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

[Audiomaniac]

А зачем мне менять ЦАП, если при попеременном подключении к моему ЦАПу компа и CD транспорта, последний звучал быстрее и динамичнее?

Потому что если звучание цапа зависит от того, откуда на него подается один и тот же цифровой контент - то цап отстойный

[momitko]

А реклок никак этому не помогает?

[Ромыч]

И на фига козлу баян?

Вот уж правда, золотые слова.

[hippo64]

И на фига козлу баян?

Offтопик:
Вот и я не знаю. Наверное, чтоб жилось быстрее и динамичней

[ViktKors]

2. Каким должен быть SPDIF трансформатор, чтобы не пропускать через себя ВЧ грязь? А если поставить 2 трансформатора, могут они ослабить ВЧ грязь?

SPDIF трансформатор - это вообще не про ВЧ. Это гальваноразвязка, ну и от петель на 50 Гц.

Тут прямая зависимость. Как правило, чем лучше SPDIF трансформатор "трансформирует", тем больше у него межобмоточная емкость (первичка и вторичка намотаны вместе, сложенным вдвое проводом) и , как следствие, тем хуже он развязывает что-либо выше 50 Гц.
Можно помучиться, разнести обмотки друг от друга, да еще и на толстом каркасе (подальше от крена). Такой транс развяжет отлично, но вот едва-ли даже на fs ~ 44 кГц натрансформирует.

А для развязки на ВЧ нужны синфазные дроссели. Как вариант, еще один такой-же (хороший) транс. Но вот как в конкретном случае сыграют паразиты двух трансов и линии - это можно понять только внимательно прикинув, как бы не стало еще хуже..

Но в принципе, у включенного синфазником транса паразитная емкость сравнима или даже меньше чем у микросхемы-изолятора.
Плюс, такая система из двух трансов (транс + синфазник) практически ничего не излучает.

Да и остальная СПДИФ плата все-же потише (в смысле ЭМИ) чем проц USB соединения. К тому-же все помехи синхронного СПДИФ коррелированы с мастерклоком ЦАП, и в плане помех практически безобидны, в отличие от..

P.S.
Имхо, максимальное качество при работе от компа все-же достигается именно в синхронном СПДИФ (ага, с развязками на линиях). Хотя, бесспорно, это очень относительное заявление, потому, пожалуйста, без претензий.

[momitko]

Не могу понять, что такое включенный синфазником транс. Хотелось бы рисунок...

[Ромыч]

Хотелось бы рисунок...

Берешь рисунок обычного транса (1 первичка, 1 вторичка), поворачиваешь голову ровно на 90 градусов - и вуаля!!!

[momitko]

Все понял. У меня есть еще один транс и я попробую его включить синфазником, а тот транс, который впаян в плату конвертера, я трогать не буду. С другой стороны, у меня где-то осталось несколько синфазных дросселей, которые мне аудиоманьяк как-то рекомендовал поставить в цепи цифрового питания ЦАПа. Их можно здесь применить?

[amd9]

После тщательного прослушивания и подачи малошумящего питания на сабжевый конвертер (я использую 2 конвертера: один с коаксиальными гнездами, а второй с оптическими), я пришел к выводу, что при выводе звука через коаксиал в звуке чувствуется какой-то неприятный синтетический налет, в то время как при подключении по оптике такого эффекта нет.
Значит все таки ВЧ помехи с компа проникают через SPDIF трансформатор и звук имеет компьютерный, искусственный окрас несмотря на обратную синхронизацию и гальваническую развязку.
В связи с этим у меня появляются следующие мысли, вопросы:
1. Боюсь я, что все эти USB транспорты не могут потягаться с хорошим CD транспортом т.к. я что-то сомневаюсь в том, что адумки, которые в них стоят, не пропускают ВЧ шум. Если SPDIF трансформатор эту грязь пропускает, то значит и адумки также пропускают.
Соответственно, конвертер с оптическими гнездами будет звучать лучше, чем USB транспорт на адумках, а если там адумок нет, то звук вообще будет омерзительный.
2. Каким должен быть SPDIF трансформатор, чтобы не пропускать через себя ВЧ грязь? А если поставить 2 трансформатора, могут они ослабить ВЧ грязь?

У меня существенно лучшие результаты получены без использования SPDIF трансформатора. Выход BNC - с ним звучание лучше чем с RCA.

[momitko]

У меня существенно лучшие результаты получены без использования SPDIF трансформатора. Выход BNC - с ним звучание лучше чем с RCA.

Так ведь тогда гальванической изоляции между компом и ЦАПом вообще нет.

---------- Сообщение добавлено 20.42 ---------- Предыдущее сообщение было 20.41 ----------

Попробовал поставить синфазный дроссель в разрыв SPDIF IN. В принципе. он дает определенный эффект. Синтетики стало меньше.

[Pest]

Так ведь тогда гальванической изоляции между компом и ЦАПом вообще нет.

А она не всегда и нужна оказывается. Хотя я бы вообще никого не стал слушать, что там у кого лучше звучит. И себя бы не стал слушать, слух обожает ошибаться, и вообще это не разу не инструмент. Лучше почитать соотв. лит-ру и сделать как лучше, а потом уже ушами оценивать нравится/не нравится.

[momitko]

Налицо противоречие между теми, кто слушает ушами и осцилографом.

[Audiomaniac]

Offтопик:
С большой степенью достоверности можно скзаать что "стало лучше" если увеличилась комфортная громкость прослушивания, т.е. можно больше ввалить и в кайф. Если же наоборот постоянно возникает желание убавить, сделать потише - всё плохо.

[Pest]

Offтопик:

С большой степенью достоверности можно скзаать что "стало лучше" если увеличилась комфортная громкость прослушивания, т.е. можно больше ввалить и в кайф.

ИМХО, это относится к значительным улучшениям. А человек пытается выслушать разницу с надетым колечком на spdif шнур или без оного и т.п. с небольшими вариациями. При том что общий результат судя по виду конструктива должен быть стабильно плох...

[ViktKors]

Попробовал поставить синфазный дроссель в разрыв SPDIF IN.

а в SPDIF OUT?
Это-ж примерно как закрывать только одну половинку окна, чтоб комары не залетали

---------- Сообщение добавлено 18.39 ---------- Предыдущее сообщение было 18.29 ----------

Налицо противоречие между теми, кто слушает ушами и осцилографом.

Не должно такого быть. Если "осциллограф" показывает хоть какие-то артефакты соединения, значит слушать еще рано.
Если СПДИФ соединение идеально отлажено (осциллографом там вообще не на что смотреть), если уровень шумовой полки не зависит от того, установлено соединение или нет, если полка ровная и нет никаких левых пиков, если точно нет выпадений сигнала/щелчков и т.п, то вот только тут и начинается реальная работа ушами.
И противоречить ушам тут нечему, по той простой причине, что приборы уже бесполезны.

Ну нет (точнее не имеет права быть в нормальном аппарате) вообще никакой инструментальной разницы между СПДИФ с обратной синхрой по оптике, по коаксиалу, по балансу и асинхронным USB. А вот уши - да, тут совсем другой разговор, и далеко не всегда на уровне самовнушения.

[momitko]

а в SPDIF OUT?
Это-ж примерно как закрывать только одну половинку окна, чтоб комары не залетали

Ух-ты. А я так понял, что надо ставить дроссель только в одну сторону. Буду исправляться

При том что общий результат судя по виду конструктива должен быть стабильно плох...

Я уже какой раз довожу до сведения общественности. Есть ЦАП, который по утверждению некоторых теоретиков собран коряво. Подключаем к этому ЦАПу попеременно комп с обратной синхронизацией и CD транспорт без обратной синхронизации и почему то звук с CD транспорта более быстрый и динамичный. Если ЦАП собран коряво, то он должен звучать одинаково плохо и от компа, и от CD транспорта, т.к. звук от источника проходит через конвертер, конвертируется в и2с, подается на ЦАП и идет дальше по ЦАПу.
С другой стороны, я должен заметить, что после экранирования и2с шлейфа и улучшения питания звуковой карты компа, конвертера и реклока мне больше нравится, как звучат ВЧ на моем криво собранном ЦАПе, чем на CD плеере. Т.е. на моем ЦАПе ВЧ более прозрачные, а на CD плеере какие-то мутные.

Вообще у меня есть рабочая гипотеза, что звук с компа хуже несмотря на бит перфектность из-за того, что с компа идет сильный ВЧ шум и этот шум каким-то образом влияет на качество звука.

[momitko]

Поставил синфазные дроссели и на другой канал sync out. Теперь кокс зазвучал не хуже оптики. Так что в синфазных дросселях есть смысл.

[Чувак]

Подключаем к этому ЦАПу попеременно комп с обратной синхронизацией и CD транспорт без обратной синхронизации и почему то звук с CD транспорта более быстрый и динамичный.

Всё фубарчиком поди маетесь? Сделайте качественное питание компу и немедленно опробуйте одну из ОС:
Audiophile linux
Daphile
Tango studio
Для двух последних установка не обязательна - можно загружаться с флешки или сд/двд.

[сергей дроздов]

Что изменится при установке другой ОС? При выводе звука через один и тот же ЦАП по ЮСБ?

[Чувак]

Звук. Из АС.