Select Your Language

免責事項

  • 本サイトの情報の利用、内容、サービスによって、利用者にいかなる損害、被害が生じても、著者は一切の責任を負いません。ユーザーご自身の責任においてご利用いただきますようお願いいたします。

    本サイトで頒布している基板およびキットは、技術者、またはそれに準ずる電気的知識をお持ちの電子工作ファンの方のためのものです。 一般のオーディオファンの方のためのものではありません。
    また、頒布基板およびキットは、いかなる条件でも動作を保証するものではございませんので、あらかじめご了承ください。

    電子工作では、火傷、感電、火災などの可能性があります。 十分に注意をして作業して下さい。

    営利目的のご使用は認めておりません。  記事の転載や、基板・キットの商用利用の方は、ご連絡ください。
    学生やサークルの学習目的でまとめてご購入する場合は特別なコースをご用意させていただきます。

スポンサー

« ASRCによるアップサンプリング | トップページ | ハイレゾ音源 »

2013年10月20日 (日)

SPDIFデータ伝送の仕組みと落とし穴

SONY CDP-552ES と DAS-702ES この2台が世界初のS/PDIF 搭載機器です。
CDプレーヤー内のDACを使わず、デジタルでデータを転送し、DAC専用の機器がアナログ変換するという画期的な商品でした。 CDプレーヤーより大きな筐体を持つ単体DACは、その物量投資の凄まじさから、いかにも音質が良さそうに思えました。


Cdp552esd_das702es_


S/PDIFとは

SONY/PHILIPS Digital Interfaceで、名前の通りソニーとフィリップスが決めたインターフェースです。 その後、IECにより国際標準フォーマットとなり、幾度となく拡張をしてきました。

当時は、デジタルで接続できるオーディオ機器がCDとDACしかなかったため、単に、デジタル接続、光接続(TOSリンク)、コアキシャル(Coaxial)などと呼んでいました。

1本のRCAシールドケーブルで2chのデジタルオーディオデータを転送することができます。 光ケーブルを使ったTOSリンクも転送しているデータは一緒です。

インターフェースフォーマットの拡張は、コピーマネージメント(SCMS)や、リニアPCM以外(例えばAC-3やDTSなど)のデータを転送できるようになった点です。 1本の配線で2ch転送が基本ですが、AC-3やDTSでは5.1chや7.1chデータも転送できます。 これは圧縮されたままのデータを転送しています。

ここでは、2chのリニアPCMデータについてだけ詳しく掘り下げようと思います。
 

業務用のAES/EBU

業務用のAES3という規格もあります。 SPDIFの元になった規格で、特に信号の中身は殆ど一緒と思っても良いです。 実際DAI(デジタルオーディオインターフェース)ICは、SPDIF/ASE3両対応のものが殆どです。

 Aesebu

SPDIF と AES/EBUの違いは、端子形状や信号電圧・インピーダンスが主です。

 SPDIF  75Ω RCA同軸/光ファイバー  0.5Vpp  10mまで SCMS 
 AES3  110Ω XLR-3pin  2-7Vpp  100mまで  コピーコントロールなし

といった所です。 パソコンのSPDIF端子はSCMSが無効なものも多いようです。 コピーし放題というグレーなものですが、CDも簡単にコピーできる時代なので、もうSCMSの役目は終わっていますね。

サンプリング周波数は、22.05k、24k、32k、44.1k、48k、88.2k、96k、176.4k、192k、768kがあります。 どこまでサポートするかはDAI-ICの仕様によります。 ビット数は、最大で24bitです。 (32bitは転送できません)
TOSリンクは、PDの応答速度の制約でfs96kHzどまりの事が多いです。

  
 

データ伝送の仕組み

Dai_block

あまり、細かいことを追っても仕方がないので、仕組みに関して重要な部分だけを抜粋します。

このSPDIFは送信側がマスター受信側がスレーブになっていまして、一方通行のデータ伝送です。 

信号は1本の配線なので、同期信号もデータも一緒に混じっています。
具体的にはプリアンブル(Preamble)という同期信号(シンク用データ)を一定間隔で送り、受信側でそれを捕まえてPLLを使ってマスターと同じクロックを生成しています。

上のブロック図はDIR9001というDAIレシーバICのものですが、プリアンプルデコーダというものがPLLに繋がっているのが分かります。

実はこのPLLが厄介なのです。 受信側のPLLはマスターに追従する必要があります。 ある程度応答を速くしておかなければ、PLLロックするまでに時間がかかり曲の頭切れが発生してしまいます。 しかし、高速応答のPLLは得てしてジッターが多い。 ここにジレンマがあります。 近年では低ジッターを謳うDAIが出ていますが、水晶と比べると確実に劣ってしまいます。 



PLLが悪さ?

もう少し、詳しくいいますと、このプリアンブルは1サンプル周期に2回(L/R)の割合で出てきます。 すなわち、48kHzサンプリングでは96kHzです。 DACで使うマスタークロックを256fsとすると、128倍の周波数へと逓倍しなければならず、どうしてもジッターが多くなってしまいます。 PLLによる逓倍の比率が大きければ大きいほどジッターが増えるからです。

 

 これは、原理上避けられない事実です。

勘違いしないで欲しいのは「PLL=ジッタ悪い」ではありません。 逓倍率もからんできて、このような事態になっているのです。 PLLだって、逓倍率が4倍以下と低いものだったら、大げさに悪化することはありません。

 
 
Spdif_signal_2

実際のSPDIF波形。 パルス幅でトリガーを掛けるとプリアンブルはこのように見える。
 


簡単にまとめると

 SPDIFは、ジッター発生の要因になっている。

 

業務用インターフェースのAES/EBUもこの件に関しては全く同じで、ジッターが減る仕組みは入っていません。 配線長が10m以上の場合はXLR端子のAES/EBUにしなければならないというだけで、「業務用=音質が優れる仕組み」 は無いのです。

Das_r10

そんな訳で、DAC側をクロックのマスターにしてしまおうというのが、ツインリンクを採用したDACです。 

 

これは、D/A変換する側にマスタークロックを置いてジッターがない状態でアナログ変換するために、CD側へクロック信号を送る手段を追加したものです。 ツインリンクは2本の光ファイバーがあり、1本はCD->DAC(SPDIF)で、もう1本はDAC->CD(マスタークロック)となっています。 アキュフェーズのHS-LINKもLVDS(低電圧の差動信号)を使っていますがやっていることは殆ど同じです。

こちらは、DAC側をマスターにできるので、確実に低ジッター再生が可能です。 

SPDIFを作ったソニーですら、こういった仕組みでデータ転送によるジッターの影響を無くすインターフェースを独自に作っていたのです。 

 

SPDIFは悪?

データをコピーするという点においては、SPDIFはビットパーフェクトを達成するので、特に欠点はありません。 DACは、このSPDIF信号からマスタークロックを生成しながら再生するので音質面で不利になってしまうのです。

一部ではバッファーにデータを溜め込んだあと、ローカルの水晶によりジッターが無い状態でデータを読み出してDAコンバートするという方法(メモリバッファ式レシーバ)があり、完璧な対策案です。

また、ジッタークリーナー(PLLの一種)を用いてSPDIFレシーバーの出力からジッターを低減するなど工夫していることがあります。 1段目は高速追従PLLで、2段目がジッター低減PLLという2段PLLになり、こちらも有効な手段です。
そうはいってもローカル水晶クロックまでジッターを低減できるわけではありません。 ジッタークリーナーといえども水晶のジッターを下回るほど低ジッターにはならないからです。

 

ちなみに、SPDIF関係のインターフェースの詳細はこのあたりを読むと少し理解が進むかもしれません。  技術的な内容ではなく、背景や歴史、展開などが書いてあります。





« ASRCによるアップサンプリング | トップページ | ハイレゾ音源 »

DAコンバータ」カテゴリの記事

コメント

なるほど・・・S/PDIFもジッター発生の要因になっている、と。

最近ではHDMIもあるんですよね。
BDプレイヤーで、HDMIからデジタル音声信号を得ようとするとHDMIデジタル入力可能なAVアンプを使うか、

HDMIスプリッターで同軸出力を得るか、

そんなところなんでしょうけれど、スプリッターを使う場合、HDCP認証が必要なので、
スプリッターの先にTVなど繋いでおかないと同軸出力も出てこないようです。

伝送方式の次にはこのような著作権保護機構が足かせになってくるのでこれも困ったものですね。

ASRCは不要と思いましたが、ベリンガーSRC2496など身近かな機材を使うことで(あくまで個人利用目的のもとで)デジタルデータをコピーフリーにするという使い方もあるのかな、と思いました。

mr_osaminさん

記事中でちょっとだけ触れましたがHDMIに採用されているデジタル音声はSPDIFです。 
特徴も欠点もそのまま引き継いでいます。

デジタル信号のコピーに関しては、公にしにくいですが、 昔、秋月電子でSCMSを
無視してコピーできるキットが売っていました。  CDからDATに一回コピーしたあと、
次に孫コピーしようとすると、コピーできないという仕組みになっているのですが、
それをキャンセルしてコピーできるようにするという機器でした。
もはや、DATやMDは存在していないも同然なので意味がないですよね。
 
HDCPは、DVDなどのコピー問題もあってより厳しくなりましたね。 

>記事中でちょっとだけ触れましたがHDMIに採用されているデジタル音声はSPDIFです。 
特徴も欠点もそのまま引き継いでいます。

話を少しコネクタ形状のほうに振ってしまったんですが、

メーカーによってデジタル出力についてはいろいろな考え方があって
http://misiasongs.blog100.fc2.com/blog-entry-41.html
使い勝手の面で困るときがありますね。

ウチのBDプレイヤーで、SACDをプレイしたときに同軸、光どちらもデジタル出力ができなくて調べたら仕様でしたw
DSDダイレクトでなく、PCM変換だから出力してくれてもいいのに・・・

mr_osamin さん

いますね~ CDをPCソフトウェアを使ってアップサンプリングするひと。
H/Wでアップサンプリングするのと、フィルタ係数が違うので音が違ってくるのですが、
I/Fの関係で4倍どまり。 音が変わるのも楽しみのひとつですよね。

SACD再生をPCMに変換するのは、メリットを半減しているような気分です。 
ただ、再生できないよりは遥かにいいですね。

DAC-IC内部でDSDを一旦PCMに変換するタイプのものもあります。 そういう場合は
外部にPCMデータを出せないですね。  DSPなどでDSD-PCM変換しているの
でしたら、SPDIFに出すのは簡単だと思うのですが、仕様といわれれば、そこでおしまいです。

たかじんさん

>SACD再生をPCMに変換するのは、メリットを半減しているような気分です。 

私はデジイコを挟むために考えた流れなので、本来ならばDSD->アナログダイレクトで聴くのが良いとは思います。

俯瞰してみると、

・DSD->アナログ変換
これはSACDの良さをそのまま使う方法

・DSD->PCM変換
デジイコを使って自分好みの音の変化を楽しむ方法

と考えるとどちらも「アリ」じゃないかと思いました。

mr_osaminさん

>と考えるとどちらも「アリ」じゃないかと思いました。
おっしゃる通りですね。 SACDの良さは、DSDフォーマットだけではなく、SACD化
するにあたって、使用する機材やアーティスト、レコーディングエンジニア達の
心構えが、全くちがうと思うのです。 
そうして出来上がった音楽は、やはり普通のCDとは一線を画すものでしょう。

そういった志は、再生時にPCMに変換したところで台無しになる訳ではないと
思いました。 96kHzあたりに変換するのでしたら、殆ど問題ないかもしれません。

コメントを書く

(ウェブ上には掲載しません)

トラックバック

この記事のトラックバックURL:
http://app.cocolog-nifty.com/t/trackback/587107/58415404

この記事へのトラックバック一覧です: SPDIFデータ伝送の仕組みと落とし穴:

« ASRCによるアップサンプリング | トップページ | ハイレゾ音源 »

サイト内検索

Sponsors link

2018年4月
1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14
15 16 17 18 19 20 21
22 23 24 25 26 27 28
29 30          

最近のトラックバック

無料ブログはココログ