數位平面電視設計上最惱人的問題之一在於如何展現出高傳真的音響效果。面對多聲道的影音訊號來源，要呈現出對應的效果，以往只能仰賴多聲道放大器加上喇叭群。然而，無論是5.1聲道還是更高等級的6.1聲道或7.1聲道，接線的安裝肯定困擾許多人。這就是為何音響大廠推出前方喇叭(左右喇叭可加上中置喇叭)，或IC設計公司會設計出虛擬環繞的數位訊號處理器(DSP)或專用邏輯電路的原因。
薄型電視在進行美聲大戰，手機也一樣。韓商樂金(LG)為何會與美國頂級高級音響廠商合作，也是試圖在手機的音效表現上能夠一舉從競爭中脫穎而出，提高產品等級與差異化。
多位元轉換與1位元轉換的競爭持續延燒
在音響設備的產品目錄上，常常可見某機器的數位類比轉換系統具備192kHz取樣頻率、24位元的解析能力的宣傳文字。這是線性脈衝編碼調變(PCM)格式的最高等級，同時也是一些高階機種的最低要求。但「格式對應」與「格式相應的聲音」是全然不同的事情。即便同樣是192kHz取樣頻率、24位元對應的數位類比轉換器，性能看似接近，但音質也可能大不相同。
從1980年代下半段到1990年這段期間，數位類比轉換方式的差異對系統性能及音質所造成的影響就一直是數位音訊業界關注的焦點之一，特別是多位元轉換與1位元轉換的對決，更是雙方支持者論戰不休的話題。
多位元型轉換是依據二進位的分量輸出類比電流部分(Segment)的一種作法，例如16位元量化就可表現65,536種位階振幅。而1位元轉換則採用ΔΣ調變法，又稱雜訊修整(Noise Shaping)，這種方法以脈衝密度調變(Pulse Density Modulation, PDM)或脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation, PWM)的方式來表現類比訊號振幅。每一種方式都有其優點，最終的選擇則是依據使用的用途而定。
PCM1704這款元件是多位元型數位類比轉換器的知名案例。這是一顆24元96kHz Sign-Magnitude架構方式的數位類比轉換器(圖1、圖2)。內部採用了兩個相同的數位類比轉換回路，利用雙載子電晶體(Bipolar)的正負偏壓來分配，藉此抑制過零失真(Zero Crossing Distortion)的問題。
 |
| 圖1 PCM1704功能方塊圖 |
 |
| 圖2 PCM1704內部構成 |
各個數位類比轉換回路由對應解析能力的二位元類比電流部分(Segment)所構成，電流部分會依據輸入數位資料而開關之組合來獲得所要的類比訊號。而各個電流部分之間的吻合(Match)誤差，也就是微分直線性誤差(Differential Linearity Error, DLE)。這個誤差會影響數位類比轉換精確度的線性表現。
因此，為了克服這個問題，數位類比轉換回路內的射極阻抗，可以使用雷射的方式來潤飾調整。射極阻抗採用了鎳鉻材料，可以經由雷射照射來加工，使電流部分的性能或精確度，收斂在所預定DLE的範圍之內。
工程師在評估元件的表現時，通常會將訊號位階從0dBFS逐漸調到小訊號，以此來評估元件總諧波失真與雜訊(THD+N)的特性。理想的THD+N特性應該是線性變化的，但實際DLE變化卻是非線性的。此點也就是1位元支持者所詬病的地方。
1位元型數位類比轉換回路則是採用ΔΣ調變技術，其訊號振幅只有0與1兩個位階。再將此0與1訊號透過PDM或是PWM的方式，通過低通濾波器來取得類比訊號(圖3)。由於這種方式僅採用低通濾波器來實行類比轉換，因此對於數位類比轉換回路內部的類比精確度並不要求。對於訊號位階來說，THD+N特性在全頻段是直線變化。
 |
| 圖3 ΔΣ調變基本原理 |
1位元型轉換元件的性能幾乎是由ΔΣ調變次數以及動作取樣頻率所決定。由於雜訊修整會使訊號頻段外含有大量的量化雜音成分，因此1位元型容易受到時脈抖動(Clock Jitter)的影響，而難以完全呈現數位類比轉換回路的性能，再加上低通濾波器抑壓會使得頻段內外雜訊成分變大，這些都是1位元轉換元件的主要缺點，也是多位元轉換支持者大肆抨擊之處。
然而，隨著DVD、SACD等新格式的出現，各個公司都有其專屬的數位類比轉換回路實作法，也使得市場較少談論數位類比轉換方式的本質，反而將規格競爭的重點放在取樣率與解析能力上。但不論如何，決定音訊系統好壞的最終判斷標準還是要回歸音質表現的能力。持平而論，終端產品單單以數位類比轉換方式來評估音質好壞有失公允，應該以系統各個元件的整體總合差會比較合理。但不可否認的是，數位類比轉換方式的選擇，依然是決定音質表現的關鍵。
截長補短 混合型架構應運而生
從音樂與音響相關雜誌的報導可知，對大多數發燒友而言，數位類比轉換方式對音質的影響確實存在。只不過這類音樂技術主題雜誌所使用的語言，非工程硬梆梆的技術語言，而是帶點文學的表現手法。例如「多位元型轉換方式的音響系統力道比較強，聲音厚重，明亮」；「採用1位元型轉換方式的系統，其聲音透明感較佳，具備纖細、鮮明等特色」。
由於兩種轉換方式所具備的音質特色各自有一群死忠支持者力挺，因此有元件供應商開始思索是否可以設計出兼具兩者優點的混合型技術，於是出現了所謂的「Advanced Segment型」元件。
通常在考量數位類比轉換器與音質的關係時，元件規格定義與評估的方法是兩個重點項目。規格部分，比較重要的指標性規格有THD+N、動態範圍、訊噪比等。而整體性的評估方式包含了時脈抖動、電源構成、低通濾波器、訊號路線等實際安裝的要素。在數位類比轉換器的各種規格中，最重要的指標是THD+N。THD+N意指非線型失真所造成的高頻失真以及雜音的總合。高頻訊號失真會取基本波訊號頻率的七次層度。一般的數位類比轉換晶片會規定訊號位階滿標(Full Scale)的0dBFS以及輸入訊號頻率1kHz的THD+N標準值與最大值。
但工程師若單以THD+N的數值來評斷數位類比轉換器優秀與否似乎有點危險，比如以THD+N為0.0015%為例，這0.0015%的主要成分究竟是THD還是N，就會給聽者顯著不同的感受。
從元件的再生波形以及失真波形來評價失真成分以及雜音成分，是另一種評估元件好壞的作法。在0dBFS時，在1位元型的轉換架構中，失真成分以及雜音成分通常相當，多位元型則是以失真成分為主；「Advanced Segment型」的失真成分以及雜音成分也差不多相同水準。若在-60dBFS進行評估，1位元型與Advanced Segment型，雜音成分將遠大於失真的成分。
THD+N規格具備指標性意義
值得注意的是，在評價THD+N的時候也要考慮音頻訊號本身量化的位元數。以24位元數位類比轉換晶片為例，理想上訊源也應該要是24位元，如DVD音訊訊號是以24位元來錄製。然而，在評估CD-DA音訊訊號的THD+N特性時，由於其音訊訊號的解析度只有16位元，因此未滿-98dB的訊號將全部歸為量化雜音。-98dB經過換算約0.0012%，也就是說CD-DA的THD+N理論值為0.0012%。因此，量化雜音會影響THD+N。如今早已有24位元未滿0.001%規格的數位類比轉換晶片。
THD+N特性的訊號位階依存性評估方法，是將訊號位階從0dBFS到-120dBFS掃描，測量各個訊號的THD+N特性。相對於訊號位階的變化，觀測THD+N的直線變化程度。從0dBFS到-20dBFS之間的THD+N特性為失真成分所支配；-60dBFS以下的訊號為雜音所支配(圖4)。
 |
| 圖4 PCM1704的THD+N特性 |
若是觀察多位元型與Advanced Segment型的THD+N特性訊號位階的依存性，多位元型是從最上位MSB，往下依據各個位元的比重開關電流部分。因此在-6dB、-12dB、-18dB等動作點可能會依照誤差大小而亂了直線性。而Advanced Segment型就不會出現這種現象。
依據數位類比轉換回路的原理，THD+N特性的訊號頻率依存性應該是平坦的，只是數位類比轉換回路後面必然是類比線路，因此THD+N頻率特性往往就是指整體性能。
動態範圍影響系統噪訊表現
另一個數位類比轉換元件的重要規格為動態範圍(Dynamic Range)。音質的纖細、透明感等主觀感受，與動態動作時的雜音程度有所關係。根據EIAJ對於動態範圍的定義，動態範圍等於組合A Weight Filter，訊號位階-60dBFS的THD+N測定值加上-60dBFS，如測量值為-40dBFS，其動態範圍即為100dBFS。A Weight Filter乃是國際電氣標準委員會IEC、IHF(Institute of High Fidelity)規定聽感補償曲線A的頻率特性帶域通過濾波器的一種。EIAJ對於CD的測定法，在動態範圍以及S/N比上使用。聽感與測定值相關的內插，通稱為A Weight Filter表現。
將數位類比轉換元件的動態範圍擴大，可以獲得降低雜音的效果。以1位元型的ΔΣ調變器本身的量化雜音來說，可以抑制在-140dB。要設計一個卓越的數位類比轉換器，除了抑制數位領域的雜音之外，還必須考慮到類比領域的雜音。舉Advanced Segment型的1792A為例，其動態範圍可以確保在124dB(2Vrms的數值)。
由於CD-DA的解析度為16位元，即使採用廣動態範圍的數位類比轉換器，音樂再生波形的增補也困難。例如，使用具備120dB以上動態範圍的數位類比轉換器播放16位元資料時，僅能表現出三個訊號位階。相較之下，播放24位元資料時，訊號120dB的微小類比波形也可以觀測到。
動態範圍對於音質表現的差異，亦有所影響。播放前述24位元資料時，分別具備100dB、110dB、120dB動態範圍的不同元件在表現微小類比波形時的確有所差異。很多數位類比轉換器，以訊噪比為指標來相比，訊噪比的定義是0dBFS的訊號位階與沒有訊號時的雜音訊號位階的比，與動態範圍的評價一樣，都會併用A Weight Filter來測定。
若單從數位類比轉換線路的動作原理來考量，判斷元件優劣時似乎該更重視動態範圍。畢竟，數位類比轉換線路沒有訊號輸入時的雜音位階，與不管何時輸入訊號的雜音是同等的。例如ΔΣ型轉換回路，1位元型的類比要素非線性的誤差幾乎沒有。雜音乃是THD+N的N雜音成分、量化雜音、與晶片本身的熱雜音所決定。在此場合下，無訊號時的雜音，訊噪比幾乎是相同值。有些音頻機器的案例設計，當沒有訊號時，會停止數位類比轉換動作來提高訊噪比。
低價機種、中間價格機種與頂級機種，所採用的數位類比轉換器的發展重點迥然不同。但無論是哪一種方式，都是想兼備多位元型「力道強」的音質表現以及ΔΣ調變「聲音纖細」的優點。