研究，它清楚地表明，完美復制一個(gè)采樣帶寬有限的信號需要一個(gè)無(wú)限長(cháng)度的濾波器。使用傳統的濾波器（大約100個(gè)抽頭），將有嚴重的時(shí)序問(wèn)題。我同時(shí)也知道，通過(guò)研究聽(tīng)力，耳朵或者大腦可以處理4us的時(shí)序，但是CD只能精確到22us，這個(gè)丟失的時(shí)序可以由插值濾波器重建”

這有更多關(guān)于WTA插值濾波器的內容：Chord 電子的DAC技術(shù)網(wǎng)頁(yè)

“它解釋了為什么采樣率越高聲音質(zhì)量越好，眾所周知，96KHZ（DVD 音頻）的錄音聽(tīng)起來(lái)要比44.1KHZ（CD）的錄音要好。大多數人認為這是由于存在的超聲波信息可以被聽(tīng)見(jiàn)，即使人類(lèi)最佳聽(tīng)覺(jué)是限制在20khz。但是眾所不知的是768khz的錄音音質(zhì)比384khz要好，并且音質(zhì)受限的采樣區域在MHZ”

768khz錄音不好聽(tīng)的一個(gè)重要的原因是當信息超過(guò)200khz，不僅樂(lè )器、麥克風(fēng)、功放和喇叭不工作在這個(gè)頻段，而且人類(lèi)也無(wú)法聽(tīng)見(jiàn)這個(gè)聲音。所以假設沒(méi)有額外的帶寬（這點(diǎn)很重要），為什么采樣率高的聲音聽(tīng)起來(lái)更好呢？

答案是，我們雖然聽(tīng)不見(jiàn)超聲波，但是我們卻能清晰的“聽(tīng)見(jiàn)”這個(gè)“瞬變的時(shí)間”。很早之前我們就知道，人類(lèi)的耳朵和大腦可以分辨出耳朵到微秒順序之間不同的階段的聲音。既然瞬變可以在微秒級檢測到，那么錄音系統只需要在1微秒內完成時(shí)序變化即可，那就要1MHZ的采樣率來(lái)完成。

然而，通過(guò)使用數字示波器，44.1khz的采樣能夠精確的完成瞬變。數字濾波能夠在一定程度上提高分辨率而不需要較高的采樣率。

為此，濾波器需要一個(gè)無(wú)限長(cháng)的抽頭，目前所有重組的濾波器的抽頭相對較短，最長(cháng)的商用設備也只是256抽頭。由于短抽頭和相應的濾波算法將產(chǎn)生錯誤的瞬變時(shí)間。這些錯誤可以很明顯地偵聽(tīng)到”

Watts 和Chord 電子十多年前就使用賽靈思 Virtex FPGA開(kāi)發(fā)出了64位、1024抽頭濾波器，并且該技術(shù)在一系列產(chǎn)品上都是持續改進(jìn)的。為設計這款輕便的Hugo DAC兼耳擴，公司后來(lái)將該技術(shù)移植到 Spartan-6 FPGA。Spartan-6 FPGA的低功耗和高散熱效率造就了這個(gè)輕便的電池供電的Hugo。雖然Spartan-6被認為是賽靈思的低端FPGA，但是令人震撼的是，濾波器的抽頭數卻直接從1024升到26K，并且采樣率也是顯著(zhù)的提高了。第二顆Spartan-6芯片在Hugo中實(shí)現了高性能的輸入接口。