Rechner

Das PC-Board (Multicore Intel 64 Bit x86) liest und verwaltet die Daten,
berechnet Filterfunktionen und führt auf Wunsch auch Laufzeit- und
Amplitudenkorrekturen (Raumanpassung, Convolving),
Polarisations-Invertierung, etc. durch. Prozessor und Speicher sind
überdimensioniert. Das System basiert auf Linux und die Software ist
erweiterbar. Es können somit Audio Daten von 22 kHz bis 384 kHz Abtastfrequenz (bei DSD bis 5,6 MHz) und bis zu 8 Kanälen, auch gapless wiedergegeben werden.

Internes Ethernet

Die Verbindung zwischen Rechner und Audio Interface erfolgt  zeitlich "elastisch" über GigaBit Ethernet.

Es gibt hier also kein "Reclocking" oder externe "Masterclock". Wir trennen einfach die lose getaktete Außenwelt (Rechner) vom Wandler mit seinem präzisen Takt.

Die Ethernet Strecke stellt auch eine zusätzliche galvanische Trennung innerhalb des Digitalteils dar, wodurch das Störpotential vom Eingang bis zur analogen Ausgangsstufe über mehrere Stufen abgebaut wird.

Galvanische Trennung

Zur Datenübertragung zwischen den galvanisch getrennten analogen und digitalen  Bereichen verwenden wir keine Optokoppler, sondern Bauteile auf Basis des „giant magnetoresistance“ Effekts (GMR)“. Diese sind besonders schnell, immun gegen Einstreuungen und haben extrem geringen Taktversatz („clock-skew“) und Delay.

Hochfrequenz-Entkopplung

Bei der extremen Taktgenauigkeit und der konsequenten Trennung zwischen Netzteilen, Digital- und Analogbereichen müssen auch Hochfrequenz-Einstreuungen, vor allem aber interne HF-Verkopplungen vermieden werden.  Deshalb ist das Gehäuse aus einem massiven Aluminiumblock mit getrennten Kammern für die einzelnen Funktionsbereiche gefräst.

Taktgenerator

Der Präzisions-Taktgenerator direkt beim Wandler-IC stammt aus der professionellen Technik mit Taktgenauigkeiten unter einer Picosekunde.

Um eine solche Genauigkeit wirklich zu nutzen, sind in der Schaltung sehr strenge Regeln der HF-Technik einzuhalten. Hier zählen Länge und Geometrie der Leiterbahnen ebenso wie Abschlussimpedanzen oder die Register beim Empfänger-IC.

Diese Schaltungsbereiche wurden von Experten aus der High-Speed Netzwerktechnik entwickelt, die sich wundern, wie das gelegentlich bei "Streamer-Tuning" zu "Taktverbesserung" gehandhabt wird. 

Wandler

Der Wandler benutzt nach aufwändiger digitaler Filterung und einem hohen internen Oversampling einen Sigma-Delta Modulator um das Digitalwort in einen seriellen Bitstrom zu wandeln. Dieser wird via MUX auf einen 1-Bit DAC gegeben. Er ist sehr niederohmig aufgebaut und schaltet einfach zwischen einer positiven und einer negativen analogen Referenzspannung um. Der Sigma-Delta Modulator mit dem DAC erzeugt also bei Digitalwort Null eine symmetrische hochfrequente Rechtechspannung mit der halben internen Oversampling-Frequenz. Mit diesem Konzept ist auch die Lautstärkeregelung auf höchstem klanglichem Niveau zu realisieren. Auch DSD-Formate können wiedergegeben werden, ohne diese zuvor im CPU-Bereich konvertieren zu müssen.

Wir nutzen auch eine spezielle Funktion dieses Chips, mit der sich das interne Filter vielfältig konfigurieren und auch abschalten lässt, was gut zu unserem Konzept mit eigener Kontrolle über den gesamten Audiopfad passt. Bei Oversampling können wir damit sogar den Verlauf zwischen einzelnen Datenstufen berechnen.

Analogfilter

Nach der Wandlung wird analog gefiltert und dabei die Analogbandbreite so begrenzt, dass keine Aliasing-Signale (die es nach einem Digitalfilter durchaus noch gibt) am Ausgang auftreten. Auch die Rauschbandbreite wurde möglichst gering gehalten, um die Signal-Rauschabstände nicht zu verschlechtern.

Die extrem linearen und symmetrischen Ausgangsstufen arbeiten auch mit langen Kabeln stabil.

Was bei der Hardware Verkopplungen sind, könnte man bei der Software Abhängigkeiten nennen. Hier haben wir die Steuerungsdaten völlig getrennt vom Audio-Datenpfad. (Steuerung ist die Verwaltung der Dateien, Nutzerinterface oder Handling der unterschiedlichen Datenformate. Der Audiopfad ist zuständig für die zeitlich korrekte und bitgenaue Aufbereitung und Wandlung.)

Beim Entwurf wurde besonderer Wert darauf gelegt, die komplette Software und Hardware im Audio Datenpfad unter eigener Kontrolle zu haben. Dazu wurde auch auf bestehende hochqualitative Open-Source Software zurückgegriffen, die von uns an die Anforderungen des Streamers angepasst wurde. Die nötigen Schnittstellen zwischen den Software Modulen, die Schnittstellen zur Hardware sowie die Schaltung des FPGA (in VHDL „programmiert“) wurden von uns komplett selbst entworfen und implementiert. Dabei sind Software und Hardware (FPGA) Funktionalität so aufeinander abgestimmt, dass auch bei zukünftigen Formaten und Anwendungen immer genügend Reserven vorhanden sind.

Dem FPGA kommt dabei besondere Bedeutung zu, da es den Übergang von der „lose“ getakteten Rechnerwelt (Software) zur „exakt“ getakteten digitalen Audio-Welt (reine Hardware) realisiert. Die Software auf der CPU erhält dafür einen virtuellen Takt vom FPGA (Flusskontrolle). So ist garantiert, dass der interne Pufferspeicher des FPGA immer ausreichend gefüllt ist. Vor dem Speichern überprüft das FPGA die Audio-Daten bzgl. Kanalzuordnung und Bitfehlern. Dies garantiert eine jederzeit fehlerfreie und zeitlich korrekte Übertragung der Daten zum DAC. Sollte es trotzdem einmal zu Unterbrechungen oder Datenfehlern zwischen CPU und FPGA kommen, werden diese nicht toleriert oder „ausgebessert“, sondern die aktuelle Wiedergabe wird mit einer Fehlermeldung gestoppt. (Der Streamer arbeitet also entweder bitgenau oder er zeigt einen Fehler an.)

Er setzt auf der Remote-Client Seite auf eine Vielzahl freier oder kommerziell verfügbarer Clients. Für den Zugriff auf die Audio Daten werden Standard-Methoden wie Windows Netzwerk Laufwerke (Shares), Netzwerk File Systeme (NFS) oder USB Medien verwendet. Dies hat den Vorteil, dass auf die Audio-Medien sowohl virtuell über Tags, als auch rein dateibasiert zugegriffen werden kann.

Da keine Netzwerk Plug&Play Funktionen verwendet werden (USB Medien werden aber automatisch eingebunden), müssen bei der Installation des Streamers einige wenige Einstellungen durch den Benutzer vorgenommen werden (Netzwerkadresse konfigurieren, Einbinden der Netzwerk-Speichermedien). Diese Einstellungen stehen danach bei jedem Gerätestart direkt zur Verfügung so dass Streamer und NAS bzw. Streamer und Remote-Client sich nicht erst wieder „finden“ müssen.