Слушать или анализировать: как философия преобразования звука определяется структрой FPGA и подходом производителя

Знаете, что объединяет инженеров-перфекционистов по всему миру? Они никогда не довольствуются готовыми решениями. И если говорить о цифро-аналоговом преобразовании звука, то FPGA-архитектура стала для них настоящим холстом, где каждая микросхема превращается в инструмент художника. Сегодня я хочу погрузиться в мир двух легендарных производителей, которые отказались от массовых чипов и пошли своим путём.

Почему готовые микросхемы перестали устраивать аудиофилов

Долгие годы индустрия Hi-Fi полагалась на специализированные ЦАП-чипы от ESS, AKM и Cirrus Logic. Честно говоря, эти решения работают превосходно в большинстве случаев. Но вот в чём загвоздка: производители аудиооборудования становятся заложниками чужих инженерных решений. Алгоритмы фильтрации, методы передискретизации, характер интерполяции - всё это определено заранее и зашито в кремний навсегда.

FPGA (Field-Programmable Gate Array) меняет правила игры. Это программируемая логическая матрица, которая позволяет буквально создавать собственную микросхему внутри универсального чипа. Вместо того чтобы принимать компромиссы массового производства, инженер получает возможность реализовать любой алгоритм, любую архитектуру преобразования. И два производителя довели эту философию до совершенства.

Chord Dave: когда 166 тысяч вычислительных ступеней меняют всё

Роб Уоттс, главный разработчик Chord Electronics, посвятил десятилетия изучению одного вопроса: как человеческий мозг воспринимает временнýю информацию в звуке. Его выводы легли в основу технологии WTA (Watts Transient Aligned), и Dave стал её венцом.

В сердце устройства работает FPGA Xilinx Artix-7. Но само по себе железо - лишь полдела. Уоттс реализовал здесь цифровой фильтр с 166 000 TAP-коэффициентов. Для сравнения: типичный ЦАП использует фильтр с 128-256 коэффициентами. Разница в три порядка - не просто маркетинговое число, а принципиально иной подход к реконструкции аналогового сигнала.

Зачем такая избыточность? Теорема Найквиста-Шеннона говорит нам, что для идеального восстановления сигнала нужен бесконечно длинный sinc-фильтр. На практике его обрезают, и эта обрезка создаёт временны́е искажения. Уоттс посчитал, что человеческое ухо способно различать временны́е сдвиги порядка 4 микросекунд. Чтобы достичь такой точности при частоте дискретизации 44.1 кГц, требуется фильтр колоссальной длины. Отсюда и родились эти 166 000 коэффициентов.

Архитектура самого ЦАП в Dave тоже нестандартная. Вместо классической дельта-сигма модуляции или R-2R лестницы Уоттс применяет pulse array - массив из 20 элементов на канал, работающих параллельно. Каждый элемент генерирует импульсы строго контролируемой длительности, а их суммирование даёт аналоговый выход. Такой подход минимизирует нелинейности и шум квантования.

MSB Technology: дискретная лестница в цифровую эпоху

Калифорнийская компания MSB пошла совершенно другим путём. Если Chord делает ставку на сверхдлинные фильтры, то MSB возвращается к истокам - резисторным R-2R лестницам, но реализует их управление через FPGA.

Классическая R-2R архитектура использует прецизионные резисторы для прямого преобразования каждого бита в напряжение. Эта технология появилась задолго до дельта-сигма модуляции и считалась устаревшей из-за сложности достижения высокой точности. MSB доказала обратное.

Их модули DAC представляют собой гибридные схемы, где FPGA выполняет всю цифровую обработку - апсемплинг, фильтрацию, компенсацию ошибок. А финальное преобразование происходит в дискретных резисторных матрицах, изготовленных с допусками лазерной подгонки. В топовых моделях используется до четырёх модулей на канал, работающих в режиме усреднения, что снижает искажения и шум.

Интересная деталь: MSB производит резисторные модули на собственном предприятии в Калифорнии. Каждая лестница проходит индивидуальную калибровку, а данные коррекции записываются в память FPGA. По сути, цифровая логика компенсирует неидеальности аналоговой части в реальном времени.

Философия звука: два взгляда на один вопрос

Разница между подходами Chord и MSB выходит далеко за пределы схемотехники. Это два мировоззрения, два ответа на вопрос: что важнее в цифровом звуке?

Роб Уоттс убеждён, что ключ к музыкальности лежит во временнóй точности. Его фильтры оптимизированы для минимизации pre-ringing и post-ringing - артефактов, которые размывают атаку и затухание звуков. Dave звучит невероятно детально, с чётким разделением инструментов в пространстве. Многие отмечают его способность вытаскивать мельчайшие нюансы из записей.

MSB делает акцент на линейности преобразования. R-2R архитектура по своей природе свободна от шума квантования дельта-сигма модуляторов. Звук их преобразователей часто описывают как органичный, телесный, с выраженной текстурой тембров. Меньше аналитики, больше целостности.

Кто прав? Наверное, оба. Или ни один. Выбор между этими подходами - вопрос личных предпочтений, акустики помещения, характера фонотеки. Я бы сказал так: если вы цените микродинамику и пространственную точность, Chord может оказаться ближе. Если для вас важнее плотность и натуральность тембров, присмотритесь к MSB.

Технические характеристики: сухие цифры с мокрым смыслом

Позвольте привести ключевые параметры для понимания масштаба:

• Chord Dave: динамический диапазон 127 дБ, выходное напряжение до 6 В RMS, поддержка PCM до 768 кГц и DSD512
• MSB Reference: модульная архитектура с возможностью установки до 4 DAC-модулей, динамический диапазон свыше 130 дБ с четырьмя модулями
• Обе платформы поддерживают обновление прошивки FPGA, что позволяет совершенствовать алгоритмы без замены железа
• Оба производителя используют внешние блоки питания с линейной стабилизацией для минимизации помех

Цифры впечатляют, но они не расскажут вам, как устройство играет музыку. Это лишь фундамент, на котором строится всё остальное.

Практические соображения для тех, кто выбирает

Переход на FPGA-преобразователь - серьёзное решение. Честно говоря, это не тот случай, когда апгрейд даёт мгновенный вау-эффект и все вокруг начинают слышать разницу. Преимущества проявляются постепенно, в деталях, которые раньше ускользали от внимания.

Chord Dave требователен к качеству источника. Его разрешающая способность беспощадно обнажает недостатки сжатых форматов и посредственных мастерингов. Если ваша библиотека состоит преимущественно из MP3, вложение может не оправдаться. Зато хорошие записи раскрываются совершенно по-новому.

MSB предлагает модульность как принцип. Начать можно с базовой конфигурации и постепенно добавлять модули, улучшая характеристики без замены всего устройства. Для кого-то это удобный путь в высший эшелон Hi-Fi.

Оба устройства выделяют заметное количество тепла - FPGA под нагрузкой потребляет приличную мощность. Продумайте вентиляцию и размещение в стойке заранее.

Будущее за программируемым кремнием

Глядя на развитие индустрии, я вижу интересную тенденцию. Всё больше производителей отказывается от готовых ЦАП-чипов в пользу собственных FPGA-решений. Denafrips, Holo Audio, Rockna - список растёт с каждым годом. И это неслучайно.

FPGA даёт свободу экспериментировать. Обновлять алгоритмы. Адаптироваться к новым форматам. В мире, где технологии меняются стремительно, программируемость становится страховкой от устаревания.

Chord и MSB проложили дорогу. Они доказали, что отказ от стандартных решений может привести к результатам, недостижимым иным путём. Да, их продукты стоят как небольшой автомобиль. Но для тех, кто слышит разницу и готов за неё платить, это инвестиция в годы музыкального наслаждения.

В конечном счёте, любая аудиотехника - лишь инструмент. Важно не то, какой ЦАП стоит в вашей системе, а то, сколько радости приносит вам музыка. Если текущее оборудование дарит эту радость, возможно, апгрейд подождёт. Но если вы чувствуете, что записи способны дать больше, чем получаете сейчас, FPGA-преобразователи могут открыть новую страницу в ваших отношениях со звуком.