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Die Architektur
Zusammen
mit Informatikern aus der professionellen Netzwerktechnik haben
wir für diesen Streamer eine neue
Architektur entwickelt.
Üblicherweise wird der Takt zusammen mit den Daten
vom Eingang bis zum Wandler weitergegeben. Die Verluste an Genauigkeit (z.B. "Jitter") versucht man
dann, durch "Reclocking" oder externe Taktgeber wieder auszugleichen.
Wir gehen den umgekehrten Weg und generieren den Takt beim
Wandler, so dass dieser immer die volle Präzision
zur
Verfügung hat. Der Rechnerbereich ist also logisch
entkoppelt vom Wandlerbereich.
Zusammen mit einer vollständigen galvanischen
Trennung
zwischen Digital- und Analogteil, sehr hoher Rechenleistung,
bittransparenter Software und angepasster analoger Filterung setzt
dieser Streamer technisch und klanglich neue
Maßstäbe.
Einen weiteren Vorteil werden Sie erst nach Jahren
entdecken: Durch unsere eigenständige profunde Entwicklung
der einzelnen Komponenten und die auch "vorsorgliche"
Überdimensionierung der Hardware bleibt dieser Streamer
updatefähig, behält also seinen Wert, wenn neue
Datenformate oder Übertragungsprotokolle am Markt erscheinen. Nach
unserer Meinung soll Fortschritt nämlich Verbesserung sein, nicht
Obsoleszenz von Geräten.
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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.
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Logische Trennung zwischen
Rechner und Wandler
Zwischen
Rechner und Wandler
gibt es ein "field programmable gate Array (FPGA)" als Audio
Interface.
Dies ist eine eigens für diesen Streamer programmierte
Hardware (ein
spezialisierter Prozessorkern), der die Daten auf Anforderung
des Wandlers (also nach dessen Präzisionsclock)
extrem taktgenau an den
DAC Baustein liefert.
Dies ist ein Beispiel für unser Prinzip, für jede
Funktion
eine eigene Schaltung vorzusehen, obwohl jede dieser Baugruppen
gleichzeitig auch noch andere Aufgaben (von Convolving bis
Lautstärkeeinstellung) übernehmen könnte.
So vermeiden
wir bereits im Konzept gegenseitige Abhängigkeiten
oder
Verkopplungen. |
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zum Lieferumfang gehört eine kleine Infrarot-Fernbedienung.
Mit ihr können Sie bequem Lautstärke, Pause oder den
nächsten Titel der Playliste wählen, ohne dass Sie
das Tablet oder Smartphone zur Hand nehmen müssen. |
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Wie
früher die analogen Equalizer kann der Streamer einzelne
Frequenzbereiche anheben oder absenken. Das kann sinnvoll sein, um
die tonale Abstimmung von Aufnahmen zu korrigieren oder (gelegentlich
vorhandene) Infraschallanteile zu unterdrücken. Wählbar sind
Mittenfrequenzen in Abständen von Oktaven (11 Regler) oder
1/3-Oktaven (20 Regler). Die Einstellung kann auch für Front /
Rear / Center oder LFE einzeln vorgenommen werden. Wählbar ist
auch ein voreingestellter Verlauf zur lautstärkeabhängig
gehörrichtigen Entzerrung ("loudness"). |
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Software
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.)
Der
Streamer verwendet bewusst kein UPnP/DLNA für den Dateizugriff
oder
die Steuerung (Gründe sind u.a. die oft unzureichende
Stabilität
und mangelnde Netzwerksicherheit durch Plug&Play, die wir an
dieser Stelle nicht weiter ausführen wollen).
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.
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