Autor: StreamFidelity

Du wunderst dich, weil der fis Audio PC Konfigurator soviele Optionen bietet? Gehäßige Stimmen sagen sogar, dass es total unübersichtlich ist. Das wollen wir nicht auf uns sitzen lassen, denn es hat alles seinen Grund. Wir wollen für unsere Kunden transparent sein. Bei uns sind alle Bauteile genau bezeichnet und oft sind Tests im Internet zu finden.

Aber wir geben gern zu, dass es zu einer Überforderung führen kann. Deshalb bieten wir auch eine kostenlose Beratung ohne Kaufverpflichtung an. Schreib uns etwas zu deinem Zielbild und deinem Equipment und wir legen los. Im Zweifel kommt eine lange Liste mit unseren Vorschlägen zurück, die du auch verstehen sollst. Dafür dient dieser Newsletter, bei dem wir aus unserer Sicht die „Klangschrauben“ beim Audio PC beschreiben.

Motherboard

Das Motherboard nimmt die Computerbestandteile auf und soll von einer sehr guten stromstabilen Qualität sein. Wir nehmen dafür gern Gaming Boards, ohne deren Leistung wirklich auszureizen. Hier geht es uns um einen stabilen Betrieb und große Leistungsreserven.

Das VRM oder Spannungsreglermodul ist einer der wichtigsten Teile des Motherboards, da es die ordnungsgemäße Stromversorgung steuert. VRMs beinhalten Kondensatoren, Chokes (Drosseln) und MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). Ein PWM-Controller steuert den Spannungsfluss. Alle VRMs haben unterschiedliche Spannungsphasen. Die gebräuchlichste Spannungsphasenstruktur besteht aus zwei Komponenten: Kondensatoren & Drosseln.

Wenn mehrere Phasen vorhanden sind, wird die Leistungslast weiter auf andere Phasen aufgeteilt, was zu einer Verringerung der Wärme und der Belastung der Komponenten führt. Entscheidend ist aber auch die Qualität der VRM-Komponenten. Keiner möchte ausgelaufene Elkos auf dem Motherboard haben. Einen klanglichen Vorteil haben sogenannte „echte“ Phasen, also ohne Phasen-Doppler. Eine erhöhte Anzahl von Phasen führt tendenziell zu einer geringeren Welligkeit der Stromversorgung der CPU und das wirkt sich klanglich sehr positiv aus.

Das Platinenlayout spielt auch eine große Rolle. Mehrlagige Leiterplatinen transportieren den Strom besser. Je mehr Komponenten direkt (ohne Umweg über den Chipsatz Z690) an die CPU angebunden sind, desto besser sind die Latenzen. Nicht zu vergessen sind die passiven Kühleigenschaften. M.2 SSDs können schnell die Leistung drosseln, wenn sie zu heiß werden. Deshalb sind Heatsinks so wichtig. Natürlich auch für das VRM. Für DDR5 haben wir hier ein von uns verwendetes Motherboard.

Weiterführende Informationen erhältst du hier: Stromarchitektur von Motherboards.

CPU (Central Processing Unit – Prozessor)

Im Bild oben ist das Herz eines Computers abgebildet, die CPU. Vielleicht hast du dich schon öfters über eine ruckelnde Musikwiedergabe oder lange Zeiten beim Datenbankenlesen geärgert. Das wird dir mit unseren Hochleistungs-Prozessoren nicht passieren. Die sind extra so ausgelegt, dass immer genügend Leistungsreserven vorhanden sind.

Wir bieten ausschließlich die neuesten K-Modelle von Intel an. Das K steht für unlocked und erlaubt ein übertakten oder je nach Einsatzzweck auch ein Untertakten. Die K-Modell sind verlötet und ermöglichen dadurch eine bessere Kühlung. Wird die CPU zu heiß, kann schnell die Leistung abfallen. Teilweise kommen spezielle Motherboards zum Einsatz, die keine Grafikschnittstelle haben. Dafür nehmen wir dann die KF-Modelle. Das sind vollwertige K-Modelle nur ohne interne GPU (Graphics Processing Unit – Grafikprozessor). Lies auch unsere Berichte zu:

• Intels Core 12000 mit E-Cores und P-Cores und Windows 11
• Erfahrungen mit Intels neuem i9-12900K Prozessor
• Wird es einen fis Audio PC Intel 13. Generation Core (Raptor Lake) geben?

RAM (Random Access Memory – Arbeitsspeicher)

Der Arbeitsspeicher lädt während der Musikwiedergabe wichtige Daten und hält sie über eine direkte Anbindung für die CPU bereit. Wir achten auf niedrige Latenzen und können seit kurzem auch DDR5 RAM anbieten. Außerdem muss der Arbeitsspeicher über eine sehr gute passive Kühlung verfügen, sonst kommt es zur Drosselung der Daten.

M.2 SSD (Solid State Drive – Festkörperspeicher)

Wir verwenden ausschließlich M.2 SSDs, die direkt ohne Kabel und ohne SATA-Controller am Motherboard angeschlossen werden können. Die SSD, auf der das OS (Operation System – Betriebssystem) gespeichert wird, legen wir auf den Slot, der direkt mit der CPU verbunden ist. Andere Slots gehen einen kleinen Umweg über den Chipsatz des Motherboards.

Für M.2 SSD OS empfehlen wir die latenzminimierten Intel Optane Speicher, die bei der Reaktionsschnelligkeit schon fast an die Leistung eines Arbeitsspeichers herankommen. Lies auch unseren Bericht zu Speichermedien. Die M.2 SSD Music files installieren wir gern auf Wunsch des Kunden. Aus klanglichen Gründen empfehlen wir die Musikdaten und die Musikverwaltung auf einen zweiten PC (Control PC) oder NAS auszulagern.

PCIe (Peripheral Component Interconnect Express)

Diese Schnittstelle ermöglicht es besonders hochwertige und audiophile Komponenten für die Datenübertragung per Ethernet oder USB zu nutzen. Wir verbinden die PCIe-Karten immer direkt mit dem Motherboard und nie über ein störungsanfälliges Riserkabel.

Unsere Motherboards haben mindestens einen Slot, der direkt mit der CPU verbunden ist. Da kommt die Karte mit den geringsten Latenzen rein. Zum Beispiel unser XILINX (Solarflare) XtremeScale X2522 Glasfaser Kit.

DC/ATX-Konverter

Das ATX-Format  (Advanced Technology Extended) ist eine Normung für Gehäuse, Netzteile, Mainboards und Steckkarten von Computern.  Das Motherbord benötigt unterschiedliche Spannungen, welches der DC/ATX Converter zur Verfügung stellt. Dies sind in der Regel 3,3V, 5V und 12V. Der DC/ATX Konverter muss für Audiozwecke über eine besonders stabile und rauschfreie Stromversorgung verfügen.

LPS (Linear Power Supply)

Computer verwenden oft Schaltnetzteile, die in Hochfrequenz (HF) die benötigte Spannung bereitstellen. Sie sind sehr energieeffizient, aber leider stören die HF-Anteile oft erheblich den Klang. Deshalb empfehlen wir eine lineare Stromversorgung mit geringen Ripple Noise (Welligkeitsrauschen). Es soll möglichst ein Trafo pro Spannung genutzt werden, um die Verlustleistung in Grenzen zu halten. Klanglich zahlen sich die Mehrkosten aus.

Lies auch unseren Erfahrungsbericht über das neue lineare Netzteil JCAT S OPTIMO ATX und Lineare Netzteile (LPS) vs. Schaltnetzteile (SMPS).

Stromversorgung passend zum Einsatzzweck (Aktualisierung am 25.02.2023)

Im fis Audio PC Konfigurator bieten wir verschiedene lineare Netzteile an. Je mehr Leistung benötigt wird, desto besser muss die Stromversorgung sein. Die Aktualisierung vom 25.02.2023 berücksichtigt unsere Ergebnisse aus dem Erfahrungsbericht fis Audio Server mit FARAD Super10. Dieses Netzteil ist sehr effizient (hohe Leistung und geringe Wärmeentwicklung) und ermöglicht aufgrund des sehr sauberen Stroms das Hören mit dem sprichwörtlich schwarzen Hintergrund. Dagegen sind die Keces Netzteile leider sehr ineffizient und werden unter Last sehr heiß. Deshalb bieten wir Keces nicht mehr an und wir haben deshalb unsere Powervarianten überarbeitet.

Die Low-Power Variante gibt es nicht mehr bei uns. Wir starten in unserem fis Audio PC Konfigurator mit der Middle-Power Variante, welches vom linearen Netzteil FARAD Super10 (19V/10A) bereitgestellt wird. Der DC/ATX-Konverter wird mit sehr sauberen und laststabilen Gleichstrom (DC) 19V versorgt. Der DC/ATX-Konverter verteilt mit einem 24 Pin Molex Kabel die benötigten 3,3V, 5V und 12V den Strom zum Motherboard und leitet mit einem 8 Pin Molex Kabel die 12V zur CPU weiter. Diese Variante eignet sich bereits für sehr komplexes DSD Upsampling (DSD1024) mit hochwertigen Modulatoren.

Die High-Power Variante bringt noch mehr Klanggewinn. Die Besonderheit ist, dass das LPS die ATX-Stromversorgung direkt bereitstellt. Es wird kein DC/ATX-Konverter mehr benötigt. Dabei versorgt ein durchgängiges 24 Pin Molex Kabel das Motherboard und ein 8 Pin Molex Kabel die CPU mit Strom. Die High-Power Variante ermöglicht natürlich ebenfalls ohne Probleme sehr komplexes Upsampling auf DSD1024 mit hochwertigen Modulatoren. Dafür bieten wir entsprechend der Verfügbarkeit entsprechend leistungsfähige Netzteile wie das JCAT OPTIMO S ATX oder das FARAD SuperATX an.

Kabel

Kabel sorgen immer für Streit bei HiFi-Anhängern. Für uns müssen Kabel zum Einsatzzweck passen und den Energietransport nicht zurückhalten oder stören. Für unsere fis Audio PCs bieten wir Kabel mit

• hochreinemKupfer 18 AWG 
• vergoldeten Molex Pins (für ATX 6P, 8P, 24P)
• Teflon isoliert
• hochwertigen massive Stecker
• in Handarbeit von fis Audio aus Deutschland

in genau der richtigen Länge an. Siehe auch Grundlagen Audio PC Kabel.

Zusammenfassung

Die sogenannten Klangschrauben sehen wir an vielen Stellen im fis Audio PC. Die Gaming Motherboards sorgen für eine stromstabile und robuste Grundlage. Wir verwenden Hochleistungsprozessoren mit viel Leistungsreserven und vermeiden dadurch Enpässe. Arbeitsspeicher und Festspeicher haben einen großen Einfluss auf die Datenbereitstellung und somit auf den Klang. PCIe-Karten können dein musikalisches Erlebnis durch rauschfreie und latenzminimierte Datenübertragung erheblich verbessern. Die lineare Stromersorgung sehen wir als entscheidenden Schlüssel für die Sound Qualität (SQ) ohne Schärfen mit schönsten Klangfarben. Dafür sollen nach unserer festen Überzeugung audiophile Kabel verwendet werden.

Hatten wir nicht vor kurzem folgen Beitrag veröffentlicht: Warum DDR4 RAM für einen Audio PC besser ist als DDR5?

Um mit einem Zitat von Konrad Adenauer zu beginnen: „Was kümmert mich mein Geschwätz von gestern, …“. Wenn die Überlieferungen stimmen, wird beim Zitat häufig ein wichtiger Halbsatz unterschlagen: „…nichts hindert mich, weiser zu werden.“ Das nehmen wir frech für uns in Anspruch.

Fassen wir die Punkte im Vergleich DDR4 vs. DDR5 zusammen:

Speichertransferrate

Ein wesentlicher Unterschied liegt in der Speichertransferrate, die bei  DDR5-SDRAM im Vergleich zu DDR4-SDRAM deutlich höher ausfällt. Wir hielten die Transferrate für nicht so ausschlaggebend. Der Entwickler des HQPlayers Jussi Laako belehrte uns, dass die Bandbreite für das Upsampling und DSD genauso wichtig ist, wie geringe Latenzen. 

Um den theoretisch maximal möglichen Speicherdurchsatz zu berechnen, wird folgende Formel verwendet:

Speichertransferrate_{(in MByte/s)}  =  Takt der internen Logik_(in MHz)  ×  Prefetching-Faktor  ×  Busbreite_(in Byte)

DDR5 arbeitet mit wesentlich höheren Taktraten und ist auch beim Prefetching überlegen. Daher ergeben sich höhere Übertragungsraten.

RAM-Typ	Berechnung	Übertragungsrate
DDR4-2400	300 MHz × 8 × 8 Byte	19,2 GByte/s
DDR5-8000	500 MHz × 16 × 8 Byte	64,0 GByte/s

On-Die-ECC Fehlerkorrektur

Bei einer ECC-Fehlerkorrektur (Error Correction Code) werden sogenannten 1-Bit-Fehler sofort korrigiert, die andernfalls Daten verfälschen können.  Das ist für Upsampling in jedem Fall eine gute Sache.

Die On-Die-ECC betrifft die Fehlerkorrektur, die es bei DDR5 direkt auf dem Speicherriegel gibt. Jeder DDR5-RAM hat im Inneren zusätzliche RAM-Zellen, um Fehler auch bei Nicht-ECC-RAM zu erkennen und zu korrigieren. Dieser Test kann periodisch und unabhängig von der CPU ausgeführt werden.

Die Fehlerkorrektur ist bei Industrie-Servern Standard und wird auch gern für Audio PCs genutzt. Hierfür waren jedoch spezielle CPUs wie zum Beispiel Xeon-Prozessoren erforderlich. Beim „klassischen“ ECC wird auch die Datenübertragung zur CPU abgesichert und die Latenzen sind höher. Bei On-Die-ECC entfällt konstruktionsbedingt die Fehlerkorrektur zur CPU.

CL-Latenzen

Das Ziel unseres Schaffens liegt darin, das Rendern der Musik auf jeder Ebene mit geringstmöglichen Latenzen durzuführen. Die Leistung der Speichermodule liegt vor allem in der „absoluten“ Latenz. Die wichtigste Angabe ist dabei CAS (column access strobe) – latency (CL). Niedrigere Werte bedeuten höhere Speicherleistung. Die absolute Latenz berechnet sich aus der Taktrate und dem CL-Wert.

Beispiel G.Skill RipJaws V schwarz DIMM Kit 16GB, DDR4-3200, CL14-14-14-34

1.000/3.200*14*2 = 8,75ns (Nanosekunden)

Erfreulicherweise haben sich die Latenzen von DDR5 bei hochwertigen Modellen reduziert.

Beispiel G.Skill Trident Z5 schwarz DIMM Kit 32GB, DDR5-6000, CL30-40-40-96, on-die ECC

1.000/6.000*30*2 = 10,00ns (Nanosekunden)

Dieser Wert liegt zwar immer noch höher als bei DDR4, dafür ist die Bandbreite deutlich besser. Die G.Skill Arbeitsspeicher verfügen über eine sehr gute passive und formschöne Kühlung. Laut Hersteller werden hochwertige, handverlesene DDR5-ICs verwendet.

Motherboard

DDR5 und DDR4 sind untereinander nicht kompatibel und benötigen spezielle Motherboards. Es ist also nicht möglich erst mit DDR4 RAM zu beginnen und auf dem gleichen Motherboard auf DDR5 RAM zu wechseln.

Die Auswahl ist bei DDR5 Motherboards, bezogen auf die 12. Intel Prozessorgeneration, wesentlich größer als bei DDR4. Vor allem sind die stromstarken Spitzenmodelle mit hervorragender passiver Kühlung verfügbar. So hat zum Beispiel das Motherboard MSI MEG Z690 Unify-X einige sehr gute Eigenschaften:

Stromversorgung mit DIRECT 19+2 PHASEN 105A

Passive Kühlung mit Heatsinks und Heatpipes

SMT DDR5 Memory Slot

Das Motherboard MSI MEG Z690 Unify-X hat zwar nur zwei RAM-Slots, diese sind jedoch sehr robust. Aufgrund der hohen Frequenzen von DDR5 ist es besser, die Anzahl der Slots zu reduzieren. Es gibt zahlreiche Berichte von Usern, die Schwierigkeiten haben das XMP-Profil zu laden und von Systeminstabilitäten betroffen sind. Das soll mit dem fis Audio PC nicht passieren.

Das Motherboard hat keinen Anschluss für eine interne GPU (Graphics Processing Unit – Grafikprozessor), so dass die Intel KF-Modelle verwendet werden können. Bei diesen Modellen ist die GPU Funktion in der CPU deaktiviert. Für die Musikwiedergabe benötigen wir keinen Grafikprozessor.

Zusammenfassung

Die niedrigen Latenzen sind für DDR4 RAM immer noch ein sehr gewichtiges Argument. Außerdem ist die Technik schon lange im Einsatz und die Verfügbarkeit ist bei überschaubaren Preisen sehr hoch.

DDR5 RAM haben hinsichtlich der Latenzen gut aufgeholt. In Verbindung mit der mehr als dreifach schnelleren Speichertransferrate und der On-Die-Fehlerkorrektur ist DDR5 für den Enthusiasten mittlerweile die erste Wahl. Die Preise sind leider deutlich höher als bei DDR4.

Wir bieten deshalb ganz neu den fis Audio PC zusätzlich mit DDR5 RAM an. DDR4 RAM hat jedoch seine Daseinsberechtigung und wird weiter angeboten. DDR5 wird automatisch beim Zielbild mit High Power vorselektiert. Du kannst das mit der Wahl des Motherboards jederzeit ändern.

Bei Hochleistungsprozessoren tritt zwangsläufig eine hohe Temperaturentwicklung auf. Das betrifft sowohl die von uns verwendeten Intel CPUs der 12. Generation, als auch die Chips auf den Solarflare X2522 NICs. Auch Arbeitsspeicher und Festspeicher wollen gut gekühlt werden, da sonst hörbar die Leistung gedrosselt wird. Das alles spricht für leistungsstarke Lüfter. Und trotzdem verbauen wir keine – Warum?

Lüfter erzeugen Geräusche

Jeder kennt die Lüftergeräusche vom Haarfön. Neben dem Motorgeräusch kommen die Luftgeräusche dazu. Glücklicherweise gibt es im Computerbereich nahezu geräuschlose Lüfter. Das können zum Beispiel großflächige Gehäuselüfter mit 140mm Durchmesser sein. Oft reichen schon 200 bis 400 rpm (Umdrehungen pro Minute), um die im Gehäuse befindlichen Komponenten zu kühlen. Sogar im Verstärkerbau kommen Lüfter oft zum Einsatz. Wenn Lüfter so gut wie nicht zu hören sind oder der Audio PC separat in einer Kammer steht, denken viele die Probleme gelöst zu haben. Weit gefehlt, wie wir weiter ausführen werden.

Lüfter erzeugen Vibrationen

Der Elektromotor rotiert den Propeller und das erzeugt Vibrationen. Es gibt hochwertige Lüfter, welche dieses Problem mit einer flexiblen Befestigung mithilfe von Gummi-Halterungen minimieren. Es bleibt immer noch die Luftbewegung, die mehr oder weniger die Bauteile im Computer in Mikro-Vibrationen versetzen können. Vibrationen wollen wir gerade bei Clocks, und davon gibt es einige im Computer, nicht haben.

Lüfter erzeugen elektronische Störungen

Moderne Lüfter werden über die Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert. Dabei wird die Drehzahl über das ein- und ausschalten der Spannung (12V) geregelt. PWM-Lüfter arbeiten jedoch in einem Bereich um die 25 kHz, welches bedeutet, dass ein kompletter Zyklus (ein und aus) 25.000 mal in der Sekunde abläuft.

Ältere oder preiswertere Lüfter werden über die Höhe der Spannungen geregelt. Dabei kommt es regelmäßig zu Spannungsschwankungen. Die Drehzahlanpassung geht nur über einen kleinen Bereich von 5-12 Volt, dabei ist der Anstieg der Spannung nicht unbedingt äquivalent zum Anstieg der Drehzahl.

Es gibt separate elektronische Lüfterfilter, die Geräusche von CPU-Lüftern und Systemlüftern blockieren. Der SOtM FAN Filter verwendet zum Beispiel Ripple Noise- und HF-Rauschfilter. Zu 100% können nach unserer Erfahrung elekronische Störungen jedoch nicht kompensiert werden.

Lüfter erzeugen Staub

Wo der Wind weht wird Staub aufgewirbelt. Und je heftiger die Luftbewegung ausfällt, desto mehr Staub sammelt sich an. Das ist bei PC-Lüftern nicht anders. Staub kann elektrische Verbindungen stören und für einen Hitzestau sorgen.

Zusammenfassung

Auch wenn der Lüfter selbst nicht direkt zu hören ist, können Vibrationen, elektronische Störungen und Staubablagerungen den Musikgenuss empfindlich stören. Wir verwenden deshalb hochwertige passive Kühllösungen, damit nicht nur der Ton, sondern auch der fis Audio PC immer schön sauber bleibt.

DDR-SDRAM  (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) ist der wichtige Arbeitsspeicher, welcher die zu verarbeitenden Daten mit möglichst hoher Bandbreite und geringsten Latenzen zur Verfügung stellt. Beim Arbeitsspeicher sind die Daten flüchtig, die Daten werden also im Gegensatz zum Festspeicher (z. B. SSD) nicht dauerhaft gespeichert. Aktuell gibt es DDR-SDRAM in fünf Generationen, die 5. Generation (DDR5) wurde 2019 spezifiziert und erschien 2021 auf dem Markt. DDR4 und DDR5 sind nicht kompatibel. Wer sich für einen der beiden Arbeitsspeicher entscheidet, muss das dazugehörige Motherboard kaufen.

Speichertransferrate

Es gibt einige Unterschiede zwischen DDR4-SDRAM und DDR5-SDRAM. Ein wesentlicher Unterschied liegt in der Speichertransferrate, die bei DDR5 deutlich höher ausfällt. Um den theoretisch maximal möglichen Speicherdurchsatz zu berechnen, wird folgende Formel verwendet:

Speichertransferrate_{(in MByte/s)}  =  Takt der internen Logik_(in MHz)  ×  Prefetching-Faktor  ×  Busbreite_(in Byte)

DDR5 arbeitet mit wesentlich höheren Taktraten und ist auch beim Prefetching überlegen. Daher ergeben sich höhere Übertragungsraten.

RAM-Typ	Berechnung	Übertragungsrate
DDR4-2400	300 MHz × 8 × 8 Byte	19,2 GByte/s
DDR5-8000	500 MHz × 16 × 8 Byte	64,0 GByte/s

Für die Audioverarbeitung spielen die hohen Übertragungsraten dann eine Rolle, wenn ein Upsampling und eine Umkonvertierung auf DSD erfolgt.

On-Die-ECC Fehlerkorrektur

Die On-Die-ECC (Error Correction Code) betrifft die Fehlerkorrektur, die es nur bei DDR5 direkt auf dem Speicherriegel gibt. Jeder DDR5-RAM hat im Inneren 6,25 % zusätzliche RAM-Zellen, um Fehler auch bei Nicht-ECC-RAM zu erkennen und zu korrigieren. Dieser Test kann periodisch und unabhängig von der CPU ausgeführt werden.

CL-Latenzen

Bisher konnte DDR5 ganz klar punkten. Nun kommen wir zu einem wesentlichen Aspekt bei der Musikwiedergabe: das Ziel sind geringstmögliche Latenzen. Die Latenzen beschreiben eine feste Zeit zwischen Aktion und Reaktion. Bei Computern ist es die von der Soft- und Hardware benötigten Zeit, um die Daten zu verarbeiten. Jitter sind Schwankungen innerhalb dieser Zeit, die sich bei der digitalen Audioverarbeitung sehr schädlich auswirken können. Deshalb ist es von Vorteil die Latenzen so gering wie möglich zu halten, da Jitter wirksamer unterbunden werden kann.

Die Leistung der Speichermodule liegt vor allem in der „absoluten“ Latenz. Die wichtigste Angabe ist dabei CAS (column access strobe) – latency (CL). Der CL-Wert gibt an, wie viele Taktzyklen der Speicher benötigt, um Daten bereitzustellen. Niedrigere Werte bedeuten höhere Speicherleistung. Die absolute Latenz berechnet sich aus der Taktrate und dem CL-Wert.

Beispiel DDR4 3.200 MHz CL14 Speicher

1.000/3.200*14*2 = 8,75ns (Nanosekunden)

Die 3.200 MHz Taktraten sind nicht sehr viel, aber in Kombination mit dem CL-Wert von 14 sind die Latenzen sehr niedrig.

Beispiel DDR5 6.000 MHz CL40 Speicher

1.000/6.000*40*2 = 13,33ns (Nanosekunden)

Selbst mit einer sehr hohen Taktfrequenz von 6.000 MHz bleiben die Latenzen gegenüber DDR4 sehr hoch.Das liegt am hohen CL-Wert von 40.

Wer das nicht selbst ausrechnen möchte nimmt einen Rechner im Web: https://notkyon.moe/ram-latency.htm

Test mit AIDA64 Speicherverzögerung

Die Berechnungen zur CL-Latenz finden sich in der Praxis wieder. AIDA64 ist unter anderem ein in der Spieleszene gern verwendetes Benchmarkprogramm. Mit der Speicherverzögerung werden die Latenzen gemessen, wobei ein geringerer Wert besser ist. Von Hadwareluxx wurden einige Tests durchgeführt. Unten ist eine kleine Auswahl:

Intel Core i9-12900K DDR5 81.3 ns

AMD Ryzen 5 3500X 75.8 ns

AMD Ryzen 9 3900X 75 ns

AMD Ryzen 7 3700X 74.9 ns

Intel Core i9-12900K DDR4 63.1 ns

Intel Core i9-9900KS 55.6 ns

Der Unterschied zwischen DDR5 und DDR4 ist bei einem Intel Core i9-12900K erheblich. Bei DDR5 ist Intel sogar schlechter als AMD. Ein Intel Core i9-12900K mit DDR4 liegt deutlich vor AMD Ryzen.

Integrated Memory Controller

Wer mit der 12. Prozessorgeneration von Intel statt auf die neuen DDR5 auf die bewährten DDR4 RAMs setzt, wird trotzdem einen Vorteil nutzen können.

Intel CPUs der 11. Generation nutzten nur einen IMC (Integrated Memory Controller), siehe Bild links. Die 12. Generation hat zwei IMCs. Dies ermöglich einen höheren Datendurchsatz durch eine parallele Datenverarbeitung. Bei DDR4 wird im Bild in der Mitte die Datenstrecke angezeigt. Ganz rechts die über Kreuz-Verarbeitung bei DDR5.

Zusammenfassung

Die Entscheidung zwischen DDR4 und DDR5 muss früh getroffen werden, da sie untereinander nicht kompatibel sind. DDR5 kann ganz klar mit der Speicherbandbreite punkten, die für Audio bei Upsampling und DSD benötigt wird. Ein weiterer Pluspunkt ist die Fehlerkorrektur.

Die Nachteile liegen in den sehr hohen Latenzen. DDR5 RAM sind deutlich höher getaktet als DDR4 RAM und haben trotzdem sehr hohe Latenzen. DDR5 gibt es noch nicht lange auf dem Markt, was in den deutlich höheren Preisen abzulesen ist. Eine Intel CPU der 12. Generation kann trotz DDR4 den doppelten IMC (Integrated Memory Controller) ausnutzen.

Die niedrigen Latenzen sind für DDR4 RAM immer noch ein sehr gewichtiges Argument. Außerdem ist die Technik schon lange im Einsatz und die Verfügbarkeit ist hoch. Wir bieten daher bis auf weiteres den fis Audio PC nur mit DDR4 RAM an.

AVX2 wird seit geraumer Zeit von Intel für gleitkommaintensive Berechnungen, vor allem im Multimedia-, wissenschaftlichen oder Finanzbereich, verwendet. Für Nutzer vom HQPlayer oder anderen digitalen Signalverarbeitungen (DSP) ist das eine sehr wichtige Funktion. Für Intels 12. Prozessorgeneration (Alder Lake) ist nun auch das leistungsfähigere AVX512 möglich.

AVX-512 mit Windows 11 Pro

Bisher hatte AVX-512 die CPU regelmäßig auf den Basistakt gedrosselt. Siehe auch die scharfe Kritik an Intel AVX-512 aus dem Linux-Lager. Mit eigenen Experimenten stellten wir fest, dass dies beim Intel® Core™ i9-12900K Prozessor nicht mehr der Fall ist. Voraussetzung ist jedoch, dass die E-Cores deaktiviert werden. Zur grundsätzlichen Architektur siehe auch unseren Beitrag: Intels Core 12000 mit E-Cores und P-Cores und Windows 11.

HardwareLuxx berichtete von einer Effizienzsteigerung um 30%. Igor’s LAB hatte ebenfalls Tests durchgeführt: Effizienz-Geheimtipp AVX-512 auf Alder Lake – Der wieder aufgetauchte Befehlssatz im Praxistest. Wichtig ist noch zu erwähnen, dass Intel Anstrengungen unternimmt den Zugriff auf den Microcode auf BIOS Ebene zu unterbinden. Zumindest bei den msi-Motherboards, die wir verwenden, ist die Option AVX-512 Trial „auf eigenes Risiko“ weiter vorhanden.

Bei unseren Tests verwendeten wir Windows 11 Pro mit dem HQPlayer. Beim Intel® Core™ i9-12900K Prozessor deaktiverten wir die E-Cores und übertakteten die P-Cores auf 4 GHz und aktivierten Hyper-Threading. Beim ersten Test verwendeten wir Quellmaterial mit 44,1 kHz (CD-Format) und beim zweiten Test 96 kHz. Das Ergebnis war mit einer sehr guten Kernverteilung verblüffend gut. Rechenintensive Konvertierungen zu DSD256 wurden problemlos ohne Drosselung mit AVX-512 abgespielt.

AVX2 mit Linux Echtzeit-Kernel HQPlayer Embedded

Anders sieht es aus, wenn statt Windows ein Echtzeit-Kernel von Linux als Betriebssystem verwendet wird. Siehe unser Beitrag Signalyst HQPlayer 4 Embedded – schlanker und audiophiler geht’s nicht. Hier hatte die Abschaltung der E-Cores einen negativen Effekt. Wir verwenden daher für dieses Betriebssystem AVX2 und schalten trotzdem einen Teil der nicht benötigten E-Cores ab. Im Beispiel unten sind von den 6 E-Cores nur 2 E-Cores (die letzten beiden Nr. 16 und 17) aktiv. Die Konvertierung auf DSD1024 gelingt mühelos und der Klang ist traumhaft.

Zusammenfassung

Mit AVX-512 kann die Effizienz bei gleitkommaintensiven Berechnungen erheblich verbessert werden. Jedoch kommt es auf das Betriebssystem an. Während Windows hier punkten konnte, war das bei Linux nicht der Fall. Es darf auch nicht vergessen werden, dass die Tests etweder synthetische Berechnungen oder einen speziellen Anwendungsfall beinhalteten. AVX-512 erfordert die Abschaltung aller E-Cores, die das Betriebssystem eigentlich bei nicht so rechenintensiven Anwendungen entlasten sollen. Es kommt daher auf den jeweiligen Nutzungszweck an.

Mit einem Echtzeit-Kernel von Linux wie HQPlayer Embedded empfehlen wir daher AVX2 mit aktivierten E-Cores zu verwenden. Wenn nicht alle E-Cores benötigt werden, können zur Eingergieeinsparung trotzdem einige deaktiviert werden.

Die Frage ist etwas provokativ gestellt. Schließlich nehmen externe Netzteile zum Teil viel Platz weg. Oben sind links der fis Audio PC und rechts das JCAT OPTIMO S ATX LPS zu sehen.

Natürlich gibt es Geräte mit einem guten internen Netzteil. Die Fragestellung beschäftigt sich mit Netzteilen für Audio PCs, die eine hohe rauschfreie Leistung benötigen. Und da ist eine Integration schon sehr viel schwieriger umzusetzen.

LPS (Linear Power Supplies)

Lineare Netzteile sind hinsichtlich ihres geringen Ripple Noise den Schaltnetzteilen überlegen. Im Test von HardwareLuxx schneidet das Seasonic PRIME Ultra 750 W Titanium Schaltnetzteil sehr gut ab. Bei den Ripple-/Noisespannungen wurden 13 mV(pp) auf 3,3 Volt und 7 mV(pp) auf 5 V gemessen. Diese Werte sind weit von den 50 mV(pp) entfernt sind, die der ATX Design Guide als oberes Limit gesetzt hat.

Das JCAT OPTIMO S ATX LPS hat dagegen nur eine Ripple Wert von <25uV. Zum Vergleich: die oben genannten Werte von 13mV/7mV entsprechen 13.000uV/7.000uV. Es liegen nicht nur bei den Messdaten Welten dazwischen, sondern vor allem hörbar.

Platzbedarf

Lineare Netzteile sind unserer Meinung nach für Audio Zwecke aus den oben genannten Gründen die beste Wahl. Lineare Netzteilen benötigen aufgrund großer Trafos viel Platz. Es wird eine hohe Abwärme produziert. In einem lüfterlosen Audio PC ein lineares Netzteil zu verbauen ist daher oft kontraproduktiv.

Störungen auslagern

Hinzu kommen ein eventuelles Trafo-Brummen und Magnetfelder, welche empfindliche elektronische Teile im Computer stören können. Wird ein externes Netzteil verwendet, wird dieses einfach entfernt vom Audio PC positioniert.

Bessere Austauschbarkeit

Du kannst mit einem preiswerteren LPS beginnen und später durch ein hochwertigeres ersetzen. Der technische Fortschritt macht keinen Halt. Das extrem gute JCAT OPTIMO S ATX LPS wurde erst Ende 2021 zum Verkauf angeboten. Da die von uns angebotenen LPS von namhaften Herstellern kommen, können die alten Netzteile in der Regel sehr gut verkauft werden.

Reparaturfreundlich

Wird ein Netzteil defekt, muss nicht gleich der ganze Audio PC eingeschickt werden. Etwaige Reparaturen werden direkt vom Hersteller der Netzteile durchgeführt. Die kennen sich am besten damit aus.

Zusammenfassung

Lineare Netzteile verbrauchen viel Platz und produzieren Abwärme und sind daher für eine interne Lösung kotraproduktiv. Mechanisches Brummen und Magnetfelder wirken sich bei einem externen Netzteil nicht auf empfindliche Computerteile aus. Ein externes Netzteil kann jederzeit gegen ein besseres ausgetauscht werden und ist reparaturfreundlicher.

Heute war wieder so ein Tag, wo ich mich von einem Album extrem genervt fühlte. Ich hörte mir ein neues Album auf Qobuz an (den Künstlernamen lasse ich weg, denn der kann ja nichts dafür). Erst war es sehr involvierend. Die Bühne ging weit über die Lautsprecher hinaus. Aber irgendwie schlechte Instrumententrennung, irgendein Mischmasch. Und dann fiel es mir auf: die Schärfen im Klang. Da gehe ich gern in den HQPlayer und schau mir den Apod-Zähler an: 1.384.

Fehler im Tonstudio

Abhängig von den ADC / Mastering-Werkzeugen im Tonstudio kann es zu digitalen Aufnahmefehlern kommen. Um diese Fehler auszubügeln gibt es Apodisierungsfilter, welche die Impulsantwort des ursprünglichen Dezimationsfilters durch einen anderen zu ersetzt. Dies ermöglicht das Ändern des Zeit- und Frequenzbereichsverhaltens des ursprünglichen Filters. Apodisierende Filter sind für Reedbook-/CD-Formate (44.1/48kHz) wegen der niedrig liegenden Nyquist-Rate am wichtigsten.

Apodisierungserkennung im HQPlayer

Bei PCM-Quellinhalten kann der HQPlayer erkennen, ob ein Apodisierungsfilter erforderlich ist. Jedes Mal, wenn ein solches Ereignis im Quellinhalt erkannt wird, erhöht sich der Zähler. Wenn ein solcher Inhalt erkannt wird, insbesondere bei höheren Zählwerten, wird die Verwendung eines Apodisierungsfilters empfohlen. Diese Erkennung ist nicht absolut, kann aber als Richtlinie dienen, um zu entscheiden, wann ein nicht-apodisierender Filter nicht verwendet werden sollte. Es schadet nicht, einen apodisierenden Filter für Inhalte zu verwenden, die ihn nicht benötigen. Es ist jedoch schädlich, einen nicht-apodisierenden Filter für Inhalte zu verwenden, die einen solchen benötigen würden. Schau auch bei den Audio PC Grundlagen HQPlayer Filtereigenschaften.

Den Apodisierungszähler im HQPlayer als Indikator für schlechte Aufnahmen

Jedesmal wenn mich ein Titel wegen digitaler Schärfen nervte, bekam ich es mit dem Apodisierungszähler bestätigt. Wir reden dann von Zählwerten oberhalb des dreistelligen Bereichs. Der verwendete Filter poly-sinc-xtr-lp im obigen Beispiel ist kein apodisierender Filter. Mit dem apodisierenden Filter poly-sinc-xtr- short-lp war es deutlich erträglicher, aber nicht wirklich gut. Denn dazu kam noch Loudness War, was ich auch am Limitzähler = 5 bemerkte. Normalerweise zeigt bei mir der Limiter nichts an, da ich ein Gain von -4dB eingestellt habe. Ausreichend um Clipping zu vermeiden. Nicht so bei dieser Aufnahme.

Zusammenfassung

Manchmal ist man sich ja unsicher, ob es nur an der eigenen Tagesform liegt, wenn einem die Aufnahme nicht gefällt. Mit dem Apodisierungszähler im HQPlayer hast du einen einfachen Indikator zur Hand, das Gehörte zu validieren. Wenn dir die Musik trotzdem gefällt verwende einen apodisierenden Filter.

Die Funktionsvielfalt vom HQPlayer zu verstehen ist nicht einfach. Denn der HQPlayer ist viel mehr als nur ein Upsampler oder PCM/DSD-Konvertierer. Diese grundlegenden Funktionen haben wir hier beschrieben: Audio PC HQPlayer Filtereigenschaften.

Wie der HQPlayer als Betriebssystem genutzt werden kann haben wir hier beschrieben: Signalyst HQPlayer 4 Embedded – schlanker und audiophiler geht’s nicht.

In diesem Beitrag ziehen wir mehrere Kreise rund um die Themen:

• HQPlayer Control – blauer Bereich,
• HQPlayer Core – roter Bereich und
• HQPlayer Endpoint – grüner Bereich

Die Ebenen unterteilen sich in:

• Betriebssystem (OS) oder Geräte (Devices) – äußerer Kreis,
• Applikation (App) – mittlerer Kreis und
• Funktionen (Features) – innerer Kreis

HQPlayer Control

Die gute Nachricht ist, dass die Anwendungen für die Kontrolle des HQPlayer Cores nichts extra kosten. Zumindest wenn es sich um eigene Anwendungen wie HQPlayer Client handelt. Und es gibt eine große Vielfalt an kostenlosen Anwendungen für die Bedienung des HQPlayers. Diese Flexibilität ermöglicht auf den unterschiedlichsten Geräten und Plattformen ein großes Benutzererlebnis. Wir verwenden als Frontend gerne Roon, hören aber lieber mit dem HQPlayer die Musik, weil die Algorithmen soviel besser sind. Beides ist möglich.

HQPlayer Core

Der Kern vom HQPlayer wird vom Hersteller selbst als HQPlayer Desktop bezeichnet. Etwas verwirrend aber gemeint ist die Rechenmaschine und die Konfigurationsoberfläche, welche unter Windows (keine Server Editions), Apple (MacOS) oder Linux installiert werden kann. Diese Anwendung erfordert eine kostenpflichtige Registrierung.

Der Kern kann aber auch als HQPlayer Embedded Anwendung (ausschließlich unter Linux) installiert werden. Ursprünglich war die HQP Embedded Version für Businesspartner gedacht, die ihre Streamer, DACs, Computer oder andere Geräte damit ausstatten. Daher ist die Konfigurationsoberfläche sehr technisch und die Lizenz ist an das jeweilige Gerät gebunden. Diese Anwendung macht eine eigene kostenpflichtige Registrierung notwendig.

Die Lizenzen von HQPlayer Desktop und HQPlayer Embedded können nicht untereinander getauscht werden.

HQPlayer Endpoint

Hier handelt es sich um eine Besonderheit für eine asynchrone Datenweitergabe über das Netzwerk: NAA (Network Audio Adapter). Die Verarbeitung wird von HQPlayer Core durchgeführt und die verarbeiteten Daten werden dann asynchron über das Netzwerk an einen sehr leichten Netzwerk-Audioadapter gestreamt, der mit dem DAC verbunden ist. Asynchrones FIFO bietet maximale Isolation zwischen Verarbeitung und Audiowiedergabe. NAA ist optional.

HQPlayer Circle

Ohne Anspruch auf Richtigkeit und Vollständigkeit haben wir ein Kreisdiagramm erstellt, welches eine Funktionsübersicht bieten soll.

Lesebeispiele von außen nach innen:

1. Beispiel blauer Bereich (HQPlayer Control). Du verwendest ein Apple MacBook (Device) und kannst die Anwendung HQPlayer Client (App) zur Steuerung (Features) verwenden .
2. Beispiel roter Bereich (HQPlayer Core). Dein fis Audio PC (Device) kann mit dem HQPlayer OS (App aber auch gleichzeitig OS) eingerichtet werden und ermöglicht die Nutzung als HQPlayer Core (Features). Dieser enthält den Rechenkern vom HQPlayer und kann ungestört von anderen Anwendungen die Audiodaten in höchster Qualität verarbeiten.
3. Beispiel grüner Bereich (HQPlayer Endpoint). Mit deinem DAC T+A SDV 3100 HV (Device) kannst du den integrierten HQPlayer NAA (App) als Endpunkt (Features) nutzen.

Anlass dieses Beitrags ist eine Beschwerde von einem Selbstbauer, dass etwas nicht funktionierte. Das Pikante daran: er hatte gar nichts bei uns gekauft. Er bezog sich auf unsere Empfehlung: Lichtwellenleiter (LWL) mit niedrigen Latenzen. Dort stand, dass die Windows Server Treiber für die XILINX Solarflare Netzwerkadapter auch in Windows 10 Pro einwandfrei funktionieren. Das ist auch so. Nur bekam es der Selbstbauer nicht hin. Wir gaben den Tipp die Firmware zu aktualisieren (was wir immer machen).

Wir unterstützen mit Begeisterung Selbstbauer!

Das möchten wir an dieser Stelle deutlich sagen, bieten wir doch allerlei Zubehör an. Mit unseren Zubehör-Produkten sind wir sehr transparent. In der Regel ermöglichen unsere Produktbeschreibungen sogar einen (günstigeren) Direktkauf bei einem Online-Shop. In diesem Fall können wir jedoch keinen Support leisten, obwohl wir es manchmal trotzdem tun.

Forschung und Entwicklung (F&E)

Bitte berücksichtige bei unseren Preisen, dass wir Zeit und Geld in die Forschung und Entwicklung stecken. Da ist auch viel Ausschuss dabei. Der Aufwand in der Konfiguration der Software ist sehr hoch. Oft ist es so, dass die Konfiguration exakt auf das Produkpaket ausgerichtet ist. Wir werden oft gefragt, welche BIOS Einstellungen die Besten sind. Das können wir so pauschal nicht beantworten. Zum einen hängt es vom Zielbild des Nutzers ab. Zum anderen sind viele Einstellungen von der Hardware abhängig.

Wir verkaufen nur etwas, das wir vorher ausführlich getestet haben

Wir versprechen aber eins: Kaufst du einen fis Audio PC, dann funktioniert dieser Bestens mit unserer Konfiguration. Dafür testen wir den fis Audio PC und legen ein ausführliches Testprotokoll bei. Dafür stehen wir mit unserer Händlergewährleistung von zwei Jahren ein. Selbst bauen kann sehr viel Spaß machen. Es ist aber auch mit viel Frustration verbunden, wenn etwas nicht funktioniert. Wenn du dir unsicher bist schone deine Nerven und beauftrage uns.

Bester Klang und höchste Kundenzufriedenheit sind unser Ziel

Wir betreiben unser Geschäft mit Leidenschaft. Wir möchten das du als unser Kunde zufrieden bist. Wir beraten dich auf Gundlage deines Zielbilds unentgeltlich. Wir wollen nicht mit Online-Shops konkurrieren. Wir bieten eine funktionierende Gesamtheit an Produkten an und lassen dich bei Problemen nicht im Regen stehen. Dieser Service kostet halt etwas.

Einführung in das Thema

Jeder PC benötigt Gleichstrom (DC). Aus 230V Wechselstrom (AC) werden in der ersten Stufe meist 19V Gleichstrom (DC) erzeugt. In der zweiten Stufe werden aus diesen 19V nach dem jetzigen ATX Standard die Motherboards mit 3,3V, 5V und 12V bedient. Es gibt übrigens einen neuen Standard ATX12VO, der nur noch 12V bereitstellt. Dieses Konzept hat sich in der Breite allerdings (noch) nicht durchgesetzt.

Nun gibt es natürlich viele Netzteile mit ATX Spezifikation. Diese bringen die notwendigen Molex ATX-Anschlüsse gleich mit. Die von der Computerindustrie bereitgestellte Stromversorgung sind jedoch oft Schaltnetzteile von geringer Bauteilequalität und hohem Ripple Noise. Die ATX-Kabel sind meist von dünnem Querschnitt, schlechter Materialqualität und ungenügend geschirmt.

Egal in welcher Gerätekategorie, wir sind davon überzeugt dass eine hochwertige lineare Stromversorgung immer Klangvorteile bringt. Bisher haben wir das in den vorgenannten zwei Stufen umgesetzt:

1. Stufe: lineare Stromversorgung (Eingang 230V / Ausgang 19V) zum Beispiel mit Keces P8 oder P28
2. Stufe ATX Stromversorgung (Eingang 19V / Ausgang 12V, 5V und 3,3V) zum Beispiel mit HDPLEX 400W DC-ATX Konverter

JCAT S OPTIMO ATX

Mit dem sehr rauscharmen und leistungsfähigen Netzteil JCAT OPTIMO S ATX  entfällt der DC-ATX Konverter, denn dieser ist bereits integriert. Im Gerät sind drei Transformatoren für die notwendigen Spannungen verbaut.

Nominal Output Current	12V	23A
	5V	20A
	3.3V	20A
	5V SB	2.5A

Schlauerweise hat der 12V Output die höchste Stromstärke, denn damit wird die CPU versorgt. Die Ausgangsbuchsen wurden direkt mit hochwertigen Molex PINs (vergoldet) umgesetzt. Die Kabel Molex 24 Pin zu Molex 24 Pin ATX und Molex 8 Pin zu Molex 8 Pin CPU werden mitgeliefert und sind richtig schwer. Das liegt ganz klar am Kabelmaterial aus abgeschirmten versilberten Kupfer mit einem Querschnitt von 18 AWG.

Die Kabelenden werden einfach an das Motherboard angeschlossen. Wir verzichten ganz bewusst auf weitere Buchsen wegen der unvermeidlichen Übergangswiderstände.

Schon beim ersten Test konnten wir diese mühelose High Power bewundern. PCM zu DSD1024 oversamplen? Überhaupt kein Problem.

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Hochanspruchsvolle Filter poly-sinc-ext3, ASDM7ECv2, DSD256 des HQPlayers laden? Die Power wird uneingeschränkt zur Verfügung gestellt.

Wie hört sich das an?

Wenn etwas besonders gut wiedergegeben wird nimmt gefühlt die Lautstärke ab. Das liegt daran, dass die Nebengeräusche weiter nach unten gedrückt werden, also die sogenannte Schwärze zunimmt. Das LPS hat einen Ripple Noise von lediglich <25uV RMS (0,025 Millivolt [mV]).

Das JCAT OPTIMO S ATX LPS ist für uns ein Game Changer. Das haben wohl auch andere geahnt, denn die erste Charge ist schon ausverkauft. Die nächste kommt erst im März 2022.