３種類ある？ リクロックの回路方式

デジタルオーディオ機器、特にDACやDDCに関して「リクロック」と言われる技術が謳われることがあります。Re-Clockとはクロックを作り直す再生成という意味で使われています。一体なにをどうしているのでしょうか？

SPDIFの記事にコメントを頂いているクロックジェネレータという機器に もリクロックという言葉がでてきていますので、ちょっとまとめておこうと思いました。

ひと言で、リクロックといっても3種類ほどの方式があります。それぞれ、効果の真偽や問題点をまとめて見ていきましょう。

１．メモリバッファ式リクロック回路

エレアトさんや、お気楽オーディオさんの基板でも有名ですね。実際にオーディオメーカーのDAC内部にこの機能を入れた製品もあります。SPDIF信号が引き起こしやすいジッター発生を低減するために使われることが多いかと思います。

制御は意外と面倒です。入力される信号と内部のマスタークロックは非同期なため、メモリバッファが足りなくなったり溢れてしまう可能性があります。曲間の無音部分を検出して、メモリをいったん開放しています。

効果は、ジッターも含めて入力クロックの影響を完全に切り離すことができ、内部のマスタークロックにて信号を作り出すことが出来ます。従って音質向上の効果は高いです。

問題点１：送り出し側と受け取り側のクロック周波数の差異が大きかった場合、メモリ内部のデータが枯渇したり、逆に溢れたりする可能性があります。曲間が無いライブ ＣＤなどは特に厳しくなってきます。

問題点２：メモリにデータを貯めこんだ分、再生音が遅延します。映画を見るときなど、映像は遅延なしですが音声はメモリバッファで遅延してしまいます。

２．フリップフロップによる同期化

これは、ロジック回路でよく行われる非同期信号を取り込む処理です。が、メタステーブルに注意が必要です。また、いわゆるランダムなジッターは１クロックずれに変化します。フラクショナルN型PLLのクロックずれと同じように、あるタイミングで１クロックずれを引き起こします。ラズパイのD-PLLのMASHの功罪と一緒です。

＜ ALTERA デバイスのメタスタビリティから抜粋 ＞

デジタル回路を設計したことがある人は、まず最初に教えられるのでご存じの方は多いと思います。同期していない信号をクロックで叩くとメタステーブルという現象が起こります。詳細はこちらをご覧ください。　自作基板などでD-FF（74HC74など）1段しかない非同期回路をたまに見かけますね。FFを2段もしくは３段にすることで回避できますので、ぜひそうしてください。

同期させる側のクロックは、100MHzなど高い周波数で叩くと、クロックずれの頻度が増え、逆に低い周波数にすると、クロックずれのずれ幅が大きくなるというジレンマがあります。原理的に問題を解決できない仕組みですので、オーディオメーカーの製品に載ることは無いと思われます。おそらく海外のDiyAudio系のフォーラムで誰かがやり始めたのが始まりと思います。

効果として、ジッターがランダム（ガウス分布？）から１クロックずれに変わるので音は変化すると思います。そういう音の変化を楽しむアイテムのひとつと捉えると面白いですね。

３．DAC側のマスタークロックに同期させる

MUTEC社のMC-3+USBというUSB-DDC兼クロックジェネレータの製品でリクロックという謳っているので、ここに挙げました。

　　＜パイオニアの資料の抜粋＞

アシンクロナス伝送ができるUSB-DACやUSB-DDCは、送り出し機器（PCやmacなど）のクロックを基準にせず、USB-Audio機器側のクロックを基準にします。メモリバッファ式リクロックと違うのは、送り出し側に命令を出せるところです。１時間ぶっ通しのライブとかでもメモリ内のデータが枯渇したり溢れたりしません。

まあ、これをリクロックと呼ぶかどうかは少し微妙ですが、USB-Audio機器のクロックをマスターにできるため理想的です。

I2S-DACでもDAC側クロックをマスターにできる基板はこれと同じで、送り出し機器をスレーブにすることが出来るラズパイなどで使える技術です。（それをリクロックとは言ってません）

ちなみに、MC-3+USBはSPDIF、AES/EBU入力もあり、その時は正真正銘のリクロック動作になると思われます。

番外編．K2インターフェース

昔、ビクターにK2インターフェースというデジタルデータ転送技術がありました。K2インターフェースはリクロックとは呼んでいませんが、これがリクロック技術の発祥ではないでしょうか。

A.受信したデジタル信号
B.基準クロック信号
C.ジッターがなくなったデジタル信号

ジッターが乗った信号からクリーンな信号を取り出すため「B」のマスタークロックはD/A変換部に置いてディスク再生側にそのクロックを配って同期させていたようです。

XL-Z711という1988年のCDプレーヤーに搭載されました。カタログはこちらをご覧ください。　技術的には1985年に考案されていたらしいです。

デジタル入力アンプ（AX-Z921）では、同期クロックをCDプレーヤー側に渡せない（SPDIFの仕様上）ので、入力したSPDIF同期のPLLを２重にして、通常よりもジッターが少ないマスタークロックを生成して、デジタル信号叩き直してクリーンにしていたようです。ひと口にK2インターフェースと言っても回路方式が全く異なります。その後、K2テクノロジーという別の呼び名にしてごっちゃになっていきます。

ちなみに、私が持っているAX-Z911にはK2インターフェースは入っていません。

これらリクロックは、ASRCのようにビットパーフェクトを保てない演算上の処理とは違い、データ自体の加工をせずにジッターを減らすという狙いがあります。しかしリクロックといっても様々な手法があって、効果も欠点も同じではありません。そもそもDAC側のクロックをマスターにして（上流の）再生機器をスレーブにすることをリクロック（Re-clock:クロックの再生成）と呼ぶのかも怪しいです。

製品として「リクロック」と書いてあるものを見かけたら、どんな技術でクロックを再生成しているのかを読み解くのも面白いと思います。

ReClocking とか ReClocker と呼んでいるケースもあります。

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