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D300REF:享声参考级网络PCM&DSD转盘系统深度技术详解

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发表于 2017-8-5 11:36:43 |显示全部楼层
本帖最后由 soundaware 于 2017-9-21 14:47 编辑

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发表于 2017-8-5 13:37:42 |显示全部楼层
本帖最后由 soundaware 于 2017-9-21 09:37 编辑

     享声SOUNDAWARE 2010年开始研发高保真的数字音频重放架构,然后投入到数字转盘以及播放器的研发,整整七个多年头。2012年推出了D100,到2013年推出D100pro 豪华版,万元级以上的用户定制D100Pro版本,到2014年推出2014款,到2016推出D100 Pro飞秒版本,产品远销全球,得到了众多烧友的肯定与支持。 转盘产品的设计与定位是专业高档重放HI-FI系统而生,相对于一体化播放器,需用户更多的连接线材以及搭配经验,但是转盘系统因为电源以及磁屏蔽系统完全隔离,更大的内部空间,标准化的音频传输通道,明显利于追求HIGH-END的设计。所以转盘系统的真正的意义就是为HIGH-END重放而生,而且方便搭配不同的后端,达到个人的苛刻重放要求。







架构.png

享声2011申请了高保真的母带音频重放架构,2012年拿到整个专利,到现在经历了四次以上的调整,优化,特别是在MR1上的一些创新,让整个架构得到了功能上的大幅扩展。

1.集成了真正基于FPGA的高保真HIFI级蓝牙,使得蓝牙也能高保真。
蓝牙.jpg

2.基于XMOS通道,由FPGA处理的高笥能USB 音频处理系统,相当于用XMOS作数据通道,FPGA作音频处理,达到与直播几乎无区别的USB 高性能音频通道。

USB=》XMOS=》FPGA=》IIS&DSD&SPDIF。
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发表于 2017-8-8 11:14:58 |显示全部楼层
本帖最后由 xs_horizon 于 2017-8-19 14:44 编辑

  一些必要说明
网络数字转盘系统,包括几层含义:
1.它是具备局域网与NAS等通讯播放的功能,可以与互联网,播放互联网中的内容。
2.数字转盘,中文来自于Cd转盘,因为CD需要转才能读,而数字转盘则不需要,只是一个名字上的顺从,真正的含义是高清音乐播放及处理设备,介于解码器与音乐内容的桥梁。

业界对于数字音频输出有着严格的标准协议,一个叫作IISDSD也是类似),它是一根三根的同步音乐标准,如下:

LRclock.jpg


通过精准的时钟以及左右声道的高低电平,来提示DA芯片来取数据。比如,当左右声道数据线为高时,时钟处于高电平时,解码芯片就采集左声道的一位有效数据,这样,DA才能准确而又有效的采集到真正的数据进行数模转换。


还有一个就是在IIS上进行调制,调制就是把IIS三根线上的信息,全部以串行实时的方式进行传输,这是通讯上的常见做法,并行转串行,并且加入一定的错误检测(但无恢复功能,因为是实时传输),这样可以传输更远的距离。它的名字叫SPDIF,也就是大家常说的同轴,BNC,光纤,AES 都是基础这个标准。这个标准就是需要调制和解调过程,特别是解调过程非常重要,因为调制可以不需要用IISSPDIF,可以直接由数据与时钟合成(如享声的FPGA方案)因为传输被干扰或源时钟的不稳定,需要能够实时追踪到时钟抖动的变化,从而才能够恢复出IIS数据供DAC 解码,要么出来的IIS也会变得不精确或不稳定。


还有一种就是因为单端IIS是短距的板间传输,SPDIF又需要高性能的调制解调处理,所以有一种更高级的方式,叫差分IIS(包括DSD),即不需要调制,解调,而且又能长距离的传输,而且损耗极低。这种差分的高速传统已经广乏的应用于工业领域,电PCI 标准,HDMI 标准等。


2010年以前的DA解码芯片的音频接收接口绝大部分只有IIS/DSD原生标准一个方式,最近几年新出的个别DA芯片增加了SPDIF直通的接口,简化了设计,一般情况下就不需要额外的SPDIF解调的电路了,除此以外并无其它方法,同时这两个接口均支持全高清的传输,包括192khz或更高,目前IIS最高的位数仅为32bitSPDIF24bit.


对于现在市场上的非SPDIF以及IIS通道的接口,并非标准的数字音频接口,如上所述,数字音频接口是必需包括两个信息:1)音频数据信息。2)高精度,低噪声的,与音频采样相对应的音频时钟信息。

而如网络传输音频数据以及USB传输音频输出,实质上仍然是一个纯碎的数据传输接口,跟一台电脑以及手机并无区别。真正的数字音频处理仍然需要专门的数字处理芯片,专用的高级音频时间及电路才能实现。
享声的转盘包括两个重大部分,一部分类似于充分PCB 优化+高性能线性电源+充分优化软件的 类似CPU 电脑部分,一部分是集成高性能时钟,享声专利FPGA 的音频协议生产部分,包括输出AES,同轴,光纤,HDMI IIS&DSD 等。
FPGA.png



比如上述的IIS标准,可以明显的看出来几个要求:
1)数据要对。
2)时钟要稳,要准。
3)数据与时钟要同步。
4)上述波形要完整。


否则DA芯片不可能能得到一个稳定的数据输出,出来的声音自然就不稳定,要么飘,要么控制力差,要么分析力差,要么信息损失,丢失细节等。


事实上除了上述要求,还有一个要求就是低噪声,就是在100khzIIS三根线+主时钟需要很好的噪声,这样DA芯片才能达到一个很好的指标,特别是一些高指标的DA芯片更敏感。 一个是DA芯片算法设计原因,它需要把低频的噪声移出音频可听范围外,就需要一个更为优秀的时钟,还有一个原因是DA芯片本底的滤波是低通滤波(即滤高频),所以在数字信号上的低频噪声会直接或间接影响到声音的听感,甚致指标也有体现。这也是享声SOUNDAWARE在衡量一个数字输出质量的几个重要方面。

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发表于 2017-8-8 11:44:41 |显示全部楼层
本帖最后由 xs_horizon 于 2017-8-8 13:13 编辑

D300REF 介绍

一.D300REF 是一款专业高清母带级音乐进行参考级重放的次时代网络数字转盘系统,它代表着享声SOUNDAWARE 七年来深耕数字转盘市场的HI-END的经验与积累,也代表着享声SOUNDAWARE HI-END重放系统未来方向的判断。作为转盘系统,为了达到参考级的标准, 需要从转盘真正的所有方面达到参考级的效果:


1全局高性能双时钟系统与FPGA处理
采用比D100 PRO豪华温度稳定度提升40倍,比D100PRO飞秒的精度高一倍,同时有着优秀低频噪声的定制时钟,可以达到一般的OCXO性能。


同时利用享声多年FPGA的高性能算法进行锁定,分频,去噪,有效利用并提升了全局双时钟系统。 24.576MHZ用于48khz倍频的音频,22.5792MHZ用于DSD以及44.1khz倍频。同时我们在满足功能需求时,尽可能的降低时钟的频率,因为更高的频率时钟,同等条件下的模拟音频区(即低频)噪声要大很多,反而明显有害于重放效果。所以在DSD256以及PCM384音源商业化之前,享声应该不会贸然采用更高频率的时钟支持更高采样率的音乐。

D300REF 时钟.jpg



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发表于 2017-8-8 11:45:47 |显示全部楼层
本帖最后由 xs_horizon 于 2017-8-19 17:03 编辑

2 IIS(RJ45)&SPDIF(AES,同轴,光纤) 输出质量
采用FPGA解码与合成,高稳定的数据输出,通过FPGA直接输出SPDIF,无需IISSPDIF,减少二次转换的损失。同时IIS 中的时钟直接由主时钟经过去噪,锁定后生成,更高的精度与低噪声,加上享声多年的算法,使得数据与时钟同时,同步输出,这就从架构上来确保了IIS以及SPDIF低噪声,高精度以及同步的输出。



3 领先的隔离参考级电源系统

D300REF 电源系统.jpg

电源作为整个系统的基础,决定了FPGA,时钟以及整个电路的发挥,特别是对音频的关键噪声,抖动起至关重要的作用,这也是数字输出质量核心。D300REF 为了达到参考级的效果,抛弃了传统高级线性电源直接供电的方案,也没有采用高性能的开关电源,而且采用了当今长寿命,大容量,用于高铁,航空级启动的远优于电池的超级电容作为电源方案。


传统线性电源方案缺点就是低频噪声大,变压器交流内阻高,一个几十W功率的变压器,音频段交流内阻极大,很不利于高频数字电源的需求,虽然通过加大电容以及PCB设计能缓和,但在数字重放当中,除了没有高频干扰,并不是一个最优的电源方案。而开关电源虽然全频供电能力比线性电源要优,但是高频噪声较大,而且噪声在音频区仍然较大,结果为了抑制这种高频噪声,加入了大量的电感滤高频,反而导致了其交流内阻变高,电源响应变差,最后缺点跟线性电源类似,还是要通过电容来实现,而且开关电源的高频辐射也相对于线性电源要大不少。


D300REF的超级电容方案采用MAXWELL大容量,Ultra-Low ESR,专为汽车以及高铁用来作为启动级电池的单体,有着低于2毫欧的内阻,100万小时的工作寿命,几乎无衰减并且理想的电源方案,明显优于动力电池方案。然而因为大容量高性能的超级电容,仍然存在单位能量密度下体积过大,电压过低的情况,对于D300REF内部,其一半的体积由电源系统所占据,而D300REF 实际用电仅为5V的情况下才可能实现,这也决定它只能用于体积较大,要求极端,不计成本,电压低的参考系统当中。


D300REF 因为采用了这个电源方案,内阻低至毫欧级别,交流全频段放电能力优秀,大幅度的减少了整个PCB的全频噪声以及用电响应时间,明显提升了信号质量以及高性能芯片以及器件的性能,在实际同轴输出测试当中发现,20khz以下的低频噪声相对于D300下降近两倍, 而且数据以及眼图交点抖动明显下降到DS3下几乎不可测。从声音上来说,明显提升了整个声音的分析力,透明度,控制力,密度等明显耳闻的素质,同时隔离了外界市电对电路PCB的影响,几乎不再受因为电子震动所造成的避震问题。

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发表于 2017-8-8 11:47:35 |显示全部楼层
本帖最后由 xs_horizon 于 2017-8-19 17:04 编辑

4磁屏蔽设计

电磁辐射对于音响产品是一个非常关注的设计,电<-><->电子震动 在一个局限的产品当中是相互转换以及相互作用。音响产品常见的辐射就是 高速的信号线,直列元件的高频率大电流充放电(如大电容),电磁转换元件(如变压器,滤波器,电感等),高频工作元件(开关电源,液晶屏等)。 这些辐射在通过PCB导线或者元件时会有感应,同时在原有的信号当中生成噪声,大至一定程度直接在音响系统中直接耳闻到这种干扰底噪,所以一个音响系统中的屏蔽是非常重要的。当然也不是所有的电路都需要屏蔽,比如充电电路,本身有超级电容吸收,液晶屏,本身就是一个辐射源,但是如FPGA与时钟,充电电路与用电电路的隔离,在D300REF的参考系统中就变得很重要了。


为此,D300REF 对充电电源与用电电源用5mm厚铁板进行了隔离,FPGA与时钟进行了全隔离,6+4PCB设计,完全地层的隔离作用,重点信号线全部双层地隔离,同时尽量采用帖片而不是直插元件,减少辐射的接收面积等各种措施保证了信号质量。


5.优化的SPDIF以及IIS&DSD驱动电路


SPDIF电路基本要求就是转盘与解码要地线隔离,在差分驱动的情况下常见方案就是耦合以及变压器隔离。因为优秀的数字音频隔离器非常稀少,所以D100PRO采用了传统的DS8921差分驱动+高性能WIMA black box耦合。而D300REF 采用更高性能,低抖动的驱动电路以及目前The Lowest Jitter级别的两颗SC947-02LF

D300 REF 输出.jpg

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发表于 2017-8-8 11:50:33 |显示全部楼层
本帖最后由 xs_horizon 于 2017-8-17 15:41 编辑

5.关键部分全部HI-END材料

D300REF 无论内部材料,特别是关键音频部分,哪怕是充电电路,都追求的这个档次应有的材料,为了减少充电电路的噪声,我们采用了talema低噪声的线性充电+高性能低噪声玻璃管整流+顶的滤波电容+稳压。 电容绝大部分采用了帖片目前业界参考级的材料,很多明显高于D300的用料与层次。

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发表于 2017-8-10 11:43:25 |显示全部楼层
二.强大的次时代功能:

1)集成了基于FPGA的高性能HI-FI 级蓝牙。
2)基于FPGA进行时钟与数据同步处理,与2017期投产的高性能XMOS 芯片深度开发,XMOS提供数据通讯通道,电源尽可能的隔离与优化,提供了一个 与手机,PAD,电脑 融为一体的界面系统,如果注意电脑以及USB线材,可以达到与FPGA直播输出相同质量(此方案是基于MR1的优化版)。
3)基本享声成熟并且V2.9.X固件优化,提供更为流畅,稳定,易用的高保真airplay 接入功能,后续将可以随固件升级,支持苹果的无线高清音乐airplay支持。
4) 强大的NAS 以及Upnp/DLNA  功能支持,支持高精的NAS重放以及基于DLNA的各种控制,推磅,APP 遥控功能。

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发表于 2017-8-10 11:49:42 |显示全部楼层
本帖最后由 xs_horizon 于 2017-8-10 11:50 编辑

三.专业而又强大的音频功能

1.高性能BNC字时钟输出。

2.可接受外置的双主时钟输入。

3.强大的平衡&单端的原生数字音频标准IIS&DSD 输出(基于HDMI 以及RJ45网口)。

4.齐全的高性能,无二次转换的数字音频输出接口:AES,同轴,光纤。

5.用于母速处理的专业参考性能硬DSP芯片DSDPCM功能,失真低至-170 db, 明显优于weiss int204-144db失真. 满足众多解码器不支持DSD DOP情况,精度也明显高于众多DA芯片内部的DSDPCM的性能,对于现在顶级DA的失真仍然在-120db左右,接近无失真转换。转换可以直接通过同轴,AES,光纤输出。

6.软件的同频无缝功能,对于古典爱好者是一个重要的需求,意味着一个长录音仅管分了曲也可以不间断播放,对于普通烧友来说同频歌曲自动的切歌时间可以忽略,DSD歌曲切歌音小啪声也可以消失,这个功能对于部分解码器在处理DSD切换时啪声过大非常重要。


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发表于 2017-8-10 11:54:06 |显示全部楼层
本帖最后由 xs_horizon 于 2017-8-24 13:29 编辑

四.一流的加工水平,专业化的设计

        D300REF 外观设计从2015底就已经开始,期间经历四次重大改进与打样,更换了三名设计师后才有现在的设计效果,追求简洁,活力,年轻,奢华的设计感。全壳可见面通过复杂的结构设计,达到上盖与前面均无螺丝设计。颜色上通过前雪白精细砂以及后翡翠黑细砂的错色搭配与加工,充分的表达了贵重与活力感觉,同时前板设计追求简洁,清爽。

采用与MR1相同的富士康合作工厂加工,一流的加工水准与精度,单机CNC时间高达690分钟,优质并且精细的表面处理,使得D300REF实物的质感明显好于摄像效果。


现在,普通民用HI-END产品的的外观成本基本都占到了50%总成本,甚致很多在70%以上,而D300REF没有因为定位很高所以独立模具,而是与A300D300共模具,能够更大批量生产,从而大幅度的控制了D300REF的外壳成本,这也是D300REF最终定价在2W以下的核心重要的原因。


D300REF11.jpg

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