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圖片來源

經過近一年的沉寂之後,SONY終於在2014/10/07發表了一體機的三代傳人-PHA-3。除了下重本改用支援8聲道的ES9018 DAC晶片作為核心之外,還搭載了硬體DSEE HX機能,得以對破壞式壓縮的檔案進行補正。不過,光是這些自然不能滿足頂級玩家的胃口,因此原廠還在PHA-3身上搭載了一個終極武器-平衡輸出。究竟什麼是平衡輸出? 對於音質的影響如何? 就由本篇文章來告訴您。

 

SONY PHA三代比較

PHA系列是SONY旗下一體機產品(同時具有DAC與耳機擴大機功能)的代稱。隨著產品更迭,自然在用料與機能上有些許改變。以下列出三代產品的規格給各位比較、參考:

 

PHA-1

PHA-2

PHA-3

DAC核心

Wolfson

WM8741

TI

PCM1795

ESS

ES9018

響應頻率

10 Hz 100 kHz (AUDIO IN輸入時) 損耗率0.01 %以下 (1 kHz)

對應阻抗

8  Ohm - 600  Ohm

最大輸入

1 Vrms (AUDIO IN)

2 Vrms (AUDIO IN)

最大輸出

175 mW175 mW

(8 Ohm10%損耗)

26 mW26 mW

(300 Ohm10%損耗)

165 mW + 165 mW

(8 Ohm10% 失真)

90 mW + 90 mW

(32 Ohm1% 失真)

25 mW + 25 mW

(300 Ohm10% 失真)

平衡連接:

320 mW + 320 mW

(32 Ohm1 %失真)

一般連接:

100 mW + 100 mW

(32 Ohm1 %失真)

輸出插孔

3.5mm插孔(Phone)

3.5mm插孔(Phone)

3.5mm插孔

(Line in/out)

3.5mm插孔(Phone)

3.5mm插孔(Line in/out)

3.5mm插孔(平衡L)

3.5mm插孔(平衡R)

輸入插孔

3.5mm插孔(Line in)

標準USB(對應Apple)

Micro USB(電腦)

3.5mm插孔

(Line in/out)

標準USB(對應Apple)

Mini USB

(對應Walkman)

Micro USB(電腦)

3.5mm插孔(Line in/out)

標準USB(對應Apple)

Mini USB

(對應Walkman/XPERIA)

OPT IN(光纖傳輸)

Micro USB(電腦)

支援訊源

PCM 96kHz/24bit

PCM 192kHz/24bit

DSD 2.8MHz, 5.6MHz

PCM 384kHz/32bit

(DSEE HX補正最高至192kHz/24bit)

DSD 2.8MHz, 5.6MHz

續航力

解碼:5hrs

純擴大:10hrs

解碼:6.5hrs

純擴大:17hrs

解碼:5hrs

純擴大:28hrs

重量

220g

270g

300g

 

看上方的表格看到眼花了嗎?

簡而言之,PHA-2相對於PHA-1增加的功能為:

Line out機能

PCM解碼升級(192kHz/24bit VS 96kHz/24bit)

DSD解碼

可搭配新世代Walkman(F880系列、ZX1)使用

PHA-3相對於PHA-2增加的功能為:

PCM解碼升級(384kHz/32bit VS 192kHz/24bit)

平衡輸出(3.5mm 4極插頭*2)

OPT IN (Optical in)光纖傳輸機能

DSEE HX補正機能

至於平衡輸出是什麼? 在討論這個問題前,我們先來看看工程師在研發新品時需要面對的大難題-雜訊。

 

雜訊的來源

相信幾乎所有人在聽音樂時都有類似經驗-在曲目美妙的音符之下,細聽即可聽到沙沙的聲音,而在曲目更換間沉寂的襯托下更是明顯。程度輕微者音樂一播尚可無視,嚴重者甚至連樂曲都有毛刺感,而這,就是雜訊。

至於為何會產生雜訊呢? 以下列出幾個常見的原因:

電流供應品質差

在音響玩家的術語中,平平是電流,就有乾淨的分別。所謂的電流便是摻有多餘波動的電流(理想的直流電在示波器上是一條直線,而交流電則是條正弦波)。舉例而言,桌上型電腦的USB供電品質並不好,因為其帶有來自於電力供應商與電源供應器的雜訊。至於電池則為理想的電流來源。

導體存在雜質

若是導線中的導體存在有過多雜質,在傳輸訊號時便會產生過多的耗損,進而使接收端收到的訊號品質不佳。此外,導體不均質的結果亦會導致電阻不均,進而產生雜訊。

電磁屏蔽與接地失敗

若是各位看過優秀的DAC或音效卡,必然會發現其在處理核心附近會有金屬製的外殼(一體機則可能直接選擇金屬機身)。這些外殼除了提供保護之外,更是屏蔽外界電磁訊號(WiFi、微波爐,甚至是日光燈)干擾的大功臣。如果這些基本條件沒有做好也會導致雜訊。此外,外殼與機體本身的線路亦需要妥善接地,才可將雜訊送至最大的回收場-地球。

熱雜訊的生成

正如同拿相機與烤肉爐硬幹會造成雜訊破表一般,熱也是導致雜訊的因素之一。原因則在於電子於傳遞訊息時受到外部的能量影響,進而造成訊息傳遞失敗。

宇宙射線(無誤)

雖然講這個有點瞎,但就算受到地球保護,我們依然會接受來自宇宙的輻射能量,而這對儀器也是有影響的(雖然很小就是了…)

 

想當然耳,雜訊除了會使各位的耳朵感到不悅之外,在精密儀器上更是個大災難。因此盡可能地消除雜訊便是工程師(與音響玩家)的任務。以下則列出相對應的解決方案給各位參考:

提升電源品質

對於小功率的機體(如隨身播放器)而言,使用優秀的電池便是最佳解,至於DAC也可考慮使用USB電源分接線,讓訊號與電源分離,進而從外接電池汲取電源。至於需要插電的電器,依照要求的電源品質可使用濾波排插、電源專線(不與其他電器共用),以及來自於電池的解決方案-在線式(On line) UPS

使用優秀的導體

除了在電路板上下重本外,在導線中使用良好的材質自然也是關鍵。常見的材質種類有純銀、銅鍍銀、無氧銅(OFC)、單晶無氧銅(PCOCC)

在此順道告訴各位無氧銅純度的辨識方式-”N”

以實例說明,若一條OFC的純度為6N,代表其中含銅的純度為99.9999% (69,所以稱做6N)

目前量產品中可達到的最高純度為8N(99.999999%)

妥善接地與電磁屏蔽(EMI Shield)

接地與屏蔽的重要性方才已提過,在此便不贅述。屏蔽用的金屬外殼正式名稱為電磁干擾遮罩” (Electromagnetic Interference Shield,簡稱EMI Shield)

 

至於無所不在的熱雜訊以及未知來源的雜訊該如何處理呢? 該是平衡輸出機能登場的時候了!

 

平衡輸出的原理

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標準3.5mm耳機插頭接點定義(圖片來源)

一般我們應用的類比輸出皆為非平衡輸出,顧名思義,單聲道的組成只有訊號端接地端,如下圖中”Unbalanced System”的部分:

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非平衡與平衡輸出之原理(圖片來源)

在非平衡系統(Unbalanced System)中,不管訊號的供給端處理得再怎麼完美,傳遞路徑中產生的雜訊都會直接呈現於接收端,進而功虧一簣。

而在平衡系統(Balanced System,上圖中的下半)中,供給端發出訊號時,單聲道的組成將會分為”Hot””Cold”

“Hot”端與欲傳遞的訊號相符

“Cold”端與欲傳遞的訊號完全相反

因此,若將欲傳遞的訊號設為A,則Hot = A, Cold = -A

在傳遞過程中,兩者皆受到同樣的雜訊(設為n)干擾,因此在傳輸至接收端時:

Hot = A+n

Cold = -A+n

支援平衡輸出的接收端此時會將Cold訊號反向後與Hot相加,因此接收端得到的訊號為:

Hot + (-Cold) = Hot - Cold = (A+n) - (-A+n) = A+n+A-n = 2A

雜訊在平衡輸出的處理之下消失了!!

除了獲得消除雜訊的效果外,由於訊號在最終處理時相疊加,因此得到的能量為原本輸出的2倍。因此平衡輸出尚有大推力的優勢,而這亦可由PHA-3的規格看出(平衡連接:32 Ohm時約320 mW + 320 mW1 %失真)

 

結論

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PHA-3電路板-正面(圖片來源)

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PHA-3電路板-反面(圖片來源)

看完此篇文章後,相信各位對平衡輸出有更進一步的認識。嚴格說起來,平衡輸出並不是什麼新技術,在發燒器材界也已有不少器材導入。不過SONY這次的引進對眾人的意義依然不可小覷-正如同行動通訊是由軍事用途發展而來一般,當平衡輸出由發燒族群才知曉的名詞轉化為”PHA-3”這台能見度高的設備時,其引起的後續效應必然不同凡響。

 

本次的技術解析到此結束,感謝收看。若您有相關心得或疑問也歡迎於文末回覆、分享喔~


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