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标题: 井蛙杂谈——关于数字前端3 [打印本页]
作者: andygaof 时间: 2018-5-11 21:15
标题: 井蛙杂谈——关于数字前端3
本帖最后由 andygaof 于 2018-5-11 22:23 编辑
由于上海展和新进了一台Helen增加了一些测试给耽搁了一点时间，然后又是去日本推销Linear系列耳放。所以第三篇姗姗来迟。关于Helen等到后面谈时钟的时候在说，这一篇先说USB/网络部分。
对于USB部分，有一个大前提是，USB无论如何优化，其最大限度是把前端对DAC的影响降低再降低，任何的USB优化设备实际上是最大限度的降低前端对DAC的干扰，其第一核心要务是无限度的把电搞纯净，所以电源事实上在所有方案里面扮演了最重要的角色。其次是在算法和性能上保证数据传递的及时性。
USB优化各种方法的分析
优化USB供电接头：USB有四根线芯，其中两根是供电，两根是传递数字信号。目前在优化过程中，有部分方法是在两芯供电上想办法，典型的是曾经风靡一时的双头USB线。（感谢有位烧友提示说这种模式有可能跟解码的电处理模式冲突导致严重问题，这里备注一下）
隔离方案：这种方法是在四根芯上一起想办法，典型的是ISO REGEN，采用光电隔离器，将USB的供电部分被完全隔离，由隔离设备的好坏和供电质量共同决定供电品质，但是在实际测试中发现即便采用这种方式，继续优化前端的USB输出，声音品质仍然会提升，原因在于数字信号中混杂的干扰，仍然会被隔离器继续传递。因为隔离器件没有能力甄别信号线中传递的是干扰还是信号。会把混杂在数字信号中的干扰继续翻译后发出。
改造PC：把PC的供电改为线性电源，使用不产生大量纹波的SSD硬盘，想方设法干掉风扇等任何会产生纹波的机械运动部件。。。。。。但是，这种方法一般很难彻底解决问题，因为PC主板需要的供电电压非常复杂，有3.3V/5V/12V/-12V等等，如果PC性能较好，功耗相对而言比较高，如果全部采用极供电品质很高的的线性电路，那么电源的散热将成为巨大的问题。同时不同主板上集成的东西太多，很难有个成熟的解决方案。但是任何的数字端投入进本上都会有作用，所以PC电源干净一点仍然会给声音带来正面影响。
放弃PC，改用低功耗设备：典型的是使用树莓派/Odriod C1+等设备，安装使用Volumio/Moode等本地播放软件，并且向这些设备提供高品质的电源，由于这些设备功耗很低，使得一件件事情成为可能，一个是可以使用纹波超级低的一些线性设备做成最好的线性电源，例如Linear3045芯片（LPS-1.2使用的芯片，纹波只有0.8uV，低的不可想象，但是单芯片只能支持500mA电流，2片提供1A电流给树莓派可以，但是给电脑是绝无可能的），歌曲存储在本地的U盘或者SSD硬盘上。本身没有机械运动部件（非要在USB口上插一个机械硬盘另当别论）所以这些板卡搭配牛逼线性电源的输出纹波很低。如果解码器不是很烂，声音改善往往非常明显。但是这种方式下有两个问题，一个是是树莓派等硬件本身的性能是否可以做到毫无延迟的供应数据是存疑的。另外一个是Volumio等软件无论吹嘘成什么样，他们的本质都是采用Linux的MPD播放进程，最近一个版本的MPD声音已经提升很大，但是仍然不如设计良好的高水平播放器声音好。但是这种方式成本很低，而且是彻底摆脱了PC，不失为一个很好的优化方案。当供电优化到一定程度，并且开发板使用合理的情况下，完全不用结合上面的两种优化方案就可以提供高水平的声音。
使用串流方式，分离性能和高水准供电：这种方式下的典型设备是Ultrerundu和安装了NAA的各种派（开发板），其思路采用高性能PC，安装高质量的播放软件，然后通过网络把播放软件的数据发出到一个低功耗的设备上，同时在这些低功耗设备上实现高水准供电。这种方式通常使用的软件是ROON和HQPlayer，其中ROON提供了开发板一端的软件ROONBridge，HQPlayer提供了开发板端的软件NAA。这种方式（见下面的图）实现在PC端提供优秀的算法，性能，操控，管理等；串流接收端搭配优秀的电源实现供电优化的方式，在我个人的测试下，所有的USB优化方式中，在这一方法具有最好的效果。但是不可忽略网络干扰，最好在网络路径上进一步使用光电隔离，对交换机供电进行优化等方式实现一个近乎极致的优化方式。下面我单独就这一方式的所有测试进行一个更为详细的说明。
在具体测试过程中，本人测试了以下开发板，树莓派3B，华硕Tinkerboard，风火轮RK3288，FireflyRK3328-CC，BB，Odriod C1+，NanoPi。另外测试了Ultrarendu。实际测试结果，包括目前供Linear用户内部测试的结果，FireflyRK3328-CC，搭载HQplayer NAA的方案声音最好，在使用合理电源的情况下，以下DAC，Pavane/Total Dual/NagraHD-DAC/Rockna/DAVE用户，包括我本人在Total Six上的测试结果，均认为已经可以不采用Hydra-z/INT 204界面，可以达到同级甚至超越的声音。但是这一方法对上述开发板的供电和本身Linux内核的优化要求很高，需要对声音部分的处理优先级、预制缓存大小进行详细的优化从而得到最佳的声音效果。需要说明的是其核心仍然是供电，Linux的优化锦上添花。在网络路径上继续降低干扰会对声音起到明确的提升作用，在历时近6个月的测试中，TP-Link光电转换器被证明是有效的提升方法。所有测试使用以下连接方案，其中橙色的三个设备的供电水准越高声音越好。网线/USB线会对声音产生明显影响，（网线仅限于标红那一段的网线，其他部分在本人测试中未见明显影响）。
继续啰嗦，可以不看了
对于USB或者串流的数字结构，最终的核心点只有两个——数字信号纯净度，播放算法影响。在这个方面有三个关键点。
第一个关键点是性能。在USB优化里长期有个误区，就是一直说的Jitter大。这个Jitter严格来讲并不是USB的时钟抖动，而是处理性能不足导致的响应不及时。这才是导致声音有严重问题元凶，而不是USB的时钟抖动。无论是以太网还是USB，其时钟信号与最终的音频时钟信号并无关联。USB/以太网时钟信号关键是确保数字信号不出错，只要时钟不是特别烂，对声音的影响不大，USB和以太网只要供应及时并并不会导致最终的声音信号产生Jitter。性能是确保声音不出大问题的核心点。操作系统的处理机制，硬件性能均会对这些东西产生影响，所以PCFi的优化会非常复杂和困难，说内存会影响声音这种听起来撤之又扯的玄学在某些时候真的可能会存在。PCFi的悖论在于，性能优化与供电优化是完全是南辕北辙的两个方向，但是这两个方向又同等重要。尤其是牵扯到第三点会提到的算法优化时，性能的重要性会被进一步的强化，此时想在一台设备里同时解决好性能和信号纯净度在当前技术限制下会非常困难。
第二个关键点是数字信号纯净度，要想提升信号纯净度，供电是最重要一环。但是在整个系统中考虑时，信号纯净度实际影响的是后面DAC设备的时钟精度和解码器的参考电压，所以这种优化方式实际上是让DAC在最佳方式下工作，而不是自己干净了声音就变好了。所以在一个垃圾DAC上，纯USB优化有用，但是可能并不是最佳方案（不如携带高质量时钟信号的数字界面设备），而在一个很牛逼的DAC上，USB优化方案可能是最合理的。这个优化具体做法可以是隔离，滤波，格式转换等。这些会对声音产生不同的影响。其中优秀的格式转换设备会对供电和数字信号纯净度都会产生影响。因为只有格式转换的设备才会把输入的数字信号先写到内存里，然后从新组合再发出。这个过程中信号携带的噪音才会被最大幅度滤掉，发出的信号是否存在干扰与这个格式转换设备的能力有关，与供电水平有关，与中间传输线路引入的干扰有关。所以数播与串流设备中单纯的串流设备是最容易出好声音的，对性能要求低，不涉及到任何的操作与控制，工作方式简单。这也是UltraRendu类产品的核心理念。
但是仅仅是一次转换，隔离并不能做到很好。需要逐级抽离噪声，一个性能很高的设备往往其功耗很大，在供电上难以在低成本的前提下做到极致，但是一个功能单一的设备则不需要非常高的性能，所以完全可以考虑把需要高性能处理的工作与隔离设备分立。高性能设备处理好所有耗费处理能力的东西，然后把数据交由下级低性能，高等级电源设备进行多级格式转换处理，从而达到不损失性能下的高品质噪声。
第三个关键点是算法。由于高性能设备的存在，我们的软件可以做很多事情，例如升频，软件DSP等等工作。这也为我们在数字源头把数字技术发挥到极致提供了契机。
只是在使用这些功能的时候，一定要自己听一下这些算法谁做的更好，所谓谁做的更好是指不同的电脑的播放软件谁干的最好，和播放软件和解码器在干类似事情的时候谁的效果好。例如电脑的HQplayer可以做升频，任何delta-sigma的解码芯片也要做类似工作，还有一些设备有升频器，还有一些设备是否要做升频处理值得商榷。假定电脑端是HQPlayer这个以升频闻名的软件提供升频算法，那么究竟是在解码端做还是用HQPlayer做呢？是否还需要做呢？如果解码器厂家的算法不如HQPlayer可能就不用做了，直接用HQPlayer把任何音乐文件升频到DSD256，交给解码器播放。在T+A上，使用HQPlayer做升频这个提升是非常的明显。但是如果解码器是NagraHD-DAC呢？这货的数字算法号称是SACD制作的标准算法，HQPlayer是不是一定比Nagra的好？就我所了解的情况是HD-DAC使用者倾向与关闭HQPlayer的升频算法，用NagraHD-DAC自己的。如果后面有一台dCS维瓦尔第的升频器呢？如果是号称自己的升频算法牛逼到死的MSB Select呢？可能就要同样把HQPlayer的升频算法关掉了，因为有可能解码器的算法更好。还有一点如果解码器是高级R2R的呢？R2R通常情况下DSD信号回放是从新转换为PCM。这样HQPlayer把PCM信号升频到DSD，到了解码器再把DSD转换为PCM信号回放，这种做法很可能是在浪费所有的资源并且增加计算误差，所以个人认为万万不能人云亦云的把所有的情况都强制成一个答案。需要多想想，更需要多听听。
作者: gebegebe 时间: 2018-5-11 21:23
本帖最后由 gebegebe 于 2018-5-11 21:29 编辑
hydra vox来了，看起来灰常好，三件套也不算太...贵，但我还是想买hugo tt2……忘了赞高总这姗姗来迟的第三篇了
作者: 苍云归来 时间: 2018-5-11 22:25
学学新知识
作者: despotical 时间: 2018-5-11 22:41
好文
作者: 门的耳朵 时间: 2018-5-11 23:16
高总长句多，术语多。我文化低，看着太吃力了！
作者: 冰狗 时间: 2018-5-11 23:53
本帖最后由 冰狗 于 2018-5-11 23:56 编辑
高总说的还是太泛泛了，至于为什么需要升频？为什么要转DSD256甚至于DSD512都没提及
其实HQ最值得玩的还是NOS Native DSD DAC直解高码率的DSD
而HQ给我们这些贫下中农提供了廉价的、能近距离接触高级升频算法的机会
作者: kingkrim 时间: 2018-5-12 07:21
好帖，顶！
作者: 门的耳朵 时间: 2018-5-12 07:56
签名过时了
作者: phoexi 时间: 2018-5-12 08:26
异步的传输用光纤挺好的
作者: goyogo 时间: 2018-5-12 12:25
预算有限，还是简化的方向好，hq+naa的系统过于复杂，环节太多。
作者: despotical 时间: 2018-5-12 13:56
这帖子能带动光纤收发器的销量
作者: phoexi 时间: 2018-5-12 19:44
别人交换机上一买几十上百个的 靠HIFI能拉动多少销量
作者: baoyun0703 时间: 2018-5-12 20:00
感谢高总分享经验
作者: gtx970280 时间: 2018-5-13 10:59
请高总帮解答一个问题：我的LX推susvara音量都需要打到3点钟或4点钟位置，正常吗？
作者: andygaof 时间: 2018-5-13 12:25
本帖最后由 andygaof 于 2018-5-13 12:30 编辑
LinearX 的设计与大多传统300B都不一样，因为以耳机为主，增益不需要很高，所以前级管没有使用一般300B机器的6SN7做两级前级放大，而是使用了6SL7做一级前级放大，这样增益比一般的300B机器要小，但是比一般300B机器的三级放大少了一级，一共只有两级放大，这样声音会少损失很多。此外结合了EIZZ电位器的特性，音量越大损失越小，所以LinearX 在推动HD800时有些情况下都要开到11点左右。
此外这个还跟音源输出电平有关系，LinearX 里Nagra和罗西尼用户的喜好是把音源输出设定为0.6V RMS，相比2V RMS设定，这个时候推动Susvara 音量要开到接近五点的位置了，但是声音会更好一些。而DAVE和MSB dimond的输出电平比较高，用户则是开到12点就够了。我的Total Six和Rockna 用户基本上是开到3点。所以您的情况是正常的。
作者: gtx970280 时间: 2018-5-13 12:28
谢谢高总解答。这下明白了。
作者: andygaof 时间: 2018-5-13 12:32
不客气，您可以加到用户群里，这样可以随时沟通。
作者: cmlf 时间: 2018-5-15 02:56
这么好的贴没人回复太可惜了。
我来问一句，如果按此推论，将信号处理和传输分离为两台设备会不会是今后数播的发展方向呢？
作者: erji6576 时间: 2018-5-15 06:44
最近发现ssd比机械硬盘强太多，安定感不是一个档次的，声场一下撑开了
作者: erji6576 时间: 2018-5-15 06:51
pc电源方面我倒是几乎没有听出来插电和电池的区别，比dac电源差别小很多，所以不打算折腾了
作者: erji6576 时间: 2018-5-15 06:56
在chord上hqplayer的升频不搭，我都是直接输出，matrix功能也会稍微劣化空气感和动态
作者: erji6576 时间: 2018-5-15 07:07
我不太相信ssd比hdd好是因为纹波小，我个人观点还是你说的‘jitter’的影响，不是传统那个jitter
作者: phoexi 时间: 2018-5-15 08:54
电动机是很牛逼的宽频噪声源
作者: erji6576 时间: 2018-5-15 10:13
这个噪声能被usb净化的设备滤掉吗？
作者: phoexi 时间: 2018-5-15 10:16
世界上不存在能100%过滤噪声的滤波器
尤其是对于100MHZ+的噪声 大多数滤波方式的效果基本为0
作者: phoexi 时间: 2018-5-15 10:20
常见的隔离手段也不行（比如网线和同轴AES常用的数字隔离变压器） 因为有寄生电容
只有光纤隔离的寄生电容可以忽略
作者: mosanzui 时间: 2018-5-15 16:01
谢谢楼主的分享，打算按照楼主的FireflyRK3328-CC，搭载HQplayer NAA的方案来搞一套，新人弱弱问一下，楼主说的好电源指的是线性电源吗，有没有推荐？另外FireflyRK3328-CC有的内存大小对声音有影响吗？1、2、4G楼主推荐用多大的？
作者: gtx970280 时间: 2018-5-15 19:57
请高总告知下群号。
作者: andygaof 时间: 2018-5-15 20:43
已经PM
作者: ralfsoft 时间: 2018-5-19 09:39
好贴bd
尤其是直接放出了解决方案这个真是良心
作者: zjq905251 时间: 2018-6-27 12:13
高总pm群号
作者: lalala奇葩 时间: 2018-6-27 20:11
电脑成本低，可以先把钱用在后端，升级，提升大些，剩下的慢慢搞
作者: kid1412nsc 时间: 2018-6-28 20:28
四片lt3045同步并联2A供电给低功耗平台的pc也不是不行啦
作者: andygaof 时间: 2018-7-6 20:29
低功耗PC可以工作，但是跟开发板比还是有差距的
作者: eelo 时间: 2018-7-7 10:36
请教楼主，数字信号被干扰的结果是什么，小白的想法是，毕竟互联网经过这么多环节，都能把信息准确无误地传到世界上任何一台终端上。
当然，这样传输基于非实时，一旦发生数据部分丢失，可以纠错
作者: eelo 时间: 2018-7-7 10:44
音源我想难点是实时纠错吧。但现在USB的异步传输应该已经是非实时吧。那光电隔离的干扰为啥还是存在?
如果确实干扰导致信息数据丢失厉害，用提高一个数量级的带宽传输好了，毕竟是短距离的，成本也不是很高，比如USB3比USB2就高了10倍，这样10倍的冗余来纠错应该没问题了吧？
作者: andygaof 时间: 2018-7-11 00:04
数字音频是没有纠错的，对于这个距离的传输，只要线和两端的物理芯片没什么幺蛾子，本身误码不无需考虑。真正的问题是前端的干扰。
作者: eelo 时间: 2018-7-11 00:11
如果没有误码，还经过电-光-电转换，那你说的干扰是什么？1010101的过来，哪怕这些方波上带有干扰信号，只要电光转换器能正确读出这1010101，这些干扰信号又是如何过来的呢？
作者: andygaof 时间: 2018-7-11 00:27
本帖最后由 andygaof 于 2018-7-11 00:30 编辑
USB 2.0 四根线，VCC GND D+ D-。
VCC 和 GND 上面会传输普通的电信号，会有电干扰。D+ D-上也会把干扰传送过去。
数字玩多了的同学会有一个误解，就是高电平，低电平。这个本身从数字信号识别上是对的，不会有问题。但是，不要忘记只要是电就会传输高频干扰等等各种干扰，也就是叠加在物理线路上的几百mV级别的其他频率信号。例如开关电源产生的KHz信号，这种信号对于识别几V级别的USB的0/1电平几乎没有任何影响，也就是不会产生误码。但是这种信号没有处理好的话会继续向后传递，对其他电路，例如对时钟，DA的参考电压等对声音好坏至关重要的影响因素会产生致命的影响，也就是导致时钟抖动加大，DA的电平值出错。如果继续向后传递的话还会影响模拟信号，被放大电路放大，使声音发燥。因此影响了音质。
作者: andygaof 时间: 2018-7-11 00:38
本帖最后由 andygaof 于 2018-7-11 00:45 编辑
还有一点是在隔离方面我也不知道具体原因。很多情况下，我觉得理论上不应该有什么问题了。例如经过光电转换器后前面的干扰肯定是不存在了，我认可这个理论，但是实际上，光电转换器前端的交换机供电好坏仍然会对声音产生影响。目前原因未知，我们正在实验室里分析网络时钟对后面声音的影响，因为前面供电质量的提高，理论上不应该对光电转换器后面的干扰产生影响，我们在实验室里也验证了这个结果，就是光电转换器前面的供电改善没有进一步抑制USB的输出纹波水平。示波器测试的纹波水平没有发生容忍误差以上的差异。但是声音确实变好了，只能去分析其他可能变化的影响，目前已知的是前端供电改善，会提升交换机的时钟精度，但是这个时钟精度是否是导致声音变好的原因还不确认，也就是说目前还没有找到原因。目前做了一些FPGA的验证板，上面使用不同精度的时钟，然后去做协议分析，看看能不能找到关联。
我个人认为，找不到原因，并不能代表这个东西不是客观存在。如果能听到差异，那么就要承认，然后去寻找关联，如果能找到关联，那么我们就可以更进一步了。
作者: eelo 时间: 2018-7-11 08:48
谢谢。确实，实验比理论重要。
作者: 九峻山之巅 时间: 2019-10-22 19:26
本帖最后由 九峻山之巅 于 2019-10-22 19:37 编辑
顶好贴，最近折腾的结果完全获得了高总理论的印证
我现在是rock64（moode 5.3）+stealth usb+P8线电+欧博D15电处的方案，相对这个小板子供电这块已经算很极致了
然而声音让我震惊，瞬秒PC和手上其它数播，而且没有必要加更多USB隔离装置了，声音已经非常干净、清晰、立体
我是在箱子上的听感
作者: 不破不立 时间: 2019-10-29 11:47
什么时候说说helen？
作者: jojusr 时间: 2020-5-16 12:30
为什么要用两个光电转换器？一个不行吗？
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