作者：仙籟Silent Angel品牌創始人CTO - Chorus Chuang
本文描述了我們在網絡流媒體設備及其對音質的影響和開發 Silent Angel 波恩系列乙太網交換機方面的研究和實驗經驗
眾所周知，數位音樂有一個主要優勢，即在長距離傳輸中保持數據完整性。讓我們稱之為「無損優勢」。在 IT 產品（例如大眾市場千兆乙太網交換機）的常規設計和製造過程中，對無損數據傳輸進行全面測試是司空見慣的事情。該標準是一項 72 小時寬溫測試，使用網絡數據包生成器（例如SmartBits或 IXIA）將高帶寬數據流量注入交換機設備的每個埠，在整個測試期間沒有數據包錯誤傳輸。當然，這是遵循標準的技術工作（通常是 IEEE 標準）的結果，旨在模擬現實生活中傳輸過程中的噪聲和干擾。由於這種出色的數據保存技術，我們現在可以像一個多世紀以來享受電力一樣可靠地享受網際網路。
在 Thunder Data公司（生產和銷售 Silent Angel 產品的公司）成立之前，我相信數位音樂不會受到我們每天遇到的干擾的影響，並且由於網絡數據傳輸的無損性質，音樂可以完美再現傳輸（準確地說，丟失的數據將被重新傳輸）。然後有一天，我用我的入門級音響系統進行了一個簡單的測試：一台運行 Foobar2000 的主流 PC 通過 USB 數據線連接到一個 400 美元的 DAC。一個 Marantz PM4001 放大器和一對自製揚聲器完善了這個適度的系統。我閱讀了有關配置 Foobar2000 的輸出緩衝區大小以提高音質的討論，並親自進行了測試；令我驚訝的是，參數的變化產生了巨大的聲音差異。我意識到這些現象值得研究。雖然數據在傳輸過程中沒有丟失，但顯然有一些因素雖然尚未量化，但在聲音的再現中發揮了重要作用。
我開始調查以提高自己的音樂享受，並組織了一些好朋友進行討論。通過多次對話和實驗，我們發現了很多未來研究的潛在途徑。懷著提高數位音樂再現質量的熱情和願望，我發起了一些項目，並在 2014 年成立了 Silent Angel 品牌。
最初的研究集中在音樂伺服器上：我們 Z1 的前身（目前的 Rhein Z1 系列是第六代設計），在我們的伺服器開發工作中，我們發現音質隨著用戶的網絡環境變化而有很大差異，這啟發了我們在網絡傳輸質量方面的工作。這項研究的第一個產品是 Silent Angel 波恩N8，它於 2019 年首次亮相，並在論壇上引發了無數關於為什麼網絡交換機可以產生聲音差異的討論。不幸的是，鑑於該領域的相對新穎性，我們無法找到很多先前的工作來參考。我們進行了幾乎無窮無盡的實驗，以確定聲波性能的差異及其背後的原因。後來，我們發現至少三個設計參數可以提高音樂的質量：電源、時鐘精度和 EMI 干擾。因此，基於這三個因素，我們開發了體現在波恩 N8 中的解決方案。在最新版本的波恩 NX 中，我們實施了其他改進，包括更先進的底盤設計。
儘管我們聽到並證實了與發燒友和行業專家的分歧，但我們仍然在問這個問題：我們如何在理論上解釋網絡交換機會顯著影響數位音樂系統的音質這一事實？
讓我從我作為網絡工程師的第一份工作開始回答這個問題。我當時的任務是使用英特爾的早期三晶片解決方案開發千兆乙太網交換機。在開發工作中，英特爾工程師建議我在實驗室中使用傳統的愛迪生式白熾燈泡，以便通過 IEEE 合規性測試。必須避免使用螢光燈，因為它們會發出高頻噪聲。持懷疑態度，但我們聽從了這個建議並關閉了所有螢光燈。令我們驚訝的是，我們交換機的噪音水平顯著下降，產品通過了合規性測試。
另一個例子與我的 VDSL（超高速數字用戶線）交換機設備的開發工作有關，它有 24 個 VDSL 埠。 VDSL 是一種通過電話線以高達 100Mbps 的下行速度和 50Mbps 的上行速度連接撥號網際網路連接的技術。為了便於現場部署，電信公司使用了一種電纜，內部捆綁了 24 對雙絞線電話線。然而，我們發現一些質量較低的電纜在雙絞線之間受到嚴重的串擾，以至於由於串擾甚至可以使用相鄰的電線進行連接，例如，埠 1 入站連接到埠 2 出站而不是物理連接的埠1 出站。電線之間的串擾的驚人程度表明，在設計印刷電路板 (PCB) 布局和乙太網連接器之間的間距時，需要最大限度地減少串擾。我們將這一理念在 波恩 NX 中得到了最終體現，其中連接器的物理間距消除了串擾的可能性，同時促進了電纜連接。
第三個例子也與 VDSL 開關有關。中華電信（台灣最大的電信公司）開發了一種最多可支持 360 個用戶的交換機。為了節省機架空間，該交換機採用緊湊的金屬外殼製成。即使是布局軌跡中的輕微不精確也可能引入劇烈的串擾，這表現為不穩定的鏈路狀態。在某些情況下，它會導致頻繁的重新連接活動。
為什麼時鐘信號是影響音質的重要因素？
在乙太網傳輸中，時鐘信號通過調製同時從發送方（源）傳輸到接收方（目的）。當接收器接收到數據包時，它將使用時鐘恢復電路（請參閱隨附的框圖*）重建時鐘信號，以解碼數據包中的數據。當發送方的時鐘信號不穩定時，會導致重建的時鐘信號不穩定。在最壞的情況下，它會導致網絡連接中斷；出於這個原因，Silent Angel 採用超高性能 TCXO（溫度補償晶體振盪器）時鐘，這實際上消除了與時鐘相關的潛在問題。
我們工作的另一個領域集中在 EMI 吸收器上。我們可以用一個簡單的類比來解釋 EMI 吸收器的作用。如果我們在封閉的房間裡唱歌，例如在浴室里，由於聲波在牆壁上的反射，我們的聲音聽起來更響亮、更豐富（即更有迴響）。如果我們在牆上貼上吸音材料（如海綿），我們的聲音聽起來會更輕。電磁波也一樣。在一個小的外殼中，電磁波會被金屬外殼反射和增強。如果我們在外殼內的正確位置部署 EMI 吸收器，電磁波將被吸收、轉化為熱量然後消散。這種設計方法顯著減少了不同組件之間電磁波的干擾。
但我們發現，EMI 吸收器不僅影響電磁波，還影響高頻模擬信號。在某些情況下，吸收器會消除高頻信號並對音質造成負面影響。因此，我們在慕尼黑和不萊梅產品中放置的 EMI 吸收器專門避免影響模擬電路和信號。將吸收器應用在正確的位置並以正確的吸收量是經過仔細實驗和改進的結果。 Silent Angel 投入了大量時間和精力來為每個特定產品指定合適的 EMI 吸收器，並將它們安裝在每個機箱內的精確位置，以在不影響音調平衡、細節等的情況下減少EMI。
接下來的問題是：為什麼乙太網交換機的時鐘信號會影響數位音樂播放器的音質？
根據我們的經驗，接收端的各種組件都會受到影響。當交換機沒有穩定的時鐘源時，接收設備的電路為了完成時鐘信號的恢復會消耗更多的功率。它會間接影響接收設備的電源以及本底噪聲。如果此接收器設備連接到 DAC 和/或放大器，電源的這種細微變化也會對其模擬電路產生負面影響。關於電源對乙太網交換機的重要性，可以給出類似的解釋。當乙太網交換機的電源不穩定時，使用電源產生的網絡信號會攜帶更多的噪聲，並傳播到接收端（通常是播放器）。最終，不穩定性會影響整個系統產生的聲音。
Silent Angel通過使用大型、高穩定性電源和添加外置線性電源 (LPS) 的能力解決了這個問題，例如我們的 森林人 F1 和 F2，它們提供了進一步的聲音改善。以類似的方式，波恩 N16、N8 Pro 和 NX 中採用的高級 TCXO 時鐘因其聽覺優勢而被選中。同樣，波恩 NX 將時鐘升級到其終極表現形式，為外接時鐘信號發生器集成了專用輸入。
如上所述，通過乙太網交換機不同物理埠的網絡流量會引起串擾。因此，我們需要在開關設計中考慮電路和組件分離，以減輕串擾。所有 Silent Angel 網絡交換機都具有關鍵間距埠以及精確布局的組件和電路板走線，以最大限度地減少串擾和其他噪音。商品級乙太網交換機甚至不承認這些提到的優化，因此，我們引入了「音頻級交換機 (AGS)」的概念，並開發了 波恩 N8、N8 Pro 和最新發布的 NX交換機。
如果不提及使用優質乙太網電纜的重要性，對數字流媒體優化的探索將是不完整的。電纜內有 4 對電線，可能會引入串擾。更高端的乙太網電纜在這些電線之間有更好的屏蔽，以提高信號質量，這也會影響整體音質。有經驗的 HiFi 客戶在購買前會檢查電纜的內部結構。 Silent Angel 已經開發出Bastei系列直流電纜，並正在研究乙太網電纜的優化設計。
在數字流媒體時代完美呈現音樂的過程中，仍有許多懸而未決的問題。 Silent Angel 的工程師們正在不斷地研究。幫助音樂愛好者解決他們在升級和追求更好音質過程中可能遇到的問題，最大限度地發揮數位音樂無損的優勢，是我們的熱情和使命。在這場不懈追求和奮進的冒險中，Silent Angel將繼續創造令人興奮的創新的產品和服務，與忠實的音樂愛好者分享。
用Silent Angel更好地聆聽！