До сих пор нам как-то не приходилось общаться с разработчиками цифровой аудиотехники, а ведь область эта чрезвычайно интересна.

Сегодня мы поговорим с человеком, разработавшим цифровую среду для демонстрации аудиосистемы достаточно высокого класса — с усилителем Александра Трусова и акустикой Валерия Перевезенцева.

ЦИФРА КАК АНАЛОГ

Евгений Епанчинцев выпускает свои разработки под брендом ESE с 2007 года. С разработкой IT-платформ связана и его основная работа, а цифровое аудио можно назвать творчеством для души.

— Евгений, ваши коллеги рассказали, что вся цифровая часть системы, показанной на выставке, разработана вами.

Не совсем, музыкальный компьютер собирал Валерий Перевезенцев, а вот платы ввода-вывода, т.е. плата USB и Ethernet, соответственно, переходник для жесткого диска NVMe M2 — это уже мои собственные разработки. Ну и ЦАП тоже полностью мой проект. А также блоки питания для всех перечисленных выше устройств.

Мне это всегда было интересно — создавать устройства для цифровой обработки сигнала. Для преобразования цифры в аналог, точного вывода максимально качественного звука с компьютера… Испоганить звук с компьютера — это очень и очень просто.

— А вот объясните мне, пожалуйста: бытует мнение, что мы тут дурака валяем с этой цифрой, питанием, кабелями и т.д. Типа цифра есть цифра, и если джиттер не слишком велик, то всё остальное не имеет никакого значения. А тут вдруг выясняется, что принципы конструирования качественных цифровых устройств примерно те же, что в аналоге. И что кабели влияют, и питание, и экранирование.

Начнем с того, что качественных записей, как вы понимаете, конца 70-х и 80-х годов в цифре очень мало, ведь первый аналогово-цифровой преобразователь был разработан компанией Sony в далёком 80-м или 79-м году. Он был далёк от идеала, но аналоговые записи оцифровались, грузились в архив, сами же плёнки, возможно, уже к этому моменту рассыпались.

Это небольшая предыстория, чтобы понять, с чем нам приходится сейчас иметь дело. Затем возьмём любой стандартный компьютер. У него импульсный блок питания, и у этой технологии тоже есть своя история. Если вы помните, Sony в 1983-м разработала усилитель с импульсным блоком питания — компактный, узенький, которым все восхищались. У меня был такой, так вот, если к работающему усилителю подносили средневолновый приёмник, он буквально захлёбывался от помех. А в начале 90-х все вернулись к линейным источникам питания — не просто так, очевидно.

Так вот, если взять, например, стандарт Intel, то он предусматривает уровень пульсаций на выходе блока питания 100—120 милливольт. Это достаточно большая амплитуда, особенно если учесть, что в лучшем случае это килогерцы, а в худшем — мегагерцовый диапазон. И эти 120 милливольт идут на материнскую плату, а на ней стоят вторичные блоки питания, которые дают свои пульсации на мегагерцах. И по стандарту это допустимо.

Соответственно, все эти модуляции и куча комбинационных помех от источников питания ложатся на цифровой сигнал, в т.ч. и на оперативную память DDR. И на шине данных DDR уже нет прямоугольных импульсов, там самая настоящая пила, и точно отличить ноль от единицы ячейки микросхем памяти уже не могут. И вся эта грязь по питанию приходит на процессор и в конечном итоге на ЦАП, из которого мы пытаемся выжать какой-то звук.

Что касается джиттера, то в любой цифровой системе его уровень напрямую зависит от качества питания. Чем ниже шум по шинам питания, тем меньше джиттер системы.

Наши с Валерием эксперименты показали, что при выполнении некоторых условий выжать качественный звук из компьютера всё-таки можно.

Если мы берем сигнал с него по USB, велика вероятность, что он будет масштабироваться на материнской плате через USB-хаб, т.е. мы получаем лишнее устройство с дополнительным уровнем джиттера. И вот чтобы гарантированно миновать эту связку, была разработана плата-преобразователь PCI-to-USB, которую мы обеспечиваем чистым качественным питанием. Во всех своих разработках я ушел от применения импульсных преобразователей.

— Соответственно, в ваших устройствах все блоки питания линейные.

Да, только такие. Вот последняя разработка: линейный источник на три напряжения с раздельными трансформаторами и стабилизаторами. В любом цифровом устройстве есть кварцевый генератор тактовых импульсов, более известный всем как «клок». У нас они запитаны от своей микросхемы стабилизатора напрямую чистейшим напряжением. У микросхемы бриджа PCIe в USB или PCIe в Ethernet два напряжения питания или даже три, и каждое обеспечивается собственным линейным стабилизатором. И все они по входу сведены в одну точку, которая запитана от качественного источника. И всё это слышно! Честно говоря, когда в прошлом году я первый раз это услышал, был буквально поражён, ведь это даже не в ЦАПе был апгрейд, а в гораздо более «глубокой цифре».

Так вот, если вернуться к компьютеру: заменив его импульсный блок питания на линейные источники напряжения 12 В, 5 В, 3,3 В и еще 5 В stand by, то прирост качества звучания получится очень заметный. Единственный минус у этого решения — блок питания будет представлять собой достаточно хорошую печку.

— С этой точки зрения ноутбуки с батарейным питанием предпочтительнее?

Во-первых, там тоже есть преобразователи. Во-вторых, мы еще не затронули проблему электромагнитных излучений и помех, а в ноутбуке всё достаточно сжато. И как это повлияет — трудно сказать.

— Расскажите про свой ЦАП, он выглядит солидно, прямо как дорогая фирменная вещь.

Идеология ЦАП следующая — что пришло на вход, то и подаем на микросхемы преобразователя. Иными словами, бит в бит, без повышения или понижения разрядности и частоты дискретизации.

ЦАП имеет шесть переключаемых входов: SPDIF, AES/EBU, USB, UPnP, I²S со входным уровнем TTL и I²S со входным уровнем LVDS. Поддерживает частоты дискретизации от 44,1 кГц до 384 кГц включительно. На плате ЦАП установлен генератор с низким уровнем джиттера и системой подавления входного джиттера при работе с любым из перечисленных входов. Уникальность разработки в том, что для преобразования цифрового сигнала в аналоговый применены микросхемы ЦАП, не предназначенные для аудио. Их предназначение — высокоточные измерительные приборы, аэрокосмическая аппаратура. Не побоюсь сказать, что эти чипы — самые высокоточные преобразователи, которые создало человечество на данный момент. Для их полноценного функционирования на борту ЦАПа установлены две программируемые матрицы ПЛИС. Питается все это хозяйство от шести трансформаторов с двумя вторичными обмотками на каждом из них. Управление ЦАПом осуществляется по Bluetooth с телефона под Андроид из специально разработанного приложения.

— Есть ли какие-то общие правила, которых нужно придерживаться при проектировании цифровых устройств?

Правила общие для любой электроники, и они достаточно просты. Первое — максимально чистое питание. Второе — максимально грамотная схемотехника. Третье — максимально грамотная трассировка печатных плат. И четвёртое — это выбор максимально качественных комплектующих. Мы были удивлены, как зависит звучание цифровых устройств от применённых комплектующих.

Ради эксперимента были собраны две одинаковые платы USB, но электролитические конденсаторы Panasonic в цепях питания были разного типа. Феноменальный получился результат: одну плату мои коллеги забраковали, а вторую мы запустили в работу. Я был ошеломлен результатом — как инженер-электронщик, не верил, что такое возможно в «глубокой цифре». Можно сравнить это с глубоким космосом, т.е. где-то очень далеко от аналогового выхода. Так что, как и в аналоговой технике, электронные компоненты нужно отслушивать.