Российская профессиональная PCIe звуковая карта Lisk Audio Lisa Pro (10 онлайн)

[LISK]

Карта Lisk Audio LISA и её концепция.

Итак, что мы имеем? Слот PCI-E для приема цифровых данных, аналоговый выход и вход, для коммуникации со слушателем. Нас интересует исключительно максимальное качество звука. НЕ интересуют аудиофильские предрассудки, конкуренция с китайцами и самоделками народных умельцев. В общем все серьезно. Поехали с начала.

Карта устанавливается в слот PCI-E x1, можно ставить и в более длинные слоты, PCI-E x16 вполне подойдет. Дополнительное питание не требуется. Коммуникация непосредственно с интерфейсом PCI-E осуществляется с помощью чипа Renesas (бывший NEC). Данные чипы заслужили хорошую славу своей беспроблемностью, стабильностью и высоким качеством соединения. Несомненным плюсом является то, что драйверы на этот чип уже встроены во все современные операционные системы, дополнительная установка не требуется. Чип Renesas является контроллером USB3.0 и обеспечивает связь по протоколу USB с сердцем карты - 16 ядерным процессором XMOS. Может показаться, что протокол USB тут лишний, но на деле связь по USB имеет и преимущества. Карта в системе видится, как USB устройство XMOS, для которого во всех современных операционных системах уже присутствует драйвер. То есть в большинстве случаев карта будет работать сразу, без установки драйверов и дополнительной настройки.
Фактически такая же концепция на сегодняшний день применяется для большинства USB ЦАПов, включая известных производителей Hi-END оборудования.
Однако в карте LISA есть кардинальные отличия от такой схемы — чипы USB контроллера и XMOS полностью синхронны (и это еще не все)!

Разумеется XMOS использует асинхронный USB протокол для передачи аудиоданных, призванный максимально уменьшить джиттер аудиосигнала, ничего нового тут нет, однако, следует помнить, что в реальных USB устройствах происходит многократное согласование параметров линии передачи, выбора предыскажений передачи сигнала в зависимости от качества примененного кабеля, а так же используется коррекция частоты передачи с помощью PLL, так как частоты тактовых генераторов в разных устройствах всегда немного отличаются и даже могут меняться во времени. В общем это большая работа по договоренности между устройствами, производимая на аппаратном уровне внутри чипов, не видимая конечному пользователю, повлиять напрямую на неё никак нельзя. Косвенно повлиять можно, подбором кабелей или использованием плат с качественным тактовым генератором, с низким джиттером, но это не научный подход к решению проблемы. Оставим это тем, у кого много свободного времени и денег.

Так вот, в карте LISA работа по согласованию параметров протокола USB максимально упрощена тем фактом, что чипы XMOS и USB всегда работают от одного тактового генератора, строго на одной частоте. Вишенка на торте тут в том, что эта частота НЕ стандартные и фиксированные 24МГц. Частота работы шины USB напрямую привязана к частоте дискретизации воспроизводимого цифрового аудиопотока!!! В дополнение к тому, чип USB контроллера и процессор XMOS находятся на одной плате, на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга, соединены напрямую максимально коротким путем дорожками по плате. Параметры линии передачи не меняются со временем и не подвержены внешним помехам (как в случае USB кабеля). В общем в карте LISA мы используем USB просто как транспортный поток, шину передачи данных между двумя чипами, а чипы работают как единое целое, причем, повторюсь, на частоте кратной и синхронной с частотой воспроизводимого в текущий момент аудиофайла.

В карте LISA все частоты работы, всегда, строго синхронизированы с частотой аудиосигнала, что является кардинальным решением по уменьшению джиттера и пока не примененным ни в одном устройстве, построенном на процессоре XMOS.

 

[LISK]

Мы уже выяснили, что чипы PCI-E и XMOS работают в единой связке, на частоте кратной частоте сэмплирования аудио. Но что же с цифровым сигналом I2S?

Изначально планировалось, что сигнал I2S будет подаваться непосредственно с XMOS на ЦАП CS43198. Ведь, поскольку мы подстроили частоту его работы под частоту семплирования аудио, на выходе должен быть абсолютно корректный I2S сигнал, без дрожания фронтов, такой же как в аппаратных процессорах, например CD проигрывателе или FPGA. Практически это так, на осциллографе наблюдаются абсолютно четкие фронты цифровых данных, качество звука улучшилось, но недостаточно на наш слух. Поэтому дополнительно ко всем вышеперечисленным мерам, для повышения качества I2S сигнала подаваемого на ЦАП, применяется проверенная временем схема реклока, изначально примененная в цифровой карте Lisk Audio UX3.
На самом деле с реклоком тут все еще интереснее. Особенно с типичными решениями по реклоку, примененные любителями и китайцами в своих изделиях.
Начнем с основ — реклок представляет собой обычный D-триггер, который имеет вход, выход и входящий тактовый сигнал записи, при подаче которого, сигнал который был на входе передается на выход и сохраняется до последующего такта записи. Для правильной работы реклока необходимо соблюдать ряд условий, одно из которых заключается в том, что сигнал на запись должен быть подан только после того, как на входе сформируется и будет присутствовать определенное время устоявшийся уровень (0 или 1). В противном случае (при одновременной подаче сигнала на запись и смены состояния входа) триггер попадает в область неопределенности, то есть может сработать, а может и нет, что разумеется нас не устраивает. Обычно тактовый сигнал записи D-триггера берется напрямую с тактового генератора мастерклока XMOS. А теперь самое интересное: в реализации XMOS с использованием стандартного кода производителя (примененного в 99,9% устройств) невозможно знать и контролировать задержку, которая возникает между входящим сигналом мастерклока XMOS и его выходным сигналом I2S. По сути эта задержка произвольна и всегда меняется при перезапуске устройства или смене частоты дискретизации. То есть в какой то момент реклок подключенный к выходу XMOS будет работать нормально, но при смене трека может попасть в область неопределенности, при котором перестанет работать или будет работать с ошибками, что вызовет треск или ухудшение звука на выходе ЦАПа или АЦП (что мы и наблюдаем например в Motu M2). Именно поэтому в большинстве устройств реклок на D-триггере ставят только на SPDIF выход, который имеет относительно низкую частоту и ошибки в его работе менее заметны, так как сигнал все равно пакуется в посылки, которые будут пересобраны SPDIF приемником. I2S сигнал обычно подают напрямую на чип ЦАП, мирясь с дрожанием фронтов и повышенным джиттером.
Так же в широко разрекламированных китайских платках USB декодеров, построенных на XMOS или Amanero, проблему дрожания фронтов I2S пытаются обойти, применяя в качестве реклока дополнительные процессоры ПЛИС Xilinx или Altera. На наш взгляд это решение напоминает пальбу из пушки по воробьям. Вместо того, чтоб просто модифицировать код XMOS, чтоб стало возможным использование обычной микросхемы логики D-триггера, стоимостью 10 рублей, городить огород с процессором, вообще изначально не предназначенным для этих целей, о чем заявляет даже их производитель — что джиттера там сильно меньше не станет.

Мы же пошли научным путем и в UX3 нам удалось решить эту проблему изменением программного кода XMOS, то есть сигнал I2S, приходящий на реклок с процессора XMOS, всегда имеет одинаковую задержку относительно мастерклока, что позволило контролировать работу реклока и выставить правильные тайминги его работы. Звучит просто, но, кажется, кроме нас, никто не знает как это сделать.

Итого: в звуковой карте Lisk Audio LISA мы имеем процессор, работающий синхронно с аудиосигналом, USB шину, работающую синхронно с аудиосигналом, плюс дополнительно мы подвергаем реклоку выходной сигнал I2S, который только после этого поступает на ЦАП.

 

[LISK]

Итак, мы уже выяснили, что цифровые узлы платы работают абсолютно синхронно относительно аудиоклока, но этого мало. Расположенные на плате импульсные преобразователи питания так же синхронизированны с аудиоклоком и могут работать на частоте 1,411 или 1,536 МГц, в зависимости от частоты дискретизации воспроизводимого аудиопотока. Синхронизация преобразователей приводит к тому, что во первых отсутствуют биения непосредственно между ними, что благоприятно сказывается питании и уровне помех, во вторых работа преобразователей синхронно с процессором гарантирует минимальное влияние наводок преобразователей на фронты цифровых сигналов, поскольку преобразователи срабатывают с небольшой задержкой, тогда когда остальные узлы схемы уже получили и считали свой тактовый фронт импульса.
Плата Lisa имеет единый для всех узлов кварцевый генератор с высококачественным питанием, имеющим ультранизкий уровень шума. Технология, при которой все цифровые узлы платы имеют единый тактовый сигнал, называется Uniclock Digital, что отражено на плате. Ни в одной серийно производимой аудиокарте на сегодняшний момент нет настолько полной синхронизации цифровой части, как впрочем и на большинстве внешних USB ЦАПов.
Теперь про питание. Применение импульсных преобразователей при питании от PCI-E неизбежно, поскольку на разъеме присутствуют только линии +12 и +3,3 вольта. Негативное влияние импульсников максимально устранено их грамотным размещением максимально далеко от цифровой части, в ограниченном месте, непосредственно около разъема PCI-E, кроме того они синхронизированы с остальной частью схемы, что описано выше.
Карта Lisa имеет топологию типа "звезда" (насколько это возможно в данном форм факторе), в центре которой как раз находятся импульсные преобразователи и коммутационные разъемы. Цифровая и аналоговая земля разделены. Далее питание стабилизируется уже непосредственно около потребителей, дискретными линейными стабилизаторами собственной разработки. Был соблазн применить уже готовые современные микросхемные стабилизаторы, но после изучения ассортимента предлагаемого известными фирмами, эта идея была отброшена. Не потому, что современные стабилизаторы плохие, а потому что не было желания еще год тратить время на макетирование плат и поиск стабилизаторов обеспечивающих нужный звук. Нужен был результат, поэтому принято решение использовать наработки, уже зарекомендовавшие себя в MOD3. В результате чего питание платы Lisa обеспечивают 8 линейных стабилизаторов, настроенных под конкретных потребителей цифровой и аналоговой части, а самое главное, обеспечивающих отличное звучание. Ни одного микросхемного стабилизатора на плате нет, как нет и операционных усилителей. Только дискрет, только хардкор! Так же в питании и вообще на плате не применяются электролитические конденсаторы, что обеспечивает стабильные параметры, независящие от времени наработки и окружающей температуры, что делает аудиокарту практически вечной.

 

[LISK]

Мостом между аналоговой и цифровой частью являются АЦП TLV320ADC6120 фирмы Texas Instruments и ЦАП CS43198 от Cirrus Logic. Это самые современные чипы, высшие в линейке микросхем производителя, предназначенные для аудиотехники и поддерживающие работу с частой до 384кГц в стереорежиме. Однако для получения результата, только лишь применения топовых конвертеров недостаточно, нужно обеспечить грамотное согласование чипов как с цифровой стороны, так и с аналоговой, при этом не испортив их технических параметров.
В звуковой карте Lisa применены уникальные аналоговые дискретные решения собственной разработки.
Был разработан с нуля предварительный безООСный усилитель, преобразующий небаласный входной сигнал с миниджека в балансный, необходимый для работы АЦП. Усилитель имеет возможность работы как в микрофонном режиме, так и в режиме линейного входа. Вообще, был спортивный интерес, возможно ли построить такое изделие на дискретных элементах, без применение глубокой общей обратной связи. Особенно инвертирующую его часть, знающие люди поймут о чем речь и насколько это нетривиальная задача и одна из самых интересных разработок на плате. Схема предварительного усилителя построена на 20 транзисторах и имеет пленочные конденсаторы на входе. АЦП TLV320ADC6120 имеет на борту встроенный микрофонный усилитель, с регулируемым усилением, которым возможно управлять из меню карты, то есть предварительный усилитель в основном занимается согласованием с источником, само же основное усиление (при необходимости использования микрофона) происходит в микросхеме АЦП.
ЦАП CS43198 является на сегодняшний день одним из лучших. Речь идет как о звуке, так и о стабильности параметров микросхемы при изменении температуры окружающей среды и отсутствием разброса в качестве между отдельными экземплярами микросхем. Зная особенности этого чипа, на его основе можно строить аудиотехнику самого высокого класса. Одной из фишек данного чипа является не балансный выход, то есть теоретически можно снимать сигнал прямо с выхода чипа и подавать его на вход усилителя низкой частоты. Однако при практической реализации выясняется, что получить хороший звук таким способом нельзя, так как выход чипа имеет относительно низкую нагрузочную способность и высокочастотный шум работы модуляторов, как впрочем и все ЦАПы, такой уж у них принцип работы. Обязательно нужна фильтрация.
Для линейного выхода карты Lisa был разработан безООСный дискретный буфер, с встроенным фильтром. Это еще одна моя гордость, поскольку, не обладая общей обратной связью, буфер имеет искажения ниже 0,00005%! Точнее измерить нельзя, из-за собственно упора в параметры ЦАП. Буфер построен на 28 транзисторах, фольговых конденсаторах WIMA FKP, имеет высокоомный вход и создает низкую нагрузку на выход ЦАПа, что дополнительно улучшает качество сигнала. Результат можно услышать своими ушами, подключив усилитель низкой частоты к линейному выходу. Lisa раскроет самые требовательные аудиотракты, не уступая в качестве детализации и чистоте звука взрослым стационарным источникам.

 

[LISK]

Настало время поговорить про встроенный усилитель мощности для наушников.
Начнем с того, что он очень мощный, но в то же время имеющий гибкое ограничение уровня выходного сигнала. Имеются 4 градации выходного напряжение, которые можно выбрать в меню карты: 1, 2, 4 и 8 вольт средневыпрямленного значения. Если оперировать размахом напряжения, как более впечатляющей величиной, то на последнем, самом максимальном уровне усиления размах выходного напряжения усилителя может достигать 22,5 вольт. Это дает гарантированную мощность 2 Вт на канал, при сопротивлении наушников 32 Ом. Для более низкоомной нагрузки мощность повышается, например для нагрузки 16 Ом измеренная реальная выходная мощность усилителя составляет 3,5 Вт на канал. В общем громкости в ушах хватит всем. Хватит даже для подключения настольной акустики. Такие параметры стали возможны благодаря использованию компьютерного питания слота PCI-E, у которого, в отличие от внешнего подключения USB, не наблюдается недостатка мощности.
Сама концепция усилителя для наушников использует проверенную временем и улучшенную схему усилителя MOD3 на дискретных элементах. Усилитель состоит из 40 транзисторов и питается повышенным напряжением питания +-15 вольт, которой формируется мощным преобразователем, работающим от линии 12 вольт слота PCI-E.
Для подключения наушников карта имеет стандартные выходы - большой джек 6,3 мм и миниджек 3,5, так же возможно подключение разъема Fron Panel корпуса системного блока. Выходы управляемые, (включая линейный выход RCA), то есть можно включать и выключать их по своему желанию, не вынимая разъемов наушников.

 

[Andrey Ivanov]

Главный смысл объемного текста, написанного выше, в переводе на язык самокритики звучит иначе и гораздо короче: в основе данного продукта - такое же, как и у подавляющего большинства низкобюджетных USB аудио интерфейсов, стандартное RISC ядро XMOS, для работы которого с системной шиной PCI Express используется столь же стандартный периферийный USB контроллер/бридж Renesas. Все остальное уже не имеет никакого значения и «горькая правда»здесь проста - это, по сути, такой же полупрофессиональный USB аудио интерфейс, как и у всех именитых производителей, с максимально спартанским функционалом, решенный в бескорпусном конструктиве в виде платы PCI Express. Считаю, что не будет никогда массовых продаж такого решения, даже за вдвое меньшую цену.
Логика реализации собственного входного буфера на дискретной схемотехнике мне вполне понятна с точки зрения «бесшовной» унификации качественного линейно-микрофонного тракта, но полный отказ от ОУ, мягко говоря, дискуссионная идея. Подобный дискретный линейный буфер и даже с цифровым управлением коэффициентом усиления (на переключаемой внешним мультиплексором прецизионной дискретной R2R ladder) применили во входных трактах новых Volt 876 с очень хорошими результатами. Но полный отказ от ОУ в согласующих прецизионных инструментальных каскадах unity gain непосредственно перед АЦП - скорее разработческий «вызов», чем реальная необходимость.

 

[LISK]

Не будет никогда массовых продаж такого решения, даже за вдвое меньшую цену.

Деньги берутся за качество получаемого звука, а не за ядра или техническую реализацию, которая в большинстве случаев никому не интересна (что вы только что и доказали собственным примером).
В принципе это меня освобождает от расписывания технических подробностей про Lisa PRO. Не хочу тратить время и силы. А кто хотел это узнать, ну вы знаете кому сказать спасибо.
Просто берете карту - слушаете собственными ушами. Вопрос закрыт. Что там происходит и как достигается качество уже волновать не должно особо)

 

[LISK]

Все остальное уже не имеет никакого значения и «горькая правда»здесь проста - это, по сути, такой же полупрофессиональный USB аудио интерфейс

По сути претензия такая же идиотская, как у отпетых аудиофилов, которые не видят на плате золотых деталей или огромных банок, а значит все, звука не будет, пользоваться нельзя

 

[Andrey Ivanov]

Качество профессионального аудио интерфейса сейчас это:
1. Уровень технологичности и эффективности, определяемые его фундаментальной системной архитектурой. Generic решение на XMOS в данном контексте - не показатель высшего «качества», а напротив, признак компромисса, у крупных производителей это экономия ресурсов R&D, у микро стартапов - их отсутствие.
2. Функционал и удобство использования. В этом контексте все популярные аудио интерфейсы любых ценовых категорий ничуть не ниже, а по большей части выше вашего в качественном отношении.
Тракты АЦП-ЦАП, опорные генераторы и прочие компоненты современных аудио интерфейсов сейчас практически невозможно сделать «низкокачественными» и никакое «эксклюзивное» решение здесь не может для профессионального пользователя перевесить компромиссы и «срезание углов» по двум пунктам выше.

 

[Antonio]

Подпишусь пожалуй. Это же только начало?

 

[crowd91]

@LISK,

Даже на этом этапе, уже обгадились.

Как правило, в каждой теме где ты пишешь, от тебя ноль инфы по теме(так как ты не в теме), но флуда….
Вроде бы и не новорег, а толку то… бегать по темам и гадить