[轉貼]徹底檢驗HD Audio音質

【文/陳吳銓】

 

每張主機板都有的HD Audio功能,差在哪?

 

對許多玩家來說,音效和系統效能並沒有太大的相關性,寧願將錢花在其他的電腦零組件上,至於聲音嘛,有就好了,並不要求太多。如果你也是這類的玩家,那麼其實當前的HD Audio就相當夠用了。畢竟音效是Intel開展數位家庭的重要基礎之一,但自從AC’ 97推出之後,規格就一直停滯不前,相較於其他的週邊來說,音效的發展無疑是進展最慢的,因此2004年時,Intel在新發佈的ICH6南橋當中,一併加入了新的HD Audio技術,而這個新的音效內容不論在規格面或是功能性,都要比8年前的AC’ 97好上許多,因此各家系統晶片組廠商,也慢慢的在南橋加入這項新的音效規格。

 

但由於各家的進度不太一樣,因此在一年之後,仍然不是各家南橋皆具備HD Audio技術,若要說HD Audio正式到位,那麼近期Intel在新的ICH8南橋當中,正式拿掉AC’97控制器,算是一個代表性的意義,而之後晶片組市場上所推出的南橋晶片,也全都具備了HD Audio規格,所以歷經整整十年歲月的AC’ 97,終於被新一代的HD Audio所取代。

內建音效的低成本設計

 

雖然目前HD Audio已經全面取代了AC’ 97,但其實HD Audio重要的技術根源,仍是來自於第一代的內建音效AC’ 97。所以我們先從AC’97談起,在十年前為了加入內建音效,但又得顧及成本,因此Intel相當聰明的透過南橋I/O控制器,將音效所需的運算資料交由處理器完成,然後透過驅動程式將處理器及南橋連結起來,變成音效卡上DSP的功能,如此一來音效的數位處理便可以完成,而對下游廠商來說,唯一需要負擔的成本,就是多加入一顆Codec,完成數位轉類比的動作,然後利用電阻、電容構成濾波網路控制類比輸出的品質,即可讓主機板具備音效功能,整體來說並不需要太多的成本。

 

音效處理流程

 

音效的播放其實是一個訊號再生的動作。在進入數位化的時代後,聲音的波型(類比)訊號經過處理,以0和1(數位)的方式儲存在媒體當中,而在播放的過程,就是將這些0和1的數位資料,還原成本來的聲音波形播放出來。以音樂播放為例,當玩家進行軟體播放時,驅動程式會將所需處理的資料,交給I/O控制器掌管處理流程,首先數位解碼及運算的部分先交由DSP(Digital Signal Processor)進行處理,然後處理好的資料再交由DAC(Digital Analog Converter)還原成類比波型,當然這部分也可以透過同時整合有DAC及ADC(Analog Digital Converter)的Codec(Coder–Decoder)完成, 最後再以濾波網路濾除不要的高頻雜訊之後,便可以輸出給後端的發聲體完成發聲的動作。

 

HD Audio規格提升

 

從前面的部分玩家大概可以了解,內建音效的部分,等於就把一張音效卡所需具備I/O控制器、DSP、DAC、ADC等不同零件,拆散成南橋、處理器及Codec各自分工處理,並透過驅動程式整合起來,便可以讓主機板具備音效處理的能力,因此在成本分擔的狀況下,各家廠商樂意一起推行,而對玩家來說,裝機時都可能不裝音效卡了,更何況現在內建在主機板上不用白不用,因此內建音效的規格推行的相當迅速。

 

AC’97的規格發佈距離現在已有十年,就當時的電腦使用來說,高音質並不是規格中的主要考量,產品堪用、有聲音、便於推行,才是規格制定時的關鍵,因此舊有的AC’ 97面對後來所問世的音效卡,不論是音質或是規格面的部分都不堪一擊。而新一代的HD Audio,是在保有AC’97低價位優勢的設計下,另外提升符合主流需求的規格,其中包括7.1聲道輸出、32bit/192kHz內部音訊處理,以及多路音頻流的輸出、輸入,另外在部分的Codec上,甚至可以具備Dolby解碼,這麼一來無非對數位家庭的推展更有幫助。

 

另外加大傳輸頻寬是HD Audio的另一個提升,過去AC-LINK被用在AC’ 97上進行傳輸,其所能提供的總頻寬只有11.5Mb/s。但在HD Audio上則改用新的HD Audio Link,在這個新的傳輸協定當中的Bit Clock(Codec向Controller發送的時脈信號),由過去AC’ 97的12.288MHz提升至24MHz,並運用Double-pumped技術,同時運用上、下時脈信號,而使得頻寬能夠加倍,因此當前的HD Audio最大輸入頻寬為48Mb/s,至於輸入頻寬的部分,由於實際使用時用不上那麼大,因此並未採用Double-pumped技術,頻寬也就只有24Mb/s。另外在Azalia Link上還採用了動態頻寬分配以提高頻寬的利用率,這點也比AC’97的固定分配方式要強大不少。

☆AC’ 97、HD Audio規格比較表

 

 

規格 AC’ 97 HD Audio
位元數 16/18/20 bot 16/18/20/24/32 bit
取樣頻率 44.1/48/88.2/96 kHz 44.1/48/88.2/96/192 kHz
聲道數 6(5.1) 8(7.1)
傳輸頻寬 輸出+輸入 11.5Mbps 輸出:48Mbps 輸出:24Mbps

 

HD Audio新功能

 

就HD Audio的規格來說,其實並不足以挑戰當前的音效卡,因為所謂的32bit數位處理跟本不具實質意義。在音效數位端要擴展位元處理並不是難事,但真正的瓶頸卻是出現在類比端,因為當前再精良的DAC或Codec,也只能有效的處理24bit的訊號,超過這個範圍以當前的技術根本難以辨別。因此音效卡規格所標榜的24bit算是比較有良心的作法,否則只是行銷上拿來嚇唬人的規格。至於其他如192 kHz及7.1聲道規格,則早在音效卡上出現,HD Audio反倒較晚跟上。而在規格無特殊出處時,便得從功能面下手,如此一來才有更多吸引人的特色,因此在當前的HD Audio上,加入了底下幾個AC’ 97所不具備的功能。

 

》Multi-streaming

 

Multi-streaming(多路音頻輸出、輸入)是HD Audio最強大的功能,透過Multi-streaming技術音效可以被分流處理而不互相干擾。舉例來說,由於目前HD Audio至少具備八聲道輸出,因此如果今天玩家在房間內打線上遊戲,那麼只用5.1聲道喇叭播放遊戲背景音時,便還有兩個聲道未用,如此一來玩家便可以將剩餘的兩聲道,播給耳麥使用以便和戰友進行對話。而以這樣的音路分離技術,則每個聲道都可以被徹底的應用,而這便是現今音效卡辦不到的部分,也是當前HD Audio的強項。

而在使用Multi-streaming技術時,玩家還得進一步的連結前置面板才行。因為主機板後端的音效面板,主要是供給多聲道輸出使用,而現今機殼上大部分都具備前置音效面板,將其連接線插到主機板上的HD Audio針腳上,便可以讓前置具備另一音路的兩聲道輸出功能。而Multi-streaming在結合上無線網路設備,便可以輕易的將多路音頻輸出擴展到不同的房間,達到更廣的分享。

 

》Jack Retasking

 

雖然在AC’ 97 2.3版就具備Device Sensing,可以動態偵測插孔是否和插入的器材相符,但為了更方便使用,HD Audio另外加入了Jack Retasking技術,可以在偵測出器材插錯插孔後,讓玩家自動指定插孔功能,當指定完成之後,音效系統便會自動進行內部音源線路的切換動作,將此插孔的功能改為器材所需的模式。

判讀裝置,但也可以經由手動修正調整插孔功能。

 

》16個陣列式麥克風

 

除了在播放的部分外,HD Audio也針對錄音需求增加了陣列式麥克風的支援數量。過去AC’97的錄音設計只能提供立體聲的左右聲道錄音,也就是2個陣列式麥克風,而在HD Audio上則是進一步的擴增至16個陣列式麥克風支援,透過多個輸入音源的感測、計算,對錄音來說可以進一步減少回音問題,並增加錄音的精準性與品質,這對於多人進行的視訊會議有相當不錯的幫助。

 

》S/PDIF輸入

 

在AC’ 97的2.2版本中,才開始加入S/PDIF數位輸出功能,但仍缺乏數位輸入的部分,因此在HD Audio上進一步加入了S/PDIF輸入功能。

 

Codec決定HD Audio表現

 

由於Intel只是將HD Audio的規範訂出來,而其內容是開放的,因此只要廠商簽署同意書,即可進行相關產品的開發,因此各家廠商在南橋的I/O控制部分紛紛加入HD Audio的功能,這也使得下游板廠只需要將Codec的部分,改用HD Audio規格的產品,便可以讓內建音效獲得提升,因此就目前的主機板音效來看,幾乎全都是HD Audio的規格了。

 

而玩家在挑選主機板時,通常只會看有無HD Audio的規格,並不會進一步注意到Codec的差異性。但其實就內建音效來說,由於資料處理全交由處理器負責,因此最大的音質差異點,往往出在最後端數位轉類比的Codec上,雖然同為HD Audio規格,但音質絕對都不一樣,畢竟產品在設計時只要符合規範,便可以當成HD Audio Codec進行銷售,但其實不同型號的Codec,不論在信噪比、失真度及頻率響應的表現都各不相同,這相對也會影響到音質表現。所以玩家在挑選同一系統晶片的產品時,若是想要進一步要求好一點的音效品質,不妨多注意一下Codec的型號,畢竟這部分對於聽感的影響相當大。

常見的HD Audio Codec

 

就目前市面上的主機板產品來看,HD Audio Codec有幾個常見的型號,廠商會在產品上依照價格差異,選用不同價位帶的Codec,而小編便針這些常見的產品進行測試,方便玩家了解各型號Codec的表現差異。

 

》AD1988B

 

AD1988B是Analog Devices的HD Audio Codec,其中AD是國外相當知名的IC設計廠商,其各類音效晶片製品常可在High End的音響廠機上見到,算是一家技術老道的公司。在過去AD的AC’ 97產品相當普遍,但自從進到HD Audio規格之後,其產品線上的晶片便很少在內建音效上看到,直到近期才有華碩大量的採用。

 

AD1988B在官方網站查不到資料規格,小編猜測這顆Codec有可能是AD專為華碩打造的客製晶片,在沒有大量公開銷售的狀況下,官方網站不提供相關的規格,因此我們無法得知信噪比等資料。就RMAA的測試來說,頻率響應曲線是所有Codec表現最好的,在44.1kHz的總諧波失真(IMD)高了點,這主要是因為SRC的影響,48kHz的數據就好看許多。至於16bit與24bit的信噪比及動態範圍則相差約4dB,整體表現是這次測試的首選。

 

☆AD1988B RMAA測試

》ALC882

 

國內知名廠商Realtek(瑞昱)的產品。這家廠商以內建式晶片聞名,不論是音效或是網路晶片部分都有產品,過去在AC’ 97時代,便有相當大的市場佔有率,當音效進入HD Audio規格之後,Realtek幾乎囊括了絕大部分的市場,因此玩家應該相當熟悉Realtek的產品。

 

ALC882的官方資料顯示,DAC信噪比為103dB,ADC信噪比則為90 dB,具備7.1 + 2聲道,因此在使用7.1聲道環繞音效時,透過Multi-streaming技術則依然可使用另外兩聲道播放另一音源,算是相當不錯的設計。就RMAA測試表現來說,ALC882的各類失真是所有Codec中最低的,相當不錯,但敗筆則出在頻率響應曲線上,一整條曲線忽上忽下,這對於各頻段的表現會產生影響,因此無法忠實還原前端訊號,是ALC882在這次評比最大的弱點。

 

☆ALC882 RMAA測試

》ALC883

 

ALC883也是Realtek的產品,這顆Codec常出現在中、低價位帶的主機板上,數量要比ALC882來得大,因此也是玩家相當容易看到的晶片。ALC883的DAC信噪比為95dB,ADC信噪比則為85dB,一樣具備7.1 + 2聲道。

 

在RMAA測試的部分來看,ALC883的失真數據表現要比ALC882高上許多,而且在44.1kHz及48kHz的部分差異不大,16bit與24bit的信噪比及動態範圍則相差約3dB。至於頻率響應曲線也和ALC882一樣表現並不理想。因此ALC883算是這次受測的3顆Realtek產品中,表現最不出色的一顆,但在當前市場上卻是數量最大的一顆Codec。

 

☆ALC883 RMAA測試

》ALC888

 

看到ALC888上的螃蟹標誌,玩家可以很清楚得知道這也是一顆Realtek製品的Codec。這顆Codec在市場上的數量,要比ALC883小得多,主要都用在高價端的主機板上。其DAC信噪比為97dB,ADC信噪比則為90dB,一樣維持Realtek主流產品的特色,具備7.1 + 2聲道的處理能力。

 

ALC888在RMAA測試數據的部分,失真度表現要比ALC883好,但仍比不上ALC882,在串音的部分則表現不佳,另外24bit的信噪比及動態範圍則相差不大,未獲得明顯的音質提升。但頻率響應曲線算是三顆Realtek產品中比較可取的一顆,大致上還算平直,這在聽感來說落差會好一點,但和AD1988B仍有一段差距。

 

☆ALC888 RMAA測試

》VT1708

 

VT1708是VIA的第一顆HD Audio Codec,主要用來和自家的南橋作搭配。官方資料顯示這顆Codec的DAC信噪比為100dB,ADC信噪比則為95dB,具備7.1聲道的處理能力。

 

在RMAA測試的部分來看,產品的信噪比表現相當不理想,16bit和24bit的訊號幾乎相同,都達不到90 dB。另外44.1kHz的測試數據受SRC影響,因此表現也不理想,唯獨頻率響應曲線相當漂亮,並不比AD1988B來得遜色。整體來說頻率響應是較為可取的部分,但失真跟信噪則得再加強。

 

☆VT1708 RMAA測試

外接式的HD Audio子卡

 

目前玩家在市面上所看到的主機板產品,除了將HD Audio Codec整合在主機板上的方案之外,另外比較重視音效品質,或是要為了達到產品行銷特色的目的,會另外將HD Audio製成一張子卡,以插槽連接的方式從主機板中獨立出來。早期常可以在abit在的主機板上看到這樣的設計,而近期華碩在高階產品上,也加入這樣的設計理念。

音效獨立子卡的插槽設計,不同於一般的PCI-E 1x,其方向是反過來的。

其實這樣的獨立子卡設計,最早是源自於Intel的AMR(Audio/Modem Riser)豎卡規範,而陸續歷經CNR(Communication/Networking Riser)及ACR(Advanced Communication Riser)規範。雖然規範各自有些差異,但三者主要的目的大致相同。因為主機板上除了電源之外,就是充滿了數位訊號,而反觀類比波型相較於前兩者來說,對於雜訊干擾的抵抗能力相當弱,因此當類比訊號和前兩者的電路距離太近的話,就容易受到這兩者的干擾混入其他的雜訊。而ACR等規範的目的,就是將類比電路從主機板上獨立出來,而內建功能的數位處理則仍然整合在主機板上。類比電路分離出來最大的好處,是可以進一步降底各類電氣訊號不容易克服的問題(如電磁干擾、電氣介面不同)。

獨立子卡的電路佈局可以另外加入專門的電源穩壓,並用上容值較大的電容進行濾波。

雖然這些子卡的規範立意不錯,但因為會增加主機板的成本,因此早期在市面上根本看不到這樣的設計,直到前兩年才開始在音效應用上出現。而這些子卡和一般音效卡最大的差異,則是仍建立在HD Audio規範上,因此並不具備獨立的DSP,主要的數位音訊處理仍是以南橋晶片及處理器進行,而處理好的訊號則透過HD Audio Link,進一步傳送到獨立子卡上完成數位轉換的動作,因此子卡仍需採用HD Audio Codec,而無法改用效果更好的獨立DAC。雖然如此,子卡相較於整合在主機板上的Codec來說,可以避開了雜訊干擾,並且有更多的空間可以加入專門的電源穩壓及濾波電路,除此之外插槽位置的設計較為靈活,在類比處理完成後,可以達到最短路徑輸出的目的,進一步避開干擾及訊號衰減問題。因此玩家在挑選內建音效時,除了注意Codec之外,可以進一步看看有沒有獨立子卡的設計。

 

結論

 

就當前的HD Audio來說,其規格面已經能趕上音效卡,再加上部分Multi-streaming等功能後,其實使用的方便性相當高,而且可以不用多花錢再購買專門的音效產品,對不少使用者來說確實是福音。但對於音質有更多講究的玩家來說,應該會注意到其高規格並無法確實反應在音效表現上,我們從測試數據來看,不論是信噪比、各類失真或是頻率響應曲線,都仍比不上主流音效卡,而且這些反應在聽感上效果格外明顯。只是在現實價值中不用多花錢的好處,便足夠讓內建音效打死一票音效卡了。因此對玩家來說,不玩音效、想要省錢,那麼好一點的HD Audio絕對夠用,若要使用時的方便性高一點、音質有一定水準,則USB產品可以考慮,但如果是以音質為要條件的玩家,那麼還是花四張小朋友,買張主流的音效卡吧。

 

http://mag.udn.com/mag/it/storypage.jsp?f_ART_ID=52025&#reply_list

~ 由 壞孩子 於 一月 25, 2007.

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