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HIFI选手的音质一直是一个难以评价的话题。一是太主观,二是每个人的耳机播放设备不一样。这些差异导致了关于播放器音质的争议和困惑。如今,手机开始走HIFI音质路线,让人更加迷茫。这些手机的音质谁更好,与千元HIFI播放器相比如何?作者打算拿一篇具有一定科普性质的文章来逐一解决问题。阅读本文可能需要一定的音频知识库,请耐心观看。
| |关于ES9018K2M||
ES9018K2M应该是目前能在手机上使用的最好的芯片,因为它也是世界顶级的双通道解码芯片。当然,9018也有8通道版本的ES9018S,其DNR(动态范围)达到135db,THD+N(谐波失真)低至-120db,这是一个可怕的参数。K2M尾号的ES9018是8通道阉割版,DNR值降为127db,THD+N参数不变。
因为不同于CPU处理器芯片的开发速度,音频芯片的开发其实相当缓慢,往往很多年都没有重大的技术更新。与之前的顶级芯片如PCM1792、CS4398、AD1955相比,如今的ES9018K2M在保真度上并没有太大优势。它们的动态范围高于120db,谐波失真小于-110db。
目前市场上使用ES9018K2M的手机不算少。VIVO的X3,VIVO音乐系列的XPlay3S,魅族的MX4Pro,小米最新话题小米Note,都是使用ES9018K2M芯片的机器。
当然,必须说音频解码芯片(DAC)和CPU不一样等等。不像手机,只要用小龙801、Exynos 5430这些高端CPU,计算性能就会很好。音频芯片与前者不同,音频芯片输出信号的高保真度受到外围电路和底层系统设计的很大限制,比如底层音频流的通道、芯片的供电质量、时钟的时基抖动、放大部分的失真程度等等。换句话说,只要芯片外围电路有任何设计问题,音质失真就会大大增加,ES9018K2M带来的高保真效果也会大大降低。另外,ES9018K2M是Delta-Sigma DAC,Delta-Sigma DAC对时钟信号的质量非常敏感,线路干扰和时钟精度引起的抖动会对解码信号的质量产生很大的干扰。
上图是ESS官网提供的ES9018K2M的结构图,市面上大部分Delta-Sigma模式DAC的流程图都是类似的,如图。PCM流(原始音频流)输入后,先进行过采样滤波,将PCM流的频率上变频2倍(全版ES9018S上变频8倍),然后进行Delta-Sigma调制,将PCM波转换为量化的多位DSD波,最后进行一步积分运算,将DSD波转换为模拟信号。这个过程非常类似于D类放大的PWM波进入积分电路转换模拟信号的过程。
但值得一提的是,ES9018K2M使用了传统Delta-Sigma DAC不一定要降低失真的几种功能。第一个是ES9018K2M在进入图中32位超团队DAC模块进行调制和积分之前,专门设计了一个ASRC模块。ESS的ASRC模块基于数字锁相环(DPLL),性能很强。ASRC模块主要可以提供两个功能,一个是重采样,可以对倍频为44kHz的PCM数据流和倍频为48kHz的数据流进行变换。当没有足够的设备空或经济成本条件不允许时,只需一个倍频时钟,就可以同时实现对44/48kHz倍频的音频文件进行解码的功能。此外,这一步可以大大降低外部线路引起的抖动。如前所述,Delta-Sigma解码器非常关注时基抖动。可以说,该模块为ES9018K2M DAC芯片在手机电路主板极其恶劣的环境下高性能工作提供了非常重要的保障。
此外,ES9018K2M的Delta-Sigma调制采用M位SDM技术。也就是所谓的多位DSD(对应ES9018K2M,也就是6位DSD)。很多玩过发烧音的人可能会很困惑。DSD不应该是1位格式吗,只有0和1?ESS公司技术人员给出的解释是,解码器转换成M位SDM可以获得更高的D/A转换效率,而不损失音质。
依稀记得前几天小米Note发布的时候,特别提到一个卖点。就是小米Note用的是高性能的独立双晶体振荡器。双晶体振荡器是指使用两个能够产生不同频率的晶体振荡器,分别为倍频44/48kHz的音频文件解码提供时基信号。只要晶体振荡器的质量足够高,抖动引起的失真就可以大大降低。
于是,作者开始思考vivo在设计X5Max时是否使用了同样的设计。不幸的是,作者试图查阅很多网站的拆解图,电路板上ES9018K2M的时钟引脚连接的部分被金属盖挡住,作者看不见。所以我猜测vivo是否对X5Max使用了双晶振设计。
之前文章提到过,ES9018K2M强大的ASRC功能可以让X5Max只用一个晶振就实现双频音频文件的解码,但就是这样的非整数倍(44khz
当然,我相信vivo对于X5Max已经使用了双晶振。毕竟vivo最早提出HIFI的概念,在音频底层有着丰富的经验。只有作者要考虑评价的客观性和科学的严谨性,这样他才有上述的一些猜测。
|耳机放大器| |
这次X5Max创新性的在手机上使用了两级运放系统。事实上,这种设计在专业声卡、发烧便携式播放器和台式HIFI设备中非常常见。这次X5Max选择的两个运放是ESS的Sabre 9601K和ti的OPA1612,这两个运放都是强大的放大器件。
根据ESS给出的官方数据,Sabre 9601K的信噪比为122dB,在32欧姆的负载下,THD+N为-100dB,而在600欧姆的高负载下,THD+N进一步降低到-117dB。
从德州仪器给出的OPA1612的技术文件来看,信噪比的分贝测量参数并不是简单的陈述。但是从测试表中可以看出,它惊人的THD+N值是-136dB。另外值得一提的是,这款运算放大器的工作电压范围很宽,从2.25 V到18V,在这么宽的电压范围内都能正常工作,这也是很多手机厂商选择Ti的OPA1612作为手机上的耳机放大器的原因。
vivo官方微博给出的音频解码过程如图。vivo的解释是放大部分前端的ES9601K负责电流-电压转换,后端的OPA1612负责信号功率放大。其实这也符合HIFI发烧友在烧分体音响前后级时的传统思维:“前级出声,后级输出”。这里的“前级”指的是ES9601K,“后级”指的是OPA1612。
如果从技术角度分析,ES9601K实际上应该作为与ES9018K2M匹配的运算放大器,作为带增益的LPF(低通滤波器)。在这个环节中,ES9601K扮演两个角色。采用ES9601K作为低通滤波器,滤除20kHz以上的图像噪声和混叠噪声,ES9601K可以起到一定的电压增益作用。
可能有人会奇怪为什么不把ES9601K作为后级运算放大器。ES9601K的电流输出能力比较弱,耳机驱动实际上是电流通过耳机线圈产生磁场推动耳机振膜从而发声的模式。因此,振膜驱动是否足够实际上取决于通过耳机单元线圈的电流。所以放大器的电流输出能力其实很大程度上决定了播放器的耳机驱动力。而OPA1612的电流输出能力远远优于ES9601K,所以vivo选择将OPA1612放在后级作为缓冲,负责电流放大。最终,这种设计模式可以保证音质更加完美。
二次电源系统| |
玩过桌面音响系统的发烧友都会明白电源对声音的巨大影响。很多重量惊人的音响设备,大部分重量都来自里面的变形牛。为什么这些HIFI音频厂商更喜欢使用这种输入电压范围窄的重型变压器牛,而不是使用输入电压范围更宽的开关电源作为电源组件?那是因为开关电源可以成功完成从AC到DC的供电任务,但是开关电源输出的DC功率会有一定的电压波动,类似于“纹波”,这种纹波会作为一种噪声影响音响设备的声音,对于对声音持批评态度的HIFI发烧友来说是无法忍受的。至于变压器牛,虽然体积大,重量重,但可以有良好的线性电流输出,避免开关电源纹波带来的电源噪声,因此成为许多HIFI厂商的首选。
当然,以上题外话只是为了证明音响设备电源在HIFI圈的重要性。其实烧朋友圈里不缺花几万块钱就为了买个电源线的大神。
手机设计中,电源其实更麻烦。虽然手机采用锂电池直接DC供电,但这应该是一个优势,因为电池DC供电稳定,不会有电流纹波。但是手机锂电池3.7V的低电压不足以维持这些音响设备的正常工作。因此,在先前的体内设计中,为了使电压达到装置所需的电压水平(5.8V或更高),使用了DC/DC DC升压器。然而,由于其升压原理的限制,该升压电路与前一篇文章中提到的开关电源具有类似的缺点,这将导致升压输出电流中的纹波,这将反映在音频输出信号中,并成为噪声干扰。
然而,vivo使用的二次电源系统增加了一个额外的环节——LDO。这实际上是一个低压差线性调节器。目前市场上的小型精密仪器的电源净化主要采用低压差线性稳压器(LDO)电路,因为很多精密仪器需要干净的电源(没有纹波和噪声),以免影响仪器的正常工作。事实上,vivo在X5Max的手机设计中引入了低压差线性稳压器(LDO),以降低上一步(DC/DC DC升压)引起的电源纹波和电源噪声。这个设计意图很明显,就是为X5Max音频解码放大设备提供更好的电源,最终给用户带来更纯净的声音。
主观听觉| |
用了很多音响设备,只说耳机,从100元入门耳机到现在耳机之王SR-009。说实话,在得到X5Max之前,我对它的音质并没有太大的期待。但是X5Max拿到手的时候给了我一个很大的惊喜。
先说一般的音型。X5Max和vivo之前的调音风格相当一致。同品系的活泼清新风格。声音中的高频能量感饱满、清新、有感染力,虽然有能量感,但并不显得声音“冲”或刺耳。中频声音略带甜味,这也是之前vivo手机的特点。现在在X5Max上再一次听到vivo工程师的良苦用心,不禁赞叹。从Xplay3S和Xshot到今天的X5Max,他们的解码芯片和运放芯片都不一样。而vivo的工程师们总是将vivo的调音理念运用到手机的音质设计中,而不是让芯片发出干白的“乐器声”,这是深为敬佩的。
本次评价选择vivo Xshot、SONY ZX1、SONY ZX2、iBasso DX100、iBasso DX50作为比较对象。耳机中选择fitear Togo 334、AKG K3003、ATH MSR-7、森海塞尔HD800作为测试耳机,对X5Max的音质表现进行音质和听感的主观测试。
X5Max VS Xshot:
首先,笔者以这两位同道中人的兄弟为比较对象,其实我只是想知道vivo的HIFI 2.0到底提高了多少。在多个耳机的测试下,笔者首先能感受到最大的不同,就是X5Max耳机的驱动力比Xshot强很多。在MSR7下,Xshot的声场明显不完整,人声和乐器的成像比较粗糙。取代X5Max后,MSR7的声场明显更加开放和完整,人声和乐器的生动性增加,声场定位更加准确,这是X5Max双运放驱动力更高带来的优势。音质方面,无论是使用多哥334这样的动铁插头,还是MSR7这样的便携耳机,都能感受到X5Max的分辨率更高,而Xshot表现出更大的声音颗粒感。另外值得一提的是,与AKG K3003相比,Xshot驱动的K3003产生了严重的牙齿噪音和高频毛刺感。当然,K3003本身就是一个强调高频能量的清插头。说到vivo,也偏向中高频调谐前端,会有不兼容。但是Xshot下的K3003高频毛刺已经让人无法忍受了。当作者切换到X5Max驾驶时,K3003的高频毛刺收敛了很多,人声在Xshot下变得更饱满而不是又冷又细。虽然不可否认的是K3003和vivo调音的不兼容依然存在,但X5Max更多的乐音在一定程度上掩盖了这个缺陷,说明vivo的调音技巧更进了一步。
X5Max VS ZX1 & ampZX2
ZX1和ZX2都是索尼的旗舰玩家,而ZX2是最近才上市的新产品。索尼目前对ZX2的定价高达6999,对于普通消费者来说是可以承受的价格。可见索尼对于ZX2的定位是旗舰便携播放器。而ZX1是ZX2的前身,因为索尼在定价上一直喜欢跳水,官网积极降价。ZX1几次跳水后,中国银行获得的商品实际价格已经跌至3000年初的位置。
索尼的播放器技术很有意思,解码放大的硬件是自己的“黑技术”。为了续航,ZX1和ZX2不像X5Max那样选择现成的运算放大器放大,而是使用自己的D类放大技术,使得续航达到20小时以上(ZX2续航更高)。但是D类放大技术的放大效率虽然极高,但是面临着很大的问题,听感也不好。所以HIFI圈大部分厂商对于使用D类放大都非常谨慎。而索尼则非常自信。从早期的X1050到F885,一直在使用自己的D类放大技术。
首先,作者对ZX2和X5Max进行了比较。首先,他们的调音风格大不相同。ZX2三频在中间相对较低,高频略暗,低频更有音量感,中频人声略远。与X5Max相比,在上边,高频清晰有光泽。低频相对于ZX2是很欠缺的,但中频耳更吸引人。
在质量上,ZX2比X5Max有绝对优势。ZX2的声场更宽,深度更全。相对来说,X5Max没有这么宽的声场,乐器和人声都比较贴近耳朵。而且ZX2的声场虽然比较宽,但是声音不是空,声音密度还是可以很高的。
在声乐的演绎中,ZX2的声音要更加细腻滋润。但是X5Max的声音更清晰,所以更抢耳,高频延伸更高。所以很多用户可能更喜欢X5Max一只耳朵的音质,因为当我突然从X5Max切换到ZX2的时候,我甚至觉得ZX2很无聊。
在弦乐演奏方面,ZX2在纯乐器的质感上更加逼真,但乐器的定位感比较遥远,在X5Max下没有弦乐演奏的亲切感。X5Max弦的场景感更近,音质相对更有吸引力。但由于缺乏低频,X5Max缺乏低频俯冲和丰满度。虽然ZX2的俯冲和低频量在这方面比较好,但是ZX2总是有一个索尼自己的染色,类似于KTV里的低频呈现方式,让作者略感反感。因此,笔者认为在这方面,ZX2和X5Max并不尽如人意。
至于X5Max和ZX1的对比,由于ZX2和ZX1的音很像,笔者先描述一下这两个同龄人的区别,相信大家也能从这里猜出X5Max和ZX1在听觉上的区别。首先,ZX1和ZX2的声音趋势非常相似。虽然索尼在ZX2上使用了很多新的“黑技术”,但是整体的音响风格和处理方式并没有太大的改变。但是对比一下,还是能发现ZX1和ZX2在质量上的区别。
ZX2的乐器和人声的质感更加细腻,声场更加宽广,声场的声音密度也有所提高。一点感觉都没有空。所以ZX1和X5Max的对比,就相当于ZX2和X5Max在声强和声场减弱的情况下的对比,我觉得没必要多说了。
另外,关于插头的匹配,之前提到过X5Max和AKG K3003不兼容的问题,牙音和毛刺在一定程度上影响了听感。AKG K3003和ZX2的相位好很多。ZX2深沉内敛的高频使得K3003的中高频性能流畅柔和,中频人声的丰满度更令人满意。但是和X5Max很像的Togo 334,在ZX2中很有问题,而且频率高很无聊。整个声音都是浑浊的,而X5Max下的多哥334却能呈现出清润的中高频,非常难得。
X5Max VS DX100 & ampDX50
DX100由IBasso生产已经有一段时间了。有传言说已经停产了,但是不知道消息的真相。DX100和X5Max都是Android操作系统,都有自己独特的绕过Android硬下变频的方式。作为当年身价过5000的玩家,DX100的实力不可小觑。与作者第一张图片相比,DX100的推力远大于X5Max。毕竟这是IBasso最初的设计重点。在声音风格上,DX100没有索尼的ZX系列染色重。整体声音很直截了当,三个频率很平衡。相对于X5Max,高频不那么清晰,但低频比X5Max好很多。毕竟这是vivo的短板。在人声表现上,DX100也是口味清淡,所以在清新女声的表现上没有X5Max抓耳,比如熊木杏里、藤田麻衣子、手嶌葵等疗伤歌手,但是声场的大小和整体性都比X5Max好。
至于DX50,是iBasso非常入门级的玩家。价格只有1K出头,声音比起X5Max真的很细微。DX50的声音相对比较死,不活跃。虽然它的质量在某些方面可能高于X5Max,但作者还是更喜欢使用X5Max的音乐表现力。
X5Max+HD800
HD800是业内知名耳机,朋友圈也不缺几万个播放系统为这款耳机的大神服务。我尝试了这么极端的组合来实际测试X5Max的推力水平。X5Max推HD800还是挺让人惊讶的,不过在一些新鲜流行音乐的演绎下还是能听出来的。当然,一提到管弦乐或者摇滚,这种组合的声音就会显得很弱,整个组合都会很迷茫,听不下去。但从一个方面来看,vivo的双运放组合推力提升还是很明显的。
参数测试| |
我借了专业的音频测试仪器,测试X5Max的实际音质性能参数。Lynx Hilo是作者选择的乐器。这款ADDA售价2万多元,能胜任测试手机音质。作者测试了手中几部手机的音质,并把参数放出来供大家参考。
X5Max的RMAA测试结果如下图所示。
频率响应曲线:
噪音水平:
动态范围:
谐波失真:
当然,作者也测试了Xshot的音质参数。iPhone系列一直被认为是手机中音质之王,音质也需要用数据说话,所以笔者也对iPhone6plus iPhone5S iPhone4进行了测试。而苹果播放器测试的是iPod经典和老iPod照片。
Xshot:
iPhone6plus:
iPhone5s:
iPhone4:
iPod Classic:
iPod照片:
可见X5Max和Xshot在任何参数上都优于苹果的手机和播放器。vivo的手机动态范围更高,信噪比更高,谐波失真更低。然而,苹果的调音可能对其音质有更大的好处,但没有必要对其音质进行神话。毕竟科技一直在进步。X5Max就是这样一款靠科技进步提高音质的产品。
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