Pure Digital Audio

昔のアナログオーディオの時代はプレーヤーのワウフラッターが無いようにと糸ドライブなんて事までやって、皆が回転の不安定さと振動が無いように気を配っていた。

一方、デジタルオーディオは音が悪くなる原因が一般人には理解できないから、良い音を得たければお金を出すしかなくなってしまった。その結果オーディオはつまらなくなって今の様にすたれた趣味になってしまったのだと思う。その上、基本的にアナログオーディオの様に良い音が出るわけがない仕組みになっているのだとしたら、お金を出すだけバカバカしいという事になる。どうしてこんな事がまかり通っているのか不思議でならない。

僕はハイレゾの時代になってオーディオの質は格段に落ちたと思っている。CD全盛時代のDACの方がはるかにしっかりした造りで重さも大きさも大きかった。ハイレゾやDSDになって高いビットレートまで再生できる様にすることが目的になって、音を良くするという本質を見失っていると思う。

アナログプレーヤにワウフラッターが有ってはいけないというのと同じで、デジタルオーディオでは ”音を出すための基本クロックは絶対に変化しない様にする” というのは何をおいても変えてはいけない基本原則だと思うのだが。。。その基本原則も実現できていないのにハイレゾが良いと騒いだり、クロックにルビジウムを使うと音が良いなんて事を話題にするのもおかしいと思う。。。

趣味としてのオーディオがすたれた理由は、信号がアナログからデジタルに変わったというだけではない。メーカー製の完成品と一部高度なマニアが自作する自作品の２極化をしてしまい、普通の一般人が何も手を入れられないつまらない趣味になってしまったこと： 趣味のレベルのデジタル化が最大の問題だと思う。しかもメーカーの開発ポリシーが音を良くすることが目的ではないことが分かった時点（お金をかけてもそれに比例して音が良くならない）で皆が離れていったのだと思う。

メーカーは今、高級デジタルオーディオで完全に行き詰っていると思う。ハイレゾやDSD、PCオーディオなど話題性のある分野に注力するのみで、音の良いDACや音源を出そうなんて気はもう無くなったと言えよう。

そういう時だから、高音質を求めるオーディオマニアが高級オーディオを一から考え直す良いタイミングなのではないだろうか？リーズナブルな価格で、音を良くすることだけを考えてあり、いろいろ手を入れてグレードアップが可能な最高音質のデジタルオーディオ機器が出てくることを期待したい。

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ワードクロックやスーパークロックと呼ばれるものが何なのかわかってきたところで、理想的なDAI回路がどういうものか考えてみた。

まず、一般的なDAI回路のブロック図



これを見て問題だなと思うのは、

（１）通信回路の信号（SPDIF)から音声信号生成のもとになるMCLKを作り出している
（２）しかもそのクロック生成回路にはPLLが多用されている
（３）通信系の信号のジッターが音声信号に乗ることに目をつぶり、通信エラー（データの取りこぼし）を起こさないことを目的にしている。
（４）ワードクロックは安定したクロックなのでベターなのは間違いないが、PLLで２５６倍するのでジッターが乗る。
（５）スーパークロックを使ってクロック自体はきれいになったとしても、信号を同期化する途中で何らかのPLLが必要。
（６）この回路では通信系の信号をPLLに通して作るジッターだらけの音声クロックで良いと妥協している
（７）これを避けるには、クロック系と信号系の両方からPLL回路を排除する必要がある

これじゃー、音が良いわけないよね。。。これで良しとしている実情が情けない。

では理想的にはどうあるべきかというと、

（A)音声信号のクロックは通信とは一切関係なく一定に発信している
（B)クロック源にPLLを使わない

というのが理想（というか、HIFIを目指すなら最低限の条件だと思う。。。）ですね。しかも再生周波数は固定にしてPLLを使わずに音声信号用クロックを安定化すべきでしょう。

こういうことを考えると、ハイレゾなどが出現していろいろな周波数やフォーマットに対応する必要が出たことはDAI回路にとってはとても不幸な音質を悪化させる要因だったといえると思う。音質を維持しながら再生周波数を変えるならクリスタルを交換するくらいの覚悟が必要だと思う。一般的DAI回路は音楽再生のクオリティー重視というよりは、多様な周波数やフォーマットに対応しても通信の失敗をしないことを重視しているとしか思えない。本当に音質を重視するユーザーなら断固拒絶すべき回路構成だと思う。



今後の課題は、2番目の図の理想的回路をどうやって実現するかだけど、ASRCはこういう目的（クロックを分離する）のためなのかな？と思っていたのですが、どうもそうではないようで残念でした。とするとやはり通信系と音声系の間にバッファメモリを挟んで、PLLが不要な完全非同期化を図るしかないのかな？他に方法がないのだろうか？

とりあえずメモリーバッファー回路は発注したけど、組み立てには時間がかかりそう。。。

幸か不幸か、例のASRCによるDIR基板は動作しなくなってしまった。エージングして寝て、朝起きたら突然同期はずれを起こす様になってしまった。ワードクロック回路が逝ってしまったかな？　まあもういいや、DAI回路やワードクロックの原理が分かったのでもう充分です。いろいろ情報をいただき助かりました。

1. 2016/01/10(日) 14:27:59|
2. ＤＡＣ
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CoCoぱぱさん、
ご理解いただけているようで安心しました。

やっと安心して次のレイヤーの議論ができる気がしてきました。
アナログレベルの話は同感です。

いずれにせよ、理屈はとにかく、非同期FIFOはせっかく基板を購入されたのだから試してみてください。

こちらでは年末からこの基板とOCXO+DDSでメインシステムとして使っていますが、目から鱗の曲が目白押しです。片っ端から曲を聴き直しています。

1. 2016/01/16(土) 10:23:15 |
2. URL |
3. kei #N/7Pc.D2
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私の使っているSDカードトランスポートはSDTrans384で、DACは中島千明さんのES9018S Dual Mono DACです。この場合、DAC側のマスタクロックがSDTrans384に返され、それに同期してI2SまたはDSD-rawの信号がSDTrans384から送り出されています。

1. 2016/01/16(土) 08:12:36 |
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3. Bunpei #qr9nqlio
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keiさん

いろいろありがとうございます。
この件に関してはきちんと理解していると思います。ただ、気にしている観点がわたしとkeiさんでは異なるようです。

まずは論点をはっきりさせましょう。ジッターには2種類あると思っています。

①設計者が人為的に加えたジッター：PLLを使うことによるジッター

②意図してはいないけれどデジタル回路の特性で加わってしまうジッター

今私が話題にしているのは後者で、まだその正体がよくわからないジッターだと思っています。

垂れ流しのSPDIFでデータロスを起こさずに再生するにはPLLを使ってつじつまを合わせながら再生するから再生クロックにジッターが乗るということ、USBの非同期転送ならそういう心配がないというのもわかりますが、今私が考えているのはPLLによるジッターではないんです。

PLLを使えばクロック自体がダメなのはもうわかったので、それ以外でジッターを生じさせる要因が何なのかを考えているのです。

実際USBの非同期転送をいくら突き詰めても良い音にはなりませんでした。それはおそらく根本的な”非同期クロックだから音楽再生が通信のジッターの影響を受けずに音が良くなるはずだ” という前提が崩れているからだと思います。

非同期クロックを使う限り、バッファメモリーを持ってある程度データを蓄えて再生に間に合うようにデータを使っていくのでしょう。その際に何かジッターを生じさせるような回路が入っているのだと思います。

一般的なマルチビットのDACの場合、最終的に出る音のジッタを決めているのはサンプルホールド回路だと思います。下記のDAS-703ESの回路説明図を見れば、そう思われます。（この回路はSPDIFですし今のDACチップの内部がどうなっているのかわかりませんが、例えばの話です。）私が言っている”再生回路”というのは、細かく言えばこのサンプルホールドのタイミング回路です。

通信がSPDIFであれ、USBであれ、最終的にこのサンプルホールド回路がどうなっているか、その回路に加えられる信号が何なのか、その質が良いのか、ノイズの影響などないのかなどを見ないと音のジッターの量は判断できないと思うのです。

私は最終的な音楽波形のジッタに着目しているのです。特にバッファメモリーが有る場合に、サンプルホールドのタイミングを狂わす何かが有るのではないでしょうか。（待たされると書いたのはこのこと）

それが何なのかはまだ私には良くわかりませんが、それがデジタル回路のジッターの本質だと思います。それは垂れ流しかフロー制御かというロジカルな話とは次元の異なる未解明な（アナログな）話と思います。

http://www.ktamp.com/das_703/analogcircuit.html

1. 2016/01/16(土) 01:18:51 |
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3. Cocoパパ #mQop/nM.
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CoCoぱぱさん、

以下、議論を明確にしたいので、きついような書き方になっています、
ご容赦くださいね^^)

後半は理解できなかったので前半だけコメントさせていただきます。

> やっと意図が理解できました。
いや、理解いただいていないと思います。

> 私が思いますに、今話題にしているジッターの量（揺らぎの量）は
> おそらく音楽データの１ビットの数百分の一とかもっと小さいレベルだと思います。
> そういう短い時間単位で再生回路が待たされるとジッターとして聞こえて
> しまうのだと思います。
もちろん、私も (例えば)数十ns以下などのジッタの影響を考えて、書いています。

> だとするとその揺らぎをUSBのフローコントロールで緩和するのは
> 無理だと思うので、
USB バス上の フローコントロールでその粒度(数十ns)の制御を行うことは
もちろん無理です。なにしろ、USB Highspeed 480Mbps で 1bit を送る時間が
2ns ですから。

> 結局垂れ流しでもフローコントロールでも同じで、
同じではありません。
繰り返しになりますが、
1) 垂れ流し（SPDIF)では、音楽再生クロックを SPDIF 送出側のクロックに同期
させなければなりません。わかりやすく言えば、SPDIF 信号から音楽再生クロックを作ることになります。その結果、音楽再生クロックは SPDIF 送出側クロックのジッタの影響を必ず受けます。

2) フローコントロール(USB Audio 2.0 Async)方式では、音楽再生クロックを
USB 送出側のクロックと同期させる必要が **ありません**。NZ2520SD でも OCXO
でもなんでもいいですが、とにかく全く別のクロック源を音楽再生クロックに使うことができます。
外部から良質な22.5792MHz/24.576MHz/45.1584MHz/49.152MHz を
USB DDC と DAC に供給すれば原理的には Bunpei さんのシングルクロック
ドメイン方式と同じ構成になるはずです。見落としがあったらごめんなさい。
(ここで、DDC == USB to I2S インターフェースの意味です)

ただし、CM6631A などの DDC は IC の内部回路が(当たり前ですが)公開されて
いないので、本当に上記 2) の通りの構造になっているかどうかは断言できません。
(常識的に考えれば上記 2) の通りになっていると期待しますが、断定はできません)

が、藤原さんのバッファ基板は回路図公開されているので大丈夫です。
MCLK(いわゆるスーパークロック)の扱いは至極単純ですよ。
バッファ基板からの送り出しクロック（これはFIFOの読み出しクロック源です）を74125 でバッファリングして、
そのまま出力側 I2S ポートに出力されています。
回路図はこちらからどうぞ。回路図ではMCLKはSCKという名前になっています。
http://easyaudiokit.hobby-web.net/bekkan/manual/RenewMemryBuffeSch.pdf

CoCoぱぱさん、ひとつ、教えて下さい。
「再生回路が待たされる」というのはなにを意味していますか？
「再生回路」とはなにを指していますか？ FN1242A などの DAC IC ですか？
「待たされる」とはどういうことですか？「何」が「何」を待つのでしょうか？
I2S にはフローコントロールはないので「待たせる」ようなことはできないので
当惑しています。

1. 2016/01/15(金) 22:18:51 |
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3. kei #N/7Pc.D2
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Bunpei さん
「シングルクロックドメイン方式」素敵ですね。多分一番だと思います。(^^)/
私もやって見たいですが、具体的にはどうやるのでしょう？オークションで売られているＳＤカード基板を改造でしょうか？

1. 2016/01/15(金) 13:15:52 |
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3. Cocoぱぱ #mQop/nM.
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DACチップに供給するクロックの品質が音質に対して非常に重要という御認識に全く同感です。
私の場合、SDメモリカードトランスポートを使い、DACとトランスポートの両方に一つのマスタクロック源から40MHz台のクロックを供給しています。PLLの使用は意図的に排除し、これを勝手に「シングルクロックドメイン方式」と呼んでいます。そのマスタクロック源には、NDKが最近供給を開始した超低位相ノイズの発振器DuCULoNを使いました。
このDuCULoNで、その結果の音をはじめて聴いたときに「いったいこれまでのディジタルオーディオで何を聴いてきたんだと」思うほど、大きな音質の改善がありました。CDからリッピングしたWAV音源からそれまで聴いたことのない素晴らしい音楽が出て来たのです。
可能な限り良い発振器を使った「シングルクロックドメイン方式」を追求されることをお奨めしたい次第です。

1. 2016/01/15(金) 07:50:32 |
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3. Bunpei #qr9nqlio
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keiさん
あー、そういう意味ですか。やっと意図が理解できました。私が思いますに、今話題にしているジッターの量（揺らぎの量）はおそらく音楽データの１ビットの数百分の一とかもっと小さいレベルだと思います。そういう短い時間単位で再生回路が待たされるとジッターとして聞こえてしまうのだと思います。だとするとその揺らぎをUSBのフローコントロールで緩和するのは無理だと思うので、結局垂れ流しでもフローコントロールでも同じで、再生基板内のデータバッファーからの読み出し時間が問題になるのだと思います。（PLLはそれを乱す）そういう意味ではバッファーメモリーはきっとベターだと思いますが、１００％良いかどうかは不明です。もし２ポートメモリーの読み出し制御で読み出しが待たされることが有るなら、同じことかもしれません。それは結局全回路を見て精査してみるか、音を聞くしか判らないと思うのです。でも不思議なのは、そういう点ではSDカードプレーヤーから出ているI2S信号が一番良いはずなんですけどねー、そうでないところが理解不能。。。。ちがうかな？

1. 2016/01/14(木) 23:59:43 |
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3. Cocoパパ #mQop/nM.
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keiさん

URLありがとうございました。

非同期のUSB-DDCの場合、データ通信とDACへの送り出しが非同期になることで、送り出し側が受信側の受信タイミングとは無関係に時間軸を整えて送り出せるという話だと理解しましたが、違いますか？

と、

丁度、URLのページにも掲載されている、CM6331A基板（DIYINHK製）を注文していて、昨日到着したので試してみています。

基板上にNZ2520SDが実装されているので、DACへの送り出しにこれでMCKを生成している仕様なのではないかと思います。

この基板は、バスパワーではなく3.3V外部給電が必要なので、PC側のGNDとはアイソレートされています。

試聴していますが、良好です。

が、

今、リファレンスで使用しているBeagｌe Bone Green＋ブリッジ基板（外部クロック仕様）のほうが解像度、空間表現力においてまさっています。

USBオーディオでジッタ低減効果が期待できることは、あまりイメージがなかったのですが、このドキュメントを読んでなるほどと思った次第です。

1. 2016/01/14(木) 22:23:59 |
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3. mr_osamin #8iCOsRG2
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どうもこのあたりは何度も書いてもCocoぱぱさんとかみ合わない気がして気持ち悪いのですが...^^)

進歩があったかどうかは存じておりません。
私自身は送り出し側は Linux しか使ったことがないので、デバイスドライバの違いによる比較もしたこともありません。

データを送る原理の話として引き合いに出しました。

以前も書きましたが、SPDIF は送り出し側から一方的に送りつける「垂れ流し」の規格です。フロー制御の手段はありません。ですから原理的に、データのオーバフロー/アンダーフローを防ぐためには、受信側（つまり再生クロック）を送信側のクロックに同期させるしかありません。ですから、おっしゃるような「パーフェクトなSPDIFレシーバ」は作りようがないのではないでしょうか？もちろん、ある程度の小容量のFIFOを持ち、PLLの追随を緩やかにすることによってベターなレシーバを設計できるとは思います。

それと比較して、USB Audio 2.0 非同期モードはフロー制御の手段を持っています。これによって、送り出し側のクロックと再生クロックを完全に別の(よりpureな)クロック源にすることができます。フロー制御の粒度に依存するバッファ量は必要になりますが、少なくとも入力側に追随するPLLの存在を廃することはできます。

ただ、PLLがなんでもかんでも悪いわけではなさそうで、現在は10MHz OCXOをAD9854の内部PLLで20逓倍してからDDSで22.5792MHzを生成して使っていますが、聴感上ではNZ2520SD/22.5792MHzの生クロックを凌駕しているように思えます。（さすがに一個$40のチップだけのことはあります^^)）

いずれにせよ、現状では送出側のジッタを断ち切る一番直接的かつわかりやすい手段は、十分な（例えばCD一枚分の)データを保持できる容量を持った非同期のI2SレイヤーのFIFOだと思いますので、完成させて、ぜひお試しください。
私の手元の結果は大変満足しています。

結果を期待しております。

1. 2016/01/14(木) 22:01:15 |
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3. kei #N/7Pc.D2
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keiさん

> 以前にも書きましたが、 USBに関して、ご参考、です。
>http://www.thewelltemperedcomputer.com/KB/USB.html

これって数年前にUSBの非同期転送が話題になったころの記事ですよね？その後に何か進歩が有ったのかしら？

私もPCオーディオのいろいろなドライバーを試してみましたが、一番良かったのはRMEのFireFace用のドライバーで、安定していて音も良かったと思いました。最終的に非同期だから完ぺきに良いというわけではなく、ドライバーの作りこみによるのかな？と思いましたが。。。

1. 2016/01/14(木) 17:15:45 |
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3. Cocoぱぱ #-
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以前にも書きましたが、
USBに関して、ご参考、です。
http://www.thewelltemperedcomputer.com/KB/USB.html

1. 2016/01/13(水) 19:10:47 |
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3. kei #-
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そうなんです。DAS-R1a とは別物です。オークションではR1a の方が高いですが、R1 の方が良いと思いますが。。。
SPDIF はあくまでもデータ転送だけに使うべきで、タイミングに使ってはいけないんですが、多くのＤＡＣがタイミングにも使ってますね。解決策としては、ＡＳＲＣも駄目そうなので、あとはメモリーバッファしか無さそうです。

1. 2016/01/13(水) 18:15:06 |
2. URL |
3. Cocoぱぱ #-
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Cocoパパさん

DAS-R1はマルチビットDACなんですね。
TDA1545Aを採用しているとは知りませんでした。
DAS-R1Aは別物ですね。

＞Ｉ２Ｓを作る過程でジッターが乗らないようにするのが難しいですよね。

S/PDIFからI2Sへ変換する方法は限界がありそうな気がします。
トランスポーター側のI2S信号をそのままDACに持って行く方法のほうが良いのではないでしょうかね？

1. 2016/01/13(水) 16:35:49 |
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3. mr_osamin #-
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DAS-R1 がベターです。ソニーの最後のマルチビットＤＡＣなので、持っている価値はあるかなと思っています。どうやるにしても、Ｉ２Ｓを作る過程でジッターが乗らないようにするのが難しいですよね。パーフェクトなＳＰＤＩＦ --->Ｉ２Ｓ 変換器が有ると良いんですけど、不思議なことに難しいようですね。ましてやＵＳＢから作るのはもっと難しそうです。(^-^)v

1. 2016/01/13(水) 09:58:10 |
2. URL |
3. Cocoぱぱ #-
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できれば703ESも聴いてみたいとは思っています。
S/PDIFは極力使わず、I2Sのみの環境にしていたものの、PLLが優秀なんでしょうね、驚きです。
なので、わざわざWM8804をスレーブモードにしてI2S->S/PDIF変換し、702ESに入力してみました。
Cocoパパさんがジッターの抑制に取り組んでおられる件、とても興味深く拝見していますので、引き続きよろしくお願いします。

1. 2016/01/12(火) 14:08:46 |
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3. mr_osamin #-
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mr_osamin さん
DAS-702ES良いですよね。最近の軽量DACと比べると全然違うと思います。
TechnicsのSL-1200Gは予価$4,000ですか。驚きの価格ですね。最近レコードばかりでなく、カセットテープも復活しているそうで、驚きです。アナログの音や雰囲気が受けるんでしょうね。一般に安物デジタルの音はジッターの音を聞かされているわけで、アナログよりひどいですからね。僕もレコードには興味ありますね。あの雰囲気が素敵です。:-)
メーカーのご都合主義でない、ちょっとずつお金をかけて改善していける本当のデジタルオーディオが欲しいです。

1. 2016/01/12(火) 10:07:43 |
2. URL |
3. Cocoぱぱ #-
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私もCocoパパさんに触発されて、DAS-702ESを購入してみました。（703は良い個体が見当たらず）
正直、出てきた音にビックリしました。

CESでパナソニックが発表した、TechnicsのSL-1200Gは予価$4,000だそうです。

一体誰に向けて開発したんでしょうね。
ひと昔前の普及機レベルがいまではこの価格でしか採算がとれないのでしょうか？
あえて高くしたのなら、ユーザー不在も甚だしいです。

・現代版アナログ再生機器は高額にならざるを得ない
・デジタル機器は伸びしろがあるものの試行錯誤状態
・ひと昔前の物量投入型機器はいまだにスバラシイものの希少で延命に不安

といった混とんとした状況がまだまだ続くような気がしてなりません。

1. 2016/01/11(月) 21:59:11 |
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3. mr_osamin #8iCOsRG2
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TAKASHI さん
まったく同感です。一番の課題はPLLを使わない事かと思います。再生周波数の数だけXTALを用意するとか。。。:-)

1. 2016/01/11(月) 17:23:24 |
2. URL |
3. Cocoぱぱ #-
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こんにちは
私の勝手な考えですが、一番正確なクロックを必要となるところはやはりＤＡＣのＭＣＬＫだと思います。
理想となるのは、高精度のＭＣＬＫを準備しＤＡＣに供給するとともに、そこからワードックロックを生成し、音源機器にクロック供給する方式かなと思います。

1. 2016/01/11(月) 15:24:24 |
2. URL |
3. TAKASHI #SIR.BgG2
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