关于R2R与Delta-Sigma架构之争的一点小感受

wood333

  听了两款R2R架构解码和若干款delta-sigma（一向简称DS架构）架构解码，有一点感受，这里与大家分享一下。纯粹是我一家之言，不对也请各位大佬海涵。

     R2R架构解码胜在更具模拟味，声音跟早期模拟机时代的磁带机，黑胶走向一样，具有自然流畅宽松感，HUFI，解析，动态可能不如现代DS架构解码那样好，胜在人声比较具有感染力，情感的感染力更强烈，鲜明，很多老歌能戳中泪点，尤其不要喝了酒听老歌，酒精特别容易变成眼泪挥发，高频不一定赶得上DS架构，中频结像比DS架构要大一些，歌者的“口”要大一些，低频的宽松感比DS架构要好，但是下潜多数不如DS架构那样凝聚。由于芯片原因，R2R架构解码解DSD一般要进行转换，这个转换理论上有损耗，不过我听的这个R2R解码播放DSD是听感上比DS架构播DSD具有更好的动态，声音更硬朗一点，这个有利有弊，值得商榷。

     DS架构解码对比R2R架构解码，性能指标一般都更突出，但是由于多数芯片内置ASRC这样的电路来提升参数，导致听感多少带点数码味，被吐槽得比较多，尤其是es9018，近两年新出的DS架构解码，普遍采用FPGA做数字处理后再让DAC进行DA转换，绕开芯片自带的数字滤波电路，数码味大大减少了，就实际听感看，已经慢慢接近R2R架构解码器，但要想取代R2R还是不太现实。

  小结一下，这两种类型的解码芯片架构之争一时半会不会消停，但是就我个人感觉，以后R2R的拥护者可能慢慢会增多，因为发烧本质上是耳朵主导的活动，取悦耳朵比取悦眼睛更重要，HIFI产品既要追求性能参数，也不能不顾听感。所以我大胆预言，不久的将来，融合R2R和DS架构优点的DAC将会应运而生，给消费者更多选择。

gu1978

wwwwww426 发表于 2022-8-8 19:56
简单说一点，谬误望指正。
R2R架构就是通过电阻网络匹配特定阻值的电路来获得需要的电流。优点是结构简单 ...

说了这么多R2R好话，但还是没说为什么不管是diy还是国内 国外大厂出品的R2R解码器在播放大编制音乐 中低频段是混的，细节都没了。请多多听听再说吧。

wwwwww426

简单说一点，谬误望指正。
R2R架构就是通过电阻网络匹配特定阻值的电路来获得需要的电流。优点是结构简单，逻辑清晰。缺点是成本高昂（相对而言），且对电阻精度有极高要求，需要一定的技术手段。这就是为什么许多人说R2R有“模拟味”。实际上就是由于电阻偏差产生的糊。这种糊当然在模拟音源上也普遍存在，并且更为严重。R2R自然的听感因于它不是Δ∑，所以它不具有Δ∑的失真特征。
Δ∑你可以把它理解成只能开或者关的电路。R2R如同一只可以通过变阻器控制亮度的手电筒。Δ∑没有变阻器，只能通过不停地闪烁，控制明和暗的时间来获得亮度。对一定次数采样的“明暗”求和，解与输入的数字信号对比，决定下一次采样是“明”还是“暗”。Δ∑的成本较低，但是逻辑过于繁复，尤其是将幅度调制信号转换为密度调制信号再转换为幅度调制信号。信号左右横跳，不可避免地带来了额外的失真，这就是所谓“数码声”的元凶。数字音源平白无故背了那么多年的锅。
Δ∑虽然不像R2R对电阻有苛刻的要求，但是从原理就可以看出来，这家伙对时钟的要求很变态。44.1khz 16bit的信号，如果是R2R每秒采样44100次就够了。但是Δ∑一次采样只能表达开或关，换句话说它想表达16bit的信息，它的采样频率必须是44100的65535倍。它的电路能够支撑这样高速地开关吗？它的时钟能够支撑这样精确地开关吗？我表示怀疑。所以对于Δ∑的“高指标”，我持保留态度。
目前Δ∑依然是普遍和廉价的数模转换方案，对于大部分使用场景也足够用。但是如果是追求极致，这条路是走不通的。因为很明显，更高精度的电阻比更高精度的时钟，在技术上更容易实现。
目前大部分分立R2R在价格高昂的前提下依然没有解决电阻精度的问题。实际上这个问题在很多年前已经被1702和1704部分解决了。但是由于存量，这两种芯片已经不可能成为批量的商业化解决方案。
什么是好的Δ∑呢？听起来像R2R的Δ∑就是好的Δ∑。什么是好的R2R呢？听起来像Δ∑的R2R就是好的R2R。

New_Jerusalem

genius_xp 发表于 2022-7-5 12:02
我在网上看过芯片内部组件图，akm针对PCM和DSD走的两套电路，pcm走的多bit，dsd走的单bit，然后再走的积 ...

嗯。怪不得，AK4499模拟味浓。

New_Jerusalem

好像那个DSD滤波器是被动电路滤波器，不是芯片里的数字滤波，这一点很重要。

小伙伴惊呆了

天气很好啊 发表于 2022-6-12 10:51
我的红太上皇1702版是6000块买的。男人家的喜马拉雅芯片的量产，带动了一堆廉价的R2R解码出现。其实在这之 ...

男人那个r2r蓝牙模块，咸鱼我收到300

sailing2000

r2r用1704类的芯片就足够了是吗？

九峻山之巅

r2r的流畅感是因为对速度的还原非常准确，自然从容。DS芯片这方面是弱项，听感上就是容易急促、抢拍子，有技术达人从参数上解释说能在测试波形上看到前振铃，就是声音在不该起的时候就出现了，在不该结束的时候就结束了。这点很致命，对音乐性打击很大...

素颜去耍

天空上尉 发表于 2022-6-13 22:00
R2R多起来本质上是因为芯片荒

乐彼做r2r有先见之明，第一个分立r2r p6是在芯片荒之前就做好了的

fenk

7284 发表于 2022-7-6 07:37
那这个4499 NOS能过掉DSD filter吗？
所以那些笑话用HQ滤波的其实用芯片也还是过滤波？

DSD filter做的我估计不会是超采样（DSD本身采样率挺高了也没必要，当然升频咱们这里先不谈哈），就是切高频。具体是直接切还是多级噪声整形这个我也查不到。噪声整形还是有必要的，生鱼片如果不做冷冻处理，你说直接吃新鲜的，到时候还引虫上脑呢，蛏子你想吃最新鲜的么？那就吃一嘴沙子吧。此外芯片内部避不开滤波这种情况非常多见了，有时候可能就是拿不到原厂的隐藏资料所以没办法，所以如果HQ+芯片滤波了，真没啥可大惊小怪的。
另外你注意4499的手册，人家说了外接滤波器模式只适用于PCM，DSD你用外接对这个芯片可能确实实现起来有困难。对DSD我的看法是少处理，但绝不是不处理。当然你可以送入芯片之前处理啊，DSD和PCM之间的互转，是当年SACD标准里规定的，这是当时就设计好的，其实不是一种损失严重的转换，而且正好相反是一种复杂度很低的等价转换（想想2000年的算力）。

7284

那这个4499 NOS能过掉DSD filter吗？
所以那些笑话用HQ滤波的其实用芯片也还是过滤波？

genius_xp

fenk 发表于 2022-7-5 23:42
我仔细对照手册看了我上面截的那个框图，实际上就是一套电路。不过在DSD模式下，他绕过中间那一堆东西， ...

谢谢帮找了datasheet。ak4497应该是ak4499的一半。dsd是要滤波器的，不然噪音太大，声音不是很好，dsd就是要深度加工，所以加工痕迹很强，被磨圆润了，所以dsd需要高码率来弥补滤波损失。所以索尼后来又搞了dxd，dxd其实又回到多bit的pcm了，只是位数变高了，大部分是24bit，甚至32bit。个人觉得dxd更好听，动态范围更大，质感更强。对dsd并不是很感冒，把pcm做好就很棒了。

fenk

genius_xp 发表于 2022-7-5 12:02
我在网上看过芯片内部组件图，akm针对PCM和DSD走的两套电路，pcm走的多bit，dsd走的单bit，然后再走的积 ...

我仔细对照手册看了我上面截的那个框图，实际上就是一套电路。不过在DSD模式下，他绕过中间那一堆东西，比如音量控制甚至Delta-sigma调制等，直接进开关电阻转换器（没错4499说明书首页就说了这是一颗4通道开关电阻DAC），当然什么结构不知道所以不一定是R2R（而且大家普遍见到的那种R2R你让他处理多bit的“1bit信号”即多bit delta-sigma我看是没戏）。这个开关电阻网络在非DSD模式下，可以直接转换Delta-sigma调制好的多bit信号（你可以查下经典的MASH系统，就知道多bit的“1bit信号”长啥样子） 。而在DSD模式下，而且选择了bypass的话，DSD数据会被送入这个开关电阻网络里面（当然也可以选择DSD进入Delta-sigma调制，手册上说了他用的是三阶的）。我之所以没有说直接，是因为你需要看一下框图，实在不行直接找Datasheet来看，人家说得很清楚：DSD数据都先要过DSD filter（这是个数字滤波器，所以说白了估计你的DSD数据应该“不纯洁”了，不是你们想的那种所谓的直通模式），而这个filter至少公开的信息就两种模式：低通滤波高频的截止频率不一样。他会先过滤DSD的那些噪声，当然datasheet的最后还强调了，DSD模式下需要外接电路也有所调整，具体就是外围搭配三个电容的参数（组成一个外置的低通滤波），这一里一外一前一后的搭配，才能比较好的把1bit的那些恶心的噪声给弄的还凑合。

你说把那个数字滤波器关了？起码公开的说明书我不知道咋弄（但据说大厂确实可以PY到一些“后门”），但一个常识就是DSD这种1bit的玩意儿不做噪声整形没法听，如果不接受还不如老老实实听PCM。毕竟4499有外接数字滤波器的模式，但好像只支持PCM。


我这里直接附上地址了：https://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/AKM%20Semiconductor%20Inc.%20PDFs/AK4499_Feb2019.pdf

仙梦情真

所以解码器好的算法比架构更重要

snova

实际上R2R的转换精度，大多没有达到宣传的那个bit数

genius_xp

New_Jerusalem 发表于 2022-7-4 21:40
“ak4499也是内部两套，pcm走R2R”？这个好像没有根据吧？

我在网上看过芯片内部组件图，akm针对PCM和DSD走的两套电路，pcm走的多bit，dsd走的单bit，然后再走的积分器。可能多bit没有纯R2R那么纯粹罢了，本质还是用了积分器。

erjiniu

耳机系统更需要解码好一些，如果是音箱系统感觉就没那么重要

fenk

New_Jerusalem 发表于 2022-7-4 21:40
“ak4499也是内部两套，pcm走R2R”？这个好像没有根据吧？

自己去看下资料比啥都强，DSD和PCM是两路（DSD走哪一路是厂商在设计机器的时候决定的，而不是DSD默认就走独立通道，更不是由你选择的，除非厂商把这个选择权开放给用户），但PCM走R2R这是神马鬼？？！！

New_Jerusalem

genius_xp 发表于 2022-6-13 19:52
梅，泉都是两套线路吧，pcm走R2R，dsd走自己的DS线路。其实ak4497，ak4499也是内部两套，pcm走R2R，dsd走ds ...

“ak4499也是内部两套，pcm走R2R”？这个好像没有根据吧？

fenk

门的耳朵 发表于 2022-6-13 19:35
bricasti的M21，就是集R2R与Delta-Sigma架构一身的解码

楼主的意思不是一个机箱里做俩机器，或者一个芯片封装里有两套电路，而是像段架构那样的，比如一个解码的总输出是32位/384khz，但其内部不同的bit，甚至不同的反馈环路上，运用了不同的转换架构，最后加权整合到一起。我觉得楼主想要的是混血，即Hyper，而不是缝合怪。

虽然delta-sigma的原理运用在很多领域，但在音频领域，多年的1bit和多bit之争，随着PCM1704的落幕，其结果至今是没有争议的：都失败了！因为他们都有缺陷，他们的缺陷就是他们都太极端！一个疯狂追求采样深度一个疯狂追求采样率。想想当年采用delta-sigma的1bit阵营嘲笑这边这帮R2R的还在为配对发愁，你一个元件的误差叠加到最后简直就像雪崩一样；而这边大都用R2R的多bit阵营立刻说你们那破玩意儿不用噪声整形根本没法看，而且这么高采样率就一个bit，稍微一个小jitter，可以给你这个电平只有1个档位的信号误差拉到满（16bit信号阶梯是65536你采错一个数，可能只是2.3和2.5这样的一个差别，1bit信号就纯粹和0和1的世界非黑即白，等于说要么就是100%错，要么就100%对，这样对jitter容忍度肯定是很低的）！……总之吧，现在无论是天价的dcs，还是普通手机里用的小芯片，都还是采用当年1bit阵营喜爱的Delta-sigma，然后小修正了一下思路，多加了一些量化等级让他不止一个bit。但这些量化等级加的又不多，阶梯档位之间差距也不是太大，降低了采样率的同时，也适当抑制了一下jitter的不利影响。总算是入了主流了。

至于说当年1bit到现在的遗毒也是其巅峰，那就是DSD。相对地，多bit阵营的遗毒还好点，硬件留下来了：R2R这种东西被民间彻底玩high了。很快，如果算法普及了的话，低门槛玩R2R的越来越多。

我不介意某些人吹捧DSD，因为我现在也几乎非DSD的机器不买不看甚至不想听，但理性总能告诉你：你听这玩意儿的时候都是靠你播放器或者解码里面各种高级的噪声整形给修着呢，你把我这句话当成“百万调音师修你那个破音儿”也未尝不可。我确实有点介意有些人过分吹捧R2R：这东西太low现在都是靠前面算法撑着，我前几楼已经说过了。一个机器不能看表面，有时候那部分是仆哪部分才是主，并不印在电路板上。

fenk

zhang880 发表于 2022-6-13 20:43
R2r不能直接读取1bit数据吧，如果硬要走我记得是要转pcm的？

我这里借你的问题补充一个常识。SDM如果多bit的也不能直接转换1bit流。这个我建议你去看一下松下（实际上最早是NTT，没错就是那个NTT docomo）的MASH解码里面DAC部分（通常情况下所有SDM架构都自带一定阶次的噪声整形，这也是MASH这个名字的又来）的原理，那是一个典型的多bit SDM。说通俗一点这种Delta-sigma虽然也是频率很高的流，但量化等级不再只有1个bit，而是可能有4，5个bit能表达十几种数值（肯定和16bit的65536没法比了，但你要注意这样的采样率也相对低，比如44.1，或者现在最高了，700多khz，你再看Delta-sigma动不动上M）。技术有限的情况下，无论是单纯提高采样深度（bit）还是单纯提高采样率（Hz）都会带来不同的问题，他稍微加了几个bit就能减少一点采样率，就是一种权衡。

多bit SDM DAC都不止一个环路，你无论给他16位PCM，还是32位PCM，甚至DSD……他进去以后都会分到不同的回路重新量化（或者重新量化后分到不同环路，这要看具体设计了），而量化结果就是相当于只有几个bit但采样率极高那种信号，然后各环路的输出结果会叠加出一个比如多少级的输出（你可以形象理解为那种跟楼梯一样一级一级变化的信号，他确实就长那样，而且那玩意儿不叫数字信号。形象地说各环路的输出像粗糙的小怪物，最后合体到一块儿成一个粗糙的大怪物）。那个波形本质上不是数字的，不是PCM（记住了PCM是脉冲编码调制，这是一种格式，其0和1代表一定意义。PWM的组成也是0和1，DSD的组成也是0和1，能一样嘛？），甚至都不是0和1，但也绝不是常见的模拟波形，他就是一种中间产物（所以有人说ESS的多bit SDM实际上是DSD转PCM我他喵的实在是……还是找本Delta-sigma的书来看看吧），这种十分粗糙（都跟楼梯一样，而且还高矮长短不一，不粗糙么？你敢直接听么？）同时采样率也比平常高很多的中间产物会再次被转换为另一种东西送进DAC里面，具体对于MASH来讲，他把这种好多级的输出信号又变回类似0和1的脉冲了（把信号的变化幅度信息放平了，转成脉冲的宽度了），是一种类似PWM的信号（没错，长得很像1bit的DSD，不过别误会了，PWM信号是模拟信号，你要和DSD比，只能说长相有点像）。PWM信号就是D类放大的基础，这时候已经是模拟信号了，剩下的该咋滤波该咋放大也就不用说了。至于其他的DAC……每种架构都不一样，这一步也各有方法，这里只能举个例子了。

问题到这里，仅从表面框图上看ESS的解码，他确实没有能力直接转换1bit数据，但其多bit SDM的架构其实也不需要先转PCM，因为这种架构本来就要重构输入数据，所以1bit流可以重新量化为非PCM形式的中间产物的（被重新弄了以后，后面的流程应该就一样了，可谓无论啥山珍海味吃进肚子里殊途同归）。不需要脱了裤子放屁。这里有人问说在前置的这个数字滤波器里是能调音量的，DSD不是没法调音量？这件事我要是能回答你我应该也知道ESS的设计了，我确实不能。但知乎上看过搞数学的人说1比特流不转PCM也能编辑，从理论上讲可行，只是要注意避免重新量化带来的损失。既然如此，更何况SDM前置的这个数字滤波器就是应该是过采样重量化无所不能的，他本来就得经历这样一番折腾，既然都不考虑采样损失那就更好办了，数学上我认为总能找到一种自定义的中间格式，怎么着也比重新编码为PCM省事儿得多（就像我刚才说的，AD或者DA转换的中间产物从波形上看都是毛坯房，而PCM是可以被解读的数据封装，是精装房。你一个只是途径的信号还要借宿一段精装房，真有这个必要么）。

至于TI和AKM的一些型号为什么具有Direct DSD的能力？请仔细看他的框图，他DSD彻底单走一路，不经过多bit SDM，甚至跟Delta-sigma就没有关系——直接送入最终的开关电容网络里就可以输出。这也是源于1bit DSD的一个特性就是他可以直接被滤波器转换为模拟，但这样做，噪声等问题一大堆，所以说他怎么处理这些问题，噪声整形怎么做的，只看框图反正我是看不出来了（4497的框图里，送SCF之前有一个DSD滤波器，不过这个滤波器对DSD做了啥操作，还是可以选择根本不操作，我就不知道了。但你要想让DSD信号能听，反正一些整形的工作是必须做的）。显而易见，这样解码的话音量是无法调节的，因为数字音量调节的基础就是对原信号进行编辑处理，他这个直接进滤波器了，可以说确实是未经任何数字处理的。