Grimm Audio MU2

Centrum muzyczne z serwerem ROON, przetwornikiem DAC i wejściami analogowymi i cyfrowymi

Inżynierowie Grimm Audio są przekonani, że inteligentna integracja funkcji zapewnia wyższą jakość dźwięku. MU2 łączy w sobie streamer muzyczny z doskonałym przetwornikiem cyfrowo-analogowym i przedwzmacniaczem analogowym o referencyjnej jakości. Wbudowany przetwornik cyfrowo-analogowy w pełni wykorzystuje zegar Grimm Audio o niskim jitterze i wysokowydajny procesor FPGA. Oparta na przekaźnikach analogowa regulacja głośności sprawia, że MU2 może stać się prawdziwym „centrum” systemu hi-fi zarówno dla źródeł cyfrowych, jak i analogowych. Podobnie jak w przypadku jego siostrzanego produktu – MU1 z wyjściem cyfrowym, na pokładzie znajduje się serwer Roon Labs Core, więc nie jest potrzebny zewnętrzny komputer, aby cieszyć się doskonałym streamingiem.

Sercem MU2 jest opracowany przez Grimm Audio przetwornik cyfrowo-analogowy Major DAC. Jest to przełomowy projekt, który optymalnie wykorzystuje własną płytę FPGA. W unikalny sposób wysokiej rozdzielczości filtry upsamplingu Pure Nyquist są połączone z absolutnie bezbłędnym 1,5-bitowym tłumikiem szumów 11. rzędu. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o tej technologii, przeczytaj poniższy artykuł.

Dzięki MU2 mikrodetale są odtwarzane tak perfekcyjnie, że pozwala to na głębokie emocjonalne przeżycia podczas słuchania muzyki. Jakość sceny stereo jest rewelacyjna, co sprawia, że można całkowicie zanurzyć się w dźwiękach. Jego relaksujący dźwięk zachęca do długotrwałego słuchania, tworząc wyjątkowe doświadczenie muzyczne.

Jeśli uwielbiasz swoje głośniki i wzmacniacz mocy, ale tęsknisz za fundamentalną poprawą jakości dźwięku i wrażeń z odtwarzania strumieniowego, MU2 jest przeznaczony dla Ciebie.

MU2 posiada 2 stereofoniczne wejścia analogowe i 3 stereofoniczne wejścia cyfrowe. Posiada wyjścia XLR i RCA oraz gniazdo słuchawkowe.

Czym jest Major DAC?

W tym artykule przedstawiamy podstawowe zasady projektowania przetwornika cyfrowo-analogowego Grimm Audio „Major DAC” zastosowanym w streamerze muzycznym MU2. Konwersja sygnału cyfrowego na analogowy zawsze była dużym wyzwaniem, co wyraźnie pokazuje obfitość koncepcji konwersji D/A, które ujrzały światło dzienne na przestrzeni lat. Z naszego doświadczenia wynika, że wysokiej jakości dźwięk wymaga ekstremalnej liniowości i zakresu dynamiki. Mimo że nowoczesna technologia chipowa pozwala na bardzo zaawansowane implementacje, żadna z nich nie wydaje się w pełni satysfakcjonować entuzjastów high-endowego audio. Aby obejść te ograniczenia, kilka firm uzyskało większą swobodę projektowania, stosując podejście „dyskretnego przetwornika cyfrowo-analogowego”, w którym wszystkie cyfrowe i analogowe etapy przetwornika cyfrowo-analogowego są opracowywane we własnym zakresie. Dla nas również była to właściwa droga. W ramach trzyletniego projektu stworzyliśmy unikalny przetwornik cyfrowo-analogowy, który jest optymalnym połączeniem dedykowanego wstępnego przetwarzania DAC w FPGA i naszego własnego dyskretnego sprzętu DAC.

Istniejące techniki wykorzystują albo konwersję wielobitową, konwersję jednobitową (strumień bitów), albo ich inteligentną kombinację zwaną konwersją z modulacją szerokości impulsu (PWM). Konwencjonalna konwersja wielobitowa wykorzystuje poziom napięcia na bit, co wymaga ekstremalnej precyzji liniowości większych kroków bitowych. Na przykład, największy krok bitowy jest wiele tysięcy razy większy niż najmniejszy krok bitowy, ale powinien mieć taką samą precyzję jak ten najmniejszy krok, w przeciwnym razie dodanie tego małego kroku nie ma sensu. Osiągnięcie precyzji większej niż 18 bitów za pomocą tej techniki jest niezwykle trudne. W rezultacie tego typu przetworniki cyfrowo-analogowe wykazują zniekształcenia mikrodynamiki w muzyce. Ponadto, przesłuchy z sygnałów sterujących konwersją mogą powodować ziarnistość lub szorstkość charakteru dźwięku.

Aby obejść te problemy, pod koniec lat 80 firma Philips wprowadziła technologię jednobitową „bitstream”. Później została ona przyjęta dla SACD jako format „DSD”. W teorii, jednobitowy typ przetwornika cyfrowo-analogowego jest z natury liniowy, ponieważ poziom napięcia pojedynczego bitu jest zawsze „precyzyjny”. Ale przetwornik jednobitowy może oczywiście reprezentować tylko dwa poziomy sygnału zamiast tysięcy wielobitowych, co oznacza, że ma znacznie wyższy poziom szumów. Aby ta technika działała w przypadku audio, rzeczywista konwersja jest tworzona przez bardzo szybkie przełączanie wartości pojedynczego bitu poprzez nadpróbkowanie, a następnie wypychanie wysokiego szumu z pasma audio do niesłyszalnego obszaru powyżej 20 kHz za pomocą tłumika szumów.

Proces ten niestety niesie ze sobą inne wyzwania dla konwertera DA. Na przykład, istnieją bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące jittera zegara. Ponadto technika ta nieuchronnie nakłada znaczną ilość energii o wysokiej częstotliwości na wyjście przetwornika cyfrowo-analogowego, co może być trudne dla kolejnych stopni wzmocnienia. Co więcej, w architekturze jednobitowej komponenty wysokiej częstotliwości modulują się w sposób zależny od sygnału audio. Ze względu na tę zależną od sygnału wydajność, cyfrowe systemy tłumienia szumów działają z ograniczoną „stabilnością”. W rezultacie przejrzystość i słyszalna spójność są zagrożone.

W przetworniku cyfrowo-analogowym PWM wady architektury jednobitowej zostały przezwyciężone poprzez zastosowanie kilku bitów (np. 5), a następnie reprezentowanie ich wartości poprzez zmienną szerokość pojedynczego strumienia bitów (PWM to skrót od „Pulse Width Modulation”). Ponieważ nadal istnieją tylko dwa poziomy napięcia, system pozostaje z natury liniowy. Ponownie, do utworzenia sygnału przetwornika cyfrowo-analogowego wymagany jest układ redukcji szumów. Jednakże – w przeciwieństwie do architektury jednobitowej – układ redukcji szumów działa teraz ze stałą wydajnością. Z drugiej strony wymagana jest jeszcze wyższa częstotliwość taktowania niż w przypadku rozwiązania jednobitowego. Co ważniejsze, implementacja takiego układu redukcji szumów wymaga ekstremalnej mocy obliczeniowej. W każdej praktycznej realizacji skutkuje to kompromisową implementacją, co nieuchronnie przekłada się na pogorszoną jakość dźwięku.

MU2 „Major DAC” plasuje się pośrodku pomiędzy powyższymi opcjami. Wykorzystuje on architekturę 1,5-bitową. Liniowość amplitudy jest z natury gwarantowana, ponieważ 1,5-bitowa wartość jest reprezentowana przez jednobitową komórkę C/A w „stylu PWM”. Podobnie jak w przypadku przetworników cyfrowo-analogowych PWM, układ redukcji szumów działa z efektywnie stałą wydajnością, realizując liniowe działanie w całym zakresie dynamiki, jak pokazano na poniższych wykresach.

Wciąż wymaga to dużej mocy obliczeniowej, którą – dzięki szczupłej 1,5-bitowej architekturze – można w pełni wykorzystać do realizacji bezbłędnego systemu w potężnym FPGA. Zaimplementowane rozwiązanie w przetworniku DAC Major skutkuje zerowym błędem działania układu redukcji szumów. Co więcej, wybór 1,5-bitowego przetwornika cyfrowo-analogowego oferuje tak stabilną operację kształtowania szumu, że pozwala na wysoce zoptymalizowany, unikalny shaper szumu 11 (!) rzędu.

Aby odfiltrować wynikowy silny szum o wysokiej częstotliwości, zanim wejdzie on do ścieżki sygnału analogowego, zastosowano tak zwaną topologię FIR DAC, wykorzystującą 16 komórek DAC na kanał. A skoro już jesteśmy przy temacie filtrowania: warto zauważyć, że wejście filtra szumów jest zasilane z naszego niezwykle precyzyjnego filtra cyfrowego FPGA „Pure Nyquist”, działającego z 128-krotną częstotliwością bazową. Wszystkie te środki umożliwiają przetwornikowi cyfrowo-analogowemu Major odtwarzanie mikrodetali w dźwięku, których nigdy wcześniej nie słyszano.

Szczególną uwagę zwrócono na ścieżkę sygnału analogowego, aby zachować piękno i przejrzystość sygnałów wyjściowych przetwornika cyfrowo-analogowego. Ścieżka sygnału analogowego jest realizowana w pełni symetrycznie, przy użyciu bardzo wysokiej jakości obwodów, komponentów i układu. Sygnał jest kierowany przez najwyższej klasy, opartą na przekaźnikach sekcję regulacji głośności, dzięki czemu analogowe wyjście MU2 może być kierowane bezpośrednio do wzmacniacza mocy. Dodatkowo można podłączyć do dwóch źródeł analogowych, dzięki czemu MU2 może być zarówno cyfrowym, jak i analogowym „hubem” w systemie HIFI.