揭开NOS DAC神秘面纱 充分发挥应有威力(超长)

小鬼头

《揭开NOS DAC神秘面纱 充分发挥应有威力》

——可能是史上最长的原创单篇音响技术帖子，嘿嘿

    NOS DAC意为非超取样(Non Over-Sampling)的解码器，即无数字滤波的解码器。结构上，这种解码器省去数字滤波器芯片，减少了器件数量，大大降低了制作成本和制作难度，而且由于具有天然的Jitter免疫优势（见下面楠亮平的解释），从而减轻了对PCB布局走线及其它细节的要求，很容易就能获得自然真实的声底和良好的声音品质。因此，近几年得到了大量外国音响DIY友的喜爱，在国外著名的DIYAudio论坛上也成为DAC制作的主流。

    事实上，NOS DAC并非什么新技术，在CD发展的初期就已使用，属于一种被时代主流淘汰的技术。但NOS DAC近年却在音响DIY界重新崛起，甚至在HI-END音响界也有所建树。有关情况就不多述，可参见我一年前率先在国内DIY论坛介绍NOS DAC的老帖子《再综合介绍一下NON-OS方式的TDA1543解码器》：

http://www.hifidiy.net/dispbbs.a ... mp;ID=55&skin=0

一、NOS DAC的优势

（一）NOS与OS

    NOS DAC通常工作于CD的标准格式即一倍取样频率（Fs=44.1KHZ）、16bit之下，“原汁原味”，呵呵。但CD机推出不长时间后，这种“原始”技术被主流所抛弃。那个时候，更优异的性能指标、标榜4X（4倍）、8X（8倍）等超取样（OS）CD机占领了市场，并延续至今。NOS技术生存的时间有多长，本人没有能力和条件去弄清楚，但从当前流入的洋垃圾CD机中看，存在的时间应该是很短的。

   为什么OS技术迅速取代NOS技术呢？就此问题，前段时间我特意查阅了手头上所有的国内资料和一些英文信息，虽然只有片言只语，但发现在谈及CD机超取样的好处时，无一不是述说：使用超取样技术后，可以大大降低D/A转换后的低通滤波器（LPF）制作难度。除此之外，未发现有更多的其它说法。就此看来，NOS技术被OS技术取代，最明显的是减低了厂家的生产成本。。。。有点象菲利浦CDM摇臂机芯的消亡、PCM63的停产。。。。呵呵

（二）NOS在理论上的优势

   为什么NOS技术今天又在DIY界中复兴呢？除了制作、听感的因素外，当中必有缘由。在整理这篇文章之时，我特意重翻了一下手头的资料。突然发现楠亮平有关述说NOS DAC原理的文章我现在能看明白一些，哈：

http://www.sakurasystems.com/articles/Kusunoki.html

    这是挂在HI-END厂家47 LAB公司网页上的英文稿，摘译自楠亮平发表于1996年11月至1997年12月期间的日本《无线与实验》即MJ杂志的三篇制作TDA1543 NOS DAC文章。

  MJ这三篇原版文章我都看过，但不认识里面的日文、只认识里面的汉字。。。。5555。这三篇DAC制作的线路原理图见本人此帖子：
http://www.hifidiy.net/dispbbs.asp?boardID=2&ID=11490&replyID=112254&skin=0

    这是我复印保存下来的楠亮平第一台作为参赛作品的4块并联TDA43 NOS DAC一文首页资料：

揭开NOS DAC神秘面纱 充分发挥应有威力(超长)

   现在根据英文稿，将楠亮平所述NOS DAC在原理上的优势摘要简述如下，希望没译错：

1、NOS比OS具有更强的Jitter免疫力

   以声音的能量（幅值*时间）来考察NOS的16bit非超取样与OS的20bit 8X超取样的情形，示意图如下：

揭开NOS DAC神秘面纱 充分发挥应有威力(超长)

揭开NOS DAC神秘面纱 充分发挥应有威力(超长)

    计算得到，出现1/2 LSB差错时，NOS允许的JITTER是173PS,OS允许的JITTER是1.35PS，因此，NOS比OS具有Jitter免疫力上的优势。与此同时，这个1.35PS是一个超高的Jitter要求，事实上是不能在实际中实现，因此，指标要大打折扣。也就是说，并不能获得理论上的精度。

2、OS在插值运算上不可避免出现差错

    最常见的FIR数字滤波原理见下图

揭开NOS DAC神秘面纱 充分发挥应有威力(超长)

    它是将原有的数据移位并覆盖，当乘以一个系数去覆盖原有数据时，这里会在16bit以下出现新的信息，并且为了覆盖这个更好的信息，需要使用更高bit来处理。例如，高性能的数字滤波芯片SM5842，这个处理是由32bit进行，以20bit作滤波器输出，在这个重新量化过程中，产生了更多的差错。最近，这个问题通过滤波器与8倍超取样同时进行而得到解决，但即便是这样，仍无法避免差错的出现。

如果把这些差错计算在内，NOS的16bit比8倍OS的20bit的精度要高。

3、使用数字滤波器会出现“音束的扩散”而造成重放声音发散不真实

   注：“音束的扩散”是楠亮平原用语，日本译者译为diffusion of sound coherence，即相干声音扩散

   FIR数字滤波器结构示意图如下：

揭开NOS DAC神秘面纱 充分发挥应有威力(超长)

    图中的T代表一个取样时间间隔，a代表乘法系数，+代表加法器，n为抽头的数量。n越大，滤波器的“性能”就越高。
    楠亮平在分析时，很形象生动地用喇叭阵来打比方，指出使用数字滤波器在声音最后重放环节所存在的问题。他画出一个图，可惜47 LAB公司这个网页中从去年我第一次浏览至今一直未能正常显示。他这个

hohoho

高！高！高啊！

lznj

万健

有机会请斑竹们来，开坛讲法，本地功放也就是YAMAHA，安桥，马兰司，还有用皇冠专业功放的，价格就5000元左右，我的PASS-M作好后搬到这些朋友们家斗机，他们到最后都不约而同拿出了“拯救大兵”的碟，和我的30W比炮声挽回一点颜面，哈哈。

万健

已将本地发烧友的CD机和解码器斩于马下，主要是山中无老虎，都是马兰司和松下的低档机，解码器也就一种以前贴过，现在感到不满意的是声音密度还差一点。

xmlhifi

还是要设计出线性相位延迟的LPF啊！

万健

再推1543时，钳版答应让我试装一台，和我现在的比一下，看有些什么变化？期待

小鬼头

以下是引用万健在2005-6-26 18:28:00的发言：
高低音相位差180度要反接，这个中周式滤波20K相移270度可能正好又转回来了，可是高音的相移不都是一样，鬼版还是要考虑一下。

你现在再看一看前面我转的 K 。Y 。 WANG所说，然后再思考。。。。[em08]

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这里，转一段K Y WANG的解释，或许能帮助我们理解时延问题：
http://www.diyaudio.com/forums/showthread.php?s=&threadid=43237&highlight=

quote:
Originally posted by rfbrw
Be aware that if you connect the PCM56 in this manner you will have a delay between the dacs. It will be like the early CD players that only had one dac.  

And be also aware that the delay will be 22.7uS. In that time sound travels approximatly 7.8mm. So if you wish to avoid the delay simply position your head such that the speaker which receives the non-delayed signal is 7.8mm further away from your head than the other speaker.


这里面所说的，也是一般人未意识到的NOS DAC左右声道到达人耳的时间不一致的问题。K Y Wang解释是（意译）：这个左右声道时间不一致，相差为 22.7uS，在这段时间里声音大约传送了7.8mm，那么，你只要把你的头向发声滞后的那个喇叭靠近7.8mm,就足以解决问题。
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你说“高低音相位差180度要反接”、“这个中周式滤波20K相移270度可能正好又转回来了，可是高音的相移不都是一样”，说明你割裂了开来判断相移问题。

我从K Y WANG所说出发， 打个比方或许你更好理解相移/延时：

20KHZ信号的周期为50US，也就是说相移滞后360度，等于延时了50US（我们这个三中周的在20KHZ处的相移/延时大概也是这个数）。

假设我们这个滤波器做得足够好，那个整个音频带每一频点的所有信号，延时都是一样的，那个延时曲线图里是平直的（——这等于做到了线性相移，即此音频带内相位失真为零）。

那么，插入这个滤波器得到的效果是：每一个频点（100HZ、1KHZ、10KZ、20HZ等等所有频点）的信号，即从喇叭发出来的所有声音，到达你耳朵的时间会比“原来”（即没有使用滤波器时）晚50US。。。。换言之，你的头向前移动17mm，就收取到没有滤波器时的效果。。。。你说会影响音质吗？！

既然不影响音质，那么你再算一下，要全部延时50US这一点，需要整个频带内各个频点全部要配合（！），即相移都要按特定的变化。。。。比如，10KHZ的信号就需移动180度，1KHZ要移动18度，100HZ要移动1。8度。。。。而你说那个把高音喇叭反接，是把某一段的相移全乱了，能得到好音质吗？

电脑杀手

音乐虫子

janorwa

大家翻翻以前我的帖子　我做过一个椭圆函数滤波器并给了很多测试数据和图片　

我做的是５阶　相依超过３６０度

至于群延迟　呵呵　当然也是有办法解决的　以后我会推出一个更加完善和个方面都改进的版本

至于鬼版的　滤波器　主要还有群延迟和插入损耗　等问题　以后会给大家一个比较完善的解决方案的

万健

高低音相位差180度要反接，这个中周式滤波20K相移270度可能正好又转回来了，可是高音的相移不都是一样，鬼版还是要考虑一下。

乱试佳人

对于这种专心研究的精神,真是值得肯定!!!!
不得不顶

小鬼头

以下是引用万健在2005-6-25 19:21:00的发言：
不过我对相移太多有点担心，做音箱时你把高音反接和不反接声音差很远啊！

你倒是提醒了我。。。。

凡是多路分频喇叭系统（普通分频线路）的相移/群延时特性，比这个陡峭滤波器差多了。。。[em02][em02]

我见过唯一在分频线路中作延时（相移）补偿的是上次我们坛网友转过的Linkwitz（应该是一位专家，有一种滤波器就以他名字命名）有源分频线路。。。。。

http://www.linkwitzlab.com/builtown.htm

他在线路中使用了全通滤波器（All-Pass Filter）进行补偿。。。。。我们的陡峭LPF也可用这种技术对通带内的延时进行补偿（不可能兼顾通带外），但大大增加线路的复杂性。。。LC做全通滤波器方面还没找到资料[em12][em12]。。。。现在想到喇叭系统这方面这么差，进行延时补偿的动力就更小[em11]

这是运放做的一阶全通滤波器原理图。。。


这是它复杂的有源分频线路。。。高音输出处作了200US补偿
http://www.linkwitzlab.com/xo_eq.htm

yq777

强!

沙冰

小鬼头

以下是引用万健在2005-6-26 8:42:00的发言：
所谓的中周滤波是不是做了22K，44K，88K的陷波

晕倒～～～～～～～～～[em12]

＂中周＂这个词我用在这里，只不过是方便叙述．我文中已说了,NOS DAC无需什么陷波器,就已对44.1K，88.2K作了“超级”陷波.

一中周的线路我已贴了出来,但那个电感不可仿.你有条件的话,找本滤波器书,可以自己按图表简单计算一下,就能设计一个椭圆函数滤波器(也有称考尔---契比雪夫).上次我就是这样做的,它有5个极点、两个零点,取得与一中周一样的效果.

两中周的线路我准备用于TDA1543中,已设计好了整个模拟部分,相当简洁.正待钳子订制的三中周与两中周都通用的专门电感到位，作新一轮试验

由于两中周、三中周线路是准备用于论坛的套件，所以他们的电感数据现不打算公开。线路图则会在适当时候公开

binghe

不怎么明白,大学里对学的不好.但收藏了.顶顶

zhudong

[em05]