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

[momitko]

Ну почеу же все таки изменение качества питания звуковой карты меняет качество звука при обратной синхронизации по SPDIF? Кто сможет на это дать вразумителный ответ, а не отмазку?

[GogaZh]

изменение качества питания звуковой карты меняет качество звука при обратной синхронизации по SPDIF

При дерьмовом питании генератор все равно дает недостаточно хороший сигнал.

[momitko]

При дерьмовом питании генератор все равно дает недостаточно хороший сигнал.

Что это за обьяснение такое? Битперфект сигнал карта выдает при любом питании, и хорошем и дерьмовом. Кроме того, ведь карта тактируется от мастерклока в ЦАПе и I2S сигнал окончательно причесывается регистром пересинхронзации ЦАПа. Т.е. мастерклок из SPDIF сигнала не восстанавливается. Согласно этой теории качество звука, идущее с карты через конвертер от KNLL, не должно отличаться от качества ПКД, а оно отличается.
Единственное обьяснение сему, что я смог нарыть, это то, что кроме джиттера мастерклока, который эффективно устраняется, есть еще джиттер битклока, который при обратной синхронизации полностью не устраняется. Какие есть еще мнения?

[Оллема]

momitko, ну Вы же знаете, какое питание заведено. Вот если бы Вы анализировали звук, заранее не зная от какого питания работает звуковая карта, вот тогда выводы бы возможно стали другими.

[Alex]

это то, что кроме джиттера мастерклока, который эффективно устраняется, есть еще джиттер битклока, который при обратной синхронизации полностью не устраняется.

Это зависит от ЦАПА - к джиттеру каих сигналов он чувтсвителен.
Большинство современных ЦАПов чувствительны к джиттеру только MCLK, а на джитер остальных им наплевать (пока, разумеется, джиттер BCLK не превышает половину блительности бита, что может уже расцениваться не как джиттера а как неисправность).

[Оллема]

I2S сигнал окончательно причесывается регистром пересинхронзации ЦАПа.

Это зависит от ЦАПА - к джиттеру каих сигналов он чувтсвителен.
Большинство современных ЦАПов чувствительны к джиттеру только MCLK, а на джитер остальных им наплевать (пока, разумеется, джиттер BCLK не превышает половину блительности бита, что может уже расцениваться не как джиттера а как неисправность).

Каждый о своем...

[momitko]

momitko, ну Вы же знаете, какое питание заведено. Вот если бы Вы анализировали звук, заранее не зная от какого питания работает звуковая карта, вот тогда выводы бы возможно стали другими.

Вы хотите сказать, что я фантазирую? Поверьте, что это не так. Я уже на протяжении двух лет сравниваю звучания компа при применении конвертера от KNLL со звуком от CD плеера и на протяжении всего этог времени я пришел к выводу, что "не все в порядке в Датском королевстве". Т.е. теория расходится с практикой.
А вот мнение Алекса очень интересно:

Это зависит от ЦАПА - к джиттеру каих сигналов он чувтсвителен.
Большинство современных ЦАПов чувствительны к джиттеру только MCLK, а на джитер остальных им наплевать (пока, разумеется, джиттер BCLK не превышает половину блительности бита, что может уже расцениваться не как джиттера а как неисправность).

Похоже, что так оно и есть. Я уже и раньше слышал о том, что мультибитные ЦАПы более чувствитительны к джиттеру. чем сигма-дельта. Т.е. при переходе на сигму-дельту все эти проблемы с джиттером кардинально решаются?

[Alex]

Я уже и раньше слышал о том, что мультибитные ЦАПы более чувствитительны к джиттеру. чем сигма-дельта.

Ничуть не больше.
Просто - к джиттеру других сигналов.

[GogaZh]

Что это за обьяснение такое?

Какой вопрос – такой и ответ.

[momitko]

Ничуть не больше.
Просто - к джиттеру других сигналов.

Согласен. Я не совсем правильно выразился. Действительно, к джиттеру других сигналов. Да и вообще, джиттер на разных частотах проявляется по разному.

[Alex]

Да и вообще, джиттер на разных частотах проявляется по разному.

Гораздо сильнее он проявдляется на разной разрядности данных - для 16 бит допустимая величина джиттера на порядки больше чем для 24 бит.
От частоты тоже зависит, но не столько от частоты сигнапа, и не столько от частоты семплирования, сколько от частоты самого джиттера.

[Оллема]

Я не понял про джиттер. Выше же писалось про наличие регистра пересинхронизации. Вы о каком джиттере?

[momitko]

Насколько я понял, регистр пересинхронизации не может удалить весь джиттер. Может быть 90% удаляет, а 10% все равно остается. Я раньше тоже так думал. А потом, когда заменил обычный 7805 стаб в цепи питания реклока на малошумящий, то стало играть значительно лучше. Почему? А потому что, получается, регистр пересинхронизации весь джиттер не может удалить, если не дать на него действительно качественное питание.

[Оллема]

Весь джиттер может удалить только отключение питания. У Вас он складывается из собственного генератора, плюс регистра пересинхронизации. Так как может влиять питание звуковой карты на джиттер?

[dee-jan]

Аналогично. Фанатизм питания микросхемы реклока неуместен. Пусть джиттер снизится на 90%, этого достаточно более чем. Уровень помех от реклока может как-то влиять, хотя не думаю, что это слышно.

[Alex]

Фанатизм питания микросхемы реклока неуместен. Пусть джиттер снизится

Если он вообще снизится.

[momitko]

Аналогично. Фанатизм питания микросхемы реклока неуместен. Пусть джиттер снизится на 90%, этого достаточно более чем.

Ага. Теоретики... Это в теории так, но не на практике. На практике я столкнулся с тем, что моя система не могла конкурировать по звуку с КД транспортом, пока я не заменил стаб в цепи питания регистра пересинхронизации на малощумящий. После этого моя система зазвучала очень близко к КД транспорту, но мой знакомый ушастый аудиофил - владелец этого транспорта все равно говорил мне, что КД транспорт звучит лучше и что звук с компа мертвый. Тогда я улучшил питание карты и опять услышал некоторые улучшения, которых по теории не должно быть, а в реальности они есть.

---------- Сообщение добавлено 13:48 ---------- Предыдущее сообщение было 13:43 ----------

Весь джиттер может удалить только отключение питания.

Мне нравится эта шутка. Я ее запомню.

Так как может влиять питание звуковой карты на джиттер?

А вот ответ на этот вопрос я и сам хотел бы получить. Есть следующее мнение одного товарища:
Как бы ни подстраивался локальный генератор по внешнему – при недостаточно кондиционном питании у него появится свой собственный фазовый шум aka джиттер.

[Оллема]

Как бы ни подстраивался локальный генератор по внешнему – при недостаточно кондиционном питании у него появится свой собственный фазовый шум aka джиттер.

Локальный - это который в звуковой карте?
Пусть подстраивается сколько угодно. Его джиттер никого не волнует, поскольку определяется джиттером генератора у ЦАП и регистром пересинхронизации. Я уже писал об этом.

[momitko]

А как вы тогда объясните тот факт, что перед тем, как я поменял стаб на более качественный в цепи питания регистра пересинхронизации при улучшении питания звуковой карты было очень хорошо слышно улучшение качества звука? После улучшения питания реклока улучшение питания звуковой карты уже не так ясно слышно, но оно есть. Как это обьяснить теорией?

[Оллема]

Питание регистра от отдельного трансформатора? Может помехи от регистра просачивались через худший стаб на другие запитанные цепи?