dac和dac真的对音质有提升吗（强势来袭的数位潮流）

在说明 DAC 为何物之前，请先想象一个画面，喜爱的歌手在录音室中高唱着新歌，而你现在正用计算机播放着歌曲，从录制音乐到播放音乐的过程中，实际上是将模拟音源录制成数字信息，再由数字信息转换回模拟音源的过程，在一边享受音乐的片刻，也一边来了解 DAC 在这转换过程中所扮演的角色吧！

模拟讯号 vs. 数字讯号

DAC（ Digital to Analog Converter）又称为数字模拟转换器，是数字播放系统中不可或缺的重要角色，它能将数字讯号还原回模拟讯号。不论以 CD、计算机或手机播放数字音频档案，都必须经由 DAC 的处理，才能将讯号送至扩大机进行放大，再透过喇叭将美妙的音乐播放出来。

「模拟讯号」与「数字讯号」的原理是什么，彼此之间又有哪些差异，究竟哪一种系统比较好呢？所谓的同步模式与异步模式是怎么一回事？本期所附赠的 USB DAC 又是什么神兵利器？且让我们来一探究竟。

为了复制生活中的各种美好体验，人们发明了许多工具来记录影像、声音，早期的工具皆以「模拟（Analog）」的形式记录，如底片相机、黑胶唱片、卡式录音带等。近年来，由于数字产业的兴起，人们转而拥抱各种「数字（Digital）」工具，数字相机、CD、MP3 逐渐取代过往冲洗底片、将卡带换面的回忆。

究竟什么是「模拟讯号」，什么是「数字讯号」呢？

说明白点，「模拟」其实就是「连续、不可被量化」的意思。 模拟讯号不论在时间、空间与强度上都是连续的，每一个时间点都有相对应的讯号。造物者所创造出来的世界，诸如光影明暗、声音、温度等五感的体验，皆以「模拟讯号」的形态存在于我们的日常生活中；反之，「数字」的特性则为「不连续、可量化」的。

这样说明或许还是有点抽象，可用图像来理解两种讯号的差异。图 1 左为模拟的影像，色彩是连续的，日常所见的自然美景以及相机底片皆属于模拟影像；中间则是以数字方式呈现的影像，将原始的影像切割成许多小区块，并在区块中填入单一色彩，藉此还原出真实的影像，计算机屏幕呈现的画面即为数字影像。

图 1 ：模拟影像（左）、低分辨率数字影像（中）、高分辨率数字影像（右）。图／音响入门志提供

与真实的景象相比，要表现自然的渐层色彩，数字的呈现方式似乎略显不足，但若能用更多的信息量记录彩虹的轨迹，藉由更细的宽度、更多的颜色与层次去描绘色彩的变化，数字影像便可十分逼近模拟影像，呈现出如图 1 右方的效果，肉眼几乎难以分辨两者的差异。

回到音响应用的主题，数字、模拟音频转换的方式与图像原理是相同的，只要藉由更精细的层次去分割与组合，数字讯号经过转换一样可以达到几可乱真的声音表现，这一切成败与否与 DAC 息息相关，以下将更进一步的说明模拟音频与数字音频的差异，以及两者之间如何转换。

模拟音讯的录制与播放

真实的声音讯号是一连串连续的「压力」变化，压力变化速度越快，表示音频频率越高，而音频的振幅越大，其响度越大（如下图）。

因此，记录模拟音频必须含有两大信息 —「时间与振幅 」，人们绞尽脑汁研发技术，便是为了能精确地记录并回放这两大信息。

早期的模拟录音工程利用机械式或电磁学技术，将音讯波形一五一十地刻在黑胶唱盘上，轨迹记录下「振幅」信息、旋转速度则纪录「时间」信息，属于模拟的纪录方式。播放黑胶唱片时，回放速度必须与原先的录制速度相同，如果播放时改变了速度，就等于改变了原来音频的频率，而音轨之起伏越接近原来的音讯波形，振幅的忠实度也就越高。

唱针依靠细微的振动还原唱片上记录的声音波形，那些波形都是我们肉眼看不到的超威小刻痕（如上图）。在黑胶母带刻制、压制量产、唱针循轨回放等每一步骤里，只要有任何额外的振动、细微的灰尘或转速上的些微差异，都会构成原有音讯波形里没有的变异部分，也就会造成声音的失真。

模拟讯源的听感自然宽松，十分迷人，只是聆听环境的限制条件多，进入门坎较高，且难以完美复制。因此，播放简单、传输不易失真、容易保存与编辑的数字讯源逐渐变成当今音源制作的主流。要将模拟讯号数字化是一个复杂的过程，而如何将数字讯号还原回模拟讯号又是另一门学问。以下简单介绍声音讯号是如何被数字化记录保存，而硬邦邦的数字讯号，又是如何转变为我们耳朵里听见的美妙音符。

模拟音讯的数字化

数字音频与模拟音频相同，在记录时必须同时保存原有的时间与振幅两大信息。

将音讯数字化最常使用的方法为「脉冲编码调变（Pulse Code Modulation, PCM）」，包括下列 3 个步骤：取样（Sampling）、量化（Quantizing）、编码（Encoding）。

所谓「取样」，是依据特定的时间单位，把音频切割成每秒数千到数万个片段，并选取音频里的时间信息（如上图中绿线）；而「量化」则是把每一个取样点的振幅信息记录下来，并以数字表示（如上图的蓝点）；「编码」则是把数字，转化成计算机看得懂的「0101…」以方便记录和保存。

由此可知，「取样」保留了时间信息，「量化」则保留了振幅信息。

在音频收录时，将模拟讯号数字化的机器称为「ADC」（Analog to Digital Converter，模拟数字转换器）。音频数字化的档案是一连串的二进制编码数值，播放时须经由「DAC」（Digital to Analog Converter，数字模拟转换器）将数字讯号重新转换成连续的模拟讯号，才能将讯号送入扩大机进行放大，再透过单体（喇叭）播放出来。

DAC 会将这些「字组」以同一参考时序转换，形成相对的电压或电流，再经过低通滤波器将讯号波形变得滑顺，恢复成原本的模拟音讯波形。可由下图来了解模拟音讯经过转换，变为二进制编码数值，再转换回模拟音讯的过程。

再谈取样量化与编码

收录音讯时取样的速度称为「取样率」，单位是 Hz，取样率 44.1 kHz 代表每秒钟对音乐取样了 44,100 次。取样率越高，所记录的音频波形就越接近原始讯号。如果希望能完整地记录所求的讯号带宽，则取样频率必须大于讯号频率的两倍，称为「奈奎斯特定理（Nyquest law）」。

人类听觉的带宽约为 20 Hz－20 kHz，理论上，以 40 kHz 以上的速度对声波进行取样，便能还原出 20 kHz 以下的声波。经过取样后，必须把每一个取样点的振幅信息记录下来，量化的级距分得越细，记录到的振幅信息就越接近原本的波形。由于计算机只看得懂 0 和 1，量化后，必须再把十进制的数值转换成计算机看得懂的 0 跟 1。

一个 0 或 1 称为 1 bit（位），2 bit 的 0 跟 1 可以表现出 22 = 4 种阶层的能量与波形差异，3 bit 可表现出 23 = 8 种阶层，16 bit 可以表现出高达 216 = 65,535 种阶层，而到达 24 bit 时，则可表示约 224 = 1,677 万种阶层。

1,677 万种阶层，这惊人的数字代表了数字记录时可达到的细微程度，正如前面所提到的图形概念，音频记录时使用的位数越多，其在声音上的「分辨率」也越高。

观察量化级距分成 4 阶与 8 阶所得到的波形（上图的蓝色线条），可看出取样率越大、量化级距越细，则失真越小，所得到的波形也越完整。

现今的数字录音技术已可达 384 kHz / 32 bit，而半导体厂商也已经有对应的 768 kHz / 32 bit 的 ADC 芯片，由于以 96 kHz / 24 bit 或 192 kHz / 24 bit 所录制出来的音质已经非常优异，目前录音工程多使用此规格。然而，以 96 kHz / 24 bit 或 192 kHz / 24 bit 录制出来的音乐，所占的内存容量非常庞大，受限于储存媒介的容量限制，当转录制到 CD 时，档案规格会降至 44.1 kHz / 16 bit。

理论上，44.1 kHz 的取样率已可还原人耳所能听见的最高音，不过，人耳虽然听不见 20 kHz 以上的声波，却能感觉到细微的差异。经过实验证实，以 96 kHz 甚至是更高的取样率所录制出来的音乐，音乐听起来会更开朗透明，可有效提升整体的音质，此外，在收录时提高取样率，也可确保 20 kHz 以下的频段能更完美地被保存下来。

由于科技进步，许多玩家早已不满足于 CD 的音质，在线音乐商店纷纷推出比 CD 更高规格的母带音频档案。不过，有了 96 / 192 kHz、24 bit 高取样高解析的数字音乐档案，也要有同等级的 DAC 把它译码还原成模拟讯号才行，因此，购买时要特别注意 DAC 可支持的取样率与声音分辨率，不然空有高规格的讯源也是白忙一场。

如前所述，取样率与分辨率固然是越高越好，但高取样率与高分辨率伴随而来的就是较大的数据量，需要较大的内存来储存。以一首双声道录制、长度 4 分钟的歌曲为例，96 kHz / 24 bit 录制出来的音乐所占的内存容量高达 138 MB，就算是44.1 kHz / 16 bit，也需要 42MB 的内存空间。一般的随身装置并没有那么大的储存空间，为了可以储存更多的歌曲，各种数字档案的压缩技术便应运而生了。

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