2012年7月14日土曜日

理想のPCオーディオ

DSDにのめり込んで思うのが、これまでのPCMの楽曲を全てDSDで聴きたいということだ。

DSDの楽曲には限りがあり、PCMでしか聴けない好きなアーチストの好きなアルバムを聴くことができないからだ。

そこで数ヶ月前に、無謀にも膨大な数のPCMファイルをDSDに変換する作業を開始した。しかし、半分もいかないうちに我が2TBのHDDがあっという間に一杯となり、ニッチもサッチもいかなくなった。

おまけにタイの洪水の後遺症でHDDの価格は高止まりしている。

さて、どうすべきか?

そんな時、目にとまったのがアンドレアス・コッチ氏の作ったプレイバックデザイン社のDAC達だ。これはDAC内でPCMをDSDに変換して聴けるというもので、垂涎もののDACだ。しかし如何せん超高級品。MPD-5は約200万円、MPD-3で100万円もする。

このDACは、コッチ氏が作ったFPGA回路でPCMをDSDに変換している。DSDはPCMと違ってサンプリングしたものではなく1bit2.8224MHzのPDMというフォーマットを使っているので、ノイズを高周波域に追いやってローパスフィルターで高周波ノイズをカットしてやるだけでアナログ変換してくれる。コッチ氏のDACにもいわゆるDACチップは搭載されていない。

要するに、FPGAでのプログラムなのだ。QuteHDのコードのDACも同様にFPGAでDACチップは搭載していない。

この方式だと、楽曲のフォーマットはPCMであろうがDSDであろうが関係ない。PCからUSB経由でPCMでもDSDでも受けて、FPGAを通せばDSDが出てきて、これを、基本的にローパス一発でアナログに変換できる。だから機器構成も非常に簡易になると思われる。

ハード的には200万円や100万円も掛からないと思うのだが、高級なのはFPGAのノウハウ料なのだろうか。

しかし、この流れは、これまでのDACを使ったPCオーディオの流れを大きく変えてしまう可能性がある。ハードは安く簡単に作れるのだ。大量生産して大量販売できればFPGSのノウハウ料なんて軽々と元が取れる。

これをわが国のソニーがなぜやらないのだろう。SACDというメディアに閉じこもっていては、他の進歩的な外人たちに食い荒らされるだけだ。うまくやればアップルにだって対抗できると思う。

ソニーがやらなくてもいずれ第二、第三のコッチ氏が出てくるだろう。ソニーにとっては最後のチャンスではないだろうか。

著作権法の改正で、善良でお金を支払ってSACDを購入している貴重な「個人使用目的の」ユーザーを犯罪者にしてしまう前にやることがあるはずだ。

私にFPGAの開発能力があったら。



本日夜-追記

上記ブログは、今朝書いたものだが、用事で外出して今ほど家に帰ってきて、エレアトさんのブログ
を見ると、なんと、それがすでにそこにあるではないか!

http://fpga.cool.coocan.jp/wordpress/index.php/2012/07/14/dsd25611289612288mhz/

これは凄いことになった。一気に私の夢が実現する。さすが田力さん。ありがとうございます。

さらに、MさんからコメントをいただきFPGAを作っていただけるとのことだ。これも凄い。是非とも作ってくださいお願いします。

これで、膨大なPCMの音源を、DSDで気軽に聴けるようになる。これは凄いことだ。

近いうちにDAC革命が起きるかもしれない。

ソニーさん急がないともう船は出ちゃいますよ。


なんだか今年の春頃には夢のような話だったのが一気に動き出したみたいで夢のようだ。最近のPCオーディオは展開が非常に速くてメーカーさんは付いていくのが大変かも。

ところで、DACチップで音が違うように、FPGAのアルゴリズムが違うと音も違うのだそうだ。DACチップの異なる音を楽しむのと同様、FPGAのアルゴリズムの違いを楽むことができるなんて、何でも音の違いを聴き比べたいオーディオファン向けだ。

26 件のコメント:

  1. こんにちは。

    >>私にFPGAの開発能力があったら。
    私もつくづく同感です。以前、FPGAより規模の小さいCPLDについて、プログラミングの勉強をしようとして挫折しました(^^;
    現状、残念ですがElectrArtさんなどの他力本願モードしかないですね。(最新のブログ記事は、今後の展開に少し期待しています)

    返信削除
  2. 始めまして。

    昔にCDプレヤーのビットストリームDACから、1bit信号を取り出してLCRで作ったLPFでDA変換したものを作りました。このときはLにウエスタン製を使って、ウエスタン部品のDAコンバータをありがたがったのですね。ビンテージオーディオファンでして、デジタルは否定的だったこともあり、ウエスタンのフィルタを通して気休めを目論んで・・・。

    つまらない前置きを失礼しました。
    44.1KのPCM信号を2.8224MのPDM信号を得るFPGAを作りCRのLPFでDA変換するので面白い実験が出来ますか?
    ご興味がありましたら、少々時間を頂ければ暇なときに作りましょうかね。簡単なので手間にはなりませんよ。
    LRCK(44.1K)、BCK(2.8224M)、PCMデータの3本の信号を受け、LとRの2.8224MのPDMデータを出力するというので大丈夫ですか?

    返信削除
  3. Mさん
    それは凄いですね。簡単なら是非お願いしたいと思います。
    PCMをDSDに変換した楽曲を聴くと明らかにDSDで聴くほうが迫力が増し、空間感、臨場感が増します。
    PCMをDSDに変換しただけのものをSACDにして高く売りつけるような悪徳商法が流行らないとも限りません。FPGAでリアルタイムに変換できれば、PS3でリッピングできない人もDSDの雰囲気を味わうことが出来ます。

    返信削除
  4. Mさん
    今日のエレアトさんのブログに、まさにそのFPGAを作ったと書いてあります。エレアトさんがやるとなるといよいよ世の中、DSDの方向に振れそうですね。

    MさんにとってFPGSが簡単なのであれば是非とも作っていただけないでしょうか。喜んで実験台になりますので。これを機に、世の中、FPGSでPCM⇒DSDブームが起きませんかね。

    返信削除
  5. えふさん

    私も今、Arduinoというのを勉強し始めましたが、FPGAには到底辿り着けそうもありません(笑)。

    まさかのエレアトさんやってくれましたね!

    返信削除
  6. asoyaji様

    お返事ありがとうございます。
    先ほど回路の方は、ちょっと書いてみました。
    原理は簡単で回路も簡単ですので、誰がやるとか大げさなものではないと思います。
    私の方は、まだ現物FPGAには書き込んだませんので、物ができたわけではありません(笑)。
    何の細工もなしにPCM信号(暫定右詰24bitの回路ですがI2Sでもなんでも言って貰えれば変更します)を、PDMにするだけです。CPLDでもフィットしそうですが、FPGAの安い方が得かもしれません。

    最近は不精が進み、ユニバーサル基板で実験するのも、その配線が・・・。
    数千円で基板も作れる時代になったので、入出力(単に端子という意味です)と電源を引き出し、適当なCR(私の製作済みのPCBライブラリという事で)でLPFまで入れた、10cm程度の基板も作りましょうかね。

    因みにデバイスはXilinxになりますよ。創業者にランチやセミナに誘っていただいているので、裏切れません(笑)。

    返信削除
  7. asoyaji様へ
    私も田力さんのブログ記事を読んで感動してしまいました。

    M様へ
    勉強不足なため、もし誤解していたら申し訳ございません。
    PCM -> DSD変換には、前段のオーバーサンプリングと後段のノイズシェーパーの組み込みが必須かと思います。通常、前段のOSFにはFIRを使い、後段のノイズシェーパーにはIIRを使用するのが常識的な実装方法でしょうが、M様の回路の場合、そこでの浮動少数点演算の精度やFIRのタップ数、IIRの次数とフィードバックの零と極の値はどれくらいに設定されておられますでしょうか?FPGAで実装できる限界を知る上での参考のために、差し支えのない範囲で教えていただけると幸いでございます。

    返信削除
  8. asoyajiさん、

    PCMをリアルタイムにDSD変換し、これをそのままアナログ化できるようになるとしたら、大きなブレークスルーになりますね。現在保持している楽曲データを活かして、新たなDSD再生環境へと移行できる訳ですから。

    当方のようにスキルの無いユーザーではPS3での対応もできませんし、かと云ってSDメモリーカードにDSD音源を入れて再生するなどの方式は「実験的要素」としては理解できますが、多様な音楽を気ままに楽しむスタイルにはならない思っておりました。また、HDDがいくら安価になったとしても、現状でさえ膨大なデータファイルをすべてDSD化して管理するのは非常にタフでもあります。付け加えれば、デジタルイコライザを使用している立場としては、DSD対応の兆しさえ現状は見出せていません。

    いずれにせよ、より良い音を求める結果としてPCオーディオがDSD化していくことは時間の問題と思いますが、VAIOに搭載していたSound Realityチップもほぼギブアップしてしまった本家本元が再度重い腰を上げるとは今のところ思えませんので、パイオニア精神に富んだ方々・企業のチャレンジに期待しています。ただし、やはり100万、200万というのはオーディオの世界の常識かもしれませんが、PCの世界に価格的にも近づいて欲しいものですね。このような機器が10万~20万で実現できたら、世のPCオーディオ・ネットワークオーディオユーザーは雪崩を打って購入すると思います。そうなれば、単に技術的なブレークスルーを超えて、新たな潮流となることが出来ると思います。是非ともそうなって欲しいものですね。

    返信削除
  9. bunpeiさん

    私は、ソフトウエアでPCMをDSDファイルに変更するように、FPGAでPCMをDSDに変換し、オーバーサンプリングやノイズシェービングはDSD-DACチップに任せるやり方があってもいいと思っています。

    いろんな方式が出てきていろいろ比較してみると面白いと思います。

    返信削除
  10. ゴンザエモンさん
    FPGAによるPCM⇒DSD変換は革命的です。

    これが安く提供されると、これまでDSDを聴けなかった沢山の人達がDSDを聴くことができるようになり、DSDネイティブ音源を求めるようになります。

    きっとDSDのブレークスルーが起きるでしょう。

    いよいよDSDの時代です。

    返信削除
  11. asoyaji様

    ソフトウェアでPCMをDSDファイルに変換する場合、その内部では必ずまずオーバーサンプリングが行われ、それからノイズシェーピングが行われます。つまり、デルタ・シグマ変調が行われています。DSDは単なるPDMでなくデルタ・シグマ変調が行われるからこそ、たった64倍のサンプリングレートの1ビットで可聴帯域内での十分なS/Nが確保されているという私の理解です。デルタ・シグマ変調を抜かしてPDMしてしまうと単に6ビットのDACにしかなりません。

    ところで、TI PCM1795、Wolfson WM8741、旭化成 AK4399、ESS ES9018、新潟精密 FN1242Aは全てデルタ・シグマ方式でPCMを再生できるDACです。ということは、すべて内部ではそのハードウェアでデルタ・シグマ変調処理が行われています。ただしそこでは1ビットのDSD化ではなく6bitなどのマルチビットのデルタ・シグマ変調です。(1ビットのままでは駄目だということがこれまでの経験で十分明らかになり、マルチビット化が行われているのです)
    だから、BB PCM1704やPhilips TDA1541等の純粋なサイン・マグニチュード方式のDACチップ以外のDACを積んだ従来のCDプレーヤで多くの人がCDを再生して聴いてきたのはデルタ・シグマ変調の音そのものです。

    私が田力さんの技術力に感動しているのは、Playback DesignsのAndreas Koch氏さえやっていないDSD256化をDSPではなくFPGAで実現しようとしている点です。しかしSONYのDSD Directの惜しげもなく計算資源をつぎ込んだ方式と異なり有限なFPGAの資源で取り組むための限界がもしかしたら出てしまうかもしれません。

    返信削除
  12. bunpeiさん

     PCMをDSDにすることは、どこでDSDにするかの違いで、既存のデルタシグマ方式のDACチップと何か違うのかと疑問に思っていましたが、原則はやはりそういうことのようですね。アルゴリズムの差や精度をどこまで上げるかのよる差はあるのでしょうが、DACチップを超えるのはそう容易くは無いというところでしょうか...

     DSPとFPGA、それぞれ得手不得手はありますが、FPGAにはDSPスライスがStratixVやVertex7などの最新最大規模のFPGAなら2000個前後搭載しており、処理能力的には汎用DSPでは無理で、FPGAでないと対応できない分野のあります。決まったアルゴリズムしか処理しなくて良いなら汎用DSPよりDSPコアをたくさん使ったFPGA処理の方が性能は出せいるケースが多いと思います。
    (http://www.cqpub.co.jp/interface/sample/200902/if02_110.pdf の図2参照)
     Playback DesignsがDSPを用いているとすると、どちらかというと、FPGAへフィッティングする技術が、汎用DSPを使う場合より技術的難易度が高いこととか、コスト的にDSPで処理したほうが安いなどの事情によりDSP処理としているような気がします。
     UDAに搭載されているFPGA(Spartan6シリーズの一番小さいのかその次ぐらいと思いますが)、最近のFPGAでとしては、最小規模に近いデバイスですが、多分オーディオ帯域の処理なら処理可能ということだと思います。
     私、本業はFPGAを扱っていますが、残念ながらDSPスライスなど一個たりとも使うような分野ではないので詳しいことはわかりません。聞きかじったところによると、最近はSimulinkのHDL Corderというソフトで、HDLに落とせるようにはなってきましたが、まだまだ使えるHDLコードは生成してくれないようで、田力さんが書かれているように額に汗を流しながらHDLに変換する必要があるようで、こういった技術を習得していないとFPGA化できないのだと思います。

    返信削除
  13. asoyaji様
    この場をお借りして続きをやらせていただいております。ご了承下さいませ。

    kou様
    私の書き方が悪かったのかもしれませんが、Playback Designs社のプレーヤとそこからドライブメカを除いた形のDACだけの機種では、独自の回路を実装したFPGAが使われているとの解説記事があります。DSPとFPGAが併用されているとは書かれていません。Playback Designsのものは主にFPGA上に実装した独自のデルタ・シグマDACと推測しています。おそらく、Andreas Koch氏は既存のDACチップのデルタ・シグマ変調処理に満足できずに自らのやり方にこだわられたのでしょう。ということで、市販のDACチップとは違うものをあえてFPGAで求めるというアプローチはありえるものだと思います。

    DIY Audio家のKoon氏が非常にオーソドックスなPCM -> DSF変換プログラムを公開されていますが、そのC言語のソースコードを読むとベッセル関数値を使用など64ビットの倍精度浮動少数点演算の塊です。ということでDSPという言葉を使ってしまった次第です。

    そのKoon氏は、ES9018のDSD256再生が高音質なことに関して、DSD入力した場合にはDACチップ内のオーバーサンプリングフィルタ等の処理を使わなくて済むため、その分DACチップ内でディジタルノイズ発生の元になる処理負荷が減り音質が改善されるのだろうとコメントされていました。PCMをデルタ・シグマ変調する場合に、どこでどのようなアルゴリズムで実行するかで結果的に音質が変わるというのが実際のところではないかと思います。

    私は、DSDソースの音というのは最後に用いられたDSD生成用デルタ・シグマ変調器の音+デルタ・シグマDACチップ内のマルチビットデルタ・シグマ変調器以降の音を聴いていると思っております。例えばKorg MRシリーズのレコーダーで一発録音して無編集ならばTI PCM4202のデルタ・シグマ変調器の音、もしそれがスタジオ編集されてSACDマスタリングされていればその編集システム例えばPro Toolsのデルタ・シグマ変調ソフトウェアの作り出した音、もし自分がKorg AudioGateを使ってDSD64->DSD128変換をやっていたらAudioGateのデルタ・シグマ変調プログラムの音という具合です。

    返信削除
  14. bunpeiさん
    ソフトウエアでPCMをDSDに換する際、すでにオーバーサンプリングとノイズシェービングがされてるんですね。

    素人なもので、単純にwave→aiffのようなフォーマット変換しているだけかと思っていました。PCM間のフォーマット変換と、PCM→DSD変換とは次元が違いますね。失礼しました。

    それにしてもFPGAって大変なんですね。専門家の田力さんが額に汗ですから、かなり凄いことだとわかります。それで、これまでコッチ氏以外だれもやらなかったんですかね。

    素人は、何でも頭で想像してすぐにできそうと思ってしまうんですが、まあそれが素人の良いところということで・・・・・。

    kouさんとbunpeiさんの議論は興味深くて勉強になります。

    返信削除
  15. asoyaji様

    何かのお役に立ったようで幸いです。

    おっしゃる通り、PCM->DSD変換というのは誰がやっても結果が同じになる一通りというものではありません。途中のやり方にかなりの自由度があって、設計者の意図が反映されるものであろうと思います。このあたり、sunacchiさんがいろいろと試行をされ、それに大変教えられました。

    返信削除
  16. asoyaji様、kou様

    田力様のブログ記事によると、もう完成してしまわれたようですね。ご本人はTI DSD1794AのDACにCDの曲をいろいろと流してテスト中とのこと。しかも、DSD1794AにDSDを入力した場合には、内蔵の67レベルカレントセグメントはアナログFIRとして機能するだけとのことですから、まさにasoyaji様の考えておられたことがDSD256で実現というわけです。

    返信削除
  17. bunpeiさん
    そのようですね。早く製品化になればいいですね。もう今から予約入れたいくらいです。

    返信削除
  18. はじめまして。いつも興味深く拝見させて頂いています。

    わたしもエレアトさんのブログを拝見して驚いた次第です。FPGAでPCM->DSD変換を行うのはデルタシグマDACでPCMを再生する事と基本的には同じ事という理解です。この点ではbunpeiさんやkouさんと同じ意見です。
    画期的なのは対応DACチップが無くても再生出来る事と、リアルタイム変換による事前変換が不要な事と思います。膨大なPCMライブラリをDSD変換する事による容量の増大も無視できないようですし。

    わたしも今後の動向にとても注目しています。しばらくはメーカーよりも田力さんのような技術力のある方がトレンドを引っ張っていく状態が続くのでしょうね。

    長文、失礼いたしました。

    返信削除
  19. はじめまして、やまさんと申します。

    私も田力さんのFPGAでPCM->DSD変換のブログを見て、
    興味を持ったので、田力さんにメールをしたところ、
    価格面を含めて商品性があるか疑問を持たれている
    様子でした。

    なので、欲しい方は田力さんに、商品化のリクエスト
    メールをしたらどうでしょうか?
    希望者が多ければ商品化していただけるかもしれません。

    返信削除
  20. clio9330さん
    DSDについては日本のメーカーはほんとうに消極的です。
    でもお陰で田力さんのような方の活躍のチャンスがあり、我々もその恩恵にあずかることができます。

    返信削除
  21. やまさん さん

    >価格面を含めて商品性があるか疑問を持たれている様子でした。

    そうですか。私にはそんなことは言っておられませんでしたが。

    商品化に当たって価格をどの位に設定するか悩んでおられるのではないでしょうか。

    DACやDDCと違って、これまでに存在しなかった革新的な商品ですから参考になる価格相場がありません。

    しかし、もしオーディオメーカーに売ればかななりの高額で買い取ってくれると思います。それほど力のある商品だと思います。

    きっと商品化されると思います。最初は受注生産かもしれませんが、確実に定番商品になると思います。

    返信削除
  22. 粉コーヒー2012年7月27日 5:32

    はじめまして。いつも楽しく読ませていただいています。
    asoyajiさんは行かれなかった5月に青山であったヘッドホン祭ですが、
    角田さんの午後の講演の時にKORGが開発中のUSBのDSD-DACの試作品を持ってきていました。アキュフェーズのプリ&パワーアンプにFOCALのUtopiaで、
    2.8MHz、5.6MHzのDSD音源とたしか44.1kHz16bitのPCM音源を
    少しずつ聞けました。
    AudioGateからの出力専用の設計でしたが、たしかソフトウェアでPCM音源も
    DSDに変換してD/A変換するというものでした。
    チップはMR-1000と同じCS4398で、ドライバーはASIO。
    ライブインパリの44.1の音源を2496のFLACにした場合とDSDにした場合
    できいたんだと思います。
    簡単に単語をメモ書きしていた程度なので情報に間違いがあったらすみません。

    AudioGateの従来のバージョンはDSD音源もPCMに変換して出力されますが、
    試作品はDSDのまま、そしてPCMはDSD(2.8MHz、5.6MHzどちらも可だったと思います)にリアルタイム変換して専用DACに流れるというものでした。
    もちろんPCMのままやDSDをPCMに変換してDACにもおくれます。
    5月以来、「KORG DSD-DAC」で検索しても、有効なページを見つけられず、
    本当に密かに開発しているのかもしれませんし、実際に角田さんの講演
    (それも最初の5分程度)を聞いた人が30人もいないと思うので、
    あまりにも目撃した人が少なかったのでしょう。
    私は全く詳しくないので、ハードウェアでPCM→DSD変換してくれるのと
    ソフトウェアでPCM→DSD変換してくれる違いが音質にどのように影響してくるのかはわかりませんが、
    そのとき聞いた5.6MHzのDSD音源の音はかなり良かったです。
    もちろんそれにはかないませんでしたがPCMをDSDにリアルタイムで変換した
    音も良かったです。
    もし、このコメントを見て、自分も聞いた、と言う人や情報を持っている人が出てくれるといいなと思い書きました。

    返信削除
  23. こんにちは、JKです。

    asoyajiさんが、このような記事を書かれてから、いろいろと面白い動きが目に付くようになってきました。

    1.http://tackbon.ldblog.jp/archives/cat_50040247.html
    2.http://blog.livedoor.jp/skydream787/

    既にご存知でしたでしょうか。
    電気知識皆無の私でも、DSDは、理論的にはLPFだけでDA変換可能だが、実際は様々な問題があって実現は不可能と理解していたのですが、どうもそうではないようですね。
    特に2.の方の記事には、是非その音を聞かせていただきたいとの思いが募ります。
    さらに、田力さんのプロとしてのお仕事・実験には、多大の期待と関心を持って注視しているところですが、なんにせよ、これらの動きが現実に花開けば、まさに革命的、驚天動地のエポックであり、オーディオシーンを根底から揺さぶるものになるのではないでしょうか。

    大メーカーが敢えて(?)見過ごしてきたものを、知識と腕に覚えのあるアマチュアの方々が具現化し、先頭に立ってリードしていくと考えただけでワクワクして来るじゃありませんか。
    いかがでしょう。
    (ファイルサイズとコンヴァージョン・タイムの問題は大きいですね。)

    返信削除
  24. 粉コーヒーさん
    そうだったんですか。ヘッドホン祭りで角田さんがそんなことを!AudiogateがDSD出力に対応するという話は聴いていましたが、角田さんが出所だったのかもしれませんね。
    ただし、ソフトウエアでPCM→DSD変換をやるとうちのCPUが100%近く占有されてしまいます。HQplayerがそうです。最新の高速CPUならもっと低いかもしれません。
    いずれにしても手軽に簡単にPCM→DSDが出来るようになれば、いよいよDSDの時代の幕開けではないでしょうか。

    返信削除
  25. JKさん
    ローパス一発を試した人がいるんですね。
    どちらも驚きの音だといっていますね。
    【案ずるより産むが易し】ですね。
    なんだかワクワクしてきましたね。

    PCM→DSD+ローパス一発でDACチップ不要で、音もいいときたら、メーカーさんは困るでしょう。

    やっぱり音の世界もシンプル(DSD)・イズ・ベストなのかもしれませんね。

    返信削除
  26. 粉コーヒー2012年7月28日 2:29

    asoyajiさん、返信ありがとうございます。
    補足ながら書きますと、角田さんが各社のDACを紹介して試聴していくというので、
    MyTekの岩井社長や、スフォルツアートの小俣さん、等メーカーの代表の方が補足を入れつつ自社商品のDAC等を紹介をするというものでした。
    コルグのDACはまだ出てないのでもともと予定ではなかったのでしょうが、講演前にKORGのかたが急遽飛び込みで5分程度時間を割いていただいて発表したい、というようなものでした。デジカメを持ってきていたのに、他のイベントをみるのが忙しく、講演終了後に試作機を写して帰らなかったのが悔やまれます。

    ソフトウェアでリアルタイムDSD変換は、ノートPCで実演していましたが、ハイエンドではないと強調しつつも、A4ノートでミドルクラス以上の性能のものではありました。

    返信削除