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Wieso sind bei digitaler Audioübertragung klangliche Unterschiede möglich?

Wenn das Internet nicht richtig funktionieren würde, wären keine Bankgeschäfte möglich! Dieses Argument wird gern gegen Klangunterschiede bei der digitalen Musikwiedergabe ins Feld geführt. Und in der Tat gibt es Sicherheitsmechanismen, die sehr zuverlässig dafür sorgen, dass der digitale Code richtig beim Empfänger ankommt. Trotzdem sind zum Teil deutliche klangliche Einschränkungen bei digitaler Audioübertragung möglich. Wir wollen uns dem Thema zuerst auf der digitalen Ebene und dann auf der analogen Ebene nähern.

Die digitale Ebene

Die digitale Speicherung und der Transport von Musik erfolgt in Form von Bytes, welche aus 8 Bits bestehen. Ein Bit kann zwei mögliche Zustände annehmen, die meist als „Null“ und „Eins“ bezeichnet werden. Natürlich soll das Audiosignal bitidentisch transportiert werden. Damit das gelingt sehen wir uns die Prüfsummenprotokolle im Internet an.

Prüfsummen

Mit dem IEEE 802.3 Tagged MAC Frame wird das gängige Format der Ethernet-Datenübertragungsblöcke beschrieben. Wichtig ist hier der Abschnitt für die CRC-Prüfsummen, siehe unten im Bild der rechte Datenblock. Wenn ein Paket beim Sender erstellt wird, erfolgt eine CRC-Berechnung über die Bitfolge und die Prüfsumme wird an den Datenblock angehängt. Der Empfänger führt nach dem Empfang die gleiche Berechnung aus. Stimmt die empfangene nicht mit der selbst berechneten Prüfsumme überein, geht der Empfänger von einer fehlerhaften Übertragung aus und der Datenblock wird verworfen und neu angefordert.

Quelle: Von Bluepoke 10:00, 25. Feb. 2009 (CET) – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/inde…curid=52587425

Das ist auch das Standardargument derjenigen, die sich über Ethernetoptimierungen lustig machen. Die Daten kommen immer Bitperfekt an. Musik ist jedoch zeitkritisch. Wenn die Zeit bei einem fehlerhaften Paket für eine Wiederholung nicht mehr ausreicht, ist zum Beispiel das typische Knistern wie bei einer Schallplatte zu hören. Bei gravierenden Übertragungsproblemen kommt es zu Dropouts.

Samplingraten und Puffer bestimmen die Latenzen

Ein Sample ist die kleinste Einheit bei der Audio-Abtastung. Bei 44,1 kHz (CD-Format) sind es z.B. 44.100 Samples pro Sekunde. Daraus lässt sich die Latenz errechnen. Latenz bedeutet zeitliche Verzögerung zwischen Aktion und Reaktion. Störende Latenzen liegen im Datenstrom und in der Datenverarbeitung  begründet. Beim Rendern von Audiosignalen (z. B. von Flac in PCM oder DSD) und der Übertragung dieser Daten entstehen Latenzen. Sie ergeben sich aus der von der Soft- und Hardware benötigten Zeit, die Daten zu verarbeiten. Bei der Datenübertragung spielen zudem der Sample-Puffer (engl. Buffer) eine Rolle, die bei Audiokarten üblicherweise im Bereich zwischen 52 und 512 Samples liegen, um ein Abreißen des Datenstroms zu verhindern.

Latenzen bei einem CD-Format mit Standardpuffereinstellung:

44.100 Samples = 1.000 ms
256 Samples = 5,8 ms (1000*256/44.100)

Die 256 Samples stellen in den USB oder Ethernet-Treibern den sogenannten Puffer dar. Nach 5,8 ms erfolgt ein Interrupt und der Speicherinhalt wird gesendet und geleert. Nun steht der Puffer für weitere 256 Samples bereit. Je größer der Puffer ist, desto größer sind die Latenzen. Dafür wird die CPU weniger belastet. Umgekehrt führt ein sehr geringer Puffer zu sehr geringen Latenzen. Jedoch wird die CPU mehr belastet, da die Interrupts häufiger vorkommen.

Beispiel für sehr geringe Latenzen:

44.100 Samples = 1.000 ms
52 Samples = 1,18 ms (1000*52/44.100)

Durch die Verringerung der Samples können die Latenzen deutlich reduziert werden. Die Pakete sind kleiner und müssen häufiger versendet werden.

Latenzen und Jitter

Während die Latenz eine feste Zeit zwischen zwei Ereignissen definiert, beschreibt Jitter die Schwankungen innerhalb dieser Zeit. Im Bild unten wird das Audio Signal in Paketen versendet, welches im Originalzustand alle 5,8 ms ein Paket mit 256 Samples transportiert. Jitter kann dazu führen, dass die Samples unten im Beispiel auf bis zu 6,0 ms verlangsamt oder auf bis zu 5,6 ms beschleunigt werden. Wird die Taktung nicht korrigiert ist das hörbar.

Nun lassen sich die Auswirkungen von Jitter vermindern, wenn die Latenzen durch einen geringeren Puffer verringert werden. Bei einer 44.1 kHz Audiodatei kann zum Beispiel der Puffer auf 52 Samples reduziert werden. Dies führt wie oben im Rechenbeispiel zu einer sehr geringen Latenz von 1,18 ms. Im Bild unten wird der Zusammenhang zwischen kleinem Puffer, dafür mehr Pakete und weniger Jitter (blaue Kurve) deutlich. Aber Vorsicht! Die Hardware und Software müssen dafür geeignet sein, sonst führen die häufigen Interrupts zu einer Überlastung des Systems und der Datenstrom reißt ab.

Die Gegenstimmen argumentieren, dass Jitter bei der Datenübertragung keine Rolle spielt, da letztendlich im DAC sowieso alles in dessen Puffer landet und bei asynchroner Datenübertragung von dort aus neu getaktet wird. Rein technisch ist das richtig. Viele Beobachtungen deuten jedoch darauf hin, dass ein zeitlich perfekt transportiertes Signal (zum Beispiel durch Reclocking) einen hörbaren positiven Effekt hat. Technisch lässt sich dieser Effekt unseres Wissens leider nicht erklären.

Digital Analog Converter (DAC)

Am Ende muss aus dem digitalen Signal wieder die analoge Amplitude gewonnen werden. Beim CD-Format wird die Amplitude 44.100fach pro Sekunde (44.1 kHz) abgetastet. Die Bandbreite ist dabei auf die Hälfte, nämlich auf 22.05 kHz beschränkt. Grundlage ist das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem. Dabei wird das Originalsignal mit einer Rate abgetastet, die mehr als doppelt so hoch wie die höchste im Signal vorkommende Frequenz ist. Wird das Abtasttheorem durch eine zu niedrige Abtastrate verletzt, so werden Frequenzanteile, die ursprünglich höher waren als die halbe Abtastrate (Nyquist-Frequenz), als niedrigere Frequenzen interpretiert, da für diese eine Unterabtastung stattfindet. Dieses unerwünschte Phänomen wird Alias-Effekt genannt.

Dafür gibt es Anti-Aliasing Filter (Tiefpassfilter), die bei einer 44.1 kHz Quelle sehr steil ausfallen müssen. Idealerweise sehen wir alles bis 20 kHz ohne Dämpfung und dann vollständig bis 22,05 kHz gedämpft. Die Filter 5 und 7 unten im Bild zeigen noch die beste Dämpfung. Der Default Filter dämpft jedoch bereits im hörbaren Frequenzbereich, die Filter 2 und 4 dämpfen erst vollständig ab 28 kHz und lassen somit bei 44.1 Quellen Alias-Effekte zu.

Deshalb kann HiRes ab 88.2 kHz einen hörbaren Vorteil haben, da hier der Anti-Aliasing-Filter erst später einsetzen und weniger steil dämpfen muss und somit den hörbaren Bereich nicht tangiert. Alternativ werden im Audio PC hochwertige Filter eingesetzt, wie zum Beispiel im HQPlayer. Wenn der DAC in den NOS (Non Oversampling) Modus versetzt wird, werden die internen Filter umgangen und die höherwertigeren Filter verwendet. Dies setzt eine angemessene Rechenleistung des Audio PCs voraus.

Die analoge Ebene

Wir sehen uns jetzt die analoge Ebene für die digitale Audioübertragung an. Denn die Bits werden in Hochfrequenz nach dem Prinzip der differentiellen Signalübertragung mit symmetrischen Spannungen übertragen!

Hochfrequenz (HF)

Für die Übertragung gibt es verschiedene Frequenzbereiche. Ein Cat5-Kabel überträgt die Daten mit einer Frequenz von bis zu 100MHz und schafft damit maximal eine Rate von 100Mbps. Ein CAT6a-Kabel überträgt bis 500MHz mit einem maximalen Durchsatz von 10Gbps. Hochfrequenzanteile können sich sehr parasitär in angeschlossenen Geräten einnisten und das Nutzsignal demodulieren. Wer zum Beispiel mit dem Smartphone in die Nähe eines Röhrenverstärkers kommt, wird die Funksignale im GHz-Bereich hören.

KategorieNetzwerkÜbertragungsfrequenzMaximale ÜbertragungsrateÜbertragungsdistanz
Cat5100Base-T & 10Base-T1~100MHz100Mbps100m
Cat5e1000Bsae-T1~100MHz1000Mbps100m
Cat61000Bsae-T1~250MHz1000Mbps/10Gbps100m/37~55m
Cat6a10GBase-T1~500MHz10Gbps100m
Cat710GBase-T1~600MHz10Gbps100m
Cat825/40GBase-T1~2000MHz25Gbps oder 40Gbps2000 MHz bei 30m
Quelle: https://community.fs.com/de/blog/wha…it-matter.html

Eye pattern Diagramm

Das Eye pattern oder Augenmusterdiagramm lässt Rückschlüsse auf die Qualität des Signals zu. Dabei wird über einen Oszilloskop die Überlagerung aufeinanderfolgender Wellenformen zu einem zusammengesetzten Bild erstellt. Im Bild unten wird auf der Ordinate (y-Achse vertikal) der Spannungszustand definiert, ab der eine binäre 0 oder 1 anliegt. Auf der Abszisse (x-Achse horizontal) ist der Zeitverlauf angegeben. Über die Spannungszustände und dem Zeitverlauf ergibt sich so zum Beispiel eine Bitsequenz von 011 (Gelb).

Wenn sich über die verschiedenen Bitsequenzen auf dem Oszilloskop in der Mitte ein großes Auge erkennen lässt, ist die Signalqualität in Ordnung. Störungen in den Spannungsverläufen, zum Beispiel Verschiebungen durch Jitter oder eine zu geringe Steilheit in den Flanken können zu Fehlinterpretationen der Bitsequenzen führen. Durch die Prüfsummen wird das fehlerhafte Datenpaket zwar erkannt, aber wenn das zu oft passiert gehen Datenpakete verloren.

Daraus folgt die Erkenntnis, dass es auch auf eine gute Qualität der Kabel ankommt! Neben der reinen Dämpfung des Leiters und der Qualität der Steckverbindungen machen sich andere Effekte wie z. B. Übersprechen, Leitungskapazitäten und -induktivitäten, Störstrahlung von außen und bei sehr hohen Frequenzen sogar der Skin-Effekt bemerkbar. Bewährt haben sich zum Beispiel LAN Kabel mit nicht aufgelegtem Schirm oder RJ45-Stecker aus Kunststoff mit dem gleichen Effekt. So werden Masseschleifen vermieden. Alternativ kann mit Glasfaser (Lichtwellenleiter – LWL) eine perfekte galvanische Trennung erreicht werden. WLAN wird auch von vielen genutzt, ist jedoch störanfällig und wirkt mit den WLAN Antennen in der Nähe der Anlage als HF-Schleuder.

Gleichtaktstörungen

Unter Gleichtaktstörungen werden Störspannungen und -ströme auf den Verbindungsleitungen zwischen elektrischen Komponenten oder elektrischen Bauelementen verstanden, welche sich mit gleicher Phasenlage und Stromrichtung sowohl auf der Hinleitung als auch der Rückleitung zwischen diesen Komponenten ausbreiten. Es hat sich gezeigt, dass Switche und Router von einer Stromversorgung mit geringem Ripple Noise profitieren.

Zusammenfassung

Auf der digitalen Ebene wird über Prüfsummen sichergestellt, dass die Audiodaten bitidentisch beim Empfänger ankommen. Wenn die Zeit für eine erneute Anforderung und Verarbeitung eines Datenpakets jedoch nicht mehr ausreicht, dann gehen Datenpakete mit klanglichen Auswirkungen verloren.

In den Schnittstellen für Ethernet, WLAN und USB können in der Regel die Puffer über die Samplingraten erhöht oder verringert werden. Mit einer Verringerung der Samplingraten werden die Latenzen kleiner und Jitter kann dadurch reduziert werden. Dies setzt jedoch leistungsfähige Komponenten voraus, da die CPU stärker gefordert wird.

In der digitalen Signalverarbeitung müssen Anti-Aliasing-Filter eingesetzt werden. Diese können bei schlechter Qualität das hörbare Frequenzspektrum beeinflussen. Lösungen sind „echte“ HiRes -Dateien und/oder leistungsfähige Audio PCs mit entsprechender Software. Der DAC läuft dann im NOS.

Der Transport der Bits erfolgt analog über Hochfrequenz (HF) nach dem Prinzip der differentiellen Signalübertragung mit symmetrischen Spannungen. Selbst wenn alles bitidentisch übertragen wurde, kann sich Hochfrequenz parasitär im DAC und anderen Geräten breit machen und das hörbare Spektrum demodulieren.

Die Signalintegrität der unterschiedlichen Spannungszustände ist wichtig. Fällt das Eye pattern Diagramm schlecht aus, können die Bitsequenzen nicht mehr zuverlässig unterschieden werden und die Datenpakete werden verworfen. Gute LAN Kabel sind deshalb wichtig oder es werden alternativ Lichtwellenleiter (LWL) verwendet. Gleichtaktstörungen können durch gute (lineare) Netzteile mit geringem Ripple Noise reduziert werden.

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FRITZ!Box audiophiles Setup

Der Router stellt die Verbindung zur Außenwelt (Internet) dar und hat meistens einen DHCP-Server, welcher automatisch die IP-Adressen an die angeschlossenen Geräte vergibt. Auch wenn heutige Router für Multimedia viele Funktionen anbieten, sind sie für gehobene Ansprüche nicht audiophil genug. Das liegt unter anderem an der bescheidenen Hardware-Qualität, welches auch dem relativ geringen Preis geschuldet ist.

Manche Funktionen können den Klang verschlechtern. In diesem Newsletter geht es darum, wie durch einfache Änderungen in der Konfiguration des Routers Klangsteigerungen möglich sind. Außer ein wenig Mühe kostet das nichts. Am Beispiel der FRITZ!Box 6590 Cable zeigen wir dir, was die Einstellungen bewirken und wo du sie findest. Als erstes musst du unten links (siehe obiges Bild) die Ansicht auf „Erweitert“ umstellen und klickst dann auf „Inhalt“. Im Hauptfenster wird nun das gesamte Konfigurationsmenü angezeigt.

Datensicherung

Die Tipps geben wir unter Ausschluss jeglicher Gewährleistung. Damit du einen arbeitsfähigen Zustand jederzeit wiederherstellen kannst, empfehlen wir dir vor der Konfiguration die Sicherung der Daten. Dafür klickst du unter „System > Sicherung“ auf „sichern“ und vergibst ein Passwort. Die erzeugte Datei speicherst du entsprechend ab und kannst sie für die Wiederherstellung verwenden.

WLAN auslagern

Im Router sind starke Antennen für WLAN eingebaut, welche mit ihrer starken Hochfrequenzenergie das Nutzsignal demodulieren können. Dabei geht es uns nicht um Probleme bei der bitidentischen Übertragung, die durch Prüfsummen sowieso sehr gut abgesichert ist. Es geht darum, dass sich HF Anteile parasitär über Kabel in die Endgeräte, zum Beispiel den DAC, einnisten und den Klang beeinträchtigen können.

Die Antennen sind in der Regel innen verbaut und strahlen ensprechend auf alle Bauteile in der Box. Da viele zur Abdeckung des WLANs sogenannte Repeater im Einsatz haben, wollen wir diese für eine Auslagerung des WLAN-Signals nutzen. Zu empfehlen ist die vorherige Einrichtung eines Mesh Netzwerks, siehe Mesh mit FRITZ! In der Konfigurationsoberläche des Repeaters legst du die Zugangsart als „LAN-Brücke“ fest. Das machst du unter „Zugangsart ändern“ ganz unten im Bild. Klicke auf „übernehmen“. Anschließend ist es wichtig, bei den „Einstellungen aus dem Mesh automatisch übernehmen“ das Häkchen rauszunehmen. Sonst würde beim deaktivieren des WLANs in der FRITZ!Box auch bei den angeschlossenen Repeatern das WLAN abgeschaltet werden.

Nun geht es zurück zur FRITZ!Box 6590 Cable, um das WLAN abzuschalten. In „WLAN > Funknetz“ entfernst du die Häkchen bei „2,4-GHz-/ und 5-GHz-Frequenzband aktiv“.

Priorisierungen einrichten

Alle im Netzwerk angeschlossenen Geräte kämpfen um die Bandbreite und um die Priorisierung. Für das Streaming wollen wir für die beteiligten Geräte natürlich eine bevorzugte Priorisierung erreichen. Rufe dazu die Konfiguration unter „Internet > Filter“ und „Echtzeitanwendungen“ auf. Füge deine Netzwerkgeräte in die Liste hinzu. Alternativ kannst du es auch direkt beim angezeigten Gerät unter „Heimnetz > Netzwerk“ konfigurieren. Anschließend werden diese bei der Internetverbindung bevorzugt.

DECT deaktivieren

Bei  DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) handelt es sich um einen besonders agressiven Dienst, den du abschalten kannst. Gehe zu „Telefonie > DECT“ und deaktive „DECT-Basisstation aktiv“. Wer auf Internettelefonie nicht verzichten will, soll zumindest den „DECT ECO“ Mode aktivieren.

LED Anzeige ausschalten

Die LEDs nerven mitunter nicht nur optisch, sondern sind auch HF-Schleudern. Im Repeater gehst du zu „System > LEDs“ und setzt bei „LED-Anzeige ausschalten“ das Häkchen.

Bei der FRITZ!Box 6590 Cable gehst du zu „System > Tasten und LEDs“ und setzt bei „LED-Anzeige ausschalten“ das Häkchen.

USB deaktivieren

Du kannst die FRITZ!Box 6590 Cable auch als NAS verwenden, wenn du zum Beispiel einen USB-Stick anschließt. Die auf dem USB-Stick gespeicherten Daten, zum Beispiel Musikfiles, stehen dann allen Netzwerkgeräten zur Verfügung. Das hört sich praktisch an, aber ist es audiophil? Wenn du Zweifel hast verwende dafür lieber einen Control PC. Zum deaktivieren gehst du zu „Heimnetz > USB / Speicher“ und entfernst das Häkchen bei „Speicher-(NAS)-Funktion von Dein-Mesh-Name aktiv“

Mediaserver deaktivieren

Mit der FRITZ!Box 6590 Cable können direkt Musik, Bilder und Videos abgespielt werden. Das Abspielgerät, zum Beispiel ein Fernseher, muss dafür UPnP (Universal Plug and Play) unterstützen. Hört sich auch praktisch an, aber genügt nicht unseren audiophilen Ansprüchen. Verwende dafür lieber einen Control PC. Unter „Heimnetz > Mediaserver“ entfernst du bei „Mediaserver aktiv“ das Häkchen.

LAN-Einstellungen Green Mode

Viele schwören auf eine Verringerung der Bandbreite auf 100 Mbit/s, statt 1 Gbit/s zu verwenden. Die Idee dahinter ist, dass weniger Energie das elektronische Rauschen absenkt. Gegenstimmen sagen, dass mit einer geringeren Bandbreite höhere Datenbursts erforderlich werden (z. B. bei Jumbo Frames) und dadurch erst recht Störungen verursacht werden.

Wir sagen dazu: Es kommt auf den Einsatzzweck an. Wer zum Beispiel gern im NOS (Non Oversampling) in CD-Qualtität streamt, der hat mit 100 Mbit/s kein Problem. Es werden nur 1,41 Mbit/s (44.100 x 16 Bit x 2 = 1.411.200 Bits) benötigt. Anders sieht es beim Upampling aus. Beim Upsampling auf das 16fache einer CD mit hoher Bittiefe werden 45,16 Mbit/s (705.600 x 32 Bit x 2 = 45.158.400 Bits) benötigt. Beim Upsampling oder PCM zu DSD Konvertierung sollte dann eine 1,0 GBit/s Leitung verwendet werden. Dies auch vor dem Hintergrund, dass die Audiofiles nicht die einzigen Daten sind, die über die Datenleitung gehen. Hinzu kommen zum Beispiel die Downloadstreams oder Steuer-/ und Remotedaten.

Gänzlich unkritisch ist die Umstellung nicht benötigter LAN Ports auf Green Mode. Dazu gehst du zu „Heimnetz > Netzwerk“ und änderst unter „LAN-Einstellungen“ den Energieverbrauch.

Paketbeschleunigung deaktivieren

Dieses Thema ist sehr strittig. Aus den Gamingkreisen war in der Vergangenheit zu hören, dass die Paketbeschleunigung zu ruckligen Spieldarstellungen führte. Insbesondere die bei Spielen wichtigen Latenzzeiten verschlechterten sich. Vielleicht ist es den Softwareupdates geschuldet, dass dieser Effekt bei uns nicht auftrat und wir es deshalb nicht empfehlen. Bei unseren Versuchen halbierte sich die Bandbreite und die Latenzen blieben gleich.

Wenn du es selbst ausprobieren möchtest, gehst du zu „FITZ!BOX Support“ Dieser Link befindet sich etwas versteckt nicht in der Inhaltsübersicht, sondern in der Fußzeile der Website. Aktiviere „Paketbeschleunigung inaktiv“ und verwende danach einen Speedtest deiner Wahl, um das Ergebnis zu kontrollieren.

Zusammenfassung

Ein audiophiles Setup deines Routers kannst du in wenigen Schritten kostenlos erreichen. Verlagere das WLAN auf einen Repeater, schalte DECT ab und vermindere damit die HF-Einstrahlung auf empfindliche Bauteile und Kabel. Mit der Priorisierung verschaffst du deinen audiophilen Geräten die Vorfahrt gegenüber anderen Netzwerkgeräten. Die LED Abschaltung tut deinem Auge und deinen Ohren gut. USB Speicher und Mediaserver aktivierst du lieber in einem Control PC, aber nicht im Router. Die LAN Ports müssen nicht alle auf höchster Energiestufe laufen. Bei der Deaktivierung der Paketbeschleunigung musst du experimentieren, ob das bei dir was bringt.

Es gibt noch andere Bausteine für ein audiophiles Netzwerk. Schau in unsere Grundlagen: Wie baue ich ein störungsfreies und audiophiles Audio PC Netzwerk auf?

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HQPlayer als Betriebssystem und als alleinigen Player verwenden

Euphony Nutzer sind aktuell frustriert. Während die Version 3 noch mit einer lebenslangen Lizenz verkauft wurde, gibt es die Euphony Version 4 nur noch im Abo-Modell. Das ist dann nochmal eine Einschränkung gegenüber Roon, die immerhin neben dem Monats- oder Jahres-Abo eine lifetime license anbieten. Warum stattdessen nicht gleich den HQPlayer als Betriebssystem und Player verwenden? Das HQPlayer OS kostet nämlich nichts, außer ein wenig Mühe sich einzuarbeiten.

Das HQPlayer OS ist ein Echtzeitbetriebssystem und sehr schlank, schau hier: Signalyst HQPlayer 4 Embedded – schlanker und audiophiler geht’s nicht. Damit gehören Optimierungen wie unter Euphony oder auch Windows der Vergangenheit an. Auf unserer Supportseite steht wie es geht: Anleitung für das Update des HQPlayer OS. Das „Update“ ist im Grunde immer eine neue Installation. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der Bedienung des HQPlayers. Neben eigener gespeicherter Titel kann auch über Qobuz oder HRA Streaming gestreamt werden.

HQPlayer Browser

Wenn du das HQPlayer OS gebootet hast, kannst du im Browser über die IP-Adresse darauf zugreifen. Die Benutzeroberfläche ist zwar sehr spartanisch gestaltet, aber für die Konfiguration ausreichend. Für die Ersteinrichtung gehst du als erstes auf Configuration (siehe obere Leiste). Der Standard-Benutzername für die Webschnittstelle ist „hqplayer“ und das Standard-Passwort ist „password“.

Damit es leserlich bleibt, bschreiben wir nur die grundlegenden Funktionen. Es gibt ein Handbuch, welches du mit einer der Desktop-Versionen erhältst. Als Backend wählst du aus, über welchen Weg der DAC die Daten empfangen soll. Bei USB mit ALSA oder wie hier über NAA (Network Audio Adapter). Wenn du alles auf DSD umrechnen lassen möchtest, wählst du als Output mode „SDM“ aus.

HQPlayer Configuration

Um eigene Musikfiles einzubinden, welche im Netzwerk (z. B. auf einem NAS) zur Verfügung stehen, musst du den Netzwerkpfad unter NetworkMounts hinterlegen. Am Beispiel eines freigegebenen Windows Ordners könnte die Freigabe wie folgt aussehen:

Share: \\DEINSERVERNAME\ggf. Unterordner
Username: DEIN NAS NAME
Password: DEIN PASSWORD
eventuell Aktivierung SMB/CIFS v1

Danach gehst du auf Library und wählst „/smb“ aus und klickst auf Scan. Für Musikfiles, die sich intern auf dem Audio PC befinden, kannst du alternativ „/storage“ ausprobieren. Nicht gleich ungeduldig werden, denn je nach Größe kann es dauern bis alles eingelesen wurde. Wenn alles funktioniert hat, kannst du endlich die Musik abspielen. Das kannst du sogar im Browser bedienen. Klick einfach nebem dem Album auf die Play-Taste.

HQPlayer Library laden

Weitere Informationen und Bedienungsmöglichkeiten (z. B. Titel überspringen oder Lautstärke regeln) findest du auf der Seite Main.

HQPlayer Main

HQPlayer Client

Die Bedienung über den Browser ist nicht sehr komfortabel. Neben Fremdanbietern, siehe auch HQPlayer Circle – eine Funktionsübersicht, bringt der HQPlayer den sogenannten Client in einer der Desktop-Versionen für MAC, Windows oder Linux mit. Wer Roon kennt, wird vermutlich enttäuscht sein. Wer sich in die etwas gewöhnungsbedürftige Bedienung eingearbeitet hat, findet jedoch eine gute kostenlose Alternative. Im folgenden wird der HQPlayer4Client für MAC vorgestellt.

Beim ersten Start musst du oben links HQPlayerEmbedded auswählen. Und sofort bekommst du das gespielte Album angezeigt. Links stehen technische Informationen und rechts die Titel.

HQPlayer Client Play view

Nun kommt das Gewöhnungsbedürftige. Entweder durch Wischen nach links oder durch Klick auf den linken seitlichen Balken Album view kommst du in die Album Ansicht. Mit einem Doppelklick auf ein Album wird es sofort abgespielt.

HQPlayer Album view

Du kannst dir ein Album durch einen „langen“ linken Mausklick ansehen. Klick auf die Play Taste zum abspielen. Oder du fügst das Album in die Playlist hinzu.

HQPlayer Album ausgewählt

Du streamst gern von Qobuz? Auch kein Problem. Dazu wählst du in der Album view links oben Qobuz aus und bekommst sofort alle von dir gemerkten Alben angezeigt. Das ist verblüffend performant, eine schnelle Internetverbindung vorausgesetzt. Rechts oben findest du umfangreiche Sortiermöglichkeiten.

HQPlayer Album View

Leider gibt es noch keine Möglichkeiten neue Alben auf die Qobuz Favoritenliste zu setzen. Eine Funktion, die bestimmt irgendwann kommt. In der Transport view (nach rechts wischen oder rechten Balken in der Play view anklicken) werden links die gefundenen Alben angezeigt. Diese können nach bestimmten Kriterien sortiert werden. Ganz rechts ist die Playlist aller Titel, die abgespielt werden sollen.

HQPlayer Transport view

Im Beispiel unten wurde nach Genre sortiert. Beim Klick auf ein Album werden die einzelnen Titel angezeigt. Diese können mit Klick auf das „+“ Zeichen der Playlist ganz rechts hinzugefügt werden. Mit dem „-“ Zeichen werden Titel aus der Playlist entfernt. Alles nicht schön und intuitiv, aber es funktioniert.

HQPlayer Transport view Genre

Die in Qobuz gespeicherten Playlists können auch abgerufen werden. Wähle eine Liste aus, unten zum Beispiel „StreamFidelitys Bass“ und klicke auf Load, dann steht die Playlist zum abspielen bereit.

HQPlayer Transport view Playlist

Zusammenfassung

Wer die Nase voll hat von den Daueroptimierungen im Betriebssystem und Geld sparen möchte und Wert auf höchstmögliche digitale Wiedergabequalität legt, der kann das kostenlose HQPlayer OS nutzen. Die HQPlayer Embedded Lizenz muss natürlich vorhanden sein. Wie bei Euphony muss kein Bildschirm an den Audio PC angeschlossen werden. Konfiguriert wird über einen beliebigen Internet Browser. Darüber kann auch die Musik ausgewählt und abgespielt werden. Mehr Komfort bietet der HQPlayer Client für alle gängigen Betriebssysteme, der auch nichts extra kostet. Außerdem stehen von Fremdanbietern weitere kostenlose Player zur Verfügung.

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Euphony V4 Beta ist verfügbar

In unserem Beitrag Rund­um-sorg­los-Pa­ket mit EUPHONY berichteten wir von dem sehr benutzerfreundlichen Betriebssystem mit eigenem Player Stylus. Nun läuft schon seit einiger Zeit die Beta-Version stabil, so dass sich ein Bericht lohnt.

Wir installierten Euphony V4 Beta auf einem USB-Stick. Dieser muss mindestens 16GB haben und das Image von der Euphony Seite brennst du im Mac mit balenaetcher oder unter Windows mit Rufus auf den USB-Stick. Die Nutzung ist nach einer Registrierung 30 Tage lang möglich. Die Ersteinrichtung kann etwas dauern, also nicht ungeduldig werden. Danach können verschiedene Optionen genutzt werden. Wir nutzten zum Beispiel RAM Root, bei dem das Betriebssystem in den schnellen Arbeitsspeicher geladen wird.

Es stehen wie bisher vielfältige Wiedergabemöglichkeiten zur Verfügung. Wir probierten Stylus als Player und Stylus mit dem HQPlayer aus. Die Alben Covers von Qobuz im Bild oben werden sehr schnell geladen. Neu ist, dass ähnlich wie in Roon der Wiedergabepfad (unten rechts) angezeigt wird.

Stylus als alleiniger Player

In der Version 4 ist beim Stylus auch Upsampling möglich. Sogar Convolution (Faltungsfilter für die Raumkorrektur) und ein Equalizer werden angeboten. Die Rechenlast für PCM 44.1 zu PCM 705.6 ist sehr gering und es werden nur die E-Cores verwendet.

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PCM 44.1 zu DSD256 belastet den fis Audio PC kaum. 

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Stylus mit HQPlayer

Stylus mit HQPlayer hat für uns eine bessere Soundqualität, zumindest wenn man Upsampling mag. Bei PCM 44.1 zu PCM 705.6 werden zwei P-Kerne sehr leicht belastet. 

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DSD mit den EC-Modulatoren läuft nicht stotterfrei, was wohl an der veralteten HQPlayer (Embedded 4.24) Version liegt. Die Kernallokation ist völlig ineffizient. Nachtrag: mittlerweile kann auch die neueste HQPlyer Version ausgewählt werden.

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DSD1024 mit einem NON-EC-Modulator funktioniert hervorragend. Es klingt wunderbar. 

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Bis zur endgültigen Version 4 dürfte es nicht mehr lange dauern. Es ist schön, dass Euphony weiter entwickelt wurde.

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Lineare Netzteile (LPS) vs. Schaltnetzteile (SMPS)

Warum bieten wir nur lineare Netzteile (LPS – Linear Power Supply) für unsere fis Audio PCs an? Sind Schaltnetzteile (SMPS – Switch Mode Power Supply) nicht viel energieeffizienter? Natürlich sind SMPS nicht nur effizienter, sondern benötigen im Vergleich zu LPS viel weniger Platz und sind preiswerter. Die Frage ist, was wir beim fis Audio PC erreichen wollen: nämlich eine möglichst rauschfreie Musikwiedergabe.

Welligkeitsrauschen (Ripple Noise)

Die Welligkeiten sind die AC-Schwankungen (Wechselstrom periodisch) und das Rauschen (zufällig), die in den DC-Schienen (Gleichstrom) eines Netzteils zu finden sind. Die Welligkeit verringert die Lebensdauer von Kondensatoren erheblich, da sie ihre Temperatur erhöht. Auch spielt die Welligkeit eine wichtige Rolle bei der Stabilität des Gesamtsystems, insbesondere wenn die CPU übertaktet wird.

Am schlimmsten sind die hörbaren Auswirkungen der Welligkeit, weil die Brummfrequenz und ihre Harmonischen innerhalb des Audiobandes liegen! Die Welligkeitsgrenzen betragen laut ATX-Spezifikation 120 mV für die 12V-Schienen und 50 mV für den Rest (5V und 3,3V). Viel zuviel für die Audio Wiedergabe.

Quelle: https://www.techpowerup.com/articles/overclocking/psu/161/3

Beispiel für ein gutes PC Schaltnetzteil

Im Test von HardwareLuxx schneidet das Seasonic PRIME Ultra 750 W Titanium PC-Netzteil 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. Und trotzdem würden wir es für Audio Zwecke nicht verwenden. Die Verarbeitung und Bauteilequalität sind „preisklassenbezogen“, ein (abschaltbarer) Lüfter hilft bei der Wärmeregulierung. Der Metallkäfig soll EMV (elektromagnetischen Interferenzen) nicht nach draußen lassen. Ein Blick in das Innere:

Quelle: HardwareLuxx Test Seasonic PRIME Ultra 750 W Titanium

Beispiele für sehr gute lineare Netzteile

Wie wir gleich sehen werden, sind die von uns verwendeten LPS um einiges besser.

Keces P28

Keces Audio ist ein etablierter Hersteller aus Taiwan. Die Anzahl der Anschlüsse eignet sich besonders für Audiophile, welche die „Kästchen“ in ihrer Anlage reduzieren wollen. Sage und Schreibe sechs Zonen stehen mit unterschiedlichen Spannungen und Stromstärken zur Verfügung:

Zone I: 5V/7V/9V/12V, 4A
Zone II: 12V/15V/19V/24V, 4A
Zone III: 12V/15V/19V/24V, 6A
Zone IV: 12V/15, 10A
Zone V: 5V/9V, 2A
Zone VI: USB 5V, 2A

Für einen High Performance Audio PC sind insbesondere die Zonen III mit 6A und IV mit 10A interessant. So kann das Motherboard mit Zone III (19V oder 24V) und die CPU mit Zone IV (12V) versorgt werden. Nun kommen wir zum sehr niedrigen Ripple Noise: <100uV bei Vollast und <10uV bei 60 Watt. Um das mit den obigen SMTS (13mV/7mV) vergleichen zu können: 10uV (Mikrovolt) entsprechen 0,01mv (Millivolt)!

Keces P28

Unsere fis Audio PCs werden mit 6 Pin oder 8 Pin vergoldete Molex Stecker direkt angeschlossen, um Übergangswiderstände von Zwischensteckern zu minimieren. Die Anschlüsse sind beim Keces P28 für Hohlstecker (2.5/5.5mm) vorgesehen. Die Buchsen sind zwar von einer guten Qualität, aber Hohlstecker haben generell schlechtere Kontakte. Die fis Audio Keces P28 Modifikation ermöglicht drei PC Gleichstromkabel direkt an den Audio PC anzuschließen. Dabei werden die Buchsen ausgelötet und die Kontakte mit Ösen direkt verschraubt.  Die Zone II liefert 19V/4A für den DC/ATX-Konverter, Zone III 12V/6A und Zone IV 12V/10A versorgen die CPU direkt mit Strom. Eine Buchse in Zone I steht zur freien Verfügung. Damit gelang ein Sprung hin zu mehr Schwärze und verbesserter Räumlichkeit.

Keces P28 fis Audio Modifikation

Die Maße sind 300 x 279 x 133 mm mit einem Gewicht von 14 kg. Die vielfältigen Anschlussmöglichkeiten haben aber einen Nachteil. Da im Keces P28 nur ein Trafo verbaut ist, ergibt sich bei der Belegung aller Anschlüsse eine hohe Verlustleistung, die sich in einer hohen Abwärme niederschlägt. Das führt uns zum nächsten Beispiel.

FARAD Super10

FARAD ist ein Hersteller aus den Niederlanden. Das FARAD Super3 LPS erfreut sich schon seit Jahren allgemeiner Beliebtheit. Die Besonderheit liegt in den Super Caps, die wie eine Batterie den Strom zwischenspeichern und zu hohen Impulsströmen in der Lage sind. Damit ist dieses Netzteil besonders rauscharm. Aufgrund der maximalen Leistung von 3A kam das für den fis Audio PC bisher nicht in Frage. Das ändert sich jetzt mit dem FARAD Super10 LPS. Wie die Zahl schon vermuten lässt, sind jetzt bis zu 10A möglich (bei 24V sind es 8A). Die Verarbeitung sieht sehr ordentlich aus.

Quelle: https://www.faradpowersupplies.com/super10/

Die Spannungen werden von 5V bis 24V angeboten. Allerdings muss die Spannung bereits bei der Bestellung festgelegt werden. Es wird auch nur ein Spannungsabgriff angeboten. Und das hat einen guten Grund. Der Super10 hat für jede Ausgangsspannung ein optimiertes Modul und einen passgenauen Netztransformator und vermeidet dadurch die Nachteile einer hohen Verlustleistung über verschiedene Spannungen. Ein Spannungswechsel ist nachträglich trotzdem möglich und wird von FARAD ausgeführt. Selbst an eine audiophile Sicherung hat FARAD gedacht: Synergetic Research Purple Fuse.

Quelle: https://www.faradpowersupplies.com/super10/

Die vergoldete 4-polige GX25 Ausgangsbuchse stellt den Strom über je zwei Pins zur verfügung. Mit diesem Material wird der Kontaktwiderstand deutlich reduziert. Die Maße sind 260 x 320 x 70 mm mit einem Gewicht von 7.6 kg.

Die ersten Super10 sollen im Juli 2022 ausgeliefert werden. Wir werden dieses hochwertige LPS für unsere fis Audio PCs in zwei Varianten anbieten: Die 19V/10A Version für den DC/ATX converter und die 12V/10A Version für die direkte CPU Stromversorgung.

Zusammenfassung

Natürlich sind Schaltnetzteile energieeffizienter, platzsparender und preislich günstig. Für Audio führt unserer Meinung nach kein Weg an linearen Netzteilen vorbei. Das liegt am deutlich reduzierteren Ripple Noise. Aber auch die Verarbeitungsqualität der von uns angebotenen LPS ist hervorragend und für eine lange Lebensdauer ausgelegt. Unsere LPS stehen immer separat und stören daher nicht die empfindliche Elektronik im Audio PC. Die Kabel verbinden wir möglichst ohne Zwischenstecker direkt mit dem fis Audio PC, um Übergangswiderstände zu minimieren.

Je hochwertiger das LPS ist, desto geringer wird das Hintergrundrauschen. LPS mit variablen und vielen DC-Anschlüssen sorgen für mehr Flexibilität und reduzieren die „Kästchen“. Klanglich am besten und am stabilsten sind aber LPS mit nur einem Spannungsabgriff an einem Trafo.

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Die „Klangschrauben“ beim Audio PC

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 an die CPU angebunden sind, desto besser sind die Latenzen. Nich t 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.

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 K-Modelle der 12. Intel Prozessorgeneration 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. Bei DDR5 RAM 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 und Erfahrungen mit Intels neuem i9-12900K Prozessor.

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) 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).

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.

Stromversorgung nach Zielbildvorgaben

Im fis Audio PC Konfigurator fragen wir als erstes nach deinem Zielbild. Es ist eine sehr grobe Einteilung, aber ermöglicht eine erste Vorauswahl der benötigten Stromversorgung.

Im Bild oben haben wir die Low-Power Variante dargestellt. Dabei versorgt ein lineares Netzteil den DC/ATX-Konverter mit Gleichstrom (DC) 19V oder mehr. Der DC/ATX-Konverter versorgt mit einem 24 Pin Molex Kabel das Motherboard und mit einem 8 Pin Molex Kabel die CPU. Zusätzlich kann zum Beispiel eine PCIe-Karte mit sauberen Strom von 5V versorgt werden.

Im Bild unten siehst du die Middle-Power Variante. Dabei wird ein sauberer Strom mit 12V für die CPU direkt vom LPS bereitgestellt. Das sorgt für einen noch besseren Klang. Mit einer etwas stärkeren Variante können auch beide 8 Pin Molexbuchsen der CPU mit 12V versorgt werden.

Im nächsten Bild unten ist die High-Power Variante dargestellt. 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. Das ist mit Abstand die klanglich beste Variante, aber leider auch sehr teuer.

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 erheblich verbessern. Die lineare Stromersorgung sehen wir als entscheidenden Schlüssel für die Klangwiedergabe ohne Schärfen mit schönsten Klangfarben. Dafür sollen nach unserer festen Überzeugung audiophile Kabel verwendet werden.

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Warum bieten wir auf einmal den fis Audio PC mit DDR5 an?

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-TypBerechnungÜbertragungsrate
DDR4-2400300 MHz × 8 × 8 Byte19,2 GByte/s
DDR5-8000500 MHz × 16 × 8 Byte64,0 GByte/s
Quelle: WWikipedia.org DDR-SDRAM Berechnungs-Beispiele

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.

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

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

Quelle: MSI MEG Z690 Unify-X

Passive Kühlung mit Heatsinks und Heatpipes

Quelle: MSI MEG Z690 Unify-X

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.

Quelle: MSI MEG Z690 Unify-X

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.

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Welche Nachteile haben Lüfter in Audio PCs?

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.

SOtM Fan Filter

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.

Quelle: https://www.igorslab.de/dirtiest-pc-photos/9/

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.

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Warum DDR4 RAM für einen Audio PC besser ist als DDR5

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-TypBerechnungÜbertragungsrate
DDR4-2400300 MHz × 8 × 8 Byte19,2 GByte/s
DDR5-8000500 MHz × 16 × 8 Byte64,0 GByte/s
Quelle: WWikipedia.org DDR-SDRAM Berechnungs-Beispiele

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.

Quelle: https://www.igorslab.de/ddr5-deep-di…-der-praxis/2/

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.

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Advanced Vector Extensions (AVX): AVX-512 vs. AVX2

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.

44,1 kHz konvertiert zu DSD 256×48 mit dem hochpräzisen Modulator ASDM7ECv2

96kHz konvertiert zu DSD 256×48 mit dem hochpräzisen Modulator ASDM7ECv2

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.

44,1 kHz konvertiert zu DSD1024 mit dem Modulator AMSDM7 512+fs

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.