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2020年06月22日

※「トランスポート側からの影響を受けないAudio DAC製作プロジェクト」から「Non-External Impact Accurate DAC製作プロジェクト」に名称を変更しました。


システム概要紹介の為、細部を省略し解りやすさを重視したブロックダイアグラムです。


一般的にDACがトランスポート側から受ける影響としては主に以下の様な物があります。
・DigitalAudio Interfaceからデーターに多重化されて送られてくるクロックによる影響 = ジッター
・トランスポート側で発生したノイズの伝送 = 伝送ノイズ
・グラウンドループの影響 = グラウンドループ

また一般的に持ちいられるS/PDIF, AES/EBUなどのDigital Audio Interfaceはその仕様上以下の様な問題があります。
・データーに多重化されたクロックをPLLで再生する過程で低周波のジッターが生じる = 低域ジッター

更にジッターはD/A変換の結果のタイミング精度意外に以下の様な問題に繋がります。
・ロジックの動作タイミングに影響し反転ノイズの発生タイミングを変調する = 受信側で発生するノイズの変化

グラウンドループを含めたノイズ全般はノイズフロアを引き上げるのみでなくジッターにも影響を及ぼします。
つまりノイズそのものはAMノイズであってもD/A変換結果にはAMノイズの他PMノイズとしても表れる事になってしまいます。


私の構想にあり2019年7月頃から設計を始め、現在設計段階のAudioDAC Systemではこれらの問題を解決する為に以下のテクノロジーを用いる前提で設計を進めております。
Front end side(DigitalAudio Interface & DigitalTBC )
・ジッター: Time Base Corrector System

Interface side(Optical Fiber Cable)
・伝送ノイズ: Wide Band Optical Isolator System

Back end side(D/A Convertor & Clock Generator)
・低域ジッター: Low Noise type Fixed Oscillation Master Clock Generator System
・ジッター: Latch Syatem just before DAC

Entire system
・ノイズ全般: Low Noise type Logic System
・受信側で発生するノイズの変化: Multiple technologies

Power supply
・ノイズ: Independent Constant Voltage Source

System frame
・伝送ノイズ: Independent Frame System


各種テクノロジーについて…
Time Base Corrector System
受信データを一旦メモリに書き込み、クリーンなクロックで読み出す事によりジッターの問題を完全に解消するシステムです。
(写真はSMPTE Type-Cフォーマットの1インチヘリカルスキャンVTR用DigitalTBCです。)
元々はVTRのジッター低減用に開発されたテクノロジーであり対応可能なジッターが非常に大きく、更にDigital Audio/Videoでは完全なジッター解消効果を得る事が可能なテクノロジーです。
またこのテクノロジーは後段ロジックの動作タイミング管理にも応用可能な技術です。
既製品のAudio機器では過去にTechnics SH-X1000などがあり最近はMSB Diamond DAC VなどにFIFOバッファなどの名称で搭載されていました。しかしこれらに搭載されている物は汎用性を重視し読み出しクロックの生成方法に問題があったり非同期型の動作をするなど問題の残る仕様でした。
またそれらの問題を回避可能な実装となっている機種にはESOTERIC D-70がありました。

Wide Band Optical Isolator System
光ファイバーケーブルを用いてD/A Convertor部を電気的に完全に絶縁する事でGND経由での伝送ノイズの影響を完全に排除するシステムです。
(写真はAES/EBU用パルストランスです。)
電気的な絶縁を行う方法にはトランスを用いる方法やフォトカプラを用いる方法もありますが、これらの方法は高周波の絶縁に不十分である為、光ファイバーケーブルを用いる事が好ましいです。
既製品のAudio機器では過去にSONY DAS-RシリーズにTWIN-LINKの名称で搭載されていました。

Low Noise type Fixed Oscillation Master Clock Generator System
固定発振の低位相雑音型オシレーターを単一で動作させる事により位相雑音の発生を最小限に抑えるシステムです。
AudioDAC側にマスタークロックを置く事でPLLによる低域ジッターの発生を根本的に無くします。
(写真はVideo用OC-VCXOです。)
またルビジウムやセシウムは発振周波数精度こそ非常に高いですけれどもAudioで重要になる位相雑音特性は原理的に良くないため、SCカットの水晶片を用いたディスクリート発振回路を持つクリスタルフィルター付きOCXOで必要周波数の整数倍の周波数を直接生成する事が最も好ましいです。
複数の必要周波数を生成する分周回路にはLow Noise type Logic Systemを用いる事で電源ノイズ, 伝送ノイズに起因する位相雑音特性の悪化も最小限に抑えます。
これらにより最重要部であるD/A Convertor部でのジッターを可能な限り小さな物とします。

Latch Syatem just before DAC
D/A Convertor直前に低雑音型ロジックによるラッチ回路を搭載する事でD/A Convertorへのノイズによる悪影響を最低限に抑えながらジッターの影響を最小限にとどめるシステムです。
既製品のAudio機器では過去にSONY DAS-702ESなどパラレル入力型DAC IC搭載機で概ね標準装備となっていました。

Low Noise type Logic System
論理回路に消費電力の変動が少ない方式を用いる事でノイズの発生を低減するシステムです。

Independent Constant Voltage Source
定電圧回路を各回路毎に適切に分割する事で回路間の相互干渉を減らします。
既製品のAudio機器では過去にハイエンドのマスターレコーダーなどにで一般的でした。

Independent Frame System
フロントエンド部とバックエンド部を別筐体とする事で多くのロジック系のノイズがD/A Convertorに影響する事を根本的に無くします。


トランスポート側から影響を受ける原因とその解決を行う為のテクノロジーの紹介, 解説は以上となります。
次回以降は本来あるべき正しいD/A変換, それを実際に行うD/A Convertorとその高性能化についての紹介, 解説、今回紹介したテクノロジーの実際の実装についての紹介, 解説などを検討しております。


本文は、過去にTwitterで断片的にtweetしてきた内容をまとめた物となります。
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