Varèse技術講解

dCS Ring DAC™ 的音質利用獨家專利技術實現極低的失真，即使在低訊號電平下也是如此，超出了大多數其他 DAC 的範圍。

「Varèse」系統的設計初始是為了進一步提高 DAC 性能為目標，結果卻創造出一種全新的 DAC 架構，從 Vivaldi 為代表的突破性的第三代旗艦系列向前邁進，這標誌著 dCS 製造音訊產品歷史上 Ring DAC 實作的最大轉變，由此產生了新的 dCS 專有技術，讓全新的Ring DAC 以全新的方式來運行。

Varèse Mono DAC 與 Differential  DAC

在第三代 Ring DAC（包括 APEX ）中，Ring DAC 由 96 個電流源組成（左聲道 48 個，右聲道 48 個），每個電流源產生相同量的電壓並進行操作以將這些電流源中包含的組件誤差（電阻公差）分配為隨機噪聲。 在Varèse Mono DAC 內的單一 Ring DAC 板上總共放置了 96 個電流源，且板上的左右聲道是分開的。

在 Varèse 中，左右聲道被分離為單聲道 DAC，每個音訊聲道都有一個專用的 DAC 。這使得 dCS 自身技術以及整體工程取得了重大突破。

Varèse Mono DAC 每個音訊通道有 96 個電流源，是第三代產品的兩倍。這些電流源同步到 5.644MHz 或 6.144MHz 的 5 位元 PCM 訊號。 （取決於來源內容的取樣率）

Varèse Ring DAC 採用差動式(Differential) 架構運作， Ring DAC 板上的 96 個電流源分為兩組，每組 48 個，一組以正向再現音樂訊號，第二組 48 個電流源以反相再現訊號。這兩組電流源的輸出是不同的，反相電流源與正相電流源相位反轉後相加，這種差動方式的 Ring DAC 比已經非常優秀的第三代 Ring DAC 帶來了許多性能上的進步。

1. 平衡參考電源中的電流：參考電源是提供給電流源的電壓，其電壓乘以任何開啟的電流源。Ring DAC　的正極側為高壓，負極側為低壓，這意味著參考的功耗與訊號無關，因為兩個電流源的行為互補，這消除了 Ring DAC 內部發生二次諧波產生的機制，從而提高低失真性能。

2. 改進了 Ring DAC 中的二次諧波：Mapper 演算法決定 Ring DAC 中的哪些電流源針對特定數位音訊樣本開啟和關閉，這會導致電流源在正半週和負半週期間產生不同量的開關雜訊（正半週和負半週分別表示 Ring DAC 在輸出端再現正電壓或負電壓的時候）。兩個反相上的差動均衡了訊號兩個半週期的不對稱性，從而實現了更線性的性能。

3. 透過使每個求和節點的偏移相等：它消除了對明確的直流偏移補償的需要，同時提高了求和/濾波電路的對稱性。 目前的 dCS DAC 採用多個電路板來執行 D/A 轉換的過程，而 Varèse Mono DAC 採用一體化電路板來執行所有處理和類比功能，這改進了設計的許多層面，並提高了 Varèse Mono DAC 性能一致性。一體化電路板是我們在 Lina DAC 上所採用的技術，我們決定將其應用於 Varèse，因為我們發現它可以提高產品性能的一致性。

透過差動式(Differential) Ring DAC 配置來創造雙單聲道 DAC，Varèse Mono DAC 能夠將原本就極低失真的音質提升到一個全新的性能水平，同時進一步將本底噪訊降低 3dB。 APEX Ring DAC 已經處於數位到類比轉換技術的領導地位，但有了 Varèse Differential Ring DAC，我們可以自豪地說，與其他 DAC 相比，dCS 在規格和音質方面的優勢更加明顯。

強化電源系統

Ring DAC 被定義為「乘法 DAC」，它將輸入到所有電流源的參考電壓乘以代碼（透過 Mapper 輸入的數位音訊樣本）。如果提供給電流源的參考電壓與完全乾淨的直流電壓不同（例如，如果參考電壓有干擾），則該干擾或變化將在輸出端乘以當時接通的電流源的數量。這意味著 DAC 內部的參考電壓對於系統性能至關重要，重要的是，無論電源設計得多好，它都無法完全隔離其供電電路的影響。但是，對於清晰透明的 Ring DAC 來說，細節對於音樂的再現至關重要。

在現有的 dCS DAC（即立體聲Ring DAC 配置）中，左右聲道電流源幾乎同時再現不同的訊號（單聲道錄音，其中左右聲道相同，幾乎是唯一的例外）。這意味著，當比較左右聲道中的電流源時，在不同時間打開和關閉的電流源數量不同，當電流源開啟和關閉時，參考電壓的阻抗會發生變化，並會對參考電壓產生漣波效應。

前面提到的電源開啟和關閉所引起的參考電源阻抗變化所引起的電源漣波效應會通過所有主動電流源倍增，並影響系統的音質。 APEX 透過降低將參考電源饋送到 Ring DAC 電流源的訊號路徑的阻抗來改善這一點，使得系統能夠更有效地抵抗電流源和參考電源切換之間的相互作用影響。

在「Varèse 差動式 Ring DAC」設計中，正相和反相電流源的行為彼此相同（就訊號而言），因為兩組電流源都在重現相同的音樂訊號，只是一組中的相位被反轉了。此外，如上所述，每個單聲道 DAC 內部的兩組電流源重現相同的訊號，但相位相反，使得兩組之間的參考電壓波動相等，這意味著對於像 Ring DAC 這樣的乘法 DAC 來說，對音樂性能至關重要的參考電壓就能非常穩定地運行。

與目前的 dCS 產品相比，Varèse 系統的硬體得到重大的改進。

– Rossini 和 Vivaldi DAC 具有兩個主變壓器，這意味著 DAC 的每個類比和數位元件的電源由單獨的變壓器提供，從而提高了 DAC 的聲音性能。 Varèse Mono DAC 也有兩個變壓器，但每個變壓器都針對類比或數位電源進行了最佳化，從而提高了單聲道 DAC 的類比和數位性能。

– 電源次級電路採用全新設計的變壓器，減少了變壓器鐵芯的磁變異，降低了變壓器產生的機械噪訊。

– 電源調節器採用不同的拓撲結構，並透過電源管理IC實現電源排序，對電源啟動和關閉提供嚴格且高水準的控制。

– 平衡輸出級的類比電源提供了額外的調節，進一步降低了輸出端的共模雜訊並有助於提高類比性能並降低輸出阻抗。

傳輸

在理想的音樂系統中，每個器材都能夠與系統中的其他組件“傳輸溝通”，並在每個器材之間發送重要的訊息和命令。在 Vivaldi 中，這是透過兩種主要機制實現的：連接 DAC 和轉盤到升頻器的 RS232 連接線，以及雙 AES 連接，利用 RS232 連接，將內建於雙 AES 連接中的命令從 DAC 發送到升頻器，也從轉盤發送到升頻器，Vivaldi 系統可以無縫控制每件器材的設定、音量控制、輸入來源變更等。音訊訊號透過雙 AES 連線同步發送。

為了實現極致的音質，Varèse 配備了由 dCS 開發的專有 dCS 端子，讓使用者可以無縫控制整個系統。

這個介面被稱為「ACTUS（音訊控制和時脈系統）」。 「ACTUS」 由 dCS 專用硬體和軟體結合而成，每台機器（核心、使用者介面、時鐘、單聲道 DAC）僅透過一條ACTUS線材來連接。此介面包括非同步和糾錯數位音訊、控制訊號和主時脈訊號（透過專利的 Tomix 時脈技術傳輸）。

「Varèse Core」 是系統的樞紐，整套系統透過「ACTUS 線材」連接。 ACTUS 和 Varèse 裝置上使用的端子是由 dCS 定制的，此端子只能以一種方式插入。這意味著 Varèse 使用者介面和 Core 之間以及 Core 和單聲道 DAC 之間可以共用同一條 ACTUS 線材，這使得使用 ACTUS 線材設置 Varèse 系統變得非常容易。 「ACTUS 介面」的唯一要求是「Varèse 主時鐘」必須連接到「Varèse 核心」的「ACTUS 插座（標記為時鐘）」。

ACTUS 由六對銅線組成，每對都有各自的功能：

– 一對雙絞線承載著 44.1kHz Tomix 訊號。

– 一條雙絞線承載 48kHz Tomix 訊號

– 四條雙絞線構成 IP（網際網路協定）連結。

IP 連結將 Varèse 的每台機器連接至 Varèse 核心，此 連結可讓您完全控制系統。它允許瀏覽資訊、配置變更和在機器之間無縫傳輸，而無需 RS232 等額外的控制介面。

這種等級的控制對於追蹤系統中的連接異常也非常有用，因為系統可以智慧地通知用戶，例如，左單聲道 DAC 是否不正確，或者時鐘是否連接到核心上的錯誤 ACTUS 連接埠等。

IP 連結也負責在 Varèse 之間傳輸音樂訊號，ACTUS 不使用 AES3 或 S/PDIF 等非同步接口，而是利用 IP 透過非同步糾錯接口傳輸音訊。請注意，ACTUS 不使用現有的行業標準來透過 IP 傳輸音頻，例如 AES67。 （這將在後面的 TOMIX 部分中解釋）

Varèse Core 和 Mono DAC

在 dCS 旗艦系統中，通常會有一台獨立升頻器，可執行升頻過程所需的大部分數位轉換、濾波和 DSP，這是因為我們從提供專業設備的經驗中了解到，將大部分的處理工作轉移到獨立於 DAC 外的機器可以顯著提高性能，我們已經在音響設備中反映了這一點。

處理大部分元素的任務由 Varèse Core 負責，將 DAC 與大部分數位工作負載隔離。這能使 DAC 內部的 FPGA 需要做的工作更少，因為需要執行的操作更少。這意味著電源供應器上的耗電更少，從而實現更好的單聲道 DAC 性能。

Varèse Core 將傳入的 PCM 來源升頻取樣至 705.6kS/s 或 768kS/s，並對訊號進行數位濾波以消除奈奎斯特影像。在播放PCM來源時，使用者也可以選擇DSD模式，此模式將此訊號轉換為 DSD（從標準 DSD/64 至 DSD/512）。此升頻和濾波後的數位訊號透過 ACTUS 傳輸到單聲道 DAC，在那裡它被調變為 5 位元 – 6MHz 訊號並饋送至Ring DAC。

透過從 Varèse Mono DAC 中移除更多的 DSP 運行，轉而由 Varèse Core 本身進行處理，Varèse Mono DAC 的工作量減少了，其性能也得到了進一步增強。

單聲道 DAC 的時鐘鎖定

運行單聲道 DAC 在時鐘方面有了相當困難的挑戰。在配備立體聲 DAC 的傳統數位系統中，DAC 內部有一個產生時脈訊號的電路，此時脈訊號同時發送到左右 DAC 通道，使兩個通道同時將數位音訊樣本同時轉換為類比電壓。但是，當作為單聲道 DAC 運作時，DAC 的所有電路都會分為左聲道和右聲道。每個都有各自的任務要處理，包括電源、DAC 電路，以及最重要的時脈電路。

單聲道 DAC 需要兩台 DAC 同時轉換相同的音訊樣本，如果 DAC 在不同時間轉換不同的左右聲道樣本，則左右聲道之間就會出現時間延遲，從而導致音訊品質明顯下降。為了確保樣本同時轉換，您需要確保兩個 DAC 的時脈訊號的上升沿（組成時脈訊號的方波變化，其中電壓從低狀態（如 0V）變為高狀態（如 5V））在左右 DAC 之間在時間上對齊。

但僅此還不夠。即使跨越左右 DAC 的兩個時脈訊號的上升沿完全對齊，也有可能出現左 DAC 比右 DAC 提前一個樣本運行的情況。在這種情況下，DAC 會同時轉換樣本，但不是相同的樣本，同樣，這也會降低系統的音質。因此，兩個 DAC 的時脈必須緊密匹配，以便兩個時脈同時產生上升沿，並利用該同步時脈訊號轉換相同的音訊樣本。

音訊產業現在已經有了解決這個問題的解決方案。首先，您可以利用傳統的 AES/SPDIF 訊號來同步設備，但這種訊號沒有足夠的頻寬來按照 Varèse 所需的方式運作。

AES67 提供了另一種選擇，它具有必要的頻寬並解決了左右 DAC 同步的問題，但問題是AES67需要時間伺服器，並且介面從網路時脈重建時鐘。因此，此時脈訊號永遠不會像本地實體時脈設備產生的訊號（例如使用 DAC 內部的音訊速率石英晶體振盪器產生的訊號）那麼好。

這個問題決定了 dCS 需要開發一種新的方法來緊密同步兩個獨立產品的時脈。同時，需要利用每台 DAC 內部的高品質 VCXO 時脈電路來控制每個 Ring DAC 電路，以最大限度地提高系統效能。

dCS 提出的解決方案稱為「Tomix」。

Tomix

「Tomix」 是 dCS 為解決 Varèse 系統中使用的單聲道 DAC 的時鐘同步問題而開發的專利解決方案。在這裡，Varèse Core 的作用與傳統音響系統中的主時鐘非常相似，它確保 DAC 的時脈以相同的平均速率運行，並向與之同步的兩台單聲道 DAC 提供時脈訊號。然而，僅靠這一點並不能解決同步D/A轉換的問題。

Core 是 Varèse 系統的樞紐；所有音訊和時脈訊號始終通過它，無論其來源、系統配置或設定如何。在 ACTUS  將樣本傳送到 DAC 之前，Core 會為通過它的每個音訊樣本添加一個時間戳記。

當樣本到達 DAC 時，DAC 的 FPGA 中會出現一個時間戳記，DAC 會準確地知道樣本的發送時間，但它還需要準確地知道現在的時間，以便能夠在正確的時間將樣本轉換為類比訊號。

這就是 Tomix 的作用所在。如前所述，僅僅對齊 Core 提供給 DAC 的時脈訊號的上升沿是不夠的； 兩台DAC 還必須使用相同的上升沿。為了實現這一點，「Tomix」是為了確保時間確定性，這意味著時脈訊號本身帶有時間戳記，而該時間戳記使 DAC 能夠理解並適應整個系統的時間，以對齊其輸出。

時脈訊號的時間戳記方式對於音訊效能至關重要。 DAC 必須能夠完美地恢復原始時脈訊號並恢復時間戳訊息，並且必須在不向 DAC 引入有害的雜訊和干擾的情況下做到這一點。 Tomix 訊號由 Varèse 主時鐘生成，如果系統中未使用主時鐘，則由 Varèse Core 產生。

對 Tomix 來說，時脈訊號的基準頻率加倍了。因此我們的範例 44.1kHz 時脈訊號將會加倍至 88.2kHz。 Tomix 時脈訊號的上升沿保持不變，因為它被 DAC 用於時脈恢復。 Tomix 時脈訊號的下降沿用時間戳記資訊進行編碼。這是透過縮小或擴大訊號的脈衝寬度來實現的，使得 Tomix 訊號的下降沿出現在偵測點之前或之後（與 Tomix 訊號頻率相同但相位相差 180 度）。

如果下降沿發生在偵測點之前，DAC 將從 Tomix 訊號中恢復 0。如果下降沿位於偵測點之後，DAC 將從 Tomix 訊號中恢復 1。

由於 Tomix（dCS 專利技術），Varèse 單聲道 DAC 具有緊密同步的時鐘，從而允許單聲道 Ring DAC 精確地轉換同一音訊樣本在左右聲道上。這是在仍然使用每個單聲道 DAC 內部的專用時脈電路來控制其自己的Ring DAC 電路時同時實現的。 Tomix 使 Varèse 系統能夠使用單聲道 DAC，同時保持 dCS 獨家的高性能時脈和傳輸間出色的時間對齊。

*可以確定訊號從終端傳輸到目標節點所需的延遲時間。