解決CD 機設計的核心癥結
對於CD 機的線路設計,除了光頭和解碼晶片這些硬體性能外,其實Low Pass Filter(簡稱LPF)低通濾波器對音色的影響遠比DAC 大得多。每個DAC 將數位訊號轉換為類比信號後的電流信號準確度都不會有問題,但之後要進行電流/ 電壓的I/V 轉換,這一關非常重要,電流/電壓轉換時會產生失真,如果處理得不好、不夠細緻,細節會因此損失。而且,將極高頻過濾的低通濾波器影響音色非常大。
蔡博士曾從事自動控制系統的研發,發現發出不同的指令系統的回應速度並不一致,這是一種Delay 延遲現象。而CD 機的原理也類似,由於數碼電路是即時的讀取處理,同樣存在產生回應延遲的情況,而這些資料都可以採用轉換函數計算出來。CD 機中的LPF 低通濾波器,作用是把數字訊號裡的高頻雜訊濾掉,通常有好幾種演算法,例如,最常見的Butter worth Filter,能夠獲得最平坦的頻率回應,但不同頻率的相位卻會產生較大的差異;其次有Bessel,有最佳的線性相位特性,但頻率回應不夠平坦;Chebycev 聲音則介於前兩者之間;Eliptic 則介於Bessel 與Chebycev 之間;Thomson Filter,則是另一種變形。LPF 低通濾波器最早應用于微波通訊領域,以往是專業研究實驗室的課題,由於現在很多晶片商往往會提供一些容易商品化的設計方案和架構,因此LPF 的基礎設計理論已經不為許多現代音響工程師所瞭解和認識,甚至DAC 手冊裡附的標準電路也漸漸忽略了這些基礎技術。
蔡博士表示在30 年前尚處於模擬時代,他學習微波技術時這些高等工程數學是基礎知識。現在反過來思考市面上廣泛使用OP Amp 運放組成的LPF 方案,很不幸這樣的產品會在低頻回應方面產生群延遲,會令低頻相位延遲,聽感上就會出現鬆散拖遝的現象。蔡博士發現其中存在著致命的設計缺陷,那就是無可避免地會令低頻產生Graph Delay 群延遲,這是由於OP Amp 的使用會產生無解的奇異點,令相位總會出現時間差,這就是令現代CD機聲音表現不如理想的癥結所在,但之前卻沒有其它音響工程師重視及解決這個問題。但實際上黑膠系統也好不到哪裡去,由於RIAA 的關係,黑膠會在高頻上產生群延遲,因此高頻會變得模糊。
於是,蔡博士從最基礎的LPF 低通濾波運算著手重新研究,用高等工程數學找出低通濾波器的轉換函數值,再以Analytic Solution 解析解算出參數,在親自動手製作出精確的LPF 低通濾波器。當然,計算出來的數值並不見得就好聽,音響就是這樣,資料和聆聽感覺雖然是相輔相成的,但也需要細緻的參數微調以在精確與好聽之間找到最佳的平衡點,這個過程相當的複雜,蔡博士花了一年的時間,修改了多次才最終完成,並且就這項LPF 技術申請了專利。理論具體體現線上路上,DigitalStation 數位禪二代CD 機的LPF 線路確實比一般產品複雜得多,不但史無前例使用空氣芯電感線圈作低通濾波,同時也精選配對OP Amp 作I/V 轉換,最後帶來令人目瞪口呆的聲音水準。
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