のびー
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ロンドンに移り住んで25年目となりました。240V環境の恩恵に浴すも、やはりオーディオは日本がおもしろい。年に数回の帰国の際の物色を何よりの楽しみとしております。

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ジャーマンフィジックスを導入しました
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2018年3月、1986年から(32年間)一貫してJBLをメイン・スピーカーとしてきたオーディオ・ライフに別れを告げ、B&W党となりました。2015年のピアノ購入時にオーディオ部屋(約30畳)をピ…
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日記

I2S通信は繊細です

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2021年05月04日

今回の日記は、規定の上限フォーマットの音源をどうしても再生出来なかったのが、ハードウエアを弄ったらあっさり問題解決したというお話です。例によって自身の備忘録として書いています。

前回までの日記で、Symphonic-MPD(SMPD)をRoonbridgeとしてPCM384/32、DSD256(DoP)までの安定再生が可能なトランスポートの製作を記しました。

その後、 SMPDのセパレート構成であるAudio over Ethernet (AoE)を試す中で、AoE構成でもDSD128(DoP)まで再生可能なはずなのにDSD64(DoP)までしか安定再生出来ないという壁に当たりました。

SMPDフォーラムの皆さんに色々お知恵と拝借し、不要プロセスのカット、Roonbridgeへのリソースの優先配分、接続速度の100MB/1GB切り替え、フロントエンドとバックエンドの接続方法を直結にしたりハブ経由にしたりと色々と試行錯誤しましたが、どうしても上手くいかない状態が続いていました。

ハードウエアは、電源の強化とクロックの換装で、現時点でやれることは全てやったと考えており、問題があるとすればソフトウエアの設定だと思っていました。それでもずっと気になっていたのがラズパイ4とFiFoQ3ボードの接続。

もともとGPIOピン直結だったものを熱対策のため自作ケーブル経由に変更、さらにシールドした20cmのGPIO延長ケーブル経由に変更していましたが、「I2S信号はノイズに脆弱で10cm程度しか引き回せない」と言われているので、その点がやはり気がかりでした。

解決の糸口が見えないので思い切ってボードの構成を変更し、ラズパイ4とFiFoQ3ボードを直結に戻したところ、あっさりと問題は解決しました。

シングル構成のSMPDで再生上限のフォーマットまで再生出来ておりハードウエアに問題はないと思い込んでいたので、これは驚きでした。

変更前の構成:ラズパイ4とFiFoQ3ボードをGPIO延長ケーブル経由で接続

ラズパイ4にヒートシンクを装着

FiFoQ3ボードとHDMIトランスミッターボードを上乗せ

変更後の構成:ラズパイ4とFiFoQ3ボードを(延長ピン経由ながら)直結

フロントエンド用のラズパイ4と電源


アナログではいい加減な構成や加工は音質や特性の劣化という形で連続的な変化として現れますが、デジタルでは再生可能/不可能というもっとはっきりとした、文字通り離散的に現れるということを経験しました。

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  1. こんにちは。

    いろいろとチャレンジされて参考になることが多く勉強になります。

    誤解のないように整理します。
    I2Sとはプレーヤー基板とDAC基板のデジタル信号伝送の規格です。この規格ではLRCK、DATA、BCLK、MCLK(SCLK)を4本の独立した信号線で伝送します。同様な規格でSPDIFは1本の信号線でこれらの4つを一つにまとめて伝送する規格です。
    特徴はSPDIFは同軸ケーブルを使いますので各メーカー間の機器を容易に接続できます。しかしI2S信号をSPDIF信号に変換する際にジッターが発生することがあるので音質劣化の恐れがあります。
    一方I2S接続は独立した4本の信号線で伝送するのでジッターによる音質劣化はありません。しかし長さが10センチ以下でないとノイズの影響で音になりません。ですので長い距離を伝送するときは、それぞれの信号をノイズに強い差動信号に変換してHDMIケーブルで伝送します。この時にI2S信号とHDMI信号の変換が送信基板と受信基板で必要になりますので追加の回路基板が必要です。残念ながらこのHDMIケーブルでの伝送は規格化されておらずPSオーディオ準拠など固有の取り決めになっています。

    ということでI2Sはあくまで規格です。
    のびーさんの改良はこの規格を守りながら信号劣化を抑えるための取組みですのでそのことを理解しないといけないのかなと感じました。
    ちょっと余計なコメントだったらご容赦下さい。

    byマイペース at2021-05-04 13:41

  2. マイペースさん

    丁寧な説明ありがとうございます。この点をきちんと理解しないと何がポイントか伝わりません。
    私自身、今回、トランスポートを製作する過程で理解しました。

    確かに「I2S信号」という記述は誤解を招きますね。ほかに上手い言葉が見当たらないのですが...

    byのびー at2021-05-04 21:45

  3. のびーさん

    タイトルの「I2Sは繊細」よりも「I2S通信は繊細」がよいかもしれません。
    なおI2S接続についてはみすず工房さんが詳しく記述されており役立ちます。時々読み返しています。
    http://mimizukobo.sakura.ne.jp/articles/articles027.html

    byマイペース at2021-05-04 22:36

  4. マイペースさん

    アドバイスありがとうございます。タイトルを変更しました。

    みみず工房さんのサイトはよく見ています。
    Holo AudioのDACやIan Canadaのボードも最初に知ったのは、あちらのサイトです。

    ただ、みみず工房さんに限らず技術指向の強いサイトは、音質に関する議論があまり無いので、その点はファイルウェブを参考にさせて頂いています。

    byのびー at2021-05-04 23:22

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