PCM–>DSD変換用基板のFPGAをXilinxのSpartan6 (SLX9) 144pin から、Altera の Cyclone3 (EP3C25)144pin へと変更すべく、基板修正作業を行いました。FPGAの変更により、より大規模な演算回路を作りこむことができます。
Altera を使うのは久しぶりですので、回路をミスっていないか少々心配です・・・。
製造工場から上ってきたら早速2, 3枚実装を頼んで検討を続けます。
月: 2012年7月
けじめ
『2時間だけDSD256関連の検討に当てよう』と決めていたはずなのに、気が付いてみたら時間を少しオーバーしていました。設計受託した案件に影響が出てはいけないのでとりあえず中断・・・。
前回記事の写真の基板に回路を焼きこんで実機で動作チェックをしてみました。
シミュレーションの結果からして、設計通りにはできているはずなので、とりあえず1kHzと20kHzの正弦波(fs=44.1kHz)を送って確認することに・・・。
ついでにおまけにインパルス応答も・・・
デジタルフィルタはSHARPなロールオフ特性にしてあります。
あとはリッピングしたCDコレクションをひたすら聴きまくることになります・・・。 とりあえず、DSD1794AにDSD256の信号を入れて確認をしています。データシート上ではDSD256までは大丈夫そうです。
TIのこの手のDACチップでは、入力がDSDの場合は内蔵のOSF (オーバー・サンプリング・フィルタ)とΔΣ(デルタシグマ)モジュレータはバイパスして、アナログFIRフィルタを通過させているだけのようです。つまりアナログFIRの機能しか使用しておらず、もったいないと・・・。
FPGAを出たところで数TapのFIRフィルタを通過するように基板を修正すればDACチップも不要にできるかもしれません。256fsと、ノイズの周波数帯域もより高いですので、アナログ回路のLPFも簡単にできるかも。
もっとも、それよりも根本的な問題として、(今基板に載ってる ) “Spartan-6 SLX9″ をもってしても主に配線リソースには不安があるので ( ビット数の非常に大きな積和演算回路を複数構成するとフィッティングが難しいという意味で )、基板を作リ変えて真面目にやるのであれば、”Cyclone III ” のある程度大きなもの ( とは言ってもパッケージはQFP144) に変更したいと考えています。そうしておかないと、PCM Double/Quad Speedからの変換用にデジタル・フィルタを拡張したりする必要が出てくると、一気に破綻する恐れがあります。
あるいは、ある意味、ハイレゾが普及して44.1kHz/48kHzの音源にありがたみが薄くなってしまったので、もう一度これらのfsの大切な音源に改めてスポットライトを当てて付加価値を高めつつ？音楽を楽しみたい。ハイレゾはそのままPCMでの再生でよろしい、という発想をされる方もあるかもしれません。
とりあえず、相対的な比較論で音が良いとか悪いとか、という点は別として、特性的に特にまずいところとか、音を聴いて癖がある、といったところは無いと思いますので、 同時ではありませんが、思う方2-3名様に基板をお貸しして使ってみて頂きたいと思っています。その方々には近いうちにお願いをさせて頂きますので、もしよろしければご試用頂きたくお願いします。
DSD256(11.2896/12.288MHz)
思うところあって ( Voyage MPD の Starter Kit を使うことによって、CDからリッピングしたライブラリーを手軽に楽しめる環境ができたことが大きいです )、サンプリング周波数44.1/48kHzの信号をDSD256(11.2896/12.288MHz)に変換する回路を設計しました。多くの方と同じように、手持ちの一番充実した種類・分量の音源である44.1kHzのPCMを楽しみたいという気持ちからです。
まずはHDLによるRTLという手法で回路に変換可能な ( 専門的には「論理合成が可能」という言い方をします ) コードを額に汗を流しながら書き終えました。コードといってもいわゆるC言語等のプログラミング言語とは似ても似つかないもので、根っこの変換アーキテクチャーは同じでも、構成や実現方法が全然異なるものであります。
出来上がったコードを実際に物理的に動作する具体的なハードウェアに落として行くわけですが、規模が大きくなりますので、残念ながらUDA基板に統合、というのは全く不可能です。何しろ、フィルタの係数ビット1つ取ってみても32bitとしていますし、32bit×24bit の乗算器をFPGAのマクロを使用せずに構成するなど、基本ロジックセルどうしの配線に必要なリソースが膨大なのです。
そこで、UDAなどをトラポとし、受け側のDAIとして写真の別基板上に実装されたFPGAにインプリメントする計画を立てました。現状ではとりあえずトラポから44.1/48kHzのS/PDIFなりI2Sを受けてDSD256に変換し、それをDSD1794Aなどの既存のDACチップなどに突っ込んでD/A変換するのが手っ取り早いです。
DACチップを使わずに、DSD出力を数タップのアナログFIRフィルタを通すなどしてやれば、バッファリング・ゲイン調整などを施してDACチップレスなD/Aコンバータを作ることもできそうです。
下のチャートは、3.2kHz-0dBの正弦波を、出来上がった回路でDSD256に変換してみた結果です。測定系の事情により、周波数軸の目盛の数字は32倍にして結果を見てください (FFT によるDSDそのままの周波数スペクトラムを示しています)。
次に、参考までにKORGのAudioGateで1.6kHz-0dBの正弦波をDSD128に変換した場合のFFTもとってみました。同様に、測定系の事情で周波数軸の目盛の数字は16倍にして結果を見てください。
紆余曲折は続くと思いますが、時間を見つけて実装していきたいと思います。
続く、かも・・・
TwonkyMedia Server もマウントしてくれるんですね
いささか唐突ですが、ThinkPad X31を使ってのVoyage MPD の導入検討を経て、皆様に遅ればせながらアルミ箱のStarter Kitを購入しました。
私の場合は、SAMBAやNFSマウントではなく、”djmount”を使うことで、全CDやハイレゾファイルを入れて運用中のUPnPメディアサーバーである、QNAPのTS-119上に構築したTwonkyMedia Server をマウントしてみました。
(U)PnP (Plug & Play) というだけあって、もしかしたら、SAMBAやNFSで使えるようにするより簡単だったかもしれません (^o^。 もっとも、初めて設定するときは(Plug & Pray) でしたが・・・。
上の写真はWindowsのGMPCですが、それらしい感じでライブラリーが見えています。
メーカー製のネットワーク・オーディオ・プレイヤーが採用している、いわゆるDLNAとは全く違った流儀で動作しているようですので ( 少なくともメディアレンダラーは楽曲ファイルのデータベースをそれ自身には置かないはずです )、現状ではコントローラーアプリには選択の自由はほとんど無いようです。
とは言え、外面上はそれらと同じような使い方ができていると思われます。そしてなにより、ギャップレス再生がきちんとできているというのがうれしいところです。メーカーの製品でそれがきちんとできるものは非常に高価だということを考えると、Starter Kit > USB DDC (UDAなど) > DAC といういささか煩わしい接続体系になる点を差し引いても、メリットが余りあると考えています( この点に関してはやりたいことがあります・・・)。
レンダラーにWindows PC と Foobar2000を使って、こちらはDLNA準拠で同じようなことはできますが、この小さなアルミケースだけで(ディスプレーやキーボードがいらない！) ギャップレス再生プレイヤーになってしまうのですから、これは嬉しいです。少しづつ聴きこんでみたいと思います。
これで、某社のネットワークプレイヤーがお払い箱にできそうです。
なお、Voyage MPDの導入に当たっては、asoyaji さんのブログには大変お世話になりました。どうもありがとうございます。
追記(7/10)：
UPnPメディアサーバーをマウントしてDBを構築すると、検索性能を上げるために？「アーチスト」「アーチスト-アルバム」・・・など、複数のカテゴリーから検索・選択できるようなツリーを作りますので、単なるディレクトリ・ツリー型よりもDBのサイズが大きくなるようです。
どうやらStarter KitのALIXではメモリが足りないのでしょう。DB構築の途中で ” Transport endpoint is not connected” と言われてDBが消えてしまいます。Voyage MPDではDBをメモリ上に構築して運用しているようですので、256MBでは到底足りないのではないかと勝手に想像しています。
仕方がないので、Starter KitにはNFSで同じTS-119をぶら下げることにしました。これなら、コントローラにMPoDを使えばネットワーク上にあるWindowsマシンをわざわざ立ち上げておかなくても運用ができます。
メインメモリのサイズからして、あまりたくさんの楽曲を ( 特にdjmountを使ったUPnPでは) 管理することには無理があるのだと思います。プレイヤーまで含めてすべてがUPnP(DLNA)で動作するシステムであれば、DBはサーバー上にあって、検索・選曲はコントローラとサーバーとの間だけで完結していますので、この点でプレーヤー側のメモリサイズに影響を受けることは無い仕組みになっています。
asoyajiさん情報では、Voyage MPDは次バージョンで正式にDSD (たぶんDoP方式でしょうね) に対応するようですので非常に楽しみです。願わくば、GMPC(Windows)やMPaD(iPad)上からDSDIFFファイルが直接選択できるようになればうれしいです。
TS-119 は、ThinkPad X31に構築したMPDを使うときにTwonkyMedia Server としてマウントし、このStarter Kit を使う環境では NFS としてマウントしてしばらく運用してみようと思います。この Starter Kit はTiny システムとして適材適所で利用することにします。
GPSクロックとバルク転送
UDA（DoP録音版)基板のユーザー様から伺った話です。
以前の記事に書きましたが、録音版のUDA(DoP版)基板には、DSD録音のために外部からワードクロックを入力できるようになっており、バルク転送モードではワードクロックにて一応再生もできるようになっています。
その方は、DSD1794A基板のDACとUDA基板にて構成されたDACをオーディオ店に持ち込まれ、アキュフェーズのセパレートアンプとB&Wの802で試聴されたところ、持参されたDSD音源での試聴であまりにも大きな変化に大変驚かれたそうです。以下にお言葉をお借りすると・・・
「まず音場が大きく広がり特に奥行き方向の変化が大きく、一音一音クリア―に出てきます。今まで良いと思っていた音がバックグランドノイズに埋もれていたような感じです。これはＤＡＣや電源を見直しても改善出来ないと感じ、帰りには、ＧＰＳクロックを発注していました。是非ともワードクロック入力を標準装備としてください。」
とのことでした。話題のGPSクロックはインフラノイズのGPS-777という製品だそうです。
恐るべし！GPSクロック、です。アンテナ設置の必要があったり、お値段も安くはないので気軽に試すことはできませんが、UDA(DoP)録音版をお持ちの方で、クロックジェネレータもお持ちの方はお試しになってみてください。