MSI Z97 Gaming 9 AC 音频设计深度解析

自MSI Z97 Gaming系列发布后，取得了不小的成功。而对Z97 Gaming 9 AC，许多网站也给出了评测：
PCEVA：独特双声卡设计 微星Z97 GAMING9 AC评测
chh：MSI Z97 GAMING 9 AC 评测

以上评测都提及Z97 Gaming 9 AC具有双声卡的特征，但是对于声卡部分的解析过于简单，于是我萌发了针对Z97 Gaming 9 AC写一篇深度解析的文章。一方面展示Z97 Gaming 9 AC设计的牛逼之处，可供未来板载音频发展参考；另一方面谈谈自己的感想，以供主板厂商参考。

另外，整个音频设计是由我个人推断，难免会有谬误，电路设计玩家、厂商请不吝纠正。

---

先借PCEVA评测图片对音频部分再加以说明：


首先声卡部分分为三个部分：
1,传统板载音频部分（Audio Boost）：使用的是ALC1150 CODEC，后级使用一片双运放OP1652放大，电容使用红WIMA，电感nichicon ES音频电容。
2,板载HIFI音频部分（Xtreme Audio DAC）：该部分的用料是非常的牛逼，下面详解。
3,5V音频输入（Direct Audio Power）：该部分可以切换是使用主板提供电源还是直接由4pin取电。

ALC1150部分我不再赘述，直接进入MSI称为Xtreme Audio DAC的部分：

首先是CM6631A这颗USB 2.0 音频接口芯片，pmcs的Pm39LV010用作给CM6631A存ROM使用。
提起C-media这颗CM6631A芯片，是一颗中高端颇具性价比的高性能USB2.0音频芯片，原生支持ASIO，支持192K/32bit（I2S）192K/24bit（S/PDIF）输出，可实现loop等功能。
使用这颗芯片比较知名的产品有：HIFIDIY的Athena数字界面，华硕外置声卡Xonar Essence One等。


接下来是Wolfson的顶级DAC芯片WM8741。
这颗大名鼎鼎的DAC是Wolfson的前旗舰DAC芯片WM8740的后继者，拥有着极高的性能，支持最高192K/32bit解码，于我个人而言，只有ESS9018能出其右。
WM8741不仅是HIFIDIYer的宠儿，非常多的高端解码都使用它作为DA芯片。使用这颗芯片比较知名的产品有：Linn Akurate DS，PS Audio PerfectWave DAC II等。


ADC芯片采用了Cirrus Logic的CS5346芯片，该芯片最高可支持192K/24bit的采样率。我个人对这颗芯片接触较少，对其性能不太了解。


两颗LM4652作为耳机输出的前级，用以对声音进行润色。
这颗芯片是一个非常古老但是评价不错的AMP，声音特色趋于平衡，松软。我想MSI选择这颗AMP作为前级主要是用以对抗“数码声”。


LM4652后面接的是一颗TPA6120A2作为耳机的后级放大。
后级一般也成为Power Amplifier，主要用以功率放大。TPA6120A2的主要作用是用于驱动耳机使用，因此也称为Phone Amplifier，主要是为驱动高阻、大电流耳机设计，性能相当优秀。


于我个人而言，最大的疑惑就是这个继电器了，这个继电器到底是用于消除插入爆音还是用于双系统的切换我不得而知。
最后我个人还是把它定位于两套音频系统的自动切换了。

---

经过以上观察，大致可以得出Z97 Gaming 9 AC的音频系统图如下：

---

得出了上述系统图后，我们来加以分析：
1，后面板的3.5接口仍采用ALC1150作为输出源，相比以往并没有实质性的改变。
2，Xtreme Audio DAC方案实则为一整套2.0系统的HIFI解决方案，这与之前的任何板载音频解决方案都是不同的。包括ROG的音频子卡，也不过是独立的CODEC卡而已。而Xtreme Audio DAC唯一的输入/输出接口就是前面的3.5接口，难免让人觉得虎头蛇尾，前面板的音频线质量良莠不齐，很有可能对Xtreme Audio DAC的声音产生影响。

---

那么到底MSI的这个设计方案是不是很牛逼，方案是不是合理，接下来我们进入测试环节：

测试方法：软件使用RMAA6.4.0；硬件采用RME HDSPe AIO作为音频输入，主板后面板、机箱前面板3.5mm接口作为音频输出，使用3.5mm转RCA线连接两张声卡进行测试。

我们先来看看Xtreme Audio DAC的素质对比传统的CODEC ALC1150到底如何：（关于参数名词的解释请参考：技嘉专题）
这里我再啰嗦一句，个人感觉，MSI的audio boost、ASUS的SupremeFX、GIGA的魔音设计，只要是基于ALC1150方案的，本质差别并不大。


从频率响应来看，ALC1150的素质也是不错了，不过相较于Xtreme Audio DAC的一条直线，还是有所差距。
此外，ALC1150左右声道一直有0.2dB的差额，这在板载音频系统中也非常常见，该问题和CODEC、主板自身有较大关系，而Xtreme Audio DAC则完全不会有这种问题。


噪声水平二者看上去差距并不大，但是实际上，Xtreme Audio DAC在中高频部分明显更平直，突刺更少，因此也体现出了更为优异的素质。


动态的指标上，一目了然，两者在指标上并无大差异，但是Xtreme Audio DAC更为平直，素质更佳。


THD作为HIFI的关键指标，对音频系统有着不小的影响。从测试结果来看Xtreme Audio DAC方案无疑比ALC1150“好到哪里去了”。
去掉了那些杂乱的谐波，剩下对音质有正向影响的偶次谐波，大大帮助系统剥离了“数码声”，带来非常优秀的听感。


互调失真这个对比图，我还用再多做解释吗？优秀的系统大大减轻了系统串扰，优化了音质。


最后是立体声分离度，二者都保持了较高的水准。

小结：
考虑到Xtreme Audio DAC还受到了机箱线材的影响，因此拿到这个成绩已经非常优秀，完全达到了独立声卡的水准。

---

由于Xtreme Audio DAC是接在机箱前面板上输出的，那么机箱音频线是否对Xtreme Audio DAC的音质有影响呢？我也专门进行了测试。结果如下：

第一组数据是Xtreme Audio DAC接在乔思伯U1上的测试结果，机箱音频线长约15cm，非屏蔽线，输入输出线缆未分离。
第二组数据是Xtreme Audio DAC接在海盗船650D上的测试结果，机箱音频线长约50cm，非屏蔽线，输入输出线缆分离。
第三组数据是后面板ALC1150输出的测试结果。

由上述结论可以看出，Xtreme Audio DAC的输出素质要高出ALC1150的输出。
但是，Xtreme Audio DAC的音质会极大地受到机箱音频线的影响。如果机箱音频线输入/输出同时工作，加上机箱内部其他元器件的电磁干扰，还会进一步恶化音质。考虑到海盗船650D已经使用了在机箱中几乎是最好的音频线，所以可以断言，如果使用其他普通机箱，将会得到更大的音质衰减。
因此，将Xtreme Audio DAC接机箱前面板的设计非常不合理，把自己的素质完全拱手交给他人决定，就好像买了一套DDR3 2933就插在B85主板上一样，完全无法发挥出实力。

---

说到这里，我们可以看出，Xtreme Audio DAC设计优秀，用料奢华，确实有非常强大的实力，却最终无奈败了给垃圾的机箱前面板音频线。

那么未来板载音频何去何从？这个问题在我研究Z97 Gaming 9 AC的时候一直萦绕在我脑中。

再此我也说说我个人对未来板载音频发展的看法：

1，大家继续玩CODEC，炒素质。玩音频的继续花钱买独立声卡，普通玩家继续将就CODEC。
这是现在的主流，MSI，GIGA，ASUS都是这样，但这也是我最不希望看到的。在44.1K/16bit系统中，动态和噪声水平的上限其实在96.5dB左右，其实CODEC动辄号称115dB的动态、SNR并没有实际意义，如果电脑里有很多24bit母带的音频爱好者，恐怕又不会接纳板载CODEC。那么提高素质不如提高听感，在CODEC方案下，整体听感都局限于一颗CODEC，导致板载音频发展非常缓慢。
优点：省成本，方案简单、成熟、快捷。
缺点：音质的突破几乎不可能。

2，突破Codec，玩“板载HIFI解决方案”。
其实Z97 Gaming 9 AC就是第一这么做的主板了，可谓先驱。但是先驱总是要面临不成功便成仁的风险，为了让这种设计不被磨灭，我才必须要写这篇文章，告诸大家这种设计的价值。加上Z97 Gaming 9 AC本次的设计并不成熟，还存在诸多问题需要解决，因此，我们应该对“板载HIFI解决方案”保持持续的关注度，而不要消失在茫茫主板海中。
优点：音质瞬间突破CODEC的桎梏。
缺点：成本增高，受外界影响大。

3，那么到底怎样的主板音频方案才最好？我想来想去，还是“CODEC+独立音频模块”的方案。
可能看到这里会有人质疑，CODEC+独立音频模块，不就还是得去花钱买独立声卡吗？看似是这样，其实并不一样。

一方面，HIFI厂相对于主板厂商，出货少销量低，开发成本相对就变得很高；另一方面，音频市场本身也属于暴利范畴，因此才导致了众多山寨品牌的出现，HIFI产品价格也始终下不来。
随着PC性能的过剩，越来越多的玩家开始追求音质；对于千元级声卡的需求，大部分是普通玩家想要音质得到一定的提升；
随着YY和游戏语音的崛起，也有不少玩家开始买入门电容麦以获得更加的音质；千元级音频接口的需求，大部分是话放+XLR接口+48V幻象供电。
市面上林林总总的声卡和解码器，方案很是一般的，都随便要卖上几大百，轻松就要破千的价格。对于几百元的低端电容话筒、低端麦放等的销量来看，也已经具备了一定规模。
主板厂商如果把提供独立音频模块变为一种常态，提供一个专有接口（类似ROG子卡；使用USB2.0通道），高端标配低端选配，这张音频模块具备3.5/SPDIF/xlr with Phantom 48V，外加支持asio，把千元级声卡的价格拉低至3-500元，我想这才会对音频发展有实质性的改变。

优点：让HIFI方案能都真正发挥实力；让所有的主板用户都能享受到更高质量的HIFI音质；适用面更广，满足更多玩家群体。
缺点：成本无疑增加，高端可能可以接受，低端只能选配。
难点：主板厂商需要音频产品的积累；主板厂商做音频需要DIYer的认可。

我全篇没有提及听感，算是卖个关子。

我只能说，虽然比专门的HIFI系统还有一定差距，但是以往所有板载Codec的音效在Xtreme Audio DAC面前，全部是战五渣。

不明觉厉！！！

我给个好建议

直接附送一个光驱位的外置DAC SPDIF源码直连

用hdmi+显示器自带喇叭的路过
虽然觉得自己不能算是木耳吧
但是一直没钱买好耳机啥的
主板也是用的低端b85m
唉，且把这个强力板子放进愿望名单吧。
最后。
谢谢楼主的评测！

mustardgs 发表于 2014-7-31 16:10
我给个好建议

直接附送一个光驱位的外置DAC SPDIF源码直连

那用toslink还是同轴。端口从哪里出。CODEC的SPDIF素质都是问题啊。。。

sohueasy 发表于 2014-7-31 16:24
那用toslink还是同轴。端口从哪里出。CODEC的SPDIF素质都是问题啊。。。

不是吧 源码谁输出都一样的吧 解码在前置盒里不行吗

mustardgs 发表于 2014-7-31 16:30
不是吧 源码谁输出都一样的吧 解码在前置盒里不行吗

数字信号一样的话那数字界面就没价值了

解码可以放光驱位没问题啊，但是你总需要根线连到主板上嘛。

我觉得应该是有配前置面板的，可能还在研发中，不是随主板一起赠送的。或者是类似PCIEX1适配器的东西吧，毕竟微星是大场既然玩上了主板整合解码器就不应该想不到前置音频会影响音质的问题。应该是作为独立配件单独卖才对因为这玩意应该不便宜

sohueasy 发表于 2014-7-31 16:39
数字信号一样的话那数字界面就没价值了

解码可以放光驱位没问题啊，但是你总需要根线连到主板上嘛。 ...

我说数字界面本来就没有价值 既然板载都走USB了 那干脆加入纠错好了 顶多多点延迟 打游戏切回快速模式就行

这个路子是死路，走不通的。

那个继电器应该是给前置面板的。华硕的DX声卡就是两套模拟模式，一套是CS4362A的给声卡的后置接口输出，另外一套CS4398就是接前置面板。为了避免切换DA芯片时候的电流噪音，设置了继电器。

微星这个板载可能是比较好吧，但是他这样直接从电源吃电，不同的电源肯定是会造成差异。现在比较好的声卡都是自带电源转换，这条路走到后面就是这种结果，但是PCB上面已经没有空间这样折腾了。所以反过来看，技嘉那个魔音USB相对来说，可能对声音提升会更大，而且成本更低。在这种有限空间里头有所作为，我觉得还可能是数字输出设备。

larkin 发表于 2014-7-31 17:57
那个继电器应该是给前置面板的。华硕的DX声卡就是两套模拟模式，一套是CS4362A的给声卡的后置接口输出，另 ...

只要不是自己带盒子放环牛什么的，大部分的电源就是一颗芯片加点外围电路就搞定了，主板上空间很多，我觉得可以搞，当然，如果独立出来搞更好。我还说到48v，一样就是这个方案。

另外，说到那个USB方案，技嘉MSI都有，但是那就是要另外花钱买外置USB音频设备了，我在最后已经提到，音频部分独立，直接主板走USB2.0通道，供电走电源，直接把USB供电改为电源供电过滤，这样不是更好吗？

之所以说这个路子是死路，是因为“让所有主板用户都能享受到更高质量的HiFi音质”这个基点是不存在的，是厂家幻想出来的，而真实的市场并不存在这样的需求。这就是厂家为了差异化竞争而生造出来的需求，用户不需要，而厂家自顾自话的说“你们需要这个”……

整个大的格局是，基本需求走融合，超越基本需求的部分，走细分。这是规律，没有厂商可以违逆这个规律。

正因为存在这样的规律，所以AC97才能横扫独立声卡厂商（并且核显正在横扫独立显卡……）

谢谢分享
学习了

sohueasy 发表于 2014-7-31 18:05
只要不是自己带盒子放环牛什么的，大部分的电源就是一颗芯片加点外围电路就搞定了，主板上空间很多，我觉 ...

看几个声卡厂家的搞法，那个电源部分的规模不小，而且那个滤波可能还分了级，真要实现起来走线是个挑战。USB部分这样搞是不错，就是不知道实际收益会怎么样？看技嘉的搞法似乎也没这样选择，但是从现在结果上来看实际效果还是有，可能技嘉再成本方面做出了选择。其实我的想法是，希望使用温度补偿晶振，还有其他设计来加强纯数字输出的品质。这种设计需要的地方不大，但是效果会非常明显，不过考虑到实际的市场反映，这也很小众，很个人理想化了...... 但是就实现角度来说，这个似乎更容易。

我选择便宜主板+一台DIY DAC

问题是硬件升级要换主板就很尴尬.还是不如声卡or外置盒来的通用和保值.
絮叨几句,玩HiFi的有米人士,对这个八成没什么兴趣.电脑对他们而言,主要用途大致是音乐管理设备.这个产品大约适合看着Hifi心痒痒,但又不懂行的消费者,满足心理需求,他们的音响或者耳机,一般不会太贵,于是基本属于白花钱...对他们而言,更合理的设计是一般水平的音频设计+运放和缓冲器,能推动中高阻抗的耳机就行了.

larkin 发表于 2014-7-31 18:56
看几个声卡厂家的搞法，那个电源部分的规模不小，而且那个滤波可能还分了级，真要实现起来走线是个挑战。 ...

一张数字卡也没多少钱，要达成你这样的玩法，我觉得可能已经超出了我对独立模块的要求

另外说到电源，分级是不需要的，你见过的分级电源输入的东西，都得多少钱了是不

另外，HIFI并没有止境，不能指望一个小小PCB上粘上几个片子就能怎么怎么样，不如脱离掉CODEC尽可能提升素质的同时，实现更多功能，这事我的意思

windingway 发表于 2014-7-31 19:26
问题是硬件升级要换主板就很尴尬.还是不如声卡or外置盒来的通用和保值.
絮叨几句,玩HiFi的有米人士,对这个 ...

你还是多看看我的意思

我自己就玩HIFI，一个解码功放比整台电脑贵，但是这并不妨碍我们希望PCHIFI进步，同时，我并没有指主板能达到多高的HIFI境界，更多指的是入门级，提升输出质量，增加输入模式，最大化满足入门级需求。