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A1Pro研发之路④“瞬态余量比”究竟是个什么概念? [复制链接]

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对于HIFI产品有一点非常重要,那就是功耗效率。众所周知,hi-end 对电源要求非常极端,动不动近10倍的余量且要求低噪声非常正常,这对于消费类是不敢想象的。


这也是为何高端的HIFI用极致的线性电源,甚至超级电容以及大量并联的超低内阻电池的原因。从享声的产品来看,越高端的产品,尽管功耗变化不大,但是电源越来越极端,比如真实功耗才不到10W的D300REF,理论最大瞬间放电电流可以达到200A,这对于一般的HIFI产品是不敢想象的。




但就是因为D300REF功耗很低,所以在巨大的放电电流下,它能达到极宽频的低噪声。如果REF是一台后级,那 5V*200A=1000W, 这个瞬态放电往往又是一般的,毕竟才几倍的余量,太少了。




所以如果一个产品要好声,一定要看它的瞬态余量比(瞬态功率/实际稳定功率)。D300REF达到了100倍(1000/10),这也是它身为参考级产品的原因。

如果要达到如此的瞬态余量比,一个方法就是加大超低噪声的电源成本,这个直接跟功率相当,也是产品的最核心的成本之一。另一方面,就是降低产品的实际功耗,如果D300REF不需要为屏幕以及USB硬盘供电,D300REF功耗将会降低5W左右,此时的声音会更好,这时就是瞬态余量比提升了一倍的好处。

像A1Pro 这个定位于A1系列旗舰,我们并不盲目的追求,更多的通道以及更大功耗的产品,每增加两个通道,功耗会增加一倍,如果还要保持相同的瞬态余量比,那电源成本会增加一倍。增加通道有意义吗?确实有一定意义,比如增加在24bit下的动态比(略微提升2~3db),但是带来的负作用就是功耗增加一倍。如果连两通道的指标都无法榨干,4通道,8通道就更谈不上榨上,更没有意义了。



从声音角度出发,我们认为,能把两通道榨干,同时在二通道下,功耗最低,这样可以最优的提升瞬态余量比,从而达到一个无法更为理想的声音,综合成本反而能够控制,从而使得最终的声音更加的理想。

事实证明也是如此,AKM芯片对电源要求极高,特别是瞬态余量比,除了影响听感,而且影响失真。所以我们通过对模拟电源功耗提升30%功率,同时对滤波电路增加10倍的电容容量,从而达到了整机非常好的失真指标,听感上也完全体现出AKM芯片好声的一面,真实,饱满,富有感情!


从一块AKM4497的开发版开始


2016年,AKM4497 刚发布时,我们拿到了AKM4497 开发版,并第一次被AKM厂家开发板震惊了---原厂开发板,竟然进行了细致的调音,这是其它厂家DA开发板所极少有的!!!!拿到后就开始了AKM的深度分析,相对于ESS9018合作来说,还是晚了些,但我们还是兴趣满满。









拿到时我们就进行了各种详细的测试,因为时间较长了,所以发帖前又测试了一遍,同轴输入,AKM4497 XLR输出,DS3 因为THD 限制(THD+N <0.0004%, <108db)是难以测到AKM4497 本底极限的,但是实际发现,AKM一个通道在24bit下确实达到了DS3的极限(实际值可能更好),另一个通道仍然不知原因(可能时间长了),失真略高。

###大家可以思考一下,这是单片AKM4497,5V正常供电的指标(AKM4497还可以更高的模拟供电以及单声道模式来提高性能),市场有几个AKM4497芯片的产品,整机线路输出做到了开发板的失真水平??注意我们的测试失是THD+N (1khz 24bit 44.1khz, 更高码率以及THD(也叫失真度)指标比这个更好,相信厂家会用更高码率数据进行测试获得更好的数据)。


我们认为,不管做什么产品,只要是中高端产品,无论什么型号,已经有充足预算,应该要发挥出芯片的最好水平,而不是为了吸引眼球,用多片,每片只发挥个6成,7成。事实上,每片6成,声音就是6成,不会用了2片,4片就会 6+6+6+6=24成,完全不是的,音响是木桶短板原理。为何连开发板的指标水平都有较大差距,里面有很多的原因与故事的,这也是我这边要讲的。

先放个结论,收尾再讲,其实这个开发板仍然有很多可以提高与优化的地方!


未完待续......
本主题由 版主 eric 于 2019/11/29 18:32:33 执行 设置精华/取消 操作
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先讲讲享声与AKM的故事吧!



AKM如果观察我写的文章就知道,几年前就有打算出一款产品,基于AKM芯片的移动平衡解码耳放,无奈刚出来,芯片价格过高,跟AKM中国价格没谈好,导致产品价格偏高,所以放弃了。

AKM芯片如果做纯解码器来说,难度更大,并且体验一般,因为它的功能非常简单,而且纯碎,远没有ESS等方便。

但是看似非常简单的功能,要发挥好,确是非常的困难,享声开发的几乎所有DA芯片当中,AKM的芯片要达到理论极限指标,非常难!甚致可以说,可能它是最难的部分。

而其它芯片相对来说,处于AKM与ESS之间。
其实无论哪个品片,哪款DA芯片,现在量产的,一直更新的都是西格马芯片,西格马芯片好处就是失真做得很好,而且声音也可以做得非常不错,占HIFI 量产DAC 的99%以上。

现在主流的,ESS,akm,包括很久没出新品,刚又出新芯片的CSS,都是目前来说非常主流的芯片厂家,都有比较优秀的代表DA与产品。

ESS从 ESS9028后,好声的产品越来越多,而AKM与CSS更加的悠久。

DA芯片随便需求,支持的位宽与采样率越来越高,而且在高位宽的情况下失真与指标越来越好。




很多人说,越新的越好吗?  这个需要先说说现在新的DA芯片提升在哪里呢?

1.基于PLL的数字去抖提升,一般在SPDIF接收时进行处理,核心一家就是的是ESS,因为现在ESS芯片自带SPDIF接收(同轴,AES,光纤)但是ESS的去抖对于一般或差的数字输出确实可以减少劣化,而且锁相环的性能最重要的就是那个主时钟性能,如果主时钟不好,相当于巧妇难为无米之坎,但是好的主时钟是很贵的,到了好的OCXO级,基本上都是几k甚致上万。

2.在高码率,高bit下指标明显提升,因为以前受限芯片的计算能力的限制,更好的滤波器无法应用,西格马转换性能受限计算能力(西格马简单理解跟SRC差不多的东西),所在在24bit或32bit下性能没办法做到更好,最高的采样率也受限。加上功放,前级,电源等模拟电路的指标本身也存在极限,音响是一个木桶原理,光一个芯片好是没有用的,需要周边的材料跟上才可以。比如以前做全直流放大,都是需要调零电路,每个PCB上都需要一个小的调零电位器,每台出厂前必需人为调,都是芯片性能精度与指标不高导致的。

3.非旗舰的HIFi芯片,指标可以达到或接近上一代旗舰水平,但是功耗明显降低,在便携场影的应用更为广泛。

4.旗舰芯片多核趋势明显,而且功耗明显更高,比如4通道,8通道更多。





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回复 4楼winsonng的帖子

感谢支持





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回复 10楼amyzhang的帖子

之前其实透露过一些了





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要发挥一个芯片的全部性能,并非容易,因为虽然芯片性能很高,但是整机指标是很难做出芯片指标的。因为不仅仅要模拟滤波、放大,失真只会一点点变大,所以整机指标必然要比芯片指标差不少。


比如AKM4497开发板,最好的XLR输出,也只能达到109db左右,跟芯片指标相差为倍数关系。

这种问题并不是芯片造成的,除了要对芯片的设计要有极高的理解,芯片的外围电路失真要比芯片指标还要好才能做到,这种成本是非民用HIFI所能承受的。

反过来说,如果哪怕一片AKM4497或者ESS9038,整机失真只能达到0.0005%, 其实效果是严重打折扣的,甚至有可还不如一片CS4398芯片做出的整机失真为0.0005x%,因为最好的24bit 或32bit下的失真,哪怕是一片AKM4497或者ESS9038pro,都只跟CS4398差不多,那16bit下有可能劣化更大,这才是需要深思的问题。

这也是为何享声坚持哪怕是旗舰机型,仍然要用以前的旗舰芯片的第一个原因。

第二个原因,曾经的旗舰芯片,有大量的经验可以参考,有充足的时间去研究。享声任何一个产品中的模拟DA部分,都有着四年以上的研发经验,无数次的调优与优化,与芯片厂家的深度合作,同时参考大量的名机,了解一些原厂都可能不太清楚的“缺陷”以及真正影响声音的技术。这也是为何敢在旗舰产品用一些曾经旗舰DA芯片的原因。

第三个原因就是之前提到的功耗比。AKM4499或者ESS9038pro固然指标逆天,但是要发挥出来的成本非区区几万的产品可以承受,光电源与时钟都是难以置信,否则AP和DS3这类的产品,动不动就10多万,几十万的。一个可以作为参考理想电源、滤波器、时钟,光元件成本就跟一台hi-end产品价格差不多。之前的旗舰芯片DA产品,在那个要充分发挥,跟现在要充分发挥AKM4499与ESS9038pro一样,哪怕是hi-end产品,基本上也不太可能用官方开发板的周边电路,没有70%,也有50%以上重做,比如滤波器重写,SPDIF重新开发等等。非常复杂的分立电源设计,才能算基本榨干芯片性能,达到一个很好的效果,这也就是造成动不动价格几十万,甚至过百万的原因。虽然现在电源芯片,时钟,包括一些元件的精度大幅度提升,要榨干这些芯片已经不需要非常高的成本了,但是商业的原因,谁会去用那些上一代旗舰芯片呢?然而大家不知,AKM4499,ESS9038pro的功耗数倍增长,周边电路的要求也是指数级的上升,实质用一般的周边电路也只能在开发板水平左右。加上有些芯片根本没开发板或者开发板没有参考意义,所以想以一般的成本发挥一个当今旗舰芯片,自然不太可能。


正因为这些原因,加上这个产品并非参考级的产品,而是一个应用产品中的旗舰产品,所以我们并没有使用最新的旗舰芯片,甚至不是AKM4497。我们仍然做到了超越大多数在产AKM4497芯片产品的整机性能(24bit下的失真THD+N)。





KM芯片指标要“榨干”非常不容易!可以说通过研发这么多DA芯片产品,各个芯片有各个芯片的问题,看似简单的开发板,与官方参考,并不能避免你掉坑。哪怕官方参考板,有些指标出来了,声音又不好,哪怕一样的电路,如果无法理解芯片真正的症结之处,出来的指标仍有可能很差。而这种症结,很多都是芯片本身的暗病,比如CS4398模拟地与数字地在芯片下最好是完整,不要切割,AD1852反而最好要有要一点分离,这就是一些厂家芯片的“暗病”,事实上厂家是没有说出来的。AKM的“暗病” 其实更多,因为技术保密就不再说了,这也是造成AKM芯片的很多厂家,整机指标并不高的主要原因。




(使用FPGA+AD1852的前旗舰A200S)


当然不仅仅芯片指标上的坑很多,声音的坑更多。我们都看指标,指标出来了,不见得听感就很好,不见得密度就很好,主要是因为指标只能反应声音的一部分。当然指标很差,声音也不会好到哪去,这也是为何我认同部分业界的说话,能把机器当仪器做,至少是科学的,专业的。

当然必须要清楚,指标是有限的,无法反应全部技术,艺术代表的一个产品的个性与风格。比如全频的相位失真,其实并不好测。声音的信息量、密度也是如此,所以必须要结合听感与指标一起优化。

当然享声做DA已经快十年了,自然有自身的东西,通过四年的研发,也知道AKM芯片的问题与暗病,更知道AKM开发板的很多可以提高的地方。






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更新第三部分!





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更新!





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