2012年5月4日 星期五

從 Apple AirPort Express 拉出 I2S


如果傳輸距離夠短,訊源與 DAC 之間直接用 I2S 等 series bus 介面連接,理論上當會比經過 SPDIF 編碼解碼來得好聲。去年就曾在法文討論區看到網友從 Apple AirPort Express 拉出 I2S 訊號,這也是促成我 DIY AirPort Express 的原因之一。在今年年初完成基本的 AirPort Express 數位訊源,以及更換新的時脈之後,接下來方向就是 I2S 了。上個月網兄 Ytsejam 在留言裡提到「AAE 用 I2S 的聲音跟 SPDIF 不可同日而語,強烈建議使用 I2S」,更是讓人心動。在四月底,有了稍微能喘口氣的空檔,便試著從 AAE 取出 I2S 等四軌(Master Clock, Bit Clock, Word Clock, Sdata)訊號,並送入 ES9022 DAC

Ytsejam 兄在前文留言裡提供了很細節的改機方法,容我重貼於下:
圖片請參見 Alex_twn 的文章
http://www.homecinema-fr.com/forum/viewtopic.php?f=1057&t=29924157&sid=eb8870cbdfdd894980b5312f776788ab&start=388
簡單步驟如下: 
1. 拆掉在 AE 以下的電阻
上方:(有Cirrus CS4344 以及 Flash 這面)
R715 (BCK, Bit Clock)
R717 (LRCK, L/R Clock)
R718 (MCK, Master Clock)
下方: (Marvell 88F6183 這面)
R716 (SD, Data)
2. 從原有接點處,將訊號接出即可
R715 左邊靠 USB 側 (BCK, Bit Clock)
R717 左邊靠 USB 側 (LRCK, L/R Clock)
R718 左邊靠 USB 側 (MCK, Master Clock)
R716 上方靠近WiFi模組側 (SD, Data)
建議最好買個含檯燈功能的放大鏡,因為那個電阻非常小,肉眼看不清楚。另外,動手前,最好用示波器先確認訊號。
我的改裝過程和 Ytsejam 兄差不多,比較困難的是 AAE 主板上 I2S 的走線非常細,解焊原本的串連電阻之後,板上的焊點非常小,而且焊上線之後,稍微扯動就可能剝離。我自己手拙,不甚弄壞兩個焊點,幸而在不遠處還有一組更小焊點可以取出 I2S 訊號。事後想想,或許不必解焊原本的電阻,直接焊在電阻腳上,會比較容易施工。網兄 Ytsejam 從 PCB 的底面取 Sdata,而法文討論區上的網友則是從正面的 DAC 接腳上取得 Sdata,較為方便。所以我也是從 DAC 的接腳上取得 Sdata。

用八公分長的 0.4mm 單芯銅線把 I2S 的四軌訊號接出來,串上 47ohm 的碳膜電阻,就送入 ES9022 DAC 模阻。這套向 diyAudio 上的網兄 EUVL 訂購的 ES9022,可以與 WM8804 SPDIF 輸入模組連接,也可以拆開單獨使用。我買的是有 reclock 的版本,所以 AAE 送來的 I2S,會先經過 reclock,再進入 ES9022 解碼,並且直接輸出。ES9022 的板子很小,用泡棉膠帶直接黏在 AAE 上。

多年前曾經玩過 I2S。那時是把 Philips CD-680 的 I2S 訊號直入我的 DAC NOS TDA1541A。當時覺得聲音並不如期待中的好,不過那時 I2S 走線較長,對 I2S 並不公平。這次 I2S 走線不到十公分,開聲之後,果然有不同的表現。與原本 SPDIF 經由 WM8804 解碼相比,I2S 的聲音其實並沒有質變,聽起來是同一個聲底,同一個走向,個性是完全相同的。直出 I2S,聲音變乾淨了,解析度也提高了,原本單一一個聲音,現在卻能聽出它是由許多聲音構成。假如音樂是點彩派的畫作,原本是站在遠處看見混色後的色塊,現在卻似能近看到原始的色點。


除此之外,聲音的純度和鮮度也都提高了,即使音量小也能保有相當的細節與活力,在深夜間小聲聽音樂,感受最是明顯。不過話說回來,我還是有那麼一點點失望,或許是我把 I2S 想得太好了。這時又想起 Peter Daniel 所言:I2S is overrated。相較之下,我覺得更換 clock 的效果更為明顯一點,有根本上的質變,覺得音樂的靈魂都不同了。直出 I2S 則是錦上添花,好上加好。不過原本 WM8804 已是相當好的接收晶片,又有 reclock,所以比較不敏感吧!又或者是我目前的拉線以及佈置方式不夠好,未能完全發揮 I2S 的優勢。

無論如何,拉 I2S 總是一個有好無壞(當然,I2S 走線千萬不能長),對聲音有正面助益的改機策略。在 AAE 上,不費多少功夫,幾乎不用花錢就能完成,絕對值得一試。

16 則留言:

Ytsejam 提到...

WF 兄:

接出 I2S 以後,就有了個標準,讓我繼續調整 SPDIF 輸出,目標就是要做到跟 I2S 的聲音一樣,至少理論上是應該做的到的。

為了減小雜訊跟Jitter,Buffer 部份,我改用別的方法取代DSIX 的方式,因為DSIX 雜訊太多,而且阻抗不好調整。
目前我已經可以做到讓 SPDIF 的聲音跟 I2S 幾乎一樣沒有差別了。

改天有空的話,一起試聽看看。

Ytsejam 提到...

姑且不論訊源本身的問題,我想 I2S 只是讓我們知道,數位訊號在到達 DAC ,應該是什麼樣子。

反觀 SPDIF,會先經過 Digital Receiver,由 PLL 解出 MCK/BCK/LRCK/SDATA,然後再送進 DAC。

理論上,透過 SPDIF 經由 Digital Receiver 和直接經由 I2S 送入 DAC 的訊號,應該是要一樣的,但是因為 Digital Receiver 本身的特性,會造成 Jitter、Noise,使得最終經過 D/A轉換所得到的聲音不同。

所以在我就是根據 I2S的結果,在 SPDIF 上做出近似的聲音,把從 source 到 Digital Receiver 一路上的影響降到最小,最後再動手進行更換 clock。

要不然,當所有的變因尚未確定前,直接調整時間軸,是有好聲的機會,但是卻沒辦法瞭解每一個變因所影響的特性,進一步 Optimize 時,會不知從何著手。

swimmy 提到...

帥啊,想辦法接 1543/41 試試看啦!

fishman 提到...

Hi,Ytsejam兄:

請你試一下用wifi開啟的狀況下,試試用I2S 與 spdif 連到DAC的聲音。
小弟個人猜測從I2S的聲音,應該是會比SPDIF來好。

謝謝

Ytsejam 提到...

fishman 兄:

I2S 的聲音就像 WF 兄所言,不再像色塊一樣,而是每個 pixel 比起 SPDIF 要清晰許多。

我自己接出 I2S 的目的,在於找出一個reference ,進而調整 SPDIF ,因為 SPDIF 本身是把 clock 跟 data 合而為一,在接收端必須用 PLL 分離開來,因此 SPDIF 波形本身的的 jitter 就會是很大的變數,我的假設是若可以將 SPDIF 本身訊號的調整至聲音接近 I2S 甚至一樣,那麼 jitter 的影響等於減到最小。

很多人可能會覺得波形相似,聲音差異應該不大,但我自己實驗的結果,差異處是可以聽的出來的。

比方說,我上個月測試了一下使用 Belden 82364 跟 Beldon 89259 用在 SPDIF 上的差異,結果波形如下:

http://amiexp.blogspot.tw/2012/05/spdif-cable-test-beldon-82364-vs-89259.html

聽感上 Belden 89259 要比 Belden 83264 聲音定位上要清晰,而且解析度要好上一截,原因就是傳輸線的阻抗匹配問題,在波形上也可以看出一些端倪。

另外,若有機會使用 AES/EBU 的話,我會比較建議使用 AES/EBU 取代 SPDIF ,因為 differential 的方式,雜訊要比 single-ended 要少多了。

Richard 提到...

Ytsejam 兄,

請問您測試數位線時,所使用的接頭是甚麼形式?不同的接頭形式對結果影響如何?

Thanks!

Ytsejam 提到...

Richard 兄:

我沒有特別測試接頭的部份,blog 中的測試使用的是相同的 RCA connector。

但就我自己的經驗,接頭的影響通常小於線材本身,線材的特性阻抗應該是最主要的因素。

阻抗會隨著頻率而變化,特性阻抗通常指的是最小值,但重點是展現出最小值的時候的頻率。同樣 75 Ohm 的兩條線,不一定都會在 2.8MHz 時 (SPDIF) 都表現出相同的阻抗,因而造成差異。

關於線材,可參考以下 hajazz 兄的文章:

http://tw.myblog.yahoo.com/hajazz-audioworld/article?mid=152&prev=154&next=149&l=f&fid=10

http://tw.myblog.yahoo.com/hajazz-audioworld/article?mid=172&prev=179&next=154&l=f&fid=10

其中的解說相當精到。

fishman 提到...

Hi,Ytsejam兄:
感謝您的回覆,看來小弟可以繼續用AAE作為個人訊源的計劃。
另外在友站阿仁大大的討論串中,也有看到說EMI filter會有改善。
還是有其它的方法,可以改善無線網路的影響?
不知道您是否可以分亨一下您的觀點。
謝謝您
fishamn

Ytsejam 提到...

fishman 兄:

其實不管有沒有 WiFi,雜訊可說是無所不在的,從我的測試中,可以看出,兩條線的 ringing 的差異不大,但聽感上確有相當的差別。同樣的,電源本身就會有 Noise ,設備的 Noise 甚至會從 AC 電源迴路竄入另一個設備中,所以 EMI 的控制相對就非常重要,尤其在今天數位電器設備越來越多,只要有其中一個東西沒處理好,其他的就會受影響。

若您曾經比較半夜聽音樂跟白天用電尖峰時的差別,我想結果大半都會是半夜要比白天好上許多,環境的噪音當然是因素之一,但音響本身播放出來的聲音確實會有本質上的不同,這就是電源雜訊所造成的影響。

另一個例子是,若您仔細看 AAE 的電源輸入端,原始的設計是有個 choke 在的,所以我自己改裝時,便使用原有的 connector ,保留這個 choke ,並在 DC 穩壓輸出端,加上另一組 bead ,藉以將 regulator 本身的輸出雜訊降低。有趣的是,即使這對 bead 是一般隨便購得的,對於聲音都會有相當程度的幫助,值得一試。

若您仔細研究,阿仁兄近年來的機器,在雜訊抑制上都花了相當的心思,這點跟小弟的體會是相同的。至於 AAE 的 WiFi,小弟通常在軟體設定中會將其關閉,若您發現有線的聲音要比 WiFi 差,容小弟大膽的假設,您可能要思考是否要更換一台 Ethernet Switch 了。原因無他,因為 WiFi / Ethernet 的產品,因競爭的結果,通常都是過分 cost down 的產物,所以我想過一陣子,就會有人測試不同 Ethernet Switch 對聲音的影響。 :)

Richard 提到...

Ytsejam 兄,
請問您有推薦不錯的AES線嗎?我目前只用過MOGAMI-3173

Ytsejam 提到...

Richard兄:

我也是經由別人介紹 Gotham 10660 GAC-2 CE ,聽感上很棒,但我還沒實際測量過。

不過,話說回來,AES/EBU 因為是 differential 的訊號,因此在輸出端要用一顆 differential bus transceiver 把 TTL 轉成 differential ,再經過 Pulse transformer 輸出。接收端也要有一個 Pulse transformer 來隔離雜訊。

小弟的系統在這樣的前提下,GAC-2 CE 的聽感,甚至超越 I2S,因為雜訊得以被控制。

這個方式,可以從阿仁兄最近推出的 DDC 192 數位輸出電路看出一些端倪,是相當高明的做法。

AES/EBU 的 Pulse Transformer ,我比較偏好 SC947-02,主要是因為其頻寬足夠支援到 192k,不過 SC947-02 對阻抗相當敏感,一次側電阻值的選用必須花一點心思。

另外電路的 Layout ,也會對阻抗造成影響,我曾用通用型的PCB 搭出相同的電路,但是效果不好,造成阻抗不匹配而產生些微訊號反射,但是聽起來還可以接受。這個情形在阿仁兄的電路中則不存在,因為 Layout 的處理相當好。下一步可能會特別洗幾塊 PCB 來改善。

Richard 提到...

Ytsejam 兄,
我目前的用法是音效卡本身已有Pulse transformer,所以接收端我是直入differential IC 轉成 SE 訊號給WM8805,不知道接收端再加上Pulse transformer會差多少?

Ytsejam 提到...

Richard 兄:

要說差異,小弟沒這樣試過,沒辦法提供您相關的經驗。

其實接收端不加 Pulse transformer ,除了 Differentia 訊號外,就跟 SPDIF 沒有太大差別。我的看法是這樣,經過輸出端的 transformer 以後,雜訊是被隔離了沒錯,但是這樣一來,輸出端的 transformer 的二次側,加上 Cable 本身的阻抗,跟 WM8805 的輸入端阻抗,還是有可能造成阻抗不匹配的問題,姑且不論 Cable 會不會引入環境中的雜訊,因為阻抗不匹配,訊號本身反射,是會造成波形改變。

若使用兩個 Transformer ,中間的部份只需考慮 兩個 transformer 跟 cable 的阻抗匹配,接收端也只需控制好 transformer 二次側跟 digital receiver 的阻抗匹配,我個人認為比較可行,至少不會把所有問題混在一起,要改善也不知道從何著手。小弟不敢說 transformer-less 的方式一定不好,但是因為變數較多,所以處理上得考慮更多。

我會建議您用示波器,分別在發送端的 transformer 前,以及在接收端量一下波形,看看有多大的差別,若波形不好,尤其是 rise/fall time 跟 ringing 差別太大,可能就得動手調整一下了。

Ytsejam 提到...

Richard 兄:

剛剛測試了一下,波形結果如下:

http://amiexp.blogspot.tw/2012/06/aesebu-receiver-end-with-transformer-vs.html

供您參考。

註記:
1. Transformer-less 的接收端,也使用110 Ohm 做 Termination.
2. 測量的訊號為 Positive Signal

Richard 提到...

Ytsejam 兄,
感謝您的建議以及特別幫我測試,我找時間加上Pulse transformer試試,我原本LAYOUT就有預留Pulse transformer的位置.
另外您提供的Gotham數位線,我google一下,似乎很難取得...

Ytsejam 提到...

Richard 兄:

我手邊也只有一條,不過看來可以直接跟 Gotham 購買:

http://www.gotham.ch/en/index.php?section=docsys&cmd=301_details&id=31

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