強勢來襲的數位潮流：你不可不知的 DAC（上）—《音響入門誌》

本文與  益福生醫 合作，泛科學企劃執行

昨晚，你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎？這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾，甚至在腦海中數了幾百隻羊，大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程，讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇：你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠，我們得先認識身體的一套精密防衛系統：下視丘-垂體-腎上腺軸（HPA axis） 。這套系統原本是演化給我們的禮物，讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時，能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動，腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙)，這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性，讓我們在危機中保持清醒 。

然而，現代人的「劍齒虎」不再是野獸，而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說，身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

在理想的狀態下，人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後，身體會進入「修復模式」，此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點，讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素（Melatonin）接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號，它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素（Orexin）神經元，幫助大腦順利關閉覺醒開關。

然而，當壓力介入時，這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出，長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化，使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌，更會讓食慾素在深夜裡持續活化，強迫大腦維持在「高覺醒狀態（Hyperarousal）」。 這種令人崩潰的狀態就是，明明你已經累到不行，但大腦卻像停不下來的發電機！

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升，而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸，分泌更多皮質醇來試圖消炎，高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期（REM），導致睡眠品質變得低弱又破碎，最終形成「壓力－發炎－失眠」的惡行循環。也就是說，你不是在跟睡眠上的意志力作對，而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關：PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局，科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系：腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路，這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」，而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便，更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話，直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」（Psychobiotics）。

在眾多研究菌株中，發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發，累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」（First Night Effect, FNE），也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難，俗稱認床。科學家在進行實驗時發現，補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期（NREM）的睡眠長度，且入睡更快，起床後也更容易清醒。更重要的是，不同於常見的藥物助眠手段（如抗組織胺藥物 DIPH）容易造成快速動眼期（REM）剝奪或導致睡眠破碎化，PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力，它能有效縮短入睡所需的時間，並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現，即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理（Heat-treated），轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」（Postbiotics），其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點，讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中，科學家觀察到一個耐人尋味的現象：當詢問受試者的主觀感受時，往往會遇到強大的「安慰劑效應」，無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人，主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相，讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而，客觀的生理數據（Biomarkers）卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後，實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人（84.6%）出現了夜間褪黑激素分泌增加，且壓力荷爾蒙（皮質醇）顯著下降，這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統，而不僅僅是心理安慰。

最值得關注的是，對於那些失眠指數較高（ISI ≧ 8）的族群，這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後，不僅生理標記改善，連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間，以及焦慮感也出現了顯著的進步。

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重新定義深層睡眠：構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息，而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠，關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石，始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境，到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統，並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現，身體便能更順暢地啟動睡眠開關，回歸自然的運作節律。

與其將失眠視為意志力的抗爭，不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持，每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始，為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作，泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡，乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生；但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視，那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」（IPF），其預後往往不太樂觀，確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先，我們得先破解一個迷思：肺纖維化並不是單一疾病，而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」，腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象，患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕，像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是，IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性，一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化，是兩種完全不同的概念。

肺部為何會變成「菜瓜布」？

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布？這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織，就是肺部間質組織（interstitium）的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍，包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下，肺部損傷後會啟動修復機制，並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內，這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號，導致負責修復工作的「纖維母細胞」（fibroblasts）被過度活化，進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織，最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現，這個過程之所以棘手，在於它是一個「惡性循環」，肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ，它們相互加乘，演變成難以阻斷的強大破壞力。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ，但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸，特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外，患有自體免疫疾病（如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎，）的患者，他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人，必須特別警覺。

打斷惡性循環的挑戰，為何只對抗「纖維化」還不夠？

面對這個不可逆的疾病，醫學界長年束手無策，直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥：Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺，首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而，這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望，卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看，這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題：既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊，那麼，我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略，從而更有效地打斷這個惡性循環？

找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題，科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素：磷酸二酯酶 4B（PDE4B）。

為什麼鎖定它？讓我們看看它的「雙重作用」機制：

1. 關鍵位置： PDE4B 同時存在於免疫細胞（與發炎有關）與纖維母細胞（與纖維化有關）當中。
2. 作用機制： PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP（環磷酸腺苷） 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
3. 雙重抑制： 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性，細胞內的 cAMP 就不會被分解，濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞，同時產生抗發炎與抗纖維化的雙重效應。

簡單來說，鎖定並抑制 PDE4B，就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程，有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來，全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗，我們相信，在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後，期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

最後，我們必須再次提醒，特發性肺纖維化（IPF）與漸進性肺纖維化（PPF）是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手，雖然現有的治療手段能延緩惡化，但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織，因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

文／珊迪、林彥君

編按：在上篇文章中，介紹了我們現在從電腦播放的音樂，需要經過類比訊號轉換成數位訊號的過程，將聲音以數位方式儲存下來，當我們要聽的時候再重新轉換成類比音源。這中間的轉換需要透過 DAC（數位類比轉換器）來幫忙。接下來這篇將介紹我們生活中運用到的 DAC，你知道其實電腦中的音效卡就屬於其中一種 DAC 嗎？

傳送訊號的橋樑：數位傳輸介面

在撰寫知識家之前，也曾經以為只要耳機連接喇叭或電腦就可以直接聽音樂，後來才曉得，原來多媒體喇叭都有內建擴大機來放大訊號、電腦則有音效卡（也就是 DAC）處理數位訊源，才能如此方便地播放音樂。

不過，因為非專業的電腦音效卡有一定的限制，講究音質的聆聽者常利用外接式 DAC 獲得更高品質的音樂。外接式 DAC 無論在解碼晶片、電源供應、類比放大等方面，製作和設計都比一般內建音效卡更加講究，是提升電腦音樂播放的利器。在操作上，不論是從電腦或 CD 播放器將數位訊號輸出至 DAC，均需透過「數位傳輸介面」傳輸，常見的有以下幾種：S / PDIF、USB、Firewire、AES / EBU、HDMI、乙太網路線等，其中又以「S / PDIF」及「USB」在家用音響界最為普遍，以下將簡單介紹這兩種介面的應用。

長距離傳輸 機器 vs. 機器

「S / PDIF」，全名為 Sony / Philips Digital Interconnect Format，是 Sony 和 Philips 這兩大製造業巨頭在 80 年代為家用器材所制定出來的數位訊號傳輸介面，主要應用於 CD 播放器。同軸與光纖（如下圖）所傳輸的信號都是「S / PDIF」格式，是相同種類的數位資料，只是使用的接頭形式不同而已。

而「USB」介面則是由 Intel 與 Microsoft 於 90 年代倡導發起，其開發的最初目的並不是用來傳輸數位音樂，主要應用於電腦。發表初期普及度遠不如 S / PDIF，因此早期的 DAC 多配備「S / PDIF」介面。然而近幾年，幾乎每台電腦、智慧型手機都配有 USB 介面，隨著這些電子裝置的盛行，USB 的普及度也大幅提升，甚至超越 S / PDIF 介面。再加上網路及音樂播放軟體的發達，只要透過電腦便可輕鬆聆聽自己喜愛的音樂，電腦、手機等裝置逐漸取代實體 CD，成為主流的聆聽方式。

以 USB 作為傳輸介面的「USB DAC」也乘著這股風潮一躍而起，透過電腦已有的插槽取代內建的音效設備，輕鬆提升聆賞品質。

短距離傳輸 晶片vs. 晶片

前述提及的 S / PDIF 與 USB 都是屬於「機器」與「機器」之間的數位訊號傳輸介面，適用於長距離的傳輸，但 S / PDIF 與 USB 格式的訊號均無法直接傳送到 DAC 晶片，必須先把訊號轉換成 DAC 晶片看得懂的「I²S（Inter-IC Sound）」格式，才有辦法做數位與類比的轉換。

「I²S」是「晶片」與「晶片」之間傳輸數位訊號的介面標準，適用於短距離的傳輸。因此，一台 DAC 中除了有 DAC 晶片以外，還必須有對應的 S / PDIF 接收晶片或 USB 接收晶片，將訊號轉換成 I²S 後，再傳輸至 DAC 晶片做處理（如下圖）。

USB 接收晶片的品質好壞對訊號音質影響很大，價差可差至百倍，一個好的 USB 接收晶片是音質優異的 USB DAC 的基礎。

同步與非同步

不論是「機器」或「晶片」間的資料傳輸，發送端與接收端都必須要協調彼此間的步伐，接收與發送速度的一致性，是「資料能否如實傳遞」的關鍵。讓兩端同步發送與接收最簡單的解決方式，就是發送端把資料（Data）與時脈（Clock）同時傳給接收端，告知接收端發送的頻率是多少，接收端即依照此時脈的頻率接收資料。如剛剛圖片所示，S / PDIF 會將 Clock 編碼進 Data 裡一起傳送，I²S 則可同時分別傳送 Clock 與 Data，這兩者都稱為「同步模式」。

而 USB 介面當初設計時只能單獨傳輸 Data，無法同步傳輸 Clock，因此發送端與接收端須有各自的 Clock，兩端各依照自己的 Clock 工作，稱為「非同步模式」。試想，USB DAC（接收端）與電腦（發送端）要如何在各自有自己的 Clock 的情形下一起工作，而不會步伐不一致出現錯誤呢？

以下進一步來了解 USB DAC 的傳輸模式。

傳送資料，默契很重要：USB DAC 的三種傳輸模式

想像棒球場上，投手與捕手之間要培養默契，傳遞訊號就像是投手（發送端，電腦）與捕手（接收端，USB DAC）之間的丟接球，為了維持兩者之間的工作順暢，USBAudio 與電腦間協定出三種傳輸模式：自由傳輸模式（Synchronous）、改良的自由傳輸模式（Self Adaptive）與迴授式傳輸模式（Asynchronous）。

這三種模式，也常被稱為同步模式、自適應模式與非同步模式，但在此所指的同步、非同步與上一段提及的同步模式（同時傳送 Data 與 Clock）是完全不一樣的東西，為了避免混淆，以下以全名稱之，並詳細說明這三種模式的差異。

自由傳輸模式（Synchronous）

此模式就像投手與捕手矇住眼睛、耳朵，並在投捕手之間架一座供球傳輸的軌道，雙方約定好開始的時間點以及傳、接球的速率，各自根據自己的時鐘默數節奏，依照「默契」傳球。這種模式的設計最為簡單，但如果兩者的時鐘快慢不一致，一段時間之後，便可能產生傳的太快導致漏接、或是因為傳的太慢而發生撲空的問題。對於音質要求不高的USB 喇叭，所使用的便是此類模式的產品。

改良的自由傳輸模式（Self Adaptive）

各項條件與自由傳輸模式相同，不同的是換了個會自動調整接球頻率的捕手。投手依然遵照約定，按照自己默數的節奏丟球；但捕手在接球時多了點訣竅，如果漏接了球，便隨時微調自己的接球頻率。然而，捕手並不是每次都可以猜中投手的投球節奏，不停調整接球頻率的結果，有時反而會弄巧成拙。

迴授式傳輸模式（Asynchronous）

此模式也稱為「非同步傳輸」。投手、捕手依舊矇著眼，但不同的是投手張了耳、捕手開了口。捕手一邊接球、一邊
開口數拍子；投手聽到捕手唸的拍子，修正自己的節奏再投球出去。理論上這是最好的方式，如果還能給捕手再配個名錶( 優質的振盪器、甚至是原子鐘)，正是我們所期待的正確傳輸資料、低失真的理想狀態。

電腦扮演的角色就像投手，在迴授式傳輸模式下，不但要尋找一個會開口數拍子的捕手（USB DAC），也要確定自己的電腦聽得懂拍子。然而，並非每台電腦的作業系統都會聽拍子，此時只能仰賴工程師在軟體上另闢出路，自行開發DAC 專屬的驅動程式，協助您打開投手的耳朵。由於作業系統版本眾多，與其他應用程式間的相容性也是一大問題，「迴授式傳輸模式（Asynchronous）」產品架構複雜，軟體開發成本高，因此多使用於高階的產品。

USB DAC 的優點與限制

USB DAC 作為時下最流行的數位類比轉換器，自然有它的道理，除了幾乎每台電腦與手機皆有配備 USB 介面以外，有別於其他傳輸介面，USB 介面不僅可以傳輸訊號，本身還帶有電源供應匯流排，攜帶式的 USB DAC 不需外接電源供應器，可由電腦主機直接供電，小巧輕便易攜帶。此外，USB 的高傳輸頻寬可輕鬆傳輸母帶規格的高解析音樂檔案，滿足發燒友的需求。

儘管 USB DAC 使用極為便利，想利用「USB DAC」得到 Hi-end 品質的音響效果，仍是一條辛苦的道路，這點需要回頭討論電腦的整體作業系統問題。現代人使用電腦時，常「多工」處理諸多事項，一邊播放高解析度音樂，一邊玩線上遊戲，社群軟體又不時地發出「叮咚」的提示音，多重音源卻只有一個聲音輸出通道，勢必要對三個不同取樣率的音源進行「混音」的工作。

由於不同取樣率的音源無法直接混音，想在電腦上作「混音處理」，就必須對不同的音源做取樣率轉換（SRC, sampling rate conversion）。SRC 在音樂的編輯後製中經常可見，不過一般的電腦作業系統著重在資料運算能力，而非發燒友所追求音質至上的音頻處理，使用一般作業系統的 SRC，勢必會影響音質。此外，自動電平／音量匹配（automatic level matching）也會影響音頻訊號的處理，必須使用專用的音頻播放軟體及專屬驅動程式解決此問題，由於內容複雜，不在此贅述。

該如何改善電腦播放品質呢？

由以上的多方分析可知，若選擇以電腦作為訊源，想要追求更好的聆聽品質，就必須在電腦的軟硬體系統多下點功夫。有些講究音質的人會另組播放音樂專用的電腦，從避震處理、雜訊隔離到線材、電源、作業系統等都仔細琢磨，降低每一個環節的干擾，追求更高品質的享受。

然而，並不是每個人都是電腦工程師，可同時精通電腦的軟硬體系統，現在市面上已有販售專門播放數位音訊的電腦，稱為「音樂伺服器」，不過其成本高昂，售價非一般人負擔得起。如果不是電腦高手，又不想花大錢，其實買一部普通的電腦專門用來聽音樂也不失為一種解決辦法。只要簡化一下電腦的功能，再外接優質的 USB DAC，一樣可以花小錢享受聽音樂的樂趣。

本文摘自《音響入門誌》vol. 3：DAC 篇。