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劉漢盛 Tact與Sharp純數位擴大機不可不知,它的動作原理為何? [复制链接]

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新数字时代
自从DVD-Video像排山倒海般冲击整个家庭娱乐世界时,大部份音响界人士开始眉头深锁,不断上升的AV产品销售量让他们愈来愈担心往后纯音响产品所将面临的问题。对于这样的大趋势,包括欧美Hi-End音响公司几乎也都束手无策,似乎只能静待最后审判日的来临。

实际的情况有这么悲观吗?如果在半年前,大家都会抱持着悲观的态度,因为CD唱盘与数类转换器的市场持续在萎缩,SACD与DVD-Audio前景不明,传统模拟扩大机玩不出什么新花样,扩大机与喇叭价位愈来愈高,年轻人大部份往AV、电玩、计算机娱乐前进,纯音响迷只有老化而少有新鲜人注入新血。这些因素都是无法排除的悲观因子。

但是,现在我想说,事情并没有那么悲观,许多个别的努力正慢慢的靠拢,形成一股新的纯音响力量。这股力量开始时并没有多少人注意到,不过,我认为如果能够得到适当的整合与宣传,这股纯音响的力量可能会在三、五年后开花结果,创造出新的纯音响世界。到底这股慢慢靠拢形成的力量是由哪些个别力量构成的呢?它们包括Tact的纯数字扩大机、Sharp的1bit数字扩大机、愈来愈成熟的SACD唱盘、如Telarc、DMP等小型发烧唱片公司对SACD录音的成就,以及对小喇叭配上主动式超低音的第二春期待。

对于以上这些原本不相干的力量所整合出来的时代,我通称之为「新数字时代」。在新数字时代下,纯音响迷虽然不会那么快的接受数字扩大机(目前售价太高),但是他们可以利用平价的SACD唱盘播放原有的CD,或者享受新购的精彩SACD软件。同时,年轻音响迷可以锁定以优质小喇叭(类似LS3/5A体积者)配上平价主动式超低音的用法,营造出纯音响与AV兼用的聆乐环境。

我不是先知,无法预知未来新数字时代能否真的成形成功。不过我自己接触过新数字时代的各种力量,我也享受到这些力量所带给我的纯音响乐趣。现在我所想要做的,就是把新数字时代的乐观快乐情绪传递给眉头深锁的纯音响迷与业者,让我们大家一起来创造新数字时代

数字放大的魅力
数字放大?这是什么玩意?难道新数字时代就需要数字放大吗?这么说来,模拟时代不是需要模拟放大吗?这话说得一点都不错,在模拟时代,我们的扩大机都是在放大模拟讯号,也就是正弦波。然而,进入CD的数字时代之后,我们的扩大机还是在放大模拟讯号,直到近年,才开始有人把数字讯号放大这件事付诸行动,并且成功的制作出优质数字扩大机。

<图1>PCM多位录音方式。把一个模拟讯号做垂直切割,将波形的「形状」分成许多小段,这就是取样的工作。把模拟讯号做水平切割,将波形的「振幅」大小(声音大小强弱)以一组多位字长来代表,这就是量化的工作。取样与量化,就是PCM多位系统还原模拟波形与振幅大小的最重要工作。
并非含有数类转换器的扩大机

在此我要先声明,所谓数字放大并不是把数字模拟转换器装在传统扩大机里面,然后再从数字讯源直接传送数字讯号进入扩大机。这种方式最终还是要把数字讯号转换成模拟讯号,再以放大过的模拟讯号去推动喇叭。我所谓的数字放大并没有经过模拟讯号这关,而是从数字讯源开始,就全部以数字的方式把数字讯号放大到能够推动喇叭为止,这才是货真价实的「数字放大」。
到底是谁那么天才呢?能够想出放大数字讯号的方法。其实人类只要能够想出放大模拟讯号的方法,也就能够想出放大数字讯号的方法,只不过数字放大所需的关键组件在模拟时代根本不存在,必须先把它们生产出来。这就好象我们的模拟扩大机必须有真空管或晶体管,才能够把模拟讯号放大。而数字扩大机所需的放大组件当然是完全不同的,这也是真正的关键难处。只要能够拥有数字放大组件,我想一般厂商也都能够制造数字扩大机。
Tact与Sharp殊途同归

据我所知,目前全世界只有二家制造数字扩大机的厂家,一家就是我上次报导过、丹麦Dali老板所主持的Tact,其产品为RCS 2.0前级与带有音量控制的Millennium扩大机;另一家就是日本Sharp,其产品为SM-SX1与SM-SX100综合扩大机。此外,我记得以前Genesis喇叭的低音部份也曾采用D类PWM方式放大,不过它所放大的只不过是低频段,这与全频段放大的难度有天壤之别,因此在本文中略过不提。

有趣的是,这二家虽然同为数字放大,但是所放大的数字讯号却有所不同。Tact所放大的是PCM(Pulse Code Modulation)数字讯号,也就是目前CD与DVD所采用的数字讯号(加上升级模块,也可以接受SACD讯号)。而Sharp所放大的却是1bit的比特流(Bit Stream)数字讯号,也就是目前SACD的DSD(Direct Stream Digital)录音方式所录出来的数字讯号。Sharp的数字综合扩大机允许输入模拟讯号与PCM数字讯号,在机内转化成1bit数字讯号后再放大。我相信Tact的数字扩大机Millennium以后不需要升级也会有这方面的全配备才对。

<图2>1bit DSD录音方式。取样工作与PCM方式相同,不过取样的频率很高,达到2.8224MHz。与PCM不同的是,它不以多位字长来代表声音的大小强弱,而是以1或0代表振幅的强度,同时这些振幅强度成水平排列,就像一列车箱长短不同的火车。请注意图上音量愈大时(正弦波往上升时),1就愈多,音量愈小时,0就愈多。
1bit数字放大

其实,若从Tact Millennium数字扩大机的放大原理来看,它的最终放大动作与Sharp的1bit理论应该是一样的,都是以0与1的切换动作来产生不同的电压,用以驱动喇叭。不过,表面上看起来Sharp所使用的数字放大方式比较简单与直接。到底Sharp是怎么做到放大1bit数字讯号的呢?它的讯号输入分为模拟讯号输入、PCM数字讯号输入以及1bit数字讯号直接输入三种。假若是模拟讯号输入,模拟讯号会先进入一个七阶Delta Sigma调变LSI里面(7th Order Delta Sigma Modulation/1bit Conversion LSI),把模拟讯号转为1bit数字讯号。接着就直接把数字讯号传入一个固定电压的高速交换开关线路里。切换什么呢?其实就是做0与1的电压开与关动作。接着再予以放大,放大后的数字讯号兵分二路,一路回授到前端的七阶Delta Sigma调变LSI里,另一路则进入低通滤波网络里,把高于100KHz的讯号滤除。滤除100KHz以上高频的0与1开关电压则输出去驱动喇叭。

假若输入的是PCM数字讯号,则要先经过一个超取样数字滤波器,然后才能进入七阶Delta Sigma调变LSI。以后的处理程序就与模拟讯号相同。至于输入的若是SACD讯号,那就直接进入七阶Delta Sigma调变LSI。从以上观之,我们可以了解Sharp的数字综合扩大机里,最关键的零组件就是一个七阶Delta Sigma调变LSI,一组Power Switching Circuit,以及一组最末端的低通滤波网络。

<图3>如果输入10KHz方波时,DSD录音方式与44.1KHz/16bit系统的方波输出比较。
PWM与Equibit数字放大

接下来,我们来看看Tact的数字放大是怎么动作的。Tact的数字扩大机是直接把数字讯源的PCM(Pulse Code Modulation)讯号先经过一个八倍超取样的数字滤波器,处理过的PCM数字讯号才送入一个叫做Equibit的DSP内,把它转变成PWM(Pulse Width Modulation)的数字讯号,这种PWM数字讯号是一种高度相同、宽度不同的方波讯号,看起来就像声波的疏密结构。事实上,PWM讯号与Bit Stream讯号看起来是一样的,所以也有人把Bit Stream数字讯号称为PWM(有关PWM,文后将再提及)。PWM讯号再经过左右声道Equibit输出模块与模拟低通滤波线路(把60KHz以上频率滤除),最后借着这种PWM数字讯号产生非常高速的强力开与关动作去推动喇叭。

到底这强力的开与关数字动作(等于就是0与1的数字讯号)是怎么推动喇叭发声的呢?就像我们用电池来测试喇叭单体,正接振膜就像前推,反接振膜就像后缩。数字扩大机就是把这个电池(Power)正反的动作以非常高速的状态进行,也就是利用PWM数字讯号去驱动一个高速的切换器(Switcher),藉以控制喇叭单体的发声。到底这个切换器速度有多快呢?一秒切换九千八百万次,也就是说它的速度高达98,000,000Hz。至于推动喇叭的能源当然要从电源供应器供应。

<图4>DSD录音方式与PCM录音方式的过程方块图。图中可以知道DSD录音方式过程较少。
Tact与Sharp异中求同

看到这里,虽然您可能还不习惯这种数字放大的理论,不过大概也能够窥知Sharp与Tact的数字放大有许多异中求同之处:一、Tact使用转换过后的PWM数字讯号来控制电压切换动作,进而驱动喇叭。而Sharp却直接使用1bit数字讯号来放大,不过它也是藉由切换开关动作来放大1bit数字讯号的。二、Tact的切换电压(Switching)是依输入讯号大小而变动的,而Sharp的切换电压是固定的。三、Sharp使用一个七阶Delta Sigma调变LSI来把模拟、PCM讯号转换成1bit数字讯号,而Tact如果要处理模拟或1bit数字讯号则必须外接处理器或依赖升级模块。四、Sharp采用回授线路,而Tact没有回授线路。

至于二者的相同之处则是:它们都在最末端的输出级上接上一个滤波器,用以滤除很高的频率,因为这些极高频率里掺有调变噪声。Sharp把100KHz以上的频率滤除,Tact则把60KHz以上的频率以每个八度12dB的斜率滤除。<图5>

1bit与多bit有什么不同?

写到此处,或许读者们会有一个疑问:到底1bit与多bit之间有什么不同呢?它们各拥有的利弊又如何?其实这也是SACD与DVD-Audio基础规格之争。我们都知道,CD采用的是多bit的处理方式与记录方式,由于当初发展CD时的技术限制,工程师们把CD的最高频率再生范围限定在20KHz。而根据1928年电信工程师Harry Nyquist的理论,假若我们要把模拟讯号经过取样而数字化时,取样的频率至少必须有欲再生最高频率的二倍才够,所以才会有44.1KHz取样频率的诞生。

20KHz频率够吗?每秒取样44,100次够吗?这是长久以来争论不休的问题。所以当DVD-Audio制订规格时,干脆把取样频率提高到192KHz,同时也把解析力提高到24bit。192KHz的取样频率意味着可以完整再生96KHz的频率,这远比CD的20KHz高出很多,而24bit的解析力与动态范围也比16bit大太多了。这样的规格已经是所有音响迷梦寐以求的。

为什么SACD还要提出1bit的DSD(Direct Stream Digital)录音方式与之对抗呢?问题就出在由于CD的PCM数字录音方式必须经过取样(组合成波形)、量化(决定声波的振幅,也就是讯号大小,16bit就代表2的16次方种大小不同的电压讯号变化,24bit就代表2的24次方大小不同的电压讯号变化))过程。由于取样频率不够高,所以波形重组后无法还原成原来的模拟波形;也由于量化过程中,难免会有遗漏的相对应电压变化(这也就是量化噪声),所以必须使用数字滤波器来把量化噪声滤除。当然,更为SACD阵营诟病的是,当模拟讯号转为数字储存时,一开始就把高于20KHz以上的所有频率滤除。一开始就不好,后面在努力也没用,这就是SACD阵营的看法。<图6>

1bit SACD的好处

既然SACD阵营认为多bit系统不够理想,那么它们的1bit系统又有什么好处呢?第一,他们一开始就把再生频率订在100KHz,这比DVD-Audio的96KHz还高一些。更重要的是,他们把取样频率订为44.1KHz的64倍,也就是2,822,400Hz,这远高于DVD-Audio的192,000Hz。这么高的取样频率代表什么意义呢?很简单,44.1KHz的取样频率代表在20KHz的模拟波型上取约二个点来重组模拟波形,192KHz的取样频率代表在20KHz上取约10个点,而2.8224MHz的取样频率代表在20KHz上取约140个点。就再生波形的完整性上,取样频率愈高当然愈好。事实上,假若我们把取样频率换算为每取一个点要多少时间时,更会发现1bit系统取样的快速:CD 44.1KHz系统每0.0000226757秒取样一个,DVD-Audio 192KHz系统每0.0000052083秒取样一个,而SACD 2.8224MHz系统每0.0000003543秒取样一个。

取样只不过代表重组波形时的完整性,另外一个重要的东西,也就是波形振幅(声音的大小)。1bit系统是怎么做的呢?这就是1bit名称的由来了。多bit系统以16bit或20bit、24bit的位字符串长度来代表讯号振幅的大小(也就是电压的高低)。换句话说,16bit的系统代表可以得到65,536段不同电压的变化,20bit与24bit则更高,请您自己计算。问题的重点是,不论24bit能够切割出多少段电压的变化,它总是无法与原来模拟波形电压的变化丰富性相比,因为模拟的电压变化是连续的,也就是无限多段。更何况,要生产24bit或更高规格的芯片非常困难,所以,1bit系统干脆另起炉灶,它不以多位来代表波形的振幅,而是以0或1一个位来显示声音的不同大小。
1bit就完美无缺吗?

换句话说,多bit系统以垂直方向把波形切割成很多的电压大小变化,而1bit系统则是以水平方向来把波形疏密排列出来,它以疏密排列的宽度(Width)来容纳音乐讯号,所以也有人称这种记录方式为PWM(Pulse Width Modulation)。到底这波形的疏密有什么意义呢?我们不要忘了,人耳所听到的声波就是疏密波,这也就是为什么1bit系统再生方式比较类似模拟方式的原因。

至此,我们必须要提出一个问题:既然以多bit的方式来再生声波的强弱变化会有遗漏,那么用1bit的方式就不会遗漏吗?答案是:二种方式都会有所遗漏,只不过1bit系统因为处理过程少,技术难度较低,所以比较容易做得更好。事实上,如果光看动态范围,理论上24bit的动态范围可以达到144dB(每一个bit可以有6dB的动态范围),而1bit系统只能得到120dB的动态范围而已。要提醒您,这里所谓的动态范围并不是涵盖0─100KHz或0─96KHz,而是顶多涵盖0─20KHz而已。
1bit不需要数字滤波器

来,让我们重新复习一下多bit PCM录音与1bit DSD录音之间有什么不同:第一、PCM录音每秒取样192K次,而DSD录音每秒取样2.8224M次。第二、PCM录音以24bit(以前是16bit)的位字符串来定位每一个取样点的不同电压大小,而DSD录音每一个取样点只以一个位(0或1)来代表声音强弱。这也就是说,如果声音增强,就以1来记录;声音衰减,就以0来记录。如果以正弦波形来观察,正半波都是以1来代表,负半波都是以0来代表(不要忘了,0与1代表电路上的开与关动作),正半波与负半波的交界点(0点)就以0与1的切换来代表。第三、PCM录音在模拟转数字或数字转模拟的过程中需要用到数字滤波器,滤波动作愈多,就愈容易产生噪声与错误。而DSD则仅在输出端使用一个模拟低通滤波器,来把100KHz以上的频率滤除。第四、DSD讯号很容易就可以转变为16bit/44.1KHz讯号,所以DSD母带可以同时用来制作SACD与CD。而PCM母带无法用来制作SACD。
数字扩大机的好处

看到这里,我想您对于1bit DSD(Direct Stream Digital)录音方式与Multi-Bit PCM录音方式已经有了初步的概念,对于数字扩大机也已经开始了解。现在,让我们回头来看看数字扩大机与模拟扩大机相比,到底有哪些好处?如果以Tact Millennium扩大机来看,它不使用负回授,所以不会有相位问题。它在内部不放大模拟讯号,所以也没有模拟讯号的各种失真。由于它不使用传统晶体或真空管放大组件,几乎不会发热,所以能源利用率高达95%。最后,由于喇叭并非与放大组件直接耦合,所以没有喇叭回输到扩大机的反电动势问题、也没有阻尼因子问题。至于Sharp SM-SX1的优点我想也与Tact相近。

最后,我们要谈到数字讯号的防盗拷问题。我们都知道,SACD与DVD-Audio一样,为了防止盗拷,内中都安置有防盗拷装置。假若我们要从SACD或DVD-Audio唱盘直接把数字讯号传输到数字扩大机中,一定要先解决防盗拷码对声音劣化的可能性。对于这样的问题,我不知道Tact要如何解决。不过Sharp却以自身研究的13针讯号线来将自家的DX-SX1 SACD唱盘与SM-SX1数字扩大机连接,达成「直接接驳」1bit数字讯号的目的。请注意此处的「直接接驳」意义,它指的是就算您用这种13针的讯号线把1bit数字讯号传送到数字录音座或数字录音光驱上,它也无法录下来。
开始接受数字新观念

数字扩大机未来能够发展到什么程度?音响迷能够接受数字扩大这种新观念吗?未来会有多少厂家加入数字扩大机的行列?老实说我都不知道,不过我深深期待。您想想看,我们在不得已的情况之下,把模拟讯号转为数字储存,在这个过程中已经损失掉某些东西。假若我们在播放时还要把数字讯号转变为模拟讯号去放大,那不是再一次的损失吗?既然数字时代是不可避免的,我们所能要求的就是尽量减少多次数字/模拟转换所遭致的讯号损失。在这样的目的下,数字扩大机的确是很好的解决方式
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图文并茂,精!
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Tact RCS 2.0与Millennium Ⅱ
Tact这家公司大概只有少数人听过,他家的产品实际听过的人恐怕就更少了,除非您是在国际音响展览会场上。他家的产品目前只有二种,那就是「纯数字」的扩大机Millennium Ⅱ(第一代在1998年推出),以及以数字方式来处里的空间校正前级RCS 2.0(Room Correction Preamplifier)。在数字时代讨论数字扩大机与数字的空间处理器,这个话题实在太贴切了。不过,我相信目前这篇文章的实用价值可能不高,因为会买这二样产品的人一定不多。没关系,等以后这类产品真的普及之后,您还可以回过头来看这篇文章。

<图1>Tact的RCS 2.0空间校正前级与Millennium Ⅱ扩大机可说是新数字时代的新产品。虽然它们的设计理念很早就已经存在,但是要让理论成为实用优秀的产品可不是那么容易的。
从Snell时代开始

说起Tact的RCS 2.0空间校正前级,我们就要先回到90年代初的美国喇叭厂Snell。当时Snell的工程师Radomir Bolovic发展出一套结合自家喇叭以及计算机软件运算的空间处理系统,这套系统我还曾在CES中Snell的Mirage展房中听过。后来Snell被NAD买下,当时NAD的老板还是Dali的老板Peter Lyngdorf。Peter是狂热的音响迷,知道空间因素影响声音的严重性,因此继续支持研发这套空间校正系统。后来Peter出脱NAD,不过却力邀Radomir留下,共组Tact(Total Acoustic Correction Technology)公司,继续研究Room Correction System。这就是目前Tact二项主要产品之一RCS 2.0 Room Correction Preamplifier的由来。

<图2>RCS 2.0不能说它是一部均衡器,因为它不像传统均衡器以分段衰减增强来处理频率,而是以强大的DSP运算来达成频率响应校正与时间相位的校正。称它为前级是因为它可以与Millennium Ⅱ连接使用,事实上它并不是用来做前级使用的。
Toccata转为Tact

至于Millennium Ⅱ数字扩大机(实在不能称它为后级,因为它有音量控制)则是另外一个故事。我们都知道音响界很早就已经有D类放大的雏形,当时是先把模拟讯号转换成数字讯号,然后再进入一个PWM(Pulse Width Modulation)的放大线路中放大。这种D类放大效率很高,不过如果要全频段完美再生则还有技术上的困难,所以曾经被人用在超低音的扩大机上,专门只放大窄频。
然而,这个原来已经存在的D类观念却被丹麦一位天才电子专家Lars Risbo(他23岁就拿到博士学位)加以改良,发展出可行的全频段数字放大技术。Peter就利用他的技术在NAD里成立Toccata部门(Millennium Ⅱ的线路板上还印着Toccata字样),专门负责数字扩大机的研究。卖掉NAD之后,Peter也把这个部门并入Tact公司,这就是Millennium Ⅱ数字扩大机的出身。有关Millennium Ⅱ扩大机的结构原理,请看本专辑的数字扩大机部份,在此我仅会重点叙述。以下,让我们先来谈Millennium Ⅱ外观内部结构。
音量旋环令人激赏

Millennium Ⅱ的重量不轻,有28公斤。它的重量来自于一个很大的环形电源变压器,以及厚重的机箱。光是面板就有4公分厚,其它地方也是重装甲。全机最吸引人的当属面板中央那个超大型旋钮环以及环内的圆形显示窗。假若您有机会用手触摸到那个旋钮环,就会惊讶它的转动滑顺程度真是难以形容。还有,光是要把那个环做得那么圆,就必须要有高精密的金属加工层次。面板上只有三个按钮,最左边那个管电源,再来那个管模拟输入切换(内部装上模拟模块时才会动作),右边那个负责数字输入切换。

在背板上备有二个BNC数字输入端子,一个RCA数字输入端子,以及一个RCA数字输出端子与一个XLR数字输入端子。此外还有一个为RCS 2.0准备的麦克风连接端子、一个A/D转换器输入端子、一个计算机RS 232端子,以及一个XLR Clock Gate连接端子。这些端子里就只有Clock Gate端子需要解释。假若您使用了CD Transport为数字讯源,而已XLR端子连接到Millennium Ⅱ的Clock Gate端子时,CD转盘的时基(Clock)就会以Millennium Ⅱ内部的时基为准。此外,假若麦克风输入有接上时,面板上的D4(数字输入第四组)也会自动选择Clock Gate输入的讯号为讯源。

<图3>RCS 2.0的内部都是集成电路,看不到传统前级的一些线路布局。它的频率响应校正在使用三个DSP的情况下可以达到2Hz精度,如果用六个DSP,更可以达到1Hz的精度。
音量调整精度为0.1dB

在显示窗内,会有Tact、Equibit以及三位数字等三种显示。Tact红字出现表示已经可以唱歌,Equibit红字如果闪烁着,就代表讯号没有输入,要红字不闪才是接收到讯号。最有学问的是那三位数字,那代表音量大小,不过那三位数字表示的是dB,最大值为99.9dB。虽然音量调整是平滑连动的,但是调整的最小范围为0.1dB,够强了吧!您也可以在面板上以按住模拟输入钮及数字输入钮的方式来预设音量,以后每次开机时,音量就会自动到位。您也可以在遥控器上设定最大音量,以免不小心把音量开大而伤及喇叭,因为那个音量旋钮环太灵活了,几乎没有摩擦力。此外,遥控器还可以设定显示窗灯光、相位反转与静音等等,我就不细说了。
Equitbit为全机心脏

打开顶盖,可以看到Millennium Ⅱ内部正中央就是一块Equibit DSP,这就是全机的心脏,它负责把数字讯号处理成PWM。左右二边则各有一声道的Equitbit输出模块,以及所需电源线路与输出端滤波线路。电源部份采用八个Rifa滤波电容以及一个小环形变压器。而滤波线路上采用了Jensen电容,把60KHz以上的频率以每八度12dB的斜率滤除。在中央Equibit前面还有一个HDCD译码芯片,由此可见本机也可接受HDCD数字讯号。咦?怎么没有看到电源变压器,这个推动喇叭的能源藏在那里?原来那个很大的电源变压器就藏在中央Equibit线路板下。

到底Millennium Ⅱ数字扩大机是怎么动作的呢?请注意,它并不是内建DAC,让CD讯号直接输入扩大机的那种。那种扩大机还是要经过把「模拟讯号扩大」的传统程序。Millennium 是直接把数字讯源的PCM讯号经过一个叫做Equibit的DSP,把它转变成PWM的数字讯号,这种PWM数字讯号是一种高度相同、宽度不同的方波讯号。借着这种PWM数字讯号去产生非常高速的开与关动作能量去推动喇叭。

<图4>RCS 2.0可以接受数字讯号或模拟讯号的输入,不过它都是模块设计,顾客有需要才加装。图中上排封起来的原孔就是保留给模拟输入使用的。
称作扩大机其实不妥

事实上,把Millennium Ⅱ称做扩大机并不妥,因为它没有传统扩大机的功率晶体或真空管放大组件,既然没有放大组件,怎么说是「扩大」机呢?更贴切的说法应该是具有推动喇叭能力的数字处理器。咦?这种名称不是与Wadia的Power DAC很像吗?没错,Wadia的想法也是这样,不过并没有做到像Millennium Ⅱ的全数字化。

Millennium Ⅱ内部具有能量的开与关数字动作(等于就是0与1的数字讯号)是怎么推动喇叭发声的呢?它就像一个干电池接上一个喇叭单体,当电池的正极接上喇叭单体的正极时,喇叭振膜会向前移动,发出声音。反之,则喇叭单体的振膜就会向后移动。Millennium Ⅱ数字扩大机就是把这个电池(Power)正接反接的动作以非常高速的状态进行,而实际的运作就是利用PWM数字讯号去驱动一个高速的切换器(Switcher),藉以控制喇叭单体的前后移动。到底这个切换器速度有多快呢?一秒切换九千八百万次,也就是说它的速度高达98,000,000Hz。

在Tact Millennium Ⅱ数字扩大机里,由于输入的就是数字讯号,所以没有正弦波模拟讯号的存在,也没有要把微小模拟讯号毫不失真放大的问题。至于推动喇叭的能源来自何处?当然从电源供应器而来,由PWM讯号控制的高速切换器直接从主环形变压器汲取推动喇叭的能量。

<图5>Millennium Ⅱ不能说它是后级,因为它有音量控制。事实上说它是后级也不妥当,事实上它是带有推动喇叭能量的数字处理器。中间那个圆形显示窗的外圈就是音量调整旋钮。
直接从电源处控制音量

了解动作原理之后,还有一个地方也是MillenniumⅡ 的精彩处,那就是音量控制。既然数字讯号直接由讯源传入,那么Millennium Ⅱ是怎么控制音量的呢?其实这也是Millennium Ⅱ的致胜之道。传统扩大机的作法一般是把音量控制器串在讯号通路上,以可变电阻器或数字音量控制器来控制音量的大小。我们都知道所有的音量控制器都是把原本最大的音量衰减下来,而非增加能量。换句话说,当您把音量旋钮朝大声的方向转时,其实只不过是把最大的衰减量(没声音时就是最大衰减量)慢慢降低而已。这种控制音量的方式会让小音量时动态范围降低、讯噪比变差(传统可变电阻器);或是降低bit数(数字音量控制器,也就是降低解析力)。

Millennium Ⅱ的音量控制器并没有串在讯号路径上,而是直接与电源供应器连接。它直接从能量源头的电源供应来让音量改变,也就是直接控制电源供应器的电压大小。目前,每声道165瓦的Millennium MKⅡ最高供应电压为58V,藉由0─58V的变化,音量就可得到不同的大小控制。
既然58V电压可以产生165瓦(8欧姆负载)的输出功率,那么更高的电压当然就可以产生更大的输出功率了。理论上是如此,不过据Peter Lyngdorf说,目前最好的切换器只能安全的承受58V电压。日后输出功率的提高还有赖于承受更高电压的切换器。
纯数字放大的好处

Millennium Ⅱ由于不使用负回授,因此理论上没有相位问题。它不放大模拟讯号,所以也没有传统的讯号失真问题。它的能源利用率高达95%,用手摸起来几乎不会发热。它的音量控制器不劣化音质,又没有喇叭回输到扩大机的反电动势问题,当然也没有阻尼因子问题。这些,都是Millennium Ⅱ强过传统扩大机的地方。

接下来,我们要来谈RCS 2.0。RCS 2.0其实就是把24bit数字转换器以及空间校正系统这二种功能合而为一的机器。说得仔细些,RCS 2.0内部其实可以分为:一、模拟与数字输入。二、模拟与数字输出。三、实时(Real Time)数字讯号中央处理器(采用三个Motorola DSP,也可以升级为六个)。四、测量软件、硬件等四大部份。此外,它还附有输入计算机的操作软件以及测试麦克风。

测试时运用喇叭发出猝发音,经由麦克风拾取之后,进入DSP内运算,解决空间内频率(频率响应曲线)以及声波时间相位(脉冲响应Impulse Response,直接音与反射音的时间延迟)问题。RCS 2.0采用的是DSP来运算,所以无论是机器内部或输入计算机使用的软件都很容易升级,当然也可以透过网络来下载。

<图6>Millennium Ⅱ的内部。左右二边是二声道输出,中间有一个大的黑色组件就是最重要的Equibit。咦?怎么没看到电源变压器?一个很大的环形变压器就藏在中间那块线路板的下面。
传统均衡器有难解问题

RCS 2.0名为空间校正系统,到底它要校正空间里的什么错误或失真呢?声波在空间里的失真或错误有反射问题、吸收问题、绕射问题、驻波问题、染色问题、相位失真问题等等太多了。这也就是说,我们耳朵所听到的声音无可避免的会是器材原本的声音加上空间所导致的各种失真与扭曲声音。也就是因为如此,所以每一个人家里所发出来的声音特质都会不一样,就好象每个人讲话的声音不同一般。我可以说,空间所导致的声音扭曲或错误本来就是原罪,这是每个音响迷都要背负的。

以前,许多人藉由三分之一八度的均衡器来把空间中的中低频驻波(高频驻波由于波长短,会被自然吸收)能量衰减。然而这种均衡器的问题有二个。其一是当讯号经过均衡器时,音质会被严重劣化。第二个问题是,它只会增加相位失真,而无法解决相位失真。Millennium Ⅱ用另外一种方法来解决频率响应被扭曲以及时间相位的问题,那就是藉由计算机运算,将空间实测所得的声波能量、相位扭曲与理想模型(预存在计算机里,您也可以自己预设喜欢的频率响应曲线)做比较。计算机比较之后,马上做出处置,把应该修正的声波能量与相位数据传输给RCS 2.0。如此一来,所有从喇叭发出来的音乐讯号都是经过RCS 2.0校正补偿之后的讯号。
校正频率响应与脉冲响应

到底RCS 2.0是怎么动作的呢?其实原理很简单。它内部可以测量频率响应(Frequency Response)与脉冲响应(Impulse Response),前者显示频率状态,后者显示时间状态。假若想要校正空间频率响应曲线,RCS 2.0先以麦克风测得左声道频率响应曲线,然后再从RCS 2.0的DSP里制造出一个与左声道频率响应曲线完全相反的镜影曲线(左声道高出来的地方它就减少,左声道不够的地方它就突出)。把这二条频率响应曲线合起来就变成平直的频率响应曲线了。假若您认为平直的频率响应出现在您的空间中不好听,也可以事先调出一条您认为最好听的频率响应曲线,再以这条曲线为参考标准,进行原来二组频率响应曲线互补的程序。

以上所讲的是消除驻波,让频率响应平直、获得到您喜欢的频率响应曲线。如果时间相位不一致呢?这种情形可以假设您的空间左右吸收反射条件不对称,因此左右声道所测得的频率响应曲线无法完全一致(理论上它要完全一致)。经过RCS 2.0的处理之后,可以把左右声道的频率响应曲线校正得完全一致,您可以想象一下,有多少声音表现会改变?

<图7>Millennium Ⅱ背板。请不要用传统后级的输入去看它,它可以直接从数字讯源把数字讯号传送进去,所以您的前级、数字模拟转换器通通可以省下来。至于二组喇叭端子就跟一般后级没有二样。
21响猝发音就搞定了

既然RCS 2.0的功能这么强,它的操作会不会很困难?其实不会!在使用RCS 2.0时,必须有一支测试麦克风(原厂会附送),一部计算机(您必须自己准备)。当我们把原厂所附的软件输入计算机之后,就可以利用里面清楚的选项来做设定。基本设定很简单,您只要选择几个程序,喇叭就会发出三种不同速度的猝发音,让放在聆听位置的测试麦克风接收到讯号。麦克风接收到的讯号马上会传输到RCS 2.0做运算,决定该有的补偿。实际上的操作过程大约2分钟就完成了(2分钟是指左右声道各发出21响快慢猝发声的时间,当然您学习使用的过程要长些)。

来!让我们开始看看RCS 2.0的外观内部吧!RCS 2.0的外观也很简单,就是讯号输入切换、选单控制、音量控制以及显示窗而已。您可以用遥控器控制,也可以用面板上的控制钮做控制。打开顶盖,内部都是大型芯片,我实在不知道那些芯片作用为何?不过说明书说RCS 2.0内部采用三个Motorola高速DSP(奇怪,说明书这么写,但是拆开机箱却没看到Motorola DSP),它的补偿精度可以高到2Hz。假若使用六个,更可以达到1Hz。到底这2Hz或1Hz代表什么意义?其实就是处理频率的间隔,例如它可以把100Hz的频率强度降低10dB,同时间也可以把102Hz的频率强度提升10dB。至于1Hz的精度就是可以处理100Hz、101Hz、102Hz等这么接近的频率。这样的精度了不起吗?当然了不起,您知道一般均衡器所处理的是三分之一八度的频率间隔吗?相形之下,2Hz、1Hz的精度实在很了不起。
声音变得更干净、清澈
RCS 2.0的背板就是一些输出入端子,没什么好说的。这次我所听的RCS 2.0并没有把模拟输入端子装上,不过从背板上预留孔位且印好标示的作法来看,只要顾客有需要,随时可以把模拟输入部份装上,这样您的Tuner或LP唱盘也能够透过RCS 2.0而使用Millennium Ⅱ数字后级。

其实RCS 2.0与Millennium Ⅱ都是模块设计,可以随需要升级。像这次我所用的Millennium Ⅱ就不能唱SACD,只能唱CD。不过您可以藉由更换模块来达到唱SACD的目的。而RCS 2.0也还分2.0DD、AD、DA、AA等四型,各有不同的配备。总之,您不必担心它们能不能唱24Bit/192KHz或SACD,只要更换不同模块通通可以唱。

以上说了一堆,恐怕大家已经开始迷糊了。别急别急,现在我就要告诉您这二样器材的听感了。先说RCS 2.0,由于操作设定过程要花很多篇幅来说,需要的读者可能没几个,我就不说了。总之,就是把光盘放进计算机,按照指示去做就对了。比较有问题的是当测试图显示出来之后,您要怎么判读?我直接说使用RCS 2.0之后有什么明显的改变。使用前与使用后的差异每个人都可以很清楚的听出来。经过校正后的声音无论在定位感、层次感、音场内声音细节清晰的程度都有改善。由于我的空间很大,本来就没有令人不愉快的中低频驻波,所以对于驻波的改善没有深刻印象。我猜想,在一般小空间中,一般人最大的感受可能会是声音的确变清爽干净而清晰,但是怎么低频量感减少了?我想,假若您长时间为中低频驻波所苦,RCS 2.0将会是一帖有效的良药。
有静电喇叭的优点而无缺点
再来,Millennium Ⅱ后级听起来的好处是什么?简单的说,就是有静电喇叭的优点而没有它的缺点。静电喇叭的优点是什么?声音染色程度极低、音质非常美,音色极为正确,声音的细节特别多,堂音特别清楚、透明感清清如水、强弱对比非常明显、瞬时反应非常快,乐器演奏时的接触或摩擦质感特别清晰,细微的波动毫无隐藏。以上这些都是优质静电喇叭的优点,这些优点加上您爱开多大声就开多大声,低频要有多强就有多强(当然是以软件原本就有的低频为准)。

您可以想象得到,当钢琴轻轻弹下去时,空气中激起的细微泛音有多少。还有,当演奏者轻轻柔弦时,琴音的轻微波动都被您听得一清二楚。您也可以享受到,声音从最小声到最大声极为快速上升的高速反应快感。当然,此时您好像能够看透音场内的任何细节,只要它存在的话。这种极端清澈、透明、空灵、快速、正确的音质音色表现就是Millennium Ⅱ的声音特质。
低频量感减少是正常的
使用Millennium Ⅱ时可能有一个问题会发生?什么问题?我想您一定猜不到。那就是少了前级、数字模拟转换器对高、中、低频量感的「润饰补偿」。换句话说,您原来经过多次换机才决定的前级与数字模拟转换器通通失去了高中低频段量感调配的作用。我的意思是:假若您的音响系统本来低频不够丰富,所以您找来的前级或数类转换器一定是低频特别丰富者。现在能够用来补偿声音缺陷的前级与数类转换器被拿掉之后,原来低频不够丰富的缺点又冒出来了。

所以,假若您用了RCS 2.0 或Millennium Ⅱ之后,发现音响系统原来的缺点再度浮现时,您所要做的并不是把一切责任推给它们,而是考虑更换喇叭或线材。或者干脆把RCS 2.0加上Millennium Ⅱ来使用。因为错误不在它们身上,它们只不过是正确的显示您音响系统与空间本来就有的声音。它们除了无法给您调配高、中、低频段的量感之外,其它它所给您的应该都是正确的。您的作法应该是保留正确的RCS 2.0或Millennium Ⅱ,而去找一对低频段量感更丰富(假若缺点为低频量感不够)的喇叭或线材。

Tact RCS 2.0与Millennium Ⅱ都是音响界难得一见的杰出产品。不过,由于它们的售价不低,观念也很新,所以推出市场的初期,台湾音响迷的接受程度可能不高。我知道Tact已经着手研发更平价的机种,等时机成熟,我衷心期待Tact也能在台湾开花结果。 ■
规格
RCS 2.0:解析力16-24Bit,取样频率:44/48/96KHz,可以升级到192KHz,体积:450X89X370mm,重量9公斤,定价:25万。进口总代理:北欧。
Millennium Ⅱ:二声道数字扩大机,输出165W(8欧姆负载),输入取样频率32/44/48KHz,可以升级到96/192KHz与1 Bit DSD讯号。体积450X145X420mm,重量28公斤。定价:46万。进口总代理:北欧。
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看过很多次,很值得分享,相信今次推上去会有不少人关注
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问题是有哪种材料的扬声器振膜能适应这么高频率的开关信号。
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