Синхронный конвертер S/PDIF-I2S (основная информация)

[KNLL]

Offтопик:
В связи с многочисленными просьбами восстановить тему трехлетней давности, которая безвозвратно удалилась из "толкучки"........

Синхронный конвертер S/PDIF - I2S. Предназначен для передачи звукового потока из компьютера во внешний ЦАП с побитовой точностью.
Конвертер, позволяет избавиться от основного недостатка передачи звука из компьютера во внешний ЦАП по цифровому интерфейсу S/PDIF - востановленного мастерклока.

Для начала немного теории. Вкратце и в общих чертах.

Как известно, наилучшие результаты при проектировании ЦАП можно получить при использовании высококачественного, с низким уровнем фазового шума (джиттера) генератора(ов) тактового сигнала. При этом сам генератор должен находиться как можно ближе либо к собственно ИМС ЦАП (для дельта-сигма преобразователей - AD1955, AD1853, SM5865) либо к регистру предискретизации (для ЦАП паралельного преобразования AD1862, PCM63). Более подробно об этом (и не только) есть в ветке про цапостроение.

Сигнал мастерклока, полученный путем восстановления из S/PDIF обладает уровнем джиттера, на порядок превышающий таковой у высококачественных генераторов. Поэтому тактировать им внешний высококачественный ЦАП не представляется оптимальным решением.
Однако, в том случае, если ЦАП тактируется от собственного высококачественного генератора возникает другая проблема - частоты генераторов в ЦАП и в звуковой карте хоть незначительно, но всё-же отличаются. Это диктует необходимость применения ASRC (асинхронного ресемплера) для согласования. ASRC-процесс по определению не может обеспечить побитовую точность прередачи.

Синхронный конвертер позволяет организовать так называемую "петлю обратной синхронизации" по S/PDIF. Дело в том, что большинство высококачественных звуковых карт имеют интересную особенность - возможность синхронизации потока передаваемых данных по S/PDIF с частотой принимаемых данных. Иными словами, если в таком режиме подать на вход звуковой карты S/PDIF - сигнал, сформированный на основании частоты мастерклока внешнего ЦАП, то S/PDIF - сигнал на выходе будет синхронен уже не частоте внутреннего генератора аудиокарты, а частоте мастерклока ЦАП. Это позволяет избавиться от необходимости ASRC.

На основании вышесказанного было разработано устройство, схема и фотографии которого приведены ниже. Устойство было повторено тиражом более сотни экземпляров и показало отличные результаты при раболе с ЦАП Lynx различных моделей, Цап Overture от Nazar, 6V2 и 6V3 от SergioT.

Единственным минусом этого решения является необходимость применения звуковой карты достаточно высокого уровня. В старой теме был достаточно большой список аудиокарт, совместимых с данным устройством. К сожалению он безвозвратно потерян вместе с остальной информацией из самоудалившейся из толкучки темы. Гарантированно E-MU 0404 USB, E-MU 0404 PCI и выше, M-Audio Audiophile 192, ESI JULI@, Terratec Aureon Space 7.1 и Terratec Aureon 5.1 PCI, RME HDSP, Audiotrak Prodigy 7.1 HiFi, Echo MiaMIDI.

Гарантированно нет функции синхронизации по S/PDIF в "игровых" картах: Creative (все модели, включая X-FI), Asus Xsonar.

Надеюсь, что форумчане, эксплуатирующие этот конверетер с другими аудиокартами дополнят список.

Устройство изготовливалось в двух модификациях:
1. С проводным интерфейсом S/PDIF - двумя RCA-разъёмами .
2. С двумя оптическии интерфейсами Toslink плюс проводной через 3.5 mm MiniJack.
Конструкция устройства видна на фото ниже. Печатная плата четырёхслойная с металлизацией. В первых версиях платы контактные площадки были лужёные, последние - с иммерсионным золотом.

Для обеспечения гальванической развязки между звуковой картой и ЦАП при использовании проводного интерфейса были использованы развязывающие трансформаторы. Конвертер имеет два выхода шины I2S - в TTL-уровнях и по дифференциальному интерфесу RS-485.

Для конфигурирования режимов работы предусмотрены две колодки с джамперами. Назначение джамперов указано на схеме. "Closed" - джампер установлен. "Open" - джампер снят. Переключение входов RCA-Toslink - 3-pin джампер JP11. Toslink - джампер установлен ближе к светодиодам, RCA или MiniJack - ближе к нижнему краю платы.

Поддерживаемые частоты дискретизации Fc: 44.1КГц, 48КГц, 88.2КГц, 96КГц.
Поддерживаемые частота мастерклока: 128Fc, 256Fc, 384Fc, 512Fc
Поддерживаемые режимы работы шины I2S: 16RJ, 24RJ, 24LJ, 24I2S

Конвертер и ЦАП должны быть сконфигурированы на одинаковые режимы работы. Аудиокарта должна быть настроена на режим синхронизаци по S/PDIF-входу.

Питание - 8-12 вольт 0,5A, допустимо нестабилизированное. Оптимально +9 вольт.

Схема и фото:


Конвертор SPDIF.rar

[Alex]

Естественно, источник (звуковая карта компьютера) в данном случае тактируется от генератора, который стоит в ЦАПе и от которого конечно же тактируется ЦАП.

Тогда это называется "внешняя синхронизация", а не "синхроный реклокинг".

[momitko]

А во внешней синхронизации есть какие-нибудь недостатки, подводные камни? Получается, что я не тот термин употребил

[Alex]

А во внешней синхронизации есть какие-нибудь недостатки, подводные камни?

Нет, с ней все в порядке, если она нормально работает.

[alexesgg]

А во внешней синхронизации есть какие-нибудь недостатки, подводные камни?

Наличие звуковой карточки(в случае компьютера), которая умеет синхронизироваться от внешнего генератора. Не все звуковые карточки автоматом устанавливают нужный сэмпл рейт в зависимости от подаваемого сигнала.

[momitko]

Наличие звуковой карточки(в случае компьютера), которая умеет синхронизироваться от внешнего генератора. Не все звуковые карточки автоматом устанавливают нужный сэмпл рейт в зависимости от подаваемого сигнала.

Это само собой разумеется, что должна быть карточка с возможностью внешней синхронизации. Просто, как я уже писл здесь чуть ранее, у меня есть один знакомый аудиофил, который собрал с десяток разнх винтажных плееров, и он говорит, что несмотря на внешнюю синхронизацию, у меня звук компьютерный, не натуральный, рассыпаетс, нет цельности, нет якобы таких тембров, как на его транапортах. Вот я и пытаюсь выяснить, какие тут еще могут быть слабые стороны. Может, чего-то недолядел?

[Alex]

Может, чего-то недолядел?

Конечно недоглядел - не надо было тому "аудьйофылу" говорить что играет с компьютера
Например припрятать в углу "винтажный плеер", и сделать вид что играет с него.

[antiluser]

Нет, ну с компа можно получить намного больше помех в дальнейший тракт, чем от CD проигрывателя. Но если все правильно подключить, старые CD транспорты будут не нужны.

[momitko]

Моя карточка связана с конвертером по оптике. Так что помех быть не должно...

[antiluser]

Моя карточка связана с конвертером по оптике. Так что помех быть не должно...

В таком случае да, не должно.

[alexesgg]

В таком случае да, не должно.

Только двойное преобразование: сигнала в свет и обратно. А так все ничего. Зато электрически никак не связано.

[antiluser]

Только двойное преобразование: сигнала в свет и обратно.

В ЦАПе пересинхронизация, так что не важно.

[alexesgg]

В ЦАП-е и трансформаторные развязки и разделение земель и пересинхронизация, даже синфазные дроссели в некоторых по ппитанию. Так что какая разница: есть электрический контакт ЦАП-а и компьютера?

[almazshafigullin]

Здравствуйте. Может быть кто-нибудь знает: есть ли возможность такого подключения в Asus Xonar HDAV1.3 или в не игровых картах Creative: Sound Blaster X-Fi Titanium HD и Sound Blaster zxr?

[alexesgg]

Нет.

[mr-marlen]

Хочу ЦАП с модулем подключить к Tremor. С тремора буду забирать данные по SPDIF, а клок хочу передавать с помощью RS485.
Можно ли как нарисовал на картинке задействовать один из SN75LBC176?
Сделал. Только на вход передатчика подал клок с CLKI.
https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1660983

[momitko]

Заметил одну интересную особенность, которую также можно использовать при помощи синронного конвертера. Вчера попробовал подать внешний клок на вход профессиональной карты Prodiff-88. У карты цифровой выход AES/EBU идет через конвертер AES/EBU to SPDIF (гасящие резисторы) на ЦАП с SPDIF входом и асинхронным реклоком. При переключении на синхронизацию карты от внешнего клока явственно чувствуется разница в лучшую сторону.
Поэтому даже тем, у кого в ЦАПе нет возможности вывода клока, могут купить в толкуче или сами собрать себе ген и подать этот ген на вход карты и тогда им гарантируется значительное учлучшение качества по сравнению с работой карты от внутреннего клока.

[Daffy]

momitko, Но с цапой, не имеющей на входе асинхронного реклока, такой фокус не пройдёт. Если на сабжевый модуль подавать только полезный сигнал не задействовав петлю обратной синхронизации то звук получится испорченный систематическим треском, это в случае если за модулем нет асинхронного реклока (что есть единственно верное решение). Смею утверждать, что если вы, исключите асинхронный реклок то получите максимально возможное качество.

[momitko]

Я разговариваю уже на протяжении наверное 2-3 лет с одним товарищем, который не верит в чудеса внешней синхронизации. Он пишет следующее:
"Вся проблема именно в нехватке времени у компа при такой работе. Но буфер здесь не помогает. Как следствие, страдает время нарастания амплитуды сигнала, что прекрасно слышно при воспроизведении. И внешняя синхронизация с этим ничего не сделает. Так, что лампизатор и эта статья правы. "
Я ему говорю, что в виду того, что при внешней синхронизации клок берется прямо из ЦАПа, то проблемы с джиттером вообще нет, а все другие проблемы, такие, как, например, выпадение битов (BLER), шумы и т.д. приведут к появлению щелчков и треска при внешней синхронизации, что будет хорошо слышно во время прослушивания. Он не верит моим аргументам и говорит, что может быть внешняя синхронизация решает проблему джиттера, но дургие то проблемы она, якобы, не решает. Ни у кого нет ссылки на какую-нибудь статью, в которой бы подробно разжевывались все эти моменты?

---------- Добавлено в 18:31 ---------- Предыдущее сообщение в 18:25 ----------

сли на сабжевый модуль подавать только полезный сигнал не задействовав петлю обратной синхронизации то звук получится испорченный систематическим треском, это в случае если за модулем нет асинхронного реклока (что есть единственно верное решение).

Самое интересное состоит в том (и я об том здесь уже писал), что даже когда я отключаю на карте внешний клок то треск я слышу очень редко. Значит ли это, что частота клока в карте и в ЦАПе очень близко совпадают?

[Alex]

Он не верит моим аргументам и говорит, что может быть внешняя синхронизация решает проблему джиттера, но дургие то проблемы она, якобы, не решает.

А другие проблемы решаются другими методами, внешняя синхра - это да, только для джиттера.

"Вся проблема именно в нехватке времени у компа при такой работе. Но буфер здесь не помогает. Как следствие, страдает время нарастания амплитуды сигнала, что прекрасно слышно при воспроизведении. И внешняя синхронизация с этим ничего не сделает.

Товарисчь просто бредит.

Значит ли это, что частота клока в карте и в ЦАПе очень близко совпадают?

Вполне возможно. Поскольку я занимался похожим моментом, могу сказать что то что я измерял - c большинством CD-плееров и USB-spdif/i2s у меня разброс частот генератора в ЦАПе укладывался в 50ррм. Это достаточно мало. Только девайс на СМ6631 дал около 100ррм.

[momitko]

Вот еще перлы от того товарища:
Вот, про что я тебе говорил, что любой преобразователь на пути цифрового сигнала больше портт звук, чем его улучшает. Про это же писал Аббас, оаписывая, что лучший в мире цифровой приемник- это самый простой, Ямаховский, о чем я тебе писал. Пишут еще, что вранье, что при I2S передаче отсутствует джиттер.

Я ему написал следующее:
ты не до конца это понимаешь.
в том случае, если клок восстанавливается из того сигнала, который несколько раз преобразуется из одного формата в другой, то да, это плохо
но если клок оттуда не берется, а создается заново, то все эти преобразования по барабану если только не теряется пробитовая точность
Теперь опять он:
Опять 25. Если бы не было преобразования в реальном времени, то это все было бы хорошо. Я тебе в десятый раз объясняю, а ты не можешь или не хочешь понять. Уже не знаю как тебе еще объяснять- ИДЕТ НЕХВАТКА ВРЕМЕНИ ! ПРЕДСТАВЬ ПРОЦЕСС В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ. КЛОК БЕЗ РАЗНИЦЫ КАКОЙ ( ВНУТРЕННИЙ ВНЕШНИЙ ) ВРЕМЯ ОСТАНОВИТЬ НЕ МОЖЕТ. СИГНАЛ ЗАДЕРЖИВАЕТСЯ, ПРОХОДЯ ЧЕРЕЗ ЭТИ МИКРОСХЕМЫ- ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И ОТСТАЕТ ОТ САМОГО СЕБЯ.
Я:
ничто ни откуда не отстает. это бред. как такт может отставать, когда клок как бы создается заново?
Опять он:
Ты так и неможешь ничего понять. Клок- это не сигнал. Ты путаешь клок с самими битами информации. Клок то восстанавливается, а биты информации- скорость их передачи задерживается и не может соответствоать распасовке клока. Тебе наверное прийдется на пальцах показывать. Ты представляешь процесс так, как будто биты информации уже пришли к клоку и ожидают, когда клок даст им команду проходить дальше. Тогда было бы все нормально. Но процесс идет в реальном времени- поток идет непрерывно и ему негде задерживаться и скапливаться заранее ( счет идет на микросекунды, даже 10 в -12 с). В результате из потока бит клок просто пропускает ( игнорирует) биты, которые пришли раньше или не успели дойти- вот тебе нарушается побитовая точность или появляется джиттер.
И опять я:
как ты можешь такое писать? ты что специалист инженер по цифре? если биты опоздают, то будет щелчок, выпадение сигнала, что хорошо будет слышно
И вот так все в том же духе. Прямо таки мракобесие какое-то...