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コアなジェネレーションはギャップしているか

17/10/14初稿

 トランスポートPCをX79からZ170に組み替えました。ASUS製Z170-Aです。

 CPUは6コア12スレッドのCore-i7 3930K(3.2GHz,TDP135W)から2コア4スレッドのPentiumG4560(3.5GHz,TDP54W)に。
 マルチスレッド性能としては大幅グレードダウンですが、世代としては第2世代(のエンハンスですけれど)SandyBridge-Eから第7世代Kabylake(M/Bはひと世代前ですけれど)へのジャンプアップとなります。

 ジェネレーションギャップ、(だいたい)5世代分の影響や如何に?


■動機

 Z170構築の際NVMeについてさんざん調べた流れで、「オーディオPCのストレージをCPU直結のNVMeにしたらどうなるか」興味津々になっちゃいまして。

 だって、USB-I/FはすでにCPU直結していますから、そうすれば音源データをCPUを経由するだけで送り出せるような気がするではないですか。

 PCIe-I/FのSATAコントローラカード経由のSSDでも直結できますが、“よりシンプル”でないと魅力半減ですのでNVMeです。
 でも、現X79はNVMeから起動できないんですよね。システムも音源も1台に入れてしまいたいので、X79では実現できないということになります。
 そこに、Z170マザーが1枚余ってるワケで。壊しちゃったのでとりあえず修理見積もりしてみたら、あっさり直っちゃったんです。
 CPUは新たに調達しなければなりません。といってもZ170でX79の代替できるかどうかは不明ですから、お試し価格でないと踏み切れません。
 そこに、ちょうどオイシイ新CPU「PentiumG4560」が発売されてたワケで。

 Pentiumは、X79を組んだ時は2コア2スレッドでしたので候補になりませんでした(流石に4スレッド以上は欲しかったので)が、新型は2コア4スレッドになりました。
 Gfx性能や動画アクセラレーションなどの付加機能は要りませんので問題になりません。
 スレッド数はX79に比して1/3になるワケですが、3930Kでの負荷状況をみる限り処理能力的には全く問題ないハズです。
 G4560はKabylake世代であるのに対しZ170-AはSkylake世代ですが、メインPC用の6700KでUEFIアップデート済みなので使えます。

 いずれにせよM/Bだけあっても仕方ないので、これを調達しました。

 しかし、X79導入理由である「スレッドが多い方がよい」が世代を超えても成立するなら、音質的には退化してしまう可能性があります。
 もしそうだったら代替はあきらめてサブマシンにします。
 トランスポートとしてちょっとでも可能性を感じた場合は、6700Kを使ったりして追い込んでみるつもりで。


■構成

・ハードウェア
 以下のような違いになります。

・メモリ・・・DDR3 → DDR4
・メモリチャンネル・・・4 → 2
・メモリ枚数・・・4 → 2 (いずれも4GBモジュール)
・クロック・・・3.2GHz → 3.5GHz
・コア数・・・6 → 2
・スレッド数・・・12 → 4
・プロセス・・・32nm → 14nm+

 DDR4メモリはメインPCのZ170化の際に4枚用意したCorsair製を2枚流用。もともとオーディオ用途も考慮して選んだものですので。
 その他、CPUファンのみリテール品に変更した以外は、拡張カード類もそのまま移築しました。
 メインテーマだったストレージもとりあえず元のSSDのまま。512GB以上のNVMeはおいそれと買える値段じゃありませんので、まずはZ170環境にしたことによる影響を見定めます。

 スロット使用状況は以下のようになりました。
 Z170-AにはPCIスロットがあるので「NO-PCI」が無駄になりません。PCIeからの変換PCIですがNO-PCIには関係ありませんし(笑)。

・slot0:PCIe x1 NO-PCI Express
・slot1:PCIe x16 PP2U-E  CPUに一番近いところに配置(CPU直結)
・slot2:PCIe x1 空き
・slot3:PCI   NO-PCI
・slot4:PCIe x8 空き(CPU直結)
・slot5:PCIe x1 空き
・slot6:PCIe x4 HD7750  表示用&HDMI-Audio用I/Fとして

 3930Kと異なりG4560には内蔵Gfxがありますが未使用に設定します。オンボードデバイスも極力disalbeです。山ほどあるチップセットUSBはBluetoothドングルと調整用K/Bのために2ポートのみ活かしてdisable。

・OS
 システム入りストレージを再インストールすることなくそのまま移築したワケですが、問題なく動いています。Bluetoothドングルも何もせず認識。なのでオーディオ系のセッティングもそのままです。
 CreatorsUpdateはMSがオーディオ関連で“やらかしている(*)”ようなので、クリーンインストールせずに様子を見た次第。

*:UD-503でテストしてみたところでは、クリーンな状態からなら問題は起こらなそうですけれど。


■電力

 CPUのTDPはまるで違います。DDR4は低電圧化しています。DIMMは4枚から2枚になっています。
 が、それ以外はほぼ変更なしで以下の通りです。ワットチェッカにて。

・再生時  ・・・35W
・アイドル時・・・31W
・起動時最大・・・50Wくらい

 再生動作は「«foobar2000»による1644音源の32倍アップサンプリング→DSD256変換」です。

 解体直前に測ったX79の再生時は60Wでした。
 X79構築当時はHD5450が実装された状態で64W(条件はやや異なります)でしたので、HD5450で4W消費と推定。
 とすると、アイドルは当時61WだったのでHD5450レスならざっと57W程度でしょうか。
 起動時最大の低下に至っては“劇的”と言えるでしょう。

 スレッド数は1/3になりましたが、これはこれでよさげな気が(笑)。


■負荷

 では、気になる負荷状況はどうでしょう。タスクマネージャで比較してみます。システム入りSSDをそのまま移築しての比較です。動作モードは電力と同じです。
 まずはZ170。

Z170-A負荷2


 X79では同条件で以下の通りでした。

X79負荷2


 X79では4%/2.3GHzくらいでしたが、新システムは12%/1.5GHzくらいになりました。

 「使用率」が3倍になっていますが、スレッド数が1/3になってるワケですからそのまんまってカンジです。一方「速度(動作クロック)」は低下していますから、処理効率は上がっていると言えそうです。

 やっぱり5世代も違うと違うところは違いますねぇ。


■音質

 変わったように思います。クリアでシャープになったカンジでしょうか。といって高域がキツイなどというワケではありません。

 ところで、やっぱりメモリ設定いじると変わる気がします。
 電圧はデフォルトの1.2VのままだとX79より音量下がったように聞こえます。最低の1.0032(?)にするとX79と似た音色に。デフォルトの方が好みです(X79に勝るとも劣らない)。
 1.0Vにしたらリセットしちゃいました。1.1Vにしたら低域がふくれた感じに。1.2Vで2400MHzにしても同じです。
 どうも、かつてのE-350環境での経験とは異なり、電圧下げると好ましくない方向にいきます(苦笑)。
 スピードは100MHzの24倍で2400にしてみました。XMPで2666なのでそれを超えないところで。が、これも好ましく聴こえません。

 キリがありませんし、E-350の時ほど関心はないので追い込んだりはしていませんが、結局、“Z170-A環境では”XMP定格が一番よさげです。


 以上、X79+3930KからZ170+G4560への変更で音質劣化したとは思えませんでした。Windows10で使うのでなるべく新しい方が望ましいですしNVMeが使えるなどのメリットがありますから、Z170環境で常用しようと思います。

 X79にした理由である「スレッド数が多い方がよい」と相反する話になりましたが、それが差異パラメータになりえるのは同じ環境、または“同世代どうし”でのことであり、世代の違い(しかも5世代)はそれどころではない違いを産むのかも知れません。シリコンのプロセスは新しい方が有利なのかも知れません。
 メモリについても、プラットフォームが変われば全然違うということです。当たり前ですね。

 ちなみに、音質の感想もその理由付けも、もちろん一般論になりえる客観的な話ではありません。個人的におもしろがってるだけですので、その点よろしくお願いします。


■直結

・ストレージはCPU直結した方がよいのか
 「ストレージをシンプルにCPU直結したいのでNVMeを使いたい」が動機ではありましたが、SSDをそのまま移築して動かし始めてしばらくしたら考え変わってしまいました(笑)。
 下流からさかのぼって考えると、トランスポートPCにとって一番優先すべきは「USBコントローラの安定動作」だと思っていますので、「CPUのPCIeレーンはそのI/F専用にした方がいいのではないか」と。
 NVMeのI/FとしてはオンボのM.2スロット(PCH経由)の方が、変換カード経由より余計な接点少なくてよいような気もしますし。

 仮調達したNVMeをSSD(SATA3)に代えてM.2に実装してみたところ「おぉ、これはいい!」ってカンジでもなかったので積極的には動いていません。やるにしても低発熱タイプじゃないと“ナンカイヤ”なので、SM961あたりが安くなったらまた考えようかと思っています。

・CPU直結に注意
 ところで、拡張カードを「CPU直結したい(PCHを経由したくない)」場合はM/B仕様に注意した方がよさそうです。
 MicroATXなどでは、CPU直結のPCIeスロットは1本しかない場合があるためです。

#以下、解りやすさを優先し、一般的なIntelアーキテクチャのM/B製品を想定して簡略化して記します。

 CPUから出ているPCIeレーン数は16です。
 その16レーンは「1スロットのx16」または「2スロットのx8」に設定できます。
 ですので、CPU直結のPCIeスロットは「最大2」となります。
 一般的用途はGfxカードの複数枚使用ですから、敢えてx1やx4に実装することはまずありません。
 また、「2スロットのx8」に固定してしまうM/Bもまずないでしょう。

 そのため、「x8スロットを使うとx16スロットはx8になる」という仕様のM/Bは、その2スロットがCPU直結です。逆に言うとそれ以外のスロットはCPU直結ではありません。
 そして、そうではない仕様の場合、CPU直結スロットはおそらく1本しかありません。

#3スロット以上直結したい場合は、LGA2011などのハイパフォーマンス系を用いる必要があります。

 同世代のASUS製品で例を挙げます。

 ATX「Z270-A」のスロット仕様は製品webページによると以下の通りです。

  2 x PCIe 3.0/2.0 x16 (x16 or dual x8)
  1 x PCIe 3.0/2.0 x16 (max at x4 mode)
  4 x PCIe 3.0/2.0 x1

 同じくMicroATX「PRIME H270M-PLUS」は以下の通り。

  1 x PCIe 3.0/2.0 x16 (x16 mode)
  1 x PCIe 3.0/2.0 x16 (max at x4 mode)
  2 x PCIe 3.0/2.0 x1

 x16スロットの仕様が微妙に異なっているのが解ると思います。
 Z270-Aと異なり、H270M-PLUSではx8になったりするとは記されていません。ですのでx16固定のCPU直結スロットと推定されます(わざわざPCHレーンをここに使うとは考え難いので)。
 そして、CPUからは16レーンしか出ていませんから、H270Mでは1本目でそれを使い切っていることになります。

 よって、H270M-PLUSにおけるCPU直結スロットは1本目だけであり、2本目の「PCIe x16形状のスロットのx4」はPCHからのものとなります。残る2本のx1はもちろんPCHからのPCIeレーンです。

 複数のカードでCPU直結を狙う場合は要注意、ということで。

 なお、Intelの一次資料で確認していませんが以下記事など見ると、そもそもH270M-PLUSが採用しているH270はCPUレーンを「1スロットのx16」でしか使えないようです。
http://news.mynavi.jp/articles/2017/01/04/kabylake/

 余談ですが、最近のM/Bマニュアルにはブロック図が無くなってしまったようで、こういうことが解りにくくなりましたねぇ。

 ちなみにPCHとはいわゆるチップセットのことです(Z170記事参照)。もはや“セット”ではありませんけれど。


■備忘録

 HD7550のままなのに、X79ではVIERAに出なかったUEFI画面が出るようになりました。そういうモンなんですかね? DSP-Z7経由でも大丈夫です。


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グランドチューンを考える

16/12/17初稿

 「電線病治療」によって、ケーブル事情からのチューニングの“めやす”というか“よりどころ”というか、はある程度得ることができました。
 それに基づき以下のようなコンセプトを想定して、「UD-503にT1 2ndを投入して発覚した“セッティングのダメさ加減”」の改善を試みました。


■グランドチューン・コンセプト

・シールドやアース線が浮いてるケーブルは使わない(浮いてしまうように使わない)
 なので、アースがないコンセントにはアース線もシールドもないケーブルを用いる。
 自作の場合はそれを意識して組み立て、使用する。

・アース有意な機器のアースをどうするかは熟考必要
 アース有意な機器では、アースは信号GND(デジタル音声信号GND・アナログ音声GND)とショートする(のが一般的だと思う)ので万全の注意が必要。
 例えばATX電源のPCではアースとUSBのGND(ケーブルのシールドも)はショートしているので、それらと完全アイソレートでない限り、USB接続した時点で「USB-DACユニット内の信号GNDはアースとショート」する。
 さらに、ATX電源のインレット内にはノイズフィルタとしてYコン(ACラインとアース間のコンデンサ)が入っている。
 なので、アース有意な機器でも接地せずデジタル音声信号GND・アナログ音声GNDを保護した方がよい場合もある。

・電源系機器でアースピンやアース穴が筐体とショートしている場合は留意する
 例えば、CSE製電源レギュレータRG-50は入力側は2pin直出しケーブルなのでアースピンがないが、出力側にはアース穴があり筐体とショートしている。そのアースを接地するか否か。
 例えば、CSE製アイソレーショントランスTX-200はトランスにアース線が引き込まれている。詳細不明だが、トランス内の1次と2次を絶縁するシールドに接続されていると推定される。そのアースを接地するか否か。「アースセレクタ」などの機能とも関連する。

・システム内にアース有意な機器が2台以上ある場合はアースループに留意する
 上述の通りアース有意な機器では信号GNDとアースはショートしているハズなので、接地した当該機器をインタコで接続するとループが形成される。ただし即NGとは限らない。
 国産メーカ品で組むオーディオシステムにアース有意な機器が含まれるケースは稀だと思われるので問題になるケースは少ないハズ。
 それでもループになる例としては、ATX電源のPCからUSBでDACユニットに繋ぎ、「DACユニット」と「アース有意なTV」がアナログ音声ケーブルで同じアンプに接続されているケースなど。

・グランドとアースを区別して考える(AC-COLDも)
 媒体によって定義が異なることがあるので、どっちの意味で記されているのか注意する必要がある。

・グランドループとアースループを区別して考える
 本Blogでは以下のように使い分けている。

 ・アースループ
   上記の通り。
 ・グランドループ
   AC側(1次側)とDC側(2次側)のアイソレーションが緩いため
   AC-COLDと信号GND(FG)を経由してループすること。

・アース無意な機器でも、アース線やシールドありケーブルを接地して使うと「ノイズ誘導・被誘導低減効果」がある可能性がある
 電線病記事記載の通り。あくまで可能性があるかも? レベル。
 これを期待する場合はケーブルは長めの方がよいかも知れない。

・アース線・シールド有無ケーブルの場合の構造を考慮する
 シールドありなら、太めのドレイン線とシールドがアース線を兼ねるケーブルが望ましい。
 同じくアース線有意なケーブルでもシールド有無によっても差違がある可能性があるので使い分けを考慮する。


 繰り返しになりますが、「アースの質」「電源の質」にも依存するでしょうから絶対的なハナシではないのは言うまでもありません。


■グランドチューン・実践

 とりあえずケースを「フルアルミ・内装塗装なし」な星野金属製に換えました。

・ACケーブル適材適所
 上記コンセプトに基づき既存品の使用箇所を入れ替え。アース線のない2pinタイプを追加投入。
 直接関係ないですけどアースが関係するプラズマテレビも対象にとっかえひっかえ(笑)。

・USBケーブルのGND構造
 WireWorld製USBケーブルSilverStarLight(以下SSLと略)は、シールドとVbusGNDがショートしてるのが特徴的です。
 アコリバ製USB-1.0SPSは、データ用ケーブルにはVbusGNDも通していませんでした。

 実は、今回のチューニングで何をやっても違和感とれずメゲそうになった時、USB-1.0SPSからSSLに換えただけでウソのようにそれが無くなったんです。SSLからUSB-1.0SPSに入れ換えた時はほとんど違い感じなかったのですが。その後ヘッドホンとPC筐体とACケーブル換えてるワケですが、この変化はちょっとビックリです。

 その後以下の展開を経てUSB-1.0SPSに戻していますが、善し悪しではなく“変化”はかなり大きかったことを記録しておきたくて。

・アナログGNDとデジタルGNDを分離
 UD-503はデジタル電源・GND(VbusGND)のアイソレーションを謳っていますので、「USBケーブルのシールド在りよう」がかなり影響する機体なのかも知れません。

 ただ、このアイソレーション疑問があるんですよね。

 UD-503のUSBコネクタ部のシールドはFG(=アナログGND)とショートしています。
 PC側では、ふつうUSBシールド=FG=デジタルGND=VbusGNDです。自作デスクトップはもちろん、ノートPC(もちろんメーカ製)でもこうなっています。手持ちのVersaPro、Thinkpad X220で確認しました(VersaProではUSB3.0と2.0両方、電源ON/OFF状態両方にて)。

 ということは、UD-503の内部でVbusGNDをアナログGNDとアイソレーションしても、USBケーブルを介して結局PCのGNDとショートしてしまうのでは?
 UD-503のアナログGND(=FG)をデジタルGNDから守るためには、BコネクタのシールドをFGに接続せずアイソレートするか未接続にする必要がある気がするのですが…

 ということに気づいてしまったので、ならばとSSLのBプラグのシールドシェルにセロテープを巻いてUD-503のBコネクタシールドと絶縁してみました。これでPCのデジタルGND(VbusGND&シールド)とUD-503のアナログGNDはアイソレートされるハズです。

 激変は感じませんでしたが、これで運用してみようかと思います。

・ATX系PCのアイソレーション
 ATX系PCを使ったPC-Audioのアース・FG・GNDについて改めて整理してみます(ATX電源ではなくACアダプタ電源などのシステムでは別事情となります)。ただしあくまでも一般的事情として、です(例外もあるかも知れません)。

 ・ATX系のPC・・・信号GNDとFGはショート、FGはアースとショート
 ・ATX電源・・・COLD(HOTも)はインレットフィルタのYコン経由でアースと接続
 ・PC・・・GNDはUSBのVbusGNDやシールドを介してDACユニットのGNDとショート

 つまり、ATX系PCでは信号GNDはYコンを介してCOLDと容量接続していることになります。「スイッチング電源はAC側と機器内DC側のアイソレーションが甘くなりがち」どころではなく、意図的に容量もって繋がってるワケです。
 PCとしては問題ないのでしょうけれど、オーディオプレーヤとして組み込むと、USB-DACのGNDもAC-COLDと容量接続していることになりますよね。

 DACユニットはオーディオ機器ですから電源部におけるAC側COLDとDC側GNDのアイソレーションはそれなりに強力だと思います。
 しかし、PC側で“明らかに緩んでる(敢えてYコン入れてる)”状態なワケですから、通常のオーディオシステムよりグランドループ条件は悪いのかも知れません。

 じゃあ、どうすればいいんでしょう?

 PC電源をコンセントACとアイソレーションすればよいハズです。アイソレーショントランスを入れればよいってことですね。「PCのGNDとの絶縁が緩くなったCOLD」と「コンセント側COLD=DACユニットに入るCOLD」がアイソレートできるワケですから、DC側GNDで繋がってもAC側で切断できます。
 元々「PCの電源はスイッチングだから」という理由でトランス入れてたのですが、「ATX電源は信号GNDとアースの絶縁が緩いから」というより重大な効果があったということですかね。

 しかし、考えているうちにちょっと気になることが…

・アイソレーショントランスの功罪
 もしかして今回の一番のトピックはこれかも。

 アイソレーショントランスTX-200の内部トランスにはアース線が接続されています。正確には解りませんが、トランス内シールドがアースに落ちていると推察されます。少なくとも、「トランス内でアースが何らかの役目を担っている」とは言えると思います。
 ATX系PCのアースはGNDとショートしています。
 ATX系PCのアースはCOLDとYコンで容量接続しています。つまりGNDとCOLDが容量接続しています。

 この理解が正しければ、「アイソレートすべき入力側と出力側の間にCOLDに容量接続した信号GND(=アース)がある」ということになります。
 う~ん、なんだかあまりヨロシクナイ気がしてきました。
 といって、TX-200を外すと決して良くはなりません。PCのアースを浮かせても良くはなりませんでした。PCアースはATX電源の中でGNDとショートしYコンでCOLDと繋がってますから、やっぱり放置はできないと思えます。

 この状態の概念を図示してみます(Bコネクタはセロテープシールド状態)。繋いだり外したりのバリエーションは脳内シミュレーションで(笑)。

ATXとアースとGND

 さてどうしましょう?

 現在はPCとUD-503だけ使っておりUD-503から他機器への接続はありません。ですのでPCとUD-503という2機の間だけアイソレートすればよいワケで、よってアイソレーショントランスはどちらに入れてもいいハズです。シールドにアースが接続されている状態は変わりませんが、信号GNDの在処が1次側2次側逆になることで変化するかも知れません。
 ということで、PC側ではなくUD-503側のACをTX-200から取るようにしてみましたら明らかに良くなりました。やっと金脈掘り当てた感あり(笑)。

 しかし、さらにいろいろ試してみたら、UD-503電源をレギュレータから取るだけでも(TX-200を外しても)同じ傾向でした。まあ、レギュレータですからね。
 UD-503側に何も入れないとやっぱりダメなのですが、PC電源を接続先を「UD-503接続先コンセントとは別の、離れた壁にあるコンセント」に変えてみたらそれでも同じ傾向の効果がありました。

 つまり、ATX電源入力にアース有意なトランスを置かず、かつ、何らかの方法で「PCが宅内電源へ与える悪影響」を減少させればよい(というか必須)、というような結果になりました。
 室内配線の長いACケーブルで隔てられているだけでも効果あり、ということですかね。定かではありませんが。

 ということでこんなカンジになりました(CSE製ノイズフィルタNFW-30は無視してもいいと思います)。

ATXとアースとGND2

 どうも、「ATX系PCの信号GNDはアースとショートしておりアース経由でAC-COLDと緩い関係にもなる」ので、内部シールドがアースになっているトランス経由したりするとハナシがヤヤコシクなるようです。

 なお、上記は、「USB-VbusGNDをアイソレーションしているUD-503」に「USBシールドを“セロテープアイソレーション”して接続」している環境条件と相まっての結果かも知れません。


■顛末

 これらに基づいてAC環境再構築した結果、やっとマトモにT1 2ndが聴けるようになりました。同時にMDR-Z7やHD700もそれぞれの特徴が出た好ましい音になりましたので、おそらく正しい方向の調整だったのだと思います。
 DACユニットたるUD-503ではなくプレーヤPCの電源環境(筐体,ACケーブル,アイソレーショントランス,ノイズフィルタ)が主たる調整対象になりましたが、変わるもんです。

 リサンプラ設定に続き、UD-503のDSDフィルタの違いも感じられるようになりました。50kHz(AK4490のデフォルト)にした方がエネルギッシュですね。特に中低域。高域は抑制されるため(ホントかな?)でしょうか、キツさは取れますが空間は若干狭くなるような。
 ちなみにT1 2ndのスペックは5~50kHzとなっています。

 いや~しかし、これだけ条件付けて組み合わせ制限しても「とっかえひっかえ試聴」は途中でメゲそうになりました(苦笑)。なんとか落ち着いてよかったっス。


 余談ですが。
 なんだか5~6時間チューニングして鳴らしてると、最後にヘンな音質になることがある気がするんですよね。
 悪化したと言うより“聴くに堪えない”というカンジ。で、切り上げて翌日聴くと何も変えてないのにいい音に聴こえる。
 数時間鳴らしたまま放置後聴いてみると印象が全く違うこともあります。
 耳とか頭のせいですかねぇ? それとも変更したケーブリング環境に“馴染ませる”時間が必要なんでしょうか?
 前者なら、あまり長時間連続でやらないようにする必要ありますね。後者だとすると時間かかって仕方ないですねぇ。


 以上、とあるグランド・アース系チューニングの顛末でした。決して一般論ではありません。個人的感想です(笑)。


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デジタルオーディオチューニング

17/11/19初稿

 本稿は現時点での個人的な考え方です。
 個別事情や考え方はいろいろありましょうからもちろん客観論にはなり得ませんが、とりあえず参考まで。


■PC-Audioシステムチューニングコンセプト

・システムチューニングは「帰納法」で考える
 人はアナログな音波として音を聴いて(感じて?)います。
 アナログ信号を生成するのはDACチップです。
 データはDACチップまで改変なく届いています。
 なので、音を良くするためにはDACチップを健やかに動かすことをポイントに考えるとよいのではと思っています(アナログだけでなくデジタルの部分もその観点で考える)。DACチップ以降のアナログ段も当然関連します。

 その“おおもと”から遡ってシステムの在りようを考えると効率いいのではないかと。

・MCLKを極力キレイにする
 位相雑音性能が良い水晶発振器を搭載したDACユニットを選びたいですね。44.1kHz系と48kHzで原発振を使うためには、それぞれ用の水晶を搭載している必要もあります(でないと片方はPLL生成)。
 ですが選ぶだけでなく、その原発振がそのまま使えるように動かす必要もあります。

 ⇒そのためには、上述の通り、現時点現実的には「USBアイソクロナス・アシンクロナスモード」を使うしかないと思っています。

・アナログ化までの忙しいデジタル処理はDACにやらせない 
 PCM再生に必須の処理「OSDF」「ΔΣ変調のための単純オーバーサンプリング」「ΔΣ変調」は、PC側でやるのとDACチップ側でやるのでは、どちらがDACチップのアナログ化回路に有利でしょう?

 ⇒DACチップ内のデジタル処理はより少ない方が、DACチップとしての電源変動やノイズ発生が少なく済むのではないかと思っています。とするなら、送り出し側で出来るデジタル処理は極力やってしまった方がアナログ化回路を健やかに動かすためにはよいのでは?
 当然、PC側処理がDACチップのそれに決定的に劣っていない(差し引き当該メリットの方があり得る)ことが条件です。確証はありませんが個人的にはそのように判断しています。
 ということで、今のところ「PC側で悉くやっちゃってDSD256化して送り込むことでDACチップをアナログLPFとしてのみ使う」作戦をとっています。
 DSD音源を聴くためではなく、このためにネイティブDSD再生を利用するワケですね。

・DACチップに供給されるアナログ電源とデジタル電源とGNDの質を高める
 DACチップから出力されるアナログの質を高めるためには、まずはこれでしょう。
 1点アースなどの工夫はありますが、DACチップのデジタルGNDとアナログGNDはアイソレートされてはいませんので。

 ⇒そのためには、DACユニットの電源部が良質であることが必要でしょう。
 そのためにはそういうDACユニットを用いるしかありませんが、ユーザとしても投入する電源をキレイにする工夫ならできそうです(ACでもDCでも)。チープなACアダプタ電源(当然イマドキはスイッチング電源)などの場合、そこに手を打つなどです。ERIでも、かつてDC電源の浄化、なんてやってたことあります。
 ただ、“付属品で音質チューンされている可能性”もありますけれど。

 また、「非Audio機器」は極力システムから排除した方がいいと思われます。AC電源を汚す可能性がありますので。
 システム構成で言うと、例えば以下の例ではどちらがシステム全体が低ノイズ=DACチップ(の電源)に優しいでしょう?

    PC (ATX電源,アース接地) 
  → DACユニット (Audio機器電源)

    NAS (ACアダプタ) 
  → ハブ (ACアダプタ) 
  → マイコン (ACアダプタ)
  → DDC (ACアダプタ) 
  → DACユニット (Audio機器電源)

 なお、水晶発振にも電圧必要ですので、発振器用電源もキレイにすべきであり、それはDACチップ用電源とはセットになると思います。

・USBで接続されるPCのGNDとUSB5Vからノイズを貰わない
 PCの5V品質はオーディオグレードからはほど遠いでしょう。ですのでUSB5V(バスパワー)動作のDACユニットは原則的に不利だと思います。
 「5Vを外部供給にする改造する手がある」というのはメリットかも知れませんけれど。

・出来ることならPC側とDAC側を電気的アイソレートしたい
 USBケーブルでのアイソレートは現実的ではない(USBアイソレータという機器もなくはないですが)でしょうから、内部でそういう回路を持っているDACユニットを選ぶしかないでしょう。といっても100%影響をカットできるものではないと思いますけれど。
 ノイズ低減という意味ではUSBフィルタという手もありますが、ノイズは結局GNDに逃がすので、効果を出すにはひと工夫必要そうです。
 PC側からの5Vをカットしても動くDACユニットを用いるという考え方もあります。USB規格からは逸脱すると思いますが、そういう製品もあるようです。ただし、それでもGNDは繋がざるを得ませんが。

 かつてはDDCのワイヤレス化なんてやってましたが、ホントは「光USBケーブル」欲しいですねぇ。HDMIは光化できるんだから技術的には出来そうですけれど。市場性の点で無理かな(バスパワー供給できなくなっちゃいますからね)。

・そもそもPC側のGNDやUSB5Vがよりキレイであるに越したことはない
 クリーンアップするにしても元からいいほうがいいですよね。なので、CPUを初めとするPC部品は極力低ノイズで動いて欲しいところです。

 ⇒そのために低消費電力PCにするという考え方があります。
 が、電源にチープなスイッチング方式のACアダプタを使ったりしたら意味ないかも知れません。また、「低出力電源は低ノイズ」とは限らないでしょう。もしかすると高級ATX電源かつGNDをアース接地した方が低ノイズかも知れません。
 また、M/B上には複数電源を生成するDC/DCがありますが、これらも低ノイズ性能のパーツ・回路(当然高コスト)の方がよいワケで、オーバークロック用やゲーミング用の高級M/Bの方がその可能性は高いでしょう。
 ですので、低消費電力の安価なシステムより、高性能で高価なシステムの方が電源品質がよい“可能性もある”のではないか、と思っています。CPUの安定動作には高品位な電源・GNDは欠かせませんし、強力な電源・GNDはCPU動作(電力消費変動)に影響を受けにくいものですので。速いPCの方がUSBノイズが必ず大きいとは言えないと思います。

 要はUSB経由(可能性としてはAC経由も)でDACユニットに伝わるノイズが小さければよいのであり、DACユニットにしてみれば送ってきた相手が高速PCか低速PC(またはマイコン)かは関係ありませんから、そのためにどんなPC(マイコン)を使うかはチューニング手法のひとつと言えるでしょう。

・USBデータラインを低ノイズ化する
 USB電源と同じく、DACユニットに入れるUSBデータ信号も元からキレイな(低ノイズな)方がよいでしょう。

 ⇒そのためには、USBコントローラはオンボードではなく拡張カードの方が有利なのではと思っています。USB5Vの観点でも、カードによってはPSUからダイレクトに受けた5Vを使えるものもあるようですし。そういうカードなら、改造すればバッテリ駆動も可能かも知れません。
 また、USBは「差動信号」ですので(バランス接続みたいなもの(笑))、USB+とUSB-のケーブル長が等しくないと信号乱れが発生するでしょうから、そういった配慮がなされたケーブルの方がよいでしょう。

・USBの転送タイミングを安定させる
 フレーム周期はClass1なら1ms周期、Class2なら125usです。この周期がより安定していた方が、送受信双方ともデジタル回路の動作タイミングパターンが安定するのでは。

 ⇒そのためには、送り出しシステム内部で生成される周期がより均一である必要があります。例えば、124usと126usが同じ比率で出現することでマクロ的フレームレートの帳尻が合っている状態より、毎回キッチリ125usでI/Fした方が受け側DACユニット内の後段も安定するでしょう。
 USB-DACユニット内にはUSB-I/Fチップがあり、PCからUSBを受信し、それをDACチップが理解できる信号(通常はI2S)にデコードし、DACチップに送信しています(アシンクロナスモードの場合、ここでバッファリングとフィードバック制御することで受信側と送出側のクロックが非同期でもデータ欠損しないようにしています)。このチップのPC側動作が揺れることでDACチップ側の信号にも影響を与える可能性を考えています。

 ⇒そのためには、転送のための割り込み応答性を高くすべきです。
 組み込み用の「リアルタイムOS」でUSB転送のプライオリティを上げるのは正当なアプローチと思われます。
 軽量OSとマイコンの組み合わせも、この効能が大きいのかも知れません。
 PCにおいては、クロックやコア数の性能が高い方が有利な可能性があると考えています。
 また、USB3.0のxHCIの方がUSB2.0のEHCIよりシステム負荷が低いようです。
 「システムは遅い方・古い規格の方が有利とは限らない」のでは、と思っています。

 また、OSチューンもこの効果を狙ったものと言えます。
 ハードウェアチューンとしては、拡張カードを挿すPCI-Expressはチップセットの機能ではなくCPU直結の方がいいかも知れません。

・低ノイズ・低負荷でソースを取得する
 USBの低ノイズ化・転送タイミング安定化のためには、USBコントローラに送り込むソース(音源)取得のための負荷やノイズを極力減らす必要があります。

 ⇒そのためには、音源格納ストレージとのI/Fコントーラや制御システムにつき、割り込み負荷やノイズ発生などの点でどれが有利かよく比較検討する必要があるでしょう。SATA(PATA?)-I/Fの内蔵、USB-I/Fの外付け、SDカード(大抵はUSB経由)、USBメモリ、ネットワーク上のNAS、HDDかSSDか、などなど。
 例えば、内蔵SATA-SSDなら「SSDとSATAコントローラの制御負荷とノイズ」、NASなら「LANコントローラとEthernetの制御負荷とネットに繋がれた機器からLANケーブルおよびAC経由で流入するノイズ」、“どちらがマシか”という比較になります。
 外付けUSBドライブからRAMディスクにアルバムごとコピーしてドライブ外してしまうことで、再生中は音源ストレージレスにするなんて手もありますね。
 ちなみにこれらI/Fではどれもエラーしたら再送されますので、再生される音声のデータエラーは“なし”で同じです。
 また、アタリマエですが、I/Fのタイミングや転送クロックは、どれもオーディオのサンプリングクロックとは全く関係ありません。
 PCのI/Fですから。

・システムのGNDをキレイに(強力に)する
 ざっくり言うと、特にPC(に類する機器)を組み込んでいることに着目した「グランド安定化」がキモではないかと。
 特に「アース」については、後回しにされがちですが実は非常に影響大きいパラメータのようですから、早めに熟考すべきと思っています。
 普通の国内用オーディオ機器は、たとえ3pinインレットでもアース機能ありませんし。
 逆にPC(ATX)はアース前提の機器ですし。
 電源ケーブルの構造も、意外に種類ありますし。


 もちろん正解はありませんけれど。


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ジッタとは何か考える

15/11/03初稿
18/12/17全面改定

 ジッタについて考えてきたことを、本稿でポータル的にまとめておこうと思います。


■ジッタを知る

 以下、「発振器」と「振動子」はごっちゃで記します(主旨に影響ないと思いますので)。ご了承ください。

・そもそもppmはジッタじゃない
 ppmで語られることがありますが、ppmを単位とするのはふつう「発振精度」です。“10年間で何秒の誤差”というヤツですね。クロック周期がぷるぷるするのがジッタですから、基本的に別のパラメータなことは自明でしょう。
 ジッタは「位相雑音」で語るべきものです。
 ホントにどれだけ影響あるのかは別として。

・ジッタを気にすべきは「MCLK」のみ
 最終的にアナログ信号に影響する時間軸の揺れはMCLKのみと考えるべきでしょう(リンク先で概念図を作っています)。だって、DACチップというかDACユニットの(音声再生に関わる回路の)基本クロックはMCLKしかありませんから。だからこその“Master Clock”。「デジタルプロセッサ」としてのDACチップの駆動クロックですし、入力されるデジタル音声信号も、そのパタパタはMCLKのタイミングです。
 DACユニット内にはそれ以外のクロック(制御マイコン用など)もあり得ますが原則アナログ化には関係ありません。「そのジッタがDACチップの電源を揺らす」といった間接的な影響はあるかも知れませんが、もはやジッタというよりノイズと捉えた方がいいでしょう。
 また、「PC側の転送タイミング(例えばUSB Class1の1ms周期)の揺れ」はクロックレベルではありませんから、ジッタとは呼ばず別問題として考えた方がいいと思います。

・送信側(プレーヤ)と受信側(DAC)でMCLKを共有しないと再生できない
 無理に再生するとサンプルダブリや欠損になります。
 極端な例ですが、お互いが±10%精度の10MHz発振器を使っているとして、PCの個体がたまたま9MHz、DACがたまたま11MHzだったとしましょう。同期しないでサンプル転送したら足りなくなるのは明らかですよね。
 ですので、Tx側とRx側で必ずクロックを共有する必要があります。
 ですが、S/PDIFなど大半の機器間I/FではTx側のMCLKをRx側に転送することはできません。
 ですので、Rx側では、PLLを用いてTx側のMCLKに同期したMCLKを生成しています。

・されどPLLは原発振に敵わない
 しかし、PLLのジッタ性能は水晶の固有発振たる発振器の原発振より原則として低いです。生成周波数を可変できるくらいですから仕方ありませんよね。
 I2SのマスターモードだとTx側からクロック(といっても普通MCLKは来ませんが)を転送できますが、たとえばTx側が汎用マイコンなら、それには44.1kHzや48kHzの256倍や512倍といった発振器は搭載されていませんから、当然PLL生成されたものになります。
 「Tx側からデータに同期したクロックが送られてくるからと言って絶対的にありがたいモノとは限らない」と思っています。
 I2SにはRx側からクロックを送ってTxを動作させるスレーブモードもありますが、これに対応したシステムはあるのかな?

 ところで、TxマスターならRxはスレーブですし、TxがスレーブならRxはマスターです。マスター・スレーブはTxとRxに必ず共存するワケですが、本Blogでは、モード表記は基本的にデータ流れの上流側(Tx側)観点で行っています。

 「PC側の転送周期の揺れはジッタではない(別問題)」と記しましたが、「転送されるクロックの揺れはジッタ」でしょう。Rx側がPLLでMCLKを生成する場合は、Tx側から送られてくる転送クロックのジッタはそのままPLL結果に影響することになりますから。

・「クロック」は非同期が理想だが「データレート」は同期必須という矛盾
 MCLKは基本サンプリング周波数「fs(44.1kHzまたは48kHz)」の256倍や512倍の周波数が用いられます。DACユニット内ではDACチップの動作クロックになります。上記の通り、S/PDIFなどではRx側でTx側に同期生成します。
 S/PDIFではTx側のMCLKで司られるビットレートでリアルタイムにサンプル転送してきます。1644なら隙間なく1秒間に88,200サンプル送ってきます。ですので、MCLK同期したシステムではサンプルダブリや欠損は発生しません。

 しかし、DACチップの動作クロックは上記の通りPLLではなく原発振の方が望ましいワケです。
 しかし、クロック同期せずRx側独自のMCLKを用いるとサンプルダブリや欠損が発生します。

 それを発生させないためには、ある程度のバッファを設けリアルタイムより速いビットレートでI/Fし、Rx側からTx側に「待て」「もっと」の制御が出来ればよいワケです。

 USBアシンクロナス転送はそれを可能にしています。1644の場合、Class1なら1ms単位でステレオ44サンプルまたは45サンプルをやりとりし、Rx側はそれをバッファし、独自のMCLKに基づいてそれを再生処理します。MCLKの精度差によってサンプルが余ったり足りなくなったりしますが、その際は「余っちゃうから1回分パス」「足りなくなりそうだから2回分一気に送って」といったやりとりをします。
 これにより、Tx側とRx側が独自のMCLKを持っていてもマクロなデータレートを一致させることができるため、サンプル欠損を防げるというワケです。
 S/PDIFでは不可能なのは一目瞭然でしょう。一方通行ですからTx側はRx側の事情なんて聞く耳持ちません(持てません)し、結果的なビットレートは「サンプルレート×ビット深度×2ch」で固定ですから、レート的にも「待て」は出来ても「おかわり」は出来ません。

・DACのMCLKに原発振を使えるのは事実上USBアシンクロナスモードのみ
 PCを絡めたコンスーマオーディオとして機器に潤沢な選択肢があるという条件では、現時点ではこれしかないハズです。
 I2Sは上記の通りですし、そもそも機器間I/Fではありませんし。
 外部クロックを入れられるPC用サウンドカードもあるようですが、基本、業務用ですよね。
 PCレスならDACユニットのクロックをトランスポートに入れる手があります。両方に外部クロックを入れることもできますが、それはMCLKじゃないと結局PLL生成することになります。

 なので、DACのMCLKの健やかさに重点を置くのなら、表題の理由から機器間I/Fは「USBアイソクロナス・アシンクロナスモード」一択と思っています。
 もちろん、業務用機器も視野に入れたり、MCLK以上に重視すべき点があるならこの限りではありません。例えばハイレゾマルチをやるためにHDMIを使う時など。

 ちなみに「isochronous」は同時・等間隔といった意味。「asynchronous」は非同期(synchronousの否定形)です。


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6コア・パワーオーディオに転身

15/05/23初稿

 ≪foobar2000≫の挙動UDA-1の特性などにつき、メインPCの「GA-Z68X-UD3H-B3 & Core i7-2600K」自作機でいろいろ実験してました。
 その中で、

「PC側でPCM→DSD変換することで、UDA-1をアナログFIRフィルタとしてのみ=DSDストリームアナログ化のためのアナログLPFとしてのみ使う」

鳴らし方はとても魅力的に聴こえました。中でもDSD256(11.2MHz)は別格で、DSD128とDSD256では明らかな違いが感じられました(曲終了時など低音量時のフロアノイズが変質したと思われるしょわしょわノイズが増えちゃう点は気にはなりますが)。

 リアルタイムPCM→DSD変換再生しようとすると、現在のE-350ベースAudio用PCではパフォーマンスが絶対的に足りませんのでプラットフォーム変更が必要です。
 また、USB-DACをUSB-I/Fで接続する必要がありますが、それにはUSB3.0拡張カードが有効そうです。
 また、ハイレゾマルチのためHDMI-Audioもできるようにしておきたいのですが、先に「Audio用HDMI(画面は黒)と操作画面は独立したGfxエンジンで描画した方がよい」「CPU内蔵Gfxは使わない方がよい」と考えました。つまりGfxカード2枚挿しです。

 Audio再生用PCで「新しくやってみたいこと」がこれだけ揃ったので、ケース新調を含めた“全面刷新”検討に入りました。

 以下、再生処理はすべて≪foobar2000≫にて。


 本稿はチューニング系の記事であり、事実としての理屈も客観的データもありませんから一般論にはなり得ません。
 「いぢくるリクツを思いついたのでやってみたらウチの環境ではこう聴こえた」ってお話です。


■DSD256変換をスタンバイする

 最初に。
 上記は「DSD256(フォーマット)がいい」という意味ではありません。DSD256ビットストリームをアナログLPFするだけの再生音が魅力的という意味です。
 挙動を調べた結果、UDA-1は

・DSDストリームを無加工でDACチップたるPCM1795に入れている
・PCM1795は確かにDSDストリームをアナログLPF(アナログFIRフィルタ)処理だけでアナログ化している

と判断しましたが、DSDデータを受けても内部でPCM変換するようなDACチップ(変換してDACチップに渡すユニット)もありますので、そういった機器では事情が異なるでしょう。
 そもそもDSD256はUDA-1仕様外っていうのはさておき(笑)。


 さて、≪foobar2000≫によるリアルタイムPCM→DSD256変換再生(将来的にはDSD512も?)を安定的に動かすにはどのくらいのCPUパフォーマンスが必要なのでしょうか。PentiumやCeleronでもイケるのか、Coreクラスが必要なのか、はたまたスレッド数はいくつ以上必要?

・タブレットで挑戦
 これまで使っていたのは「性能落としても安く低消費電力にする」カテゴリのCPU、AMD製E-350です。
 このカテゴリもどんどん進化していますので、最近の当該カテゴリCPUでもやっぱりダメなのかは気になるところです。例えばAtomでもBayTrail世代からはCPUパフォーマンスかなり上がっていますので。
 幸いタブレットのmiix2が手元にありますのでこれで試してみました。AtomZ3740(BayTrail)、4コア4スレッド/1.33GHz(バースト時1.86GHz)です。

 結果、PCM→DSD変換再生はキツかったです。SoXのx4x2→DSD64でギリギリ? DSD128やDSD256だとチリチリノイズが入ります。
 CPU使用率は50%程度なので使い切ってるワケではありません。“何かが間に合わない”模様。なんだか、単純なデータ変換処理能力だけの問題ではないような気がしました。システム全体のパフォーマンスというか…
 OSが32bitですけれどそれは決定的に効いてないと判断しています。

 16/04/30追記:いろいろ条件異なりますがCeleron847(2コア2スレッド/1.1GHz)で試したところ、SoXのx2x2x2x2x2→DSD256(TypeD:FP64)で88%くらいでした(クロックはフルスピード張り付き)。ノイズは無いようです。OSはWindows10(64bit)です。

・メインPCでシミュレーション
 いずれにしろ、新システムは「低消費電力系」ではなく「デスクトップ系」カテゴリのCPUで組む必要があると判断しました。ですが、デスクトップ系といっても選択肢はピンキリです。一体どのくらいのパフォーマンスが必要なのでしょう?
 そこで、メインPCのBIOS(正しくはUEFIですが。以下同)設定を変更することでCPUパフォーマンスを上げ下げして必要性能の見極めを実施しました。汎用的に使っていますのでAudioに無関係なプロセスも大量に走っていますが、それによって不利になる分はマージンとみなしています。
 1644WAV音源をResampler-V(SoX)でx4してからTypeB(FP32)でDSD256変換。Z68内蔵USB経由でUDA-1を鳴らしてHD700でモニタリングです。CPU状態がBIOS設定状態になっているかは≪CPU-Z 1.71.1≫で確認しながら実施。

 闇雲に設定しても意味ありませんので、まず最廉価CPUの可能性を確認するための“仮想Pentium”で試しました。
 2.8GHz/2コア/2スレッド(当然TurboBoostもDisable。以下同じ)設定です。

 これでも変換自体はイケそうでした。

 しかし、何回か確認しているうちに「なんだか2600K定格と音質が違う」ような気がしてきました。
 実はUSB負荷比較した時にもそんな気がしていたのですが、主旨ではないこともありスルーしてたんですよね。
 が、これはもしかして? と、さらにいろんな設定で聴き比べてみました。
 結果、最低設定の1.6GHz/2コア/2スレッド(*)より定格の3.4GHz/4コア/8スレッドの方が好ましい音がするのです。チリチリなどのノイズのハナシではなく、です。

*:USB割り込み負荷記事でも記しましたが、1コア/1スレッドにするとDSD変換だけでパフォーマンス使い切ってしまうので。

 そこで、さらにいろいろなクロックやコア数(スレッド数)の組み合せで比較してみたところ、概ね、クロックよりもコア数(スレッド数)が効いているように聴こえました。例えば、3.4GHz/2コア/2スレッドより1.6GHz/4コア/8スレッドの方が好ましいのです。

 ただし「DSD256再生では」です。DSD128以下では差は気になりませんでした。

 もちろん本当かどうか判りません。もし本当だとしても正確な理由など解るハズもありません。
 しかし、USBコントローラやドライバによって割り込み負荷が大きく変わるのは事実です。USB割り込み負荷が低い方が好ましいとするなら、CPUパフォーマンスが高い方が当然負荷は下がるでしょう。また、割り込みをスムーズに処理する(処理待ちを短くする)ためには同時処理可能スレッド数が多い方がいいのかも知れません。割り込み処理のために“すぐ使える”スレッドが空いてる確率が上がるのではと。

 「CPUパフォーマンスは高い方がよい」「特にスレッド数が多い方がよい」可能性があるのではないかという気がしてきました。そういえば、以前コア数と音質について考えたことがありましたが、その記事にも「シングルより8スレッドの方が好ましい」という感想を記しています。
 ていうか、こうなってしまうと、「DSD256変換再生するなら実験に使ったCore i7-2600K以上のシステムでないと実験結果感じた良さを担保できない」ということです(笑)。もちろんウチでの勝手な判断ですけれど。

・コンセプトチェンジ
 これまではAuido再生用PCについて

「Audio再生においてCPUパワーは有り余ってる」
「なので、余計なノイズ発生を抑えるため低クロック=低消費電力のCPUが望ましい」

と思っていました。
 しかし、特にDSD256クラスのコンバート動作やデータ転送を行う場合、「CPUパワーはあった方が有利」というリクツもあるのではないかと思えてきました。とりあえずはUSB-Audioの場合限定ですが。

 演算能力そのものというより「USBコントローラへのデータ転送タイミングの安定化」ではないかと思っています。処理性能に余裕があれば割り込みを即時処理できるでしょうから、USBコントローラとのI/F動作周期が安定する=回路動作の変動が減るのが好ましい、というカンジでしょうか?
 「原則データ転送するだけ」のWAV再生とは異なりDSD256変換再生ではデータ変換処理にもしかるべき負荷かかりますので、もちろん結果的に演算能力も「割り込み処理周期安定化」に効いてくるでしょう。
 「クロックよりスレッド」が効いているようなのも、転送要求に対する即応能力に有利なためではないかと勝手に想像しています。

 しかし、“従来の常識(?)”的には、Audio用PCにデスクトップカテゴリ高性能CPUなんてあり得ないですよね。
 ですが、そもそも「低性能CPUが望ましい」のは「低消費電力にしたいため」であって、「低消費電力にしたい」のは「低ノイズ化したい」からです。
 つまり、本来の目的は低性能のCPUにすることではなく低ノイズ化です。「CPUパワー」はあって困るものではありません。ていうかデメリットがないならあった方がいいでしょう。
 そもそも低性能=低ノイズも「どうせ要らない性能なら」という条件付きで「だったらなるべく低い方がいい“ハズ”」という考え方だと思いますし。

 ここでPCの世界を改めてみてみますと、ハイパフォーマンスシステム、特にオーバークロックやゲーミングなどを目的としたハイエンド系M/Bでは、安定動作のためミドルクラスや廉価版とは違った設計が施されています。例えばOC性能向上には電源やメモリアクセスの安定性が求めらるため、CPU電源回路のフェーズ数が多かったりPWBが6層や8層といった贅沢な設計になっていたりします。
 つまり、“フツーの廉価版やミドルレンジ”ではなく“OCやGaming用”のM/Bなら、システム全体の低ノイズ性において「低消費電力CPUシステムに勝るとも劣らない」可能性もあるのではないでしょうか。

 PSUにしても、高出力仕様の方がノイズが大きいとは限りません。高出力でも高級品なら優れた電源品質を持っている可能性もあるワケです。さらに言うと、同じ電力を使うなら“物量”という点で高出力製品の方が有利かも知れません。


 PCMデータをアナログ音声にするまでにやるべきことは決まっています。
 ざっくり言うと、イマドキのシステムでは次のような処理しています。

step1.ストレージから読み出し
step2.アップサンプリング(*)によるイメージングノイズ除去
step3.PCM→ΔΣ変換
step4.ΔΣストリームをアナログフィルタ(LPF)でアナログ化

*:オーバーサンプリングデジタルフィルタと同機能

 言うまでもありませんが、step2~step3は純然たるデジタル信号処理です。
 やるべきことをどこでどのようにやるかを変えれば音質は変わるでしょう。そして、PC-Audioは“どこでどのようにやるかを変える自由度が大きい”のが特長です。
 “自由自在”とまでは言えないまでも。

 消費電力やノイズについては、「アナログ化するところでいかに良質な信号を得るか」から逆算するコンセプトで「再生システム全体」として考えるべきではないか、という気がしてきました。
 例えば、アップサンプリングやΔΣ変換をPCでやるのとDACでやるのでは、その信号処理精度はさておき、どちらが低ノイズ…というか“アナログ化回路に優しい”のでしょう?
 24bit192kHz対応DACチップでの24192WAVデータの再生を考えると、前者は

「まだまだ余裕のハイパフォーマンスPC → まるで余裕のDAC」 状態ですが、後者は
「まるで余裕のハイパフォーマンスPC → 最大スペックでフル回転のDAC」 となりますよね。

 また、例えばもしイコライジングするなら、専用のハードウェアをカマすのとPCでソフト処理してから送り出すのとでは、システム全体でみた時どちらの方が悪影響少なくて済むのでしょう?
 さらに、音源データをPCローカルストレージに持つのとHUBや無線LANを介しEthernetの向こう側にNASで持つのとでは、どちらが…?


 ハイパフォーマンスシステムでいってみようと思います。


■Audio用PC変更

・新システム選定
 ということで、新システム選定のポイントは以下となりました。

・2スロット占有型Gfxカード1枚を含むGfxカードが2枚挿せる
・USB3.0カード(PP2U-E)が挿せる
・できればAudio用GfxカードとUSB3.0カードはCPU直出しPCIeに挿せる
・できればNo-PCIeを挿せる
・できればNo-PCIを挿せる
・できればPCIがあってSE-90PCIなどが挿せる
・できればPS/2ポートがある
・スレッド数が多いCPU
・演算性能が高いCPU

 つまり、PCIeが3、PCIが1以上は欲しいということです。GfxカードはHD7750とHD5450を想定しますので、HD7750のヒートシンクで潰すスロットも必要です。PCIは、まあ「無いよりいいかな」くらいですけれど。

 スレッド数が効いてると仮定していますので、できるだけそれが多いCPUにしたいです。
 となるとAMD製よりIntel製がいいでしょう。最近のAMDアークテクチャではコア間でFPUを兼用してたりしますし(*)、流石にあんまり熱いのは避けたいですし。

*:高性能プレーヤソフトの演算はFloatingPointでしょうから、FPU数=コア数と考えた方がいいでしょう。

 Intelの中でもPentiumやCeleronは除外されます。Core i3もリアルコアが2個しかありませんので微妙です。
 しかし、4コア4スレッドのCore i5はスレッド/コストのパフォーマンスがあまりよくありません。
 といって4コア8スレッドのCore i7は高いです。

 などといろいろ比較しているうち、「…LGA2011もアリではないか?」と思えてきました。
 LGA2011v3のX99では現時点ではC/Pが最悪のDDR4を新調しなくてはなりませんが、LGA2011なら手持ちから流用可能なDDR3ですし、CPUも例えば「6コア12スレッド」のCore i7-3930K(*)の中古がLGA1150の新品Core i7-4790(4コア8スレッド)より安価なためです。
 CPU直だしのPCIeレーンもたっぷり40レーンあります(LGA1150は16レーン)。今回使わない方針の内蔵Gfxもないので、出てくるPCIeレーンはCPU内部コアには接続されていないハズであろうことや、バックパネルI/Oに要らないGfx系がないことも気持ちいいです。

*:http://ark.intel.com/ja/products/63697/Intel-Core-i7-3930K-Processor-12M-Cache-up-to-3_80-GHz

 LGA2011が候補になるとは自分でも意外(笑)でしたが、

 「パワーこそ正義」「スレッド数重視」のコンセプトでやるなら、これまでとは真逆にとことん振ってみるものいいかも?
 いや、流石にやり過ぎ?
 でも、どうせ「省電力系CPU」じゃダメという“スレッシュを超えて”「デスクトップ系CPU」にせざるを得ないなら、中途半端に廉価版や普及版にするより電源回路品質などの点でいいのでは?
 もしダメだったらメインPC代替えとして使えばいいんじゃないか?

 …などと悩んでいたら展示品処分のLGA2011マザーボードに出会ってしまったので決定(笑)。

 GA-E350N-USB3の時にも注目した「UltraDurable3」の2オンス銅ですし。
 PWBを観察するにおそらく6層ですし(QuadChなので4層は普通無理)。
 CPU電源は8フェーズで「日本製コンデンサ搭載」だそうですし。
 よく知らないですが、OCクロック世界記録達成マシンに使われてたらしいですし。
 メモリチャンネル数は欲しいですが容量は要らないので、空きスロットが信号波形を乱すのはイヤですから1slot/chは願ったり叶ったりですし。

・新システム構成
 ということで、以下、新Audio用PCの全貌です。

・CPU・・・Core i7-3930K 3.2GHz 6コア12スレッド
・M/B・・・GIGABYTE製GA-X79-UD3
・メモリ・・・ADATAの4GB
    E-350システムから流用
    「パワーこそ正義」コンセプトに基づき、使わずにいた1枚を足して
   8GBデュアルアクセスに
・PSU・・・SeaSonic製SS-400FL(ファンレス)
    E-350システムに投入した時には
   あんまりよくなったのを復活
・CPUクーラー・・・CoolerMaster製Hyper212EVO
・ストレージ・・TOSHIBA製CSSD-S6T512NHG6Q
    E-350システムから流用
・ケース・・・Abee製smartP06
・OS・・・Windows8.1 update1 x64

 スロットの使い方は以下の通り。

・slot0:PCIe x16 PP2U-E  CPUに一番近いところに配置
・slot1:PCIe x1 NO-PCI Express
・slot2:PCIe x8 HD7750  HDMI-Audio専用I/Fとして
・slot3:PCIe x1 HD7750のヒートシンク
・slot4:PCIe x8 空き
・slot5:PCI   NO-PCI
・slot6:PCIe x8 HD5450  操作画面用として

#x1以外はCPU直だしPCIeレーン
#slot4はslot6を使わなければx16

 BIOSやOSの高速起動関連機能はオフした方がいいでしょう。ハードであれOSであれ、毎回フルリセットした方がいいと思いますので。ちょっと早く起動するより気持ち的にもメリットあると思います。

 メモリはDDR3-1600設定(BCLK100MHzの16倍。PLLは整数倍が気持ちいいので。2の4乗ですし)。1.20Vで安定して動いています。

 使わないオンボードデバイスはDisable。LANもです(もちろんケーブルも繋ぎません)。チップセット内蔵USB2.0もDisableしちゃいました。ふたつあるオンボUSB3.0チップもリア側はDisable。K/BなどのUIFはフロント側チップのポートに接続。BIOS画面出せます。いざとなればPS/2ポートもありますしね。
 さらに、デバマネのUSBルートハブプロパティでRenesasもFrescoも「電力の節約のために、コンピューターでこのデバイスの電源をオフできるようにする」のチェックを外してみました。Audio再生中に電力節約することはないので。
 良くなったような悪くなったような? 省電力系の設定は微妙っすね。

・ファン
 CPUクーラーとケースリアに120mmFANを投入しています。
 「オーディオ用PCはファンレスにすべき」という一般論(?)に逆らってるワケですが、そもそもファンレスにする理由は何でしょう?
 「騒音」だとすると、実は6コアCPUでも気にならない程度に抑えられますので実はあまり問題になりません。
 「振動」でしょうか? が、大型の低速FANなんてすごく穏やかに回りますから、影響は想像しにくいです。そもそもスピーカ再生音による振動の方がデカイような気がしますし。
 あるとすると「12V電源を汚染する」という可能性の方が大きい気がします(イメージです)。だとすると、PWMや電圧制御こそ“もってのほか”なのかも知れません。FANレスにしたらよくなったという場合、この可能性も考えた方がいいかも知れません。
 詳細は「FANコントロール」項をご覧ください。

 ということで、当初は普通にM/B上のコネクタに接続していましたが、「ファンコンレス」のためPSUのペリフェラル電源からの直接給電に変更しました。もちろん常時定格回転になりますので、定格でも冷えて五月蝿くないFANを選定。
 「だからFANレスにすべきなんじゃん」と言われそうですが、電子回路は概ね高温の方がノイジーになりますから無理せず冷やした方がいいような気がしています。

・電源と消費電力と騒音
 PSUはファンレスですので当然無音(まあ、Audio再生ならセミファンレス方式でもFANは回らないと思いますが)。CPUクーラーを下から上への縦エアフローで装着してPSUに風を当てるようにしています。そうして押し出されたPSUの排気はほんのり暖かい程度。もちろんCPUもちゃんと冷えています。

 120mmのケースFANとCPUクーラーFANはゆったり回っており気になるような騒音は聞こえません。生活雑音レベルで問題ないと思います。
 SS-400FLのケーブリングはフルモジュラー方式です。PP2U-Eペリフェラル電源ケーブリング、SSD電源ケーブリングはそれぞれ専用にしています。低ノイズで定評ある電源ではありますが、内部ケーブルにフェライトコア付けた方がよさそうです。

 さて、気になる消費電力ですが以下の通りとなりました。ワットチェッカにて。
 UDA-1による再生です。PCMはE-350システムとの比較を考慮し排他WASAPIにて。

・起動時  120W程度 瞬間最大180W
・アイドル  61W安定
・≪foobar2000≫起動時  71W
・x2x4→DSD256再生  64W
・x4PCM再生  62W
・x1PCM再生  62W

 DSD256変換に2Wくらい使ってるカンジでしょうか(データ量も増えてますが転送動作で電気増えてるとも思えないので)。
 HD7750を組み込んだE-350システムの電力は起動時60Wアイドル時55W程度でしたので流石に増えてますが、パフォーマンス/ワットで見ればかなり優秀でしょう。納得です。
 80PLUS GOLDたるSS-400FLの効率やHD7750の新ドライバによる省電力化も効いてるとは思いますが、Gfxカード2枚挿しで通常運転時60W程度なら“6コアCPU恐るるに足らず”ではないでしょうか。
 省電力動作Enableですので再生時のタスクマネージャ読みのクロックは1.3GHz程度ですが、忙しい瞬間には(表示されないだけで)クロック上がっているハズだと思います。

 もちろん電源関連はケアしています。PCの電源はCSE製TX-200でアイソレーション(TX-200にはACノイズフィルタをカマして壁コンに。壁コンは宅内アースではないアースに接続)。UDA-1にはCSE製RG-50でレギュレートしたACを入れています。

・音質
 PP2U-E経由UDA-1によるDSD256変換再生、おおむね実験段階に想像していた音質が得られました(仕様外ですけど(笑))。HDMI経由の音はまだキチンと聴いていませんが、E-350システムより劣化した印象はありません。いずれにしろDSD128や256のリアルタイム変換はE-350システムでは聴けなかった音ですので満足です。

 「DACユニットをアナログLPFとしてしか使わない」再生音は独特の“風合い”が得られます(特にDSD256において)。解像感がありながらキツさはなく、力強さはありますがメリハリもあります。録音の特徴(良し悪し・善し悪し)がそのまま出るように思います。

 一転してかなりのハイパワー&マルチファンクションなシステムになりましたが、今のところ、「消費電力が大きいCPUはやっぱりノイズが~」といったデメリットは感じていません。
 「パフォーマンスを気にせず、やろうと思ったことが概ね出来る」のは大きなメリットだと思います。


■履歴メモ

・16/11/12:ケースをWinDy製MT-PRO1250にしました。それに伴いケースファンはSANYO製SF8-S2(80mm/1300rpm/10dB)に変更。
・16/07/16:HD5450はパージしました。
・16/05/29:OSをWindows10Home x64にしました。
・16/02/07:CPUFANは、DIMMを4本にしたことに伴いノーマル仕様の横フローに付け替えました。ぶつかっちゅうので。
・16/02/27:メモリは同型を調達して4x4GBのクワドアクセスにしました。電圧は1.25Vになっちゃいましたが。
・17/06/10:HD5450レス&DIMM4本構成、UD-503でのDSD256再生で60W。


■GA-X79-UD3のクセ

 このマザボ、結構トラップありました。メジャーじゃないからですかね(苦笑)。

・入ってたBIOSバージョンF7ではQ-flashはエラーして使えず。OS入れて@BIOSを使ってF20にアップデート。
・TouchBIOSはマニュアルに載ってるけど非対応。
・マスターGfxにするスロットの表記と現物の対応がマニュアルと実機で違う。F20にて以下の通りだった。
   PCIe slot1  PCIEX16_1
   PCIe slot2  PCIEX8_1
   PCIe slot3  PCIEX8_1
   PCIe slot4  PCIEX16_2 & PCIEX8_2
 設定したスロットにGfxカード挿してないとBIOS画面が出なくなっちゃうから大変。
 PCIEX16_2とPCIEX8_2が被ってるのはPCIEX16をディバイドして使うスロットなためか? 両方挿すとどうなるかは不明。
・ウチの構成ではHD7750はHDMIではBIOS画面をPanaのプラズマTVに出画できなかった。
・ウチの構成では高速起動設定すると再起動を繰り返すことあり。
・不明な通信デバイスはTPM。無理矢理ドライバ指定すればインストールできた。
・X79のPCIは実はネイティブ。
・BIOSで設定できる最低周波数は1.2GHz。2600Kの1.6GHzより低いのはコアが多い分クロックで省電力性能を稼ぐためか。
・オンボUSB3.0はFrescoLogic製2個。#1(無印)がフロントで#2がリア。
 エルミタージュ秋葉原レビュー記事(*)の写真説明ではFL1000-200となっているが実物はFL1009-200。

*:http://www.gdm.or.jp/archive/review/mb/gigabyte/GA-X79-UD3/index_01.html


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