強勢來襲的數位潮流：你不可不知的 DAC（下）—《音響入門誌》

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

圖／Foundry @ Pixabay

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）。

點擊看大圖。圖／音響入門誌提供。

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。

點擊看大圖。圖／音響入門誌提供

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。