Мы не продаем технику -           мы дарим эмоции!
Санкт Петербург, Литейный проспект, 30
+7 (812) 6029682
  • Шоурумы
  • Услуги
  • Дизайнерам
  • Нестандартные решения
  • О компании
  • Новости
  • Доставка и оплата
  • Контакты
Онлайн журнал

Chord Electronics: аккорды цифр

"Цифровой процессор не может быть побитово точным. Наоборот — входной цифровой сигнал, лишь основа для восстановления аналогового сигнала, который был при записи" (Роберт Уоттс, разработчик цифровых систем Chord Electronics)

В День города Москву посетила делегация руководящих работников английской фирмы Chord Electronics. Прошло несколько встреч со специалистами и обычными потребителями, на которых директор и основатель фирмы Джон Франкс (на фото — слева) и разработчик цифровых систем Роберт Уоттс (справа) рассказали о новом подходе к структуре ЦАПа, воплощенном в новых изделиях Chord: 2Qute, Hugo, Hugo TT, Mojo, DAVE.

Chord-1.jpg

Франкс:
 Фирме Chord 25 лет. До этого я работал в авионике и в аэрокосмической промышленности. Там инженер-электронщик работает по жестокому закону: если проблему надо решить, то только раз и навсегда. Промежуточные решения недопустимы. 
Я проектировал усилители, знакомые их хвалили и вот я открыл фирму: в гараже мы собрали несколько штук и удалось предложить мой усилитель на тестирование в студию Майда-Вейл нашего государственного вещателя Би-би-си и, хотя обычно это дело долгое, всего через пару недель оттуда позвонили и сказали, что готовы заказать партию. Так начала развиваться Chord Electronics.

Через 4 года после основания фирмы на американской выставке в Лас-Вегасе я познакомился с молодым цифровым инженером из Англии, Робертом Уоттсом. Разговорились, оказалось, что он живет в Уэльсе — это от нас, Мейдстоун, Кент, далеко, километров 300. Забавно, однако, что выяснилось, что его родители недавно купили дом в поселке, где я продал дом недавно, около Мейдстоуна.  Более того, это именно мой дом они и купили! Это был знак, судьба подсказывала, что мы будем работать вместе!

А я, естественно, рассматривал возможность выпуска цифрового изделия, брал готовые чипы, что-то экспериментировал, но удовлетворения не было. Так что пришлось эту идею отложить И вот примерно год прошел и звонит тот самый Роберт Уоттс: "Я сделал опытный образец ЦАПа и могу привезти посмотреть и послушать".

Он приехал, рассказал о своей теории, привез макет. На плате было 4 микросхемы БИС, я сразу заподозрил неладное и спросил: "Почем они"? Каждая программируемая логическая схема (ПЛИС) стоила по 45 долларов, то есть почти на 200 долларов надо было закупить только основные микросхемы! Любой другой директор фирмы от такого изобретения вежливо бы отказался. но я помнил о том, что проблема должна быть решена, как следует, и, послушав это изделие, понял, что он и есть то самое решение. Пусть и дорогое.

Уоттс: Я цифровую технику изучал в университете, потом работал разработчиком, даже проектировал микроэлектронные чипы, познакомился там со всеми ограничениями, которые имеются: с шумами подложки, с модуляцией шума сигналом и прочими неприятными вещами, от которых в готовом чипе не избавиться.
Выпуск новой подложки — дело долгое и финансово затратное, поэтому там идет борьба за каждый цент и кроме техпараметров производителя чипа ничего не интересует. Такова жизнь. Там никто и не думает о том, чтобы оценивать качество звука.
Интересуясь как раз качеством звука —  в отличие от многих инженеров — я имел хорошее представление о психоакустике, особенностях восприятия, о том, как человек воспринимает временные характеристики звука, насколько они важны в итоговом восприятии тембра, атаки, объема сцены и усталости от прослушивания.
Chord-2.jpg
В итоге, я начал делать свои ЦАПы — это было сразу же после появления компакт-диска в 1991, который мне по звуку очень не понравился. Мультибитовые решения, R-2R, собственно и оказались причиной этого жесткого звука — слишком много искажений: и временных, и на сигналах малого уровня. В резистивной матрице невозможно подобрать резисторы так точно, чтобы восстановить сигнал низкого уровня без искажений. Потом появились ЦАПы с широтно-плотностной модуляцией PDM, 1-битовые системы от Philips — и они мне понравились больше. Но все равно там было что-то не то.
А ведь теоретически, если бы цифровой фильтр обладал бесконечной мощностью и имел бесконечное время на обработку сигнала, то сигнал можно восстановить идеально.
Практически это невозможно: нам бы не дождаться было звука на выходе, но я решил определить — какое число отводов фильтра приближает его к идеальному на практике. Что и как будет заметно на слух. Я этим занялся. В итоге свой алгоритм интерполирующего фильтра я и принес на Chord в 2005. Если между двумя выборками сигнал переходит через ноль, то цифровой фильтр может грубо ошибиться, интерполируя данные. Махнуть это переход на несколько микросекунд мимо. Так и происходит во всех стандартных фильтрах. В моем фильтре нет временной ошибки, неточность перехода через ноль проявляется только в виде постоянной составляющей цифрового сигнала, которую легко убрать.
Этот фильтр, я назвал его WTA, стал одним из основных блоков моего ЦАПа Pulse Array, устроенного по другому, чем другие ЦАПы.
В его цифровом фильтре формирователь шума работает на совершенно других скоростях. Если в 1-битовых системах спектр шума отодвигался за 20 кГц, то у меня — за 1 МГц и выше. Таким образом малый сигнал можно передать идеально, без искажений. А это очень важно для звука.
Реализовать такой ЦАП можно только на логических матрицах, ПЛИС. Используя которые можно еще и избавиться от модуляции шума сигналом монолитного чипа и шума подложки и джиттера. Вопрос был в том, когда чипы станут достаточно мощными для нужного объема вычислений.

Франкс: Закон Гордона Мура говорит, что быстродействие процессоров удваивается каждые 18 месяцев. И этот закон микроэлектроники действует уже лет 50.

Уоттс: Действительно, быстродействующие чипы появились. И я с ними работаю так: пишу программу, отлаживаю, затем отправляю в симулятор и смотрю измерения. Если все нормально, моделирую и слушаю. Так вот я разработал формирователь шума с отношением сигнал/шум 200 дБ. По теории это более чем достаточно. Я был доволен. Но вот что-то там подправил в коде и получилось у меня 220 дБ. Решил сравнить на слух и — к полному удивлению — услышал большую разницу. И так я отрабатывал параметры до 300 дБ и в каждом шаге слышал реальную разницу. В терминах разрядности это означает разрешение 64 бита! Технически это всем — да и мне пару лет назад — показалось бы избыточным. 

Франкс: Мы с Робертом в своей области креативные персоны. В чем суть творения художника? Он оригинален. Никто не хочет, чтобы художник писал такие же картины, как другие или писатель — такие же книги, как другие. Так и в инженерной области: и я и Роберт, мы ищем свой путь, свое окончательное решение проблемы.

Chord-3.jpg

Уоттс:
 В проектировании ЦАПов сам подход был неверен. Цифровая обработка сигнала заключается не в побитовой верности входному сигналу. Нет. Результат цифровой обработки в ЦАПе должен привести к тому, чтобы восстановился аналоговый сигнал на входе АЦП в студии записи музыки. И тогда появится музыкальность, правильный тембр, отсутствие утомления, объем пространства — то, что есть в живом концерте, где мы легко различаем инструменты и расстояние до них в 50, 100 м. Почему мы это не слышим дома?

И сделав новый формирователь шума, я услышал эту самую музыкальность. Так появился Hugo. В нем вычислительная мощность ЦОС в 500 раз выше, чем у любого хайэнд ЦАПа. И это слышно и в звуке. Там используется 44-ядерный процессор, такого даже в мощном десктопе не встретишь. Формирователь шума работает с 32-разрядным сигналом, потом преобразует его в 5-битовую последовательность. В обычном монолитном ЦАПе дельта-сигма формирователь шума при интерполяции переключается на невысокой скорости: около 6 МГц. Это ограничивает разрешение. В фильтре WTA он переключается с частотой 104 МГц. В 30 раз более быстрое и более точное преобразование! В сравнении с ЦАПами дельта-сигма мой ЦАП имеет гораздо более высокое разрешение на низких уровнях. Если брать по уровню шума, то разница между обычным ЦАПом и Mojo около 60 дБ, то есть разрешение больше в 100 раз. Между обычным ЦАПом и DAVE — разрешение возрастает в триллион раз
У ЦАПа Pulse Array уникальные параметры. Во-первых, шум не модулируется сигналом. Уровень шума один и тот же при сигнале –90 дБ и при сигнале –30 дБ. Ни у одного другого ЦАПа этого нет.

Chord-4.jpg

И еще — это единственный ЦАП в мире, в котором при уменьшении уровня сигнала падает и уровень искажений. Уровень искажений на малых сигналах тысячные доли процента. Такого нет ни у кого. И это отражается на результате. Мягкий, естественный звук, глубина сцены — секрет спрятан именно в малых сигналах.
В ЦАПе DAVE (Digital Analogue Veritas in Extremis) уже 166 ядер. Фильтр WTA в нем использует 0,1 тераопераций в секунду. 0,1 тераопераций в секунду отведена на формирователь шума и другие блоки цифрового фильтра. Мы находимся там на переднем крае цифро-аналогового преобразования в аудио. Уровень искажений в DAVE на номинальном сигнале как минимум в 30 раз меньше, чем у любого ЦАПа на рынке.

Франкс: В Mojo мы сделали шаг к массам. Потому что разницу в звуке между обычным ЦАПом и нашим ЦАпом легко услышать каждому. И мы пошли на такое изделие ценой в 400 фунтов, чтобы показать публике, каким может быть цифровой звук. И мы продали 35 тысяч Mojo. Это успех.

Русский текст и фото: Сергей Таранов
Focal. Интервью с главным дизайнером-конструктором
Focal. Интервью с главным дизайнером-конструктором