Конверторы лестничного типа, в основу которых положена несложная матрица из резисторов, некоторые инженеры по-прежнему считают наилучшим решением для преобразования в аналоговый сигнал цифрового звукового потока. Российские специалисты, разработавшие вот такое простое с виду устройство, тоже берутся доказать это.

ЛЕСТНИЦА В НЕБО

Мы уже знакомились с весьма необычным компонентом от московской компании SQTech — с аудиофильским сетевым коммутатором Matrix Net, в котором разработчики применили высокостабильный тактовый генератор и сложную линейную систему питания на суперконденсаторах. Сегодня опробуем еще один «черный ящик» отечественной марки. Выполняет он всего одну функцию — преобразует в аналоговый сигнал любой поток PCM, принятый по асинхронному протоколу USB Audio.

У Matrix R2R нет иных цифровых входов, поэтому нет ни коммутатора интерфейсов, ни регуляторов, индикаторов, дисплеев и прочих атрибутов традиционных ЦАПов. С самого начала инженеры SQTech решили сделать доступный конвертер, способный соперничать по качеству звучания с устройствами на порядок дороже, поэтому любой, способный помешать достижению этой цели функционал был отброшен.

Дизайн выполнен в том же духе, гениально просто — корпус сделан, в основном, из листового алюминия (соответственно, не обладает магнитными свойствами), но внутри видим и усиленные двухслойные стенки, и дополнительное шасси для развязки от вибраций, и надежный крепеж всех элементов. Поэтому «коробочка» получилась недорогой и легкой, зато прочной и совершенно не звенящей.

Так что, возможно, перед нами самый бескомпромиссный конвертор, который только можно встретить в бюджетной категории.

Войти в матрицу

Из названия обзора понятно, что здесь используется преобразование на линейке сопротивлений R-2R. Принцип преобразования не сложен: представьте цепь из двух последовательных резисторов, в которой один подключен к опорному источнику напряжения, а второй — к земле. При равных сопротивлениях в точке между резисторами потенциал будет равен половине опорного — получается классический делитель напряжения.

А если собрать одинаковые делители R-2R в один массив, в этакую «лестницу», где каждая «ступенька» цепи включатся соответствующим битом из цифрового кода, получаем управляемый делитель, выходное напряжение которого в теории всегда будет точно соответствовать тому, что описывают нули и единицы звукового кода линейного PCM.

На звучание лестничного ЦАПа влияет буквально все — в том числе и качество самих резисторов.

Идея такого прямого селекторного преобразования была придумана для станков с ЧПУ (числовым программным управлением), т.е. даже до появления первых персональных компьютеров. Но в аудиотехнике технология особо не прижилась, т.к. у неё много подводных камней.

В частности, чтобы обеспечить приемлемую точность преобразования по всем уровням, требуется идеальная подгонка всех сопротивлений, что делает процесс производства серьезного ЦАПа дорогим и не технологичным. Также нужно добиться идеальной синхронности в срабатывании ключей, абсолютной стабильности источника питания к изменению нагрузки, полного подавления ошибок кодирования, коммутационных помех и т. д., иначе на звуковой выход пройдут нежелательные модуляции и искажения.

На звучание лестничного ЦАПа влияет буквально все — в том числе и качество самих резисторов. Так как их фактическое сопротивление слегка меняется после некоторого периода работы, велика вероятность и разбалансировки матрицы и ухудшения её параметров со временем.

Вот почему почти все дискретные R-2R ЦАП (которых, кстати, довольно много на китайских маркетплейсах), как правило, в численных характеристиках заметно уступают конвертору на современном интегральном чипе. А любой продвинутый конвертор на параллельных 24- или 32-битовых матрицах с лазерной подгонкой R-2R обходится в несколько десятков тысяч долларов.

Идеальный NOS

Однако у R-2R есть неоспоримое преимущество — технология позволяет выполнить преобразование как есть, в чистом виде, без промежуточных переконвертаций и цифровой фильтрации, а, стало быть, и без математических погрешностей, вызываемых вычислительным округлением. Поэтому и звучание кардинально отличается от того, что дают ЦАПы на чипах — как с дельта-сигма преобразованием, таки и мультибитовым.

В подробности разработчики не посвящают, но их ноу-хау обеспечивает реальный динамический диапазон более 90 дБ и искажения менее 0,008%.

В SQTech к решению сделать свой R-2R конвертор тоже пришли не сразу, а лишь после того, когда перепробовали все возможные варианты на легендарных мультибитниках TDA1543 и PCM63, AD1862 и AD1865. Специалисты компании увидели в лестничных преобразователях новые возможности для ещё более глубокой проработки всей конструкции, которая с обычными чипами обычно сводится лишь к «обвязке». Но путь от первых образцов до получения устраивающего результата растянулся полтора года — на оптимизацию общей компоновки и разводки дорожек на платах, подбор служебных микросхем и разработку прошивки ПЛИС ушли тысячи часов.

В итоге партнеры остановились на симметричной 17-битной R-2R матрице. Управляет ею программируемая микросхема ALTERA, причем особое внимание было уделено достижению энергоэффективности процесса. Внутри этой системы исключены любые преобразования исходного сигнала, что гарантирует побитовую точность в пределах 16 бит. А таинственный семнадцатый разряд в преобразователе служит для коррекции погрешностей резисторов матрицы. В подробности разработчики не посвящают, но их ноу-хау обеспечивает реальный динамический диапазон более 90 дБ и искажения менее 0,008%.

Входной сигнал USB Audio попадает на обработку в процессор STM32 F4, построенный на высокопроизводительной ARM-архитектуре. Минимальная поддерживаемая частота звуковых данных — стандартные 44,1 кГц. Максимальная — 768 кГц.

Выбор именно USB Audio вместо привычных цифровых входов обусловлен тем, что в таком интерфейсе качество звучания слабо зависит от джиттера в источнике данных.

Выбор именно USB Audio вместо привычных цифровых входов обусловлен тем, что в таком интерфейсе качество звучания слабо зависит от джиттера в источнике данных и почти целиком задается высокоточным генератором ЦАПа. А запас по частоте PCM оставлен для того, чтобы у пользователя была возможность при желании применить любые режимы DSP или апсемплинг высокого порядка, которые можно включить во многих продвинутых программных проигрывателях (HQPlayer, Audirvana, Roon, Euphony и т.д.).

Типичные для лестничного преобразования «узкие» места обошли классическими приемами. В цепях питания процессора и ПЛИС напряжение эффективно сглаживается отдельными электролитами с низким ESR. Главный буферный конденсатор — это недешевый аудиофильский Nichicon номиналом 10 000 мкФ/50В. Вывод аналогового сигнала осуществляется через трансформаторы, которые заодно играют и роль фильтров.

В техпроцессе сборки устройства заложен этап калибровки и подстройки матрицы. На этом этапе специалист, используя измерительное оборудование, побитово анализирует отклонение от нормы каждой из четырех матриц и подстраивает их. Это один из самых долгих, кропотливых и ответственных этапов сборки Matrix R2R.

Чуткий ко всему

По этой причине мы собрали специальную прогревочную систему, в которой постоянно включенным источником служил музыкальный компьютер на базе Mac Mini, и сделали три сессии прослушивания Matrix R2R. Сначала записали первые впечатления от нового аппарата. Спустя неделю провели прослушивание уже прогретого ЦАПа в другом тестовом сетапе (показан на фото). А потом вернули его опять в первую систему на трехнедельный «догрев» и стали подмечать дальнейшие изменения. Точкой отсчета для долговременных сравнений, к слову, служил небольшой недорогой ЦАП Schiit Modi Multibit.

Первым делом отметим образцовую работу USB-приемника Matrix R2R. Компьютерами Apple аппарат определяется мгновенно, сигнал начинает приниматься немедленно, а связь очень стабильна. С пятиметровым USB кабелем и трехметровым удлинителем в придачу соединение работало безошибочно на всех заявленных производителем частотах (USB-приемник не принял только частоту 1536 кГц, которая номинально у него тоже есть).

Второй важный нюанс: Matrix R2R чрезвычайно чуткий ко всему — к фазе питания, к качеству силового кабеля, к помехам со стороны импульсного БП компьютера и даже к качеству коннекторов на USB-кабеле (когда медленно вынимаешь штеккер, прослушивается даже характерное контактное шуршание из-за разности потенциалов на «землях»). Поэтому все тестовые программы мы слушали только с Макбука с батарейным питанием, а сам ЦАП к розетке подключали силовым In-Akustik с встроенным ферритовым фильтром. В таком включении ВЧ-гармоник или наводок ЦАП не выдавал вообще — сигнал на его выходе был идеально чист.

Пространственная ясность, четкость планов, крупная детализация образов — это все сразу раскрылось не хуже, чем у серьезных аудиофильских преобразователей.

Гиперчувствительность Matrix R2R навела на мысль, что разработчикам, возможно, стоило предусмотреть не только два дублирующих друг друга выключателя питания для удобства управления, но и что-то для подавления возможных помех — подключение с «плавающей землей», с заземлением из розетки или межкомпонентным заземлением (как на фоно корректорах). Простой кондиционер питания в виде отдельного компонента такого же форм-фактора тоже мог бы стать хорошим апдейтом для системы.

Теперь — к результатам.

Будучи еще не прогретым, Matrix R2R легко уложил на лопатки мультибитный Schiit Modi. В звучании нового ЦАПа присутствовали лёгкая «подслащённость» и не было ощущения образцовой чистоты тембров, но пространственная ясность, четкость планов, крупная детализация образов — это все сразу раскрылось не хуже, чем у серьезных аудиофильских преобразователей.

Упомянутый выше американский конвертор с 14-битовым промышленным ЦАПом звучал на фоне Matrix R2R слишком бедно и даже чуть жёстко на верхах, хотя он же в сравнении с популярными хай-файными ЦАПами всегда казался более нейтральным, линейным и взвешенным.

Треугольники и колокольчики, жесткий насыщенный звон крэшовых тарелок и мягкий шелест хай-хетов воспроизводился с фантастическим реализмом.

Прогретый Matrix R2R выиграл и основной поединок, где оппонентом выступал гораздо более дорогой преобразователь на одном из самых продвинутых чипов ESS. Тонкая нюансировка у российской разработки была не самой обильной и изящной, зато в его подаче музыка вообще не имела налёта синтетики, а в сцене не было ни малейшей неопределенности. «Фирменный» конвертор уже через час утомил, а Matrix R2R хотелось слушать еще и еще (так и напрашивается аналогия между лимонадом и чистой свежей водой).

Все точки над «i» были поставлены, когда Matrix R2R поработал еще пару недель (после этого срока в звучании уже мало что менялось). Этот ЦАП можно было безошибочно опознать по тому, как он передает края диапазона. Треугольники и колокольчики, жесткий насыщенный звон крэшовых тарелок и мягкий шелест хай-хетов воспроизводился с фантастическим реализмом — с характерной мелодичностью, остротой или должной «зубастостью». Но всегда — очень комфортно для слуха. Басовый диапазон нисколько не скомпрессирован на высоких уровнях, сохраняет четкую фактурность на слабых сигналах и также покоряет натуральностью.

Конечно, Matrix R2R нельзя поставить вровень с конверторами топ-класса. Он не столь пластичен по звучанию как, например, EMM Labs, не такой внимательный к мельчайшим пространственным штрихам как Playback Designs, не такой откровенный и ясный в передаче артикуляции и тональных оттенков как dCS, не такой чистый и вышколенный как MSB. Но это все равно игрок из высшей лиги — он вовлекает именно в музыку, а не в красивое звучание «со вкусом музыки», которое выдает подавляющее большинство современных дельта-сигма конверторов.

SQTech Matrix R2R

Производитель: SQTech (Россия)

sqtech.ru

Входы: USB Type-B (поддерживается PCM до 32 бит/768 кГц || Выходы: RCA || Выходной уровень: 2 В || Искажения: менее 0,008% || Динамический диапазон: более 90 дБ || Соотношение сигнал шум: более 100 дБ || Отделка: черная || Габариты (В х Ш х Г): 80 х 220 х 160 мм || Цена: 47 000 руб.