Pure Digital Audio

デジタルオーディオ、ホーンスピーカー、真空管アンプによるピュアオーディオシステム

出力バッファにパスコン入れた

ジッタークリーナーの出力バッファのジッターが気になったので、電解コンとPPSDのパスコンを入れた。音の焦点がより合う様になった気がするが、差は少ない。これだけではよくわからないな。(*^^*)

  1. 2013/01/31(木) 13:04:23|
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ジッターに関する資料

こんな資料もありますね。

やはりFPGAなどのロジックデバイスのジッターは100ps単位のようだ。
これはFPGAの話だけれど、一般のロジック回路でも大差無いのではないかなー?

   特定の入力ジッタがある場合の CLKDLL/DCM 出力ジッタの計算方法

   Jitter: Variations in the Significant Instants of a Clock or Data Signal

以下はADCメーカーの話だが、

   高速ADCに対するクロック・ジッタの影響

  ”クロックを「低ジッタ」と呼ぶのは、ほとんど意味がなくなっています。なぜなら、この表現は別の事柄に関心をもつ人々に別の事柄を意味しているからです。プログラマブル・ロジックのメーカーにとっては、30psまたは50psでさえ低ジッタであると見なされるからです。”

と書いてある。これから見えてくるのは、DACやADCが低いジッターのクロックを要求するのに対し、外部ロジックがそれについていけていないと言う実態だろうか。これがそもそもオーディオでジッターが問題になる原因か?

私は今までジッター問題は、

   DDC(DAI) vs DAC

と言う構図かと思っていたが、そうでは無く、

   ロジック回路 vs DAC

の構図らしい。

ところで、ロジック回路でのジッター発生のメカニズムは下図の様な考え方なんだね。これにさらにノイズでスレッショルドレベルの変動が輪を掛ける。。。

jitter7.gif
  1. 2013/01/28(月) 10:57:46|
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ジッターとノイズは紙一重Ⅲ (ジッターの生い立ちと性質について その4)

rtm_iino さんが教えてくださった下記のサイトに、次の様に書いてある。Xilinx のエンジニアの発言だから信頼してよいのではないか。

   XilinxのQ&A

Any clock, once it is inside the FPGA, will have roughly 100 ps peak to peak jitter imposed on it from all the internal switching that is going on, in the best case. If you have poor bypassing (decoupling), and poor signal integrity, that number can easily reach 1000 ps. No PLL will make any of this better, as it is in the same fabric as the rest.

なんと、ICの内部でさえスイッチングの影響で100ps~1nsのジッターが有ると書いてある。

やはりロジック回路でのジッターがすごい値で有る事が明らかになった。

ましてや、ノイズのかたまりのPCではいったいどれ位のジッターが有るのだろう?それに繋がるDDCがUSBからSPDIFやI2Sに変換する時にリクロックするにしても、ノイズは取りきれないから結局ジッターも取りきれないだろう。

以前に"PCオーディオの再生ソフトによる音の差を聞くとパーセントレベルのジッター(大きなジッター)が有るのでないか"と予想したが、そのイメージに近い値のジッターが有りそうだ。

ノイズがジッターを増やし、ジッターがノイズを増やして伝播する事が明らかになると、それに対する対策は今までとはかなり違うやり方になると思う。何処かでジッターとノイズの両方を同時に断ち切らないといけない。

SDTrans384は基本的にPCと完全に切れているし、ノイズ源が少ないから音が良いのだろう。(それだけではないと思うが)

ジッターを減らす事に関しては、経験的にジッタークリーナーは効果があった。

それと同時にGNDもアイソレートさせたい。

USBアイソレータなども有るが効果あるのかな?多分効果あるだろうが完全では無い様に思う。複雑な動きをするDDCがノイズ源としてまだあるから。

DDCのI2S出力をアイソレーションしてからジッタークリーナーでキレイにしてDACチップに渡すのが良いかな?

少し頭を冷やしてどういう可能性が有るか考えてみたい。
  1. 2013/01/27(日) 10:01:55|
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ジッターとノイズは紙一重Ⅱ (ジッターの生い立ちと性質について その3)

前回、ロジック回路自体に1段当たり数十psのジッターが有りうると書いたけれど、もしそうなら元発振のXTALの10~100ps程度のジッタなんて問題にならないはずだが、実際はそれが耳で判別出来るのが不思議に思った。だが、下図のように考えると、納得がいく。

元発振のジッターの低さは、全体のジッターとノイズが加速度的に増えるのを抑える効果があるのだと思う。

jitter5.gif

こういうことを考えるにつけ、

  ジッター ≒ ノイズ

なのではないかと考えるようになって来た。

本来、デジタル回路のノイズはスレッショルドレベル以下なら問題になることは無い。だが、オーディオ回路の場合、デジタル回路のノイズがジッターに変身し、それがBCLKに乗って、最終的にDACチップの音楽再生のタイミングを狂わせるわけだ。

対策としては、XTALを低ジッターのものにする以外にも、基板のグランドを強化したり、ICのパスコンを良いものにしたり、もともとノイズの少ない低インピーダンスの電源を使うなどはジッターを減らすのに効果が有るはずだ。だが、根本的にはDACチップ自体が音楽再生のタイミングを持つべきで、それを外部から受けると言うのがそもそも間違いだと思う。

こう考えてくると、PCオーディオの再生ソフトで音が変わる理由も見えてくるように思う。特にPlayPcmWinが音が良い理由。


  1. 2013/01/26(土) 21:01:32|
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ジッターとノイズは紙一重 (ジッターの生い立ちと性質について その2)

ロジックICの説明書などを見ると、信号が変動する時GND電位や電源電圧の変動があり、それによりスレッショルドレベルの変動があると書いてある。であるなら、それによりジッターが生じているはずだ。定量的にどの程度変動するのか良くは判らないが、仮に下図のように計算してみた。

その量を計算すると、GNDノイズが有る程度の量なら単に1段のバッファを通っただけで45psくらいのジッターが有るはずだ。これがいかに大きい値であるかは皆さんご存知と思う。高精度XTALのジッターが10psなんて話をしているのに、ロジック1段で45psもあるのか?この計算は極端だとしてもロジック1段で10ps位は十分ありそうに思う。

つまりロジック回路自体がジッターの増幅器だと言っても良いと思う。そのジッターが合算されてBCLKとなり、タイミング的にその影響を直に受けるDACチップが音を悪くしているのだと思う。

これから考えると、複雑なロジック構造のDDCなどはトータルするといったいいくらのジッターが乗っているのだろうか?電源をいかにキレイにするか、XTALから出力までのロジック段数をいかに少なくするかがジッターを減らすことに決定的に影響するだろう。

jitter4.gif
  1. 2013/01/25(金) 21:57:18|
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ジッターの生い立ちと性質について その1

”デジタルオーディオで音質が悪化する原因がジッターである”ということが言われるようになって久しいが、ジッター発生の原因がどこにあり、ジッターが有るとどうして音が悪くなるのかを明確に書いた資料を見たことがない。これから何回かでジッターの性質に関して考えていきたい。最終的に音を悪くしているのはDACチップのBCLKのジッターであることと、どうしてBCLKにジッターが乗るのかについて。

jitter1.gif

まず第一に認識しなくてはいけないのは、DACチップのI2S信号のBCLKには2つの役割があるということ。

(1)デジタルデータをDACチップに伝えるためのDATA信号をラッチさせるためのストローブパルスとしての役割

(2)音楽再生のための基本タイミングとしての役割

(1)に関してはジッターが有っても影響は受けない。数十nsの巨大なジッターでも乗らない限りデータエラーを起こすことは無い。しかし、(2)に関しては人間の耳は数十psのわずかなジッターでも聞き分けてしまうようだ。それが問題なのだ。

つまり、(2)の役割に関してはタイミング信号を送っているのであるから、これはアナログ信号なのだ。アナログ信号であれば、その精度によって音質が影響を受けるのは当然である。逆に言うと、これ以外にはアナログ的な要素は無い。

jitter2.gif

そもそもDACチップはCDオーディオが出来る前から存在していた。それをデジタルオーディ用に改良したものだから今のようなIFになっていると言っても過言ではないと思う。デジタル部のクロックのジッターが音質に影響するなんて夢にも思っていない時代だから、デジタル部のクロックを音楽再生用に使ってしまったと言うのが実体だろう。音質的には非常に無責任なインターフェースと言っても良いと思う。

最近になってジッターで音が悪くなることが判ってきて、はじめてES9018のようにジッタークリーナーを内蔵したり内部クロックを自分で発生するDACチップがやっと出てきたわけで、それ以前はDACチップはI2Sで送られてくるクロックに完全に従属して動作していたわけだ。

jitter3.gif

さて、ジッター発生の原因はいろいろなところに有りうる。XTAL(原発信)の精度(低ジッター)だけが問題であるかのような記事も多いが、それだけではないと思う。だんだんに考えていきたい。


  1. 2013/01/24(木) 20:29:12|
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黄金コンビ: SDTrans384 +ジッタクリーナー

fc2blog_2013012310550907b.jpg

SDTrans384にジッタークリーナーを繋いでみた(I2SのBCLKをクリーン化)。もともとジッターが少ないだろうから効果のほどは疑問だったが、やってみてビックリ。素晴らしく滑らかな音だ。

音の表明のザラザラ感が無くなった。木綿豆腐と絹ごし豆腐の差だ。
(誤解の無いように付け加えると、アナログ的な感覚で音が滑らかになる場合は、アタックやダイナミックレンジが弱くなることが多いが、ジッターが低減した場合はアタックはむしろハッキリクッキリして鋭くなる。)

感動していろいろソースを聞いてみたが、Jacintha のボーカルが特に良くなった。彼女の声は少し鼻にかかったハスキーボイスなのだと思っていたのだが、実はそれはジッターのせいだったのね。ジッターの影響を受け易い声質なのでしょう。今まで我が家にある女性ボーカルで一番再生が難しいのはShelby Lynn だと思っていたのだが実はこちらだった。

Jachinta

デジタルくささが無い音とはこういう滑らかな音のことを言うんだね。PCオーディオがSDTrans384に追いついたと思ったが、また引き離された。

いろいろ実験するとジッターの生い立ちと性質が見えてくる。再度確信したが、ジッタークリーナーは、単独でジッターを限界まで減らすのではなく、入力のジッターを何分の一かにしてくれる物だということだ。その理由は判ってきた様に思っているが、と言うことはジッタクリーナをカスケードにすればもっと良くなるのかな?


  1. 2013/01/23(水) 21:01:45|
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ジッタクリーナーチップをPPSDで取り囲む



ジッタクリーナーの改善案第一弾として、Si5317チップの周りのパスコンにPPSDコンデンサをかませてみた。

昨晩からエージングを始めて約1日。効果てきめん。PCオーディオで今まで聞いた事のない素晴らしい音が聞ける様になり感激だ。

高音の綺麗さが増し、さらにディテールまで聞き取れる様になった。音場の広がりも素晴らしく、音がキレイに流れて遠くの壁に当たって反射するルートをトレース出来る感じ。Shelby Lynn のボーカルにも聞き入ってしまう。よく"口の大きさが小さくなる(音の滲みが無くなり、焦点が合う感じ)"と評する事があるが、小さくなるだけでなく、口の周りに人がいる気配(姿形)を感じる。

これでSDTrans384と互角かそれ以上になった。

今後は,
SDTrans384にジッタークリーナーを通したらどうなるか?、電源にコンデンサアレーを付けたらどうなるか?PCM1792に繋いだらどうなるか? など興味が尽きない。
しばらくは楽しめそうだ。

ジッターの生い立ちと性質がかなり分かってきた。
  1. 2013/01/21(月) 23:43:15|
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ジッタークリーナーの効果



ジッタクリーナ対決

ジッタクリーナシステム構成

一晩エージングしてジッタークリーナーを通した時の音を聞いてみた。効果が充分有る事を確認出来た。(Win8+PlayPcmWin+HifaceEvo)
音の広がり、音の綺麗さ、分解能どれも良くなった。一言で言うなら、滲みが無い音になった。

今まではいまひとつ自信が無かったのだが、この実験結果から、PCオーディオのデジタル部の音が悪くなる元凶はBCLK(音再生の基本タイミング)のジッターだと断言して良いと思う。

SDTrans384と比べると、音の広がりなどは互角になったが音のきれいさがまだ一歩負けている。特に高音のキレイさがもう一歩だ。この事から考えると、ジッタークリーナーで大きなジッターは取れたが、小さなジッターがまだ残っていると思われる。

まだこのジッタクリーナ基板は完成レベルではないので、改善の余地は多々有る。電源回りを強化したり、原発振を良くする、グランドを強化する、波形を整えるなど対策はいろいろ考えられるが、とにかくこの基板を改善してBCLKをきれいにしていけば、かなりなところまで追い込める目処が立った。(この基板の素晴らしいところは、ジッターが少ないのはもちろんだが、低コストで元のBCLKに完全に同期したクロックを出力してくれるところだ。)

一点不思議なのは、PlayPcmWinで再生する方がfoobarより音が良いのは変わらない事。ジッタークリーナーで音が良くなるのは間違いないが、ジッターゼロに出来るのではなく、元のジッターの大きさを何分の一かにすると言う事の様だ。不思議だ。再生ソフトによる音の差はどのようなジッターが原因で、なぜジッタークリーナーで取りきれないのかが知りたい。

最近壁にぶち当たっていたPCオーディオの夢が一気に広がった。うれしい!

(以下は我が家のジッタクリーナ基板がまだ完全ではなくロックに時間がかかるせいらしい: ただしこの基板の使用上の注意として、ジッタクリーナーが同期完了する直前に凄い雑音が出ることで、実験装置としては良いが、オーディオ機器として実用とするにはちょっと問題だ。)



  1. 2013/01/21(月) 20:35:26|
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ジッタクリーナ動作中



とりあえずHifaceEvoとDACの間のI2Sに入れて音が鳴った。BCLKをクリーニング中。
ロックするまで意外に時間がかかるのね。。。(5秒くらい?:これは私の基板がまだ完全ではないせいでしょう)

なるべく短いケーブルで繋ぎ、クリーナーを入れない時とすぐに音が比較できるようにした。

今日は疲れたし酔っ払いなので、あしたまでエージングしてから音を確認しよう。

この基板で確認したいのは、

(1)ジッタクリーナの効果があるか?SDTrans384と比べてどうか?
(2)効果有るならどの様に良くなるか?(どの要素が良くなるか?)
(3)再生ソフトによる音の差(大きなジッター)を取り去れるか?
(4)パスコンにPPSDなど付けたら音が変わるか?
(5)電源を良くしたら音が変わるか?

など。


  1. 2013/01/20(日) 21:33:03|
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ジッタークリーナー動いた



とりあえず動いた。(波形のレベルが変なのは気にしないでね)半田を綺麗になめて波形が出る様になったが、同期が取れずに悩んだ。最後、位相差検出回路の不具合が見つかり、クロック出力ピンの片方が不良なのか何処かにショートしているらしく、オマケで藤原さんの回路図のバク(ピン番号ミス)も見つけ、何とかかんとか動かせた。

出力波形(上)は結構綺麗な波形だね。いい感じ。位相が少しズレて見えるのはなぜかな?位相差検出回路のコンデンサか?もう少し波形や電源をクリーンにしたいね。まあ、配線も影響するから段々に改良しよう。

あー、つかれた。満足だ。とりあえずこれで終了。(^O^)

ではなく、これから音がどうなるかだよね。回路に凝りだすとこうなるから嫌なんだよね。本来の目的が見えなくなる。。。

風呂に入ってリラックスしてから聞いてみよう。
  1. 2013/01/20(日) 14:57:34|
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ジッタクリーナーデバッグ中



実装が終わってデバッグ中。まだ動作せず。。。

2.8MHzくらいのBCLKを入れてマイコンがその周波数を検出してSi5317に設定(FRQSEL0~3、FRQTBL、RATEなど)しようとしているのでマイコンはOK。一歩前進。

Si5317からのステータスは、入力信号はあるがPLLアンロックと言っている。

となると、マイコンとSi5317との接続の半田付けか???Si5317は高周波で発振しちゃってるかなー。。。我が家のオシロでは確認できない。XTALがきちんと発振してるかどうかも波形で見れないし困った。。。

うーん、Si5317の裏のGNDの半田付けかなー???もう少し加熱してみっかなー。。。
思ったとうり、長期戦か。。。

  1. 2013/01/19(土) 22:53:13|
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ジッタクリーナー実装開始

秋葉で足りない部品と必要な工具類を買ってきた。こんな細かい表面実装部品の半田付けはしたくなかったんだけど、これ以外に世の中に無いのだから仕方ない。

それにしてもfujiwaraさんはオーディオ用ではない部品をオーディオ用に使えるようにしてしまうのだから凄いもんだ。周波数帯切替と位相合わせをマイコン1個でなんなくやってしまうのは驚異的だと思う。メーカーで作ったらこれだけで5万円はすると思う。





部品の実装を開始した。やはりSi5317は小さくて大変だ。基板のランドにきちんと乗っているのかルーペで見ても良く判らない。。。半田付け自体は切れも良くてそれほど苦は無かったが、ちゃんとついているのか見ても良く判らない。フラックスを塗ってきれいになぞったからついていると信じたい。隣接ピンとのショートは無い。それとパッケージ裏面の半田付けがちゃんとついているのか確認できない。もしかしたら加熱しすぎてチップを壊してしまったかも知れない。まあ、表面の半田が取れるほど加熱はしなかったから大丈夫かな?何とも不安だ。

それと、1608サイズのチップ抵抗が入っていたが、あまりにも小さくて参った。これに慣れると2012サイズのチップコンが巨大に見える。表面実装のXTALもちゃんとついているのか確認できない。これは発振しているかどうかでチェックするしかないね。(Webを良く見たら半田の仕方が書いてあった。。。)うーん、参った。

あとは、大きい部品なので楽だが、今日は疲れたので、ここまで。。。なんだかすっきりしない。。。


  1. 2013/01/18(金) 23:58:16|
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  1. 2013/01/18(金) 23:41:54|
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fujiwaraさんのジッタークリーナーが来た



fujiwaraさんのジッタークリーナーが来た。
とはいえ、この状態なので先は長い。まずは小さな半田ごてと足りない部品を買ってこなくては。。。
何が足りないのかも良く判らず。説明書はあるので、そこから拾い出しだ。部品点数はあまり多くないけれど、Si5317の小ささに唖然。半田付け出来るか心配になってきた。倍率の高いルーペが要るかな。。。完成したらそれだけで感動モノだなー。

振込みしていないうちに物が来たのに驚いた。おおらかな方のようだ。

さて、まずは代金振り込みと足りない部品の調査だな。明日秋葉原で部品と半田ごてを買ってこようか。。。

この基板のウリは、入力信号の周波数に合わせて帯域の設定を自動でして、かつ位相も合わせてくれる事でしょうね。考えてみると、自分が入力されている信号の帯域がわからないと、ジッターに対応出来ないはずだものね。

Si5317は凄い高精度なICの様だから、自身の電源がどの程度キレイでなくてはいけないのかとか、リファレンスのクロックの精度がどの程度要るのかなど、疑問に思う点も多々ある。この基板だとその最高性能は出せない様には思うが、PCオーディオのBCLKのジッター(10~1000ps位は有ると想像している)を1/10程度(SDTrans384と同程度)にすることが出来るなら5000円の価値は十分あると思う。我が家の計測器では波形を見ても判らないので、耳が頼りだ。

PCオーディオではどうせソフトによるジッターがプラスされるのだから、市販のDDCの源発振をキレイにする作業はしたくない。それでは片手落ちと言うものだ。だが、もしこの基板を使って音が良くなるなら私は頑張ってよりベターにするようにいろいろ実験してみたい。
  1. 2013/01/17(木) 21:46:43|
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プロフィール

cocoパパ

Author:cocoパパ
 30年前の本当に楽しかったオーディオを取り戻しませんか?自分でいろいろなことをやってみて、どんどん良い音を探していた楽しいオーディオを。最近は色々な技術がメーカーのノウハウになってしまって、ちっともオーディオがたのしくありません。自分で作り上げられる楽しいオーディオを取り戻しましょう。


また、
オーディオは総合技術・芸術だと思っています。スピーカー、アンプ、音源(PCやD/Aコンバータ)、電源、部屋、音楽など全てがうまく整って初めて良い音で鳴るようになります。一朝一夕に実現出来ることではありません。


つまりオーディオほどハードルの高い趣味は無いと思います。車と違い、いくらお金を出しても買ったとたんに良い音がでることはまずありません。いかに使いこなすかは買った人ががんばるしかありません。そんな事に役に立つノウハウを書いていけたらと思っています。
  
ここでは、私が知ったいろいろなノウハウを公開したいと思っています。

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