Цифра прямо в уши. Первый тест полностью цифровой аудиосистемы Clarion FDS (Full Digital Sound System)

Чтобы аудиосистема заиграла как надо, нужно взять хороший цифровой источник, выкинуть ЦАП, выкинуть усилитель, а потом подать цифровой сигнал прямо на динамики. Бред? А вот и нет. Это, похоже, новый виток эволюции аудиосистем. Мне удалось заполучить на тестирование экземпляр автомобильной системы Clarion FDS (Full Digital Sound System), которая работает именно так. Цифровой сигнал. На динамики. Аналогового сигнала в привычном понимании в системе Clarion FDS нет вообще. И всё это, между прочим, ориентировано на аудио высокого разрешения.

А это вообще как?

Система была собрана "вживую" и гонялась в разных режимах не один день. Поэтому по ходу дела буду не только рассказывать о том, что и как тут устроено, но и постараюсь сразу же делиться собственными полученными впечатлениями.


Итак, Clarion Full Digital Sound System состоит из процессора Clarion Z3, акустики Z7 и сабвуфера Z25W. Усилитель? Его тут нет. По крайней мере, как отдельного устройства в привычном понимании. Динамики подключаются прямо к процессору, и на них идёт цифровой сигнал.


Первая мысль – может, просто взяли и повесили на динамики модули с ЦАП и усилителями? Оказалось, что нет, "моторы" динамиков устроены куда как интереснее, а ЦАП как таковых тут нет вообще.


Как работают динамики

Строго говоря, встроенные усилители в них всё же есть. Вернее, даже по шесть на каждый динамик. А сама звуковая катушка разделена на шесть секций:


Фишка в том, что постоянно работают не все 6 каналов усилителя и секций катушки. При малых смещениях диффузора работают только секции, которые находятся в середине. А в моменты пиков сигнала, когда требуется большое смещение диффузора, они "передают эстафету" крайним.
Самое интересное, что привычное понятие мощности тут становится неприменимо – усилителям не нужно тратить много энергии на перемещение подвижной системы, достаточно лишь "толкнуть" диффузор в зону ответственности соседней секции катушки. Та примет эту "эстафету" и, если нужно, толкнёт диффузор дальше.
Поэтому шести 3-ваттных (RMS) усилителей, работающих на шесть секций катушки, оказывается вполне достаточно, чтобы работать, скажем, как какой-нибудь обычный 60-ваттный усилитель, таскающий одну длинную звуковую катушку.
КПД такой системы получается непривычно высоким, поэтому для подключения совсем не нужны толстые провода. Питание на встроенные усилительные модули подаётся прямо с процессора по сигнальным проводам. Для интереса замерил на них постоянное напряжение – при общем напряжении в системе 14,2 В на динамики приходит ровно 14,0 В.
Кстати, интересная деталь. Динамики помечены как левый и правый. Попробовал поменять провода местами, но… левый всё равно остался левым, а правый – правым. Судя по всему, в каждом динамике прописан свой "адрес" в системе, и он "вытаскивает" из общего цифрового сигнала только то, что ему полагается.

Сабвуфер

Сабвуфер Z25W имеет размер чуть больше стандартных 10 дюймов. Монтажное отверстие – 251 мм, внешний диаметр – 296 мм. Работает точно по такому же принципу, что и НЧ/СЧ динамики Z7. Только питание для него приходит не с процессора, а всё же организовано отдельно. Сечения 2,5 квадратов получается даже с запасом – в "моторе" здесь всё те же шесть 3-ваттных усилителей, которые спокойно обеспечивают нужное перемещение диффузора.

И что интересно, на деле громкость у саба вполне достаточная. Мало того, далеко не всякий аудиофильский моноблок обеспечит такой контроль баса. Но об этом ещё расскажу отдельно.

Твитеры

По сравнению с НЧ/СЧ динамиками и сабом тут всё выглядит немного иначе. Большие смещения излучающей поверхности не нужны, поэтому катушка содержит "всего" две секции, и на них работают два канала мощностью по 4,5 Вт.


Сами усилители для ВЧ, судя по всему, находятся в процессоре. Логично, иначе твитеры получились бы слишком громоздкими. Кабели для подключения идут в комплекте. Они состоят из нескольких витых пар, но достаточно гибкие, да и общая толщина у них небольшая. Так что проблем с прокладкой точно не будет.

Полная цифра или как получить аналоговый сигнал без ЦАП

Система работает следующим образом. С процессора идёт цифровой сигнал с частотой дискретизации 96 кГц. Он подвергается 256-кратной передискретизации и преобразуется в череду импульсов нужной амплитуды. Т. е. на выходе получаем последовательность импульсов с частотой 24,5 МГц (!!!). В зависимости от их амплитуды модуль сразу "распределяет" сигнал по соответствующим секциям звуковой катушки. Так что аналогового сигнала в привычном виде тут действительно нет.


Кстати, по этой же причине сделать привычные измерения с помощью Audiomatica Clio тут просто невозможно. Максимум, что можно было бы сделать – снять с акустических систем графики АЧХ. Но это возможно только при подаче линейного сигнала на AUX процессора, так что практическая ценность такого измерения всё равно сомнительная.

С чего всё начиналось?

С подобной реализацией усилительного тракта я встречаюсь впервые, но вообще сама идея сделать тракт максимально цифровым витала в воздухе уже давно. Из автомобильной техники можно привести пример усилителей Audison Thesis TH с цифровыми входами TOSLINK и Audison Full Digital Audio (Full DA) – там "цифра" идёт вплоть до усилителя. Или Pioneer ODR с их "плитами" RS-A9 и RS-A7. Но в их составе имеются ЦАП, так что совсем без аналогового сигнала перед усилением всё равно не обошлось.
В этом смысле у "домашников" проще, там усилители можно разместить в самих колонках, сократив аналоговую часть вообще до минимума. Тут, наверное, самый яркий пример – компания Meridian, первую свою акустику DSP 5000, на которую подаётся "цифра" с собственного процессора Meridian 565, они представили ещё в 1994 году.
Совсем без привычных ЦАП обошлось в технологии DDX, разработанной компанией Apogee. Если не вдаваться в подробности, то это почти тот же D-класс, в котором цифровой сигнал преобразуется в ШИМ-последовательность. Кстати, по похожему (но более простому) принципу в своё время были сделаны автомобильные усилители D-класса Challenger TA-5.1 с цифровыми входами TOSLINK, их PIT выпустила ограниченным тиражом в 2008 году. Там тоже цифровой сигнал преобразовывался непосредственно в ШИМ-последовательность и усиливался.

Как реализована Clarion FDS

Технология, которая используется в Clarion, разработана совместно с Trigence Semiconductor. Это не секрет, Clarion открыто пишет об этом в официальных релизах. Называется Dnote и довольно сильно продвинулась относительно, скажем, той же DDX. Работы в этом направлении велись уже давно, первое упоминание на англоязычном сайте Clarion об этой концепции датируется аж 2006 годом.
Во-первых, в самом продвинутом D-классе несущая частота пока не превышает 900 кГц. Да и то мне пока лишь единожды доводилось иметь дело с таким усилителем, это было около полугода назад, прототип был построен на Ni-Ga (нитрид-галиевых) полупроводниках. В современных коммерческих чипах чаще используется несущая частота "всего" около 400 кГц. Здесь же, получается, все 24,5 МГц.
Во-вторых, если снова сравнивать с DDX, то там компания Apogee работала целый набор чипов – раздельно для малоточной и силовой частей. Trigence всё реализовали в одном чипе, а это, между прочим, непросто, да ещё и при таких частотах.
В-третьих, Trigence Dnote как раз подразумевает работу с многокатушечными динамиками, а это само по себе – уже совсем другой уровень эффективности системы усилитель-динамик.

Как это выглядит

У меня в руках оказались сразу два комплекта системы Clarion FDS – полностью коммерческая, которая ждёт своего покупателя, и предсерийный образец. Естественно, я не решился разобрать первую, но удержаться от вскрытия предсерийника не мог. Поэтому кое-где на платах видны ручные пометки, на них можно не обращать внимания. Это касается и моторов динамиков, и процессора, о котором расскажу чуть ниже.


Чип цифрового усиления имеет маркировку Clarion. Описание утверждает, что в отличие от других чипов Trigence Dnote этот специально адаптирован к автомобильным условиям – перепады температуры и влажности, повышенные вибрации и т.п.

Процессор Clarion Z3

Понятно, что процессор Clarion Z3 "заточен" специально под компоненты FDS и не может быть использован отдельно. Жаль, "мозги" у него довольно сильные. 32-битный SHARC, думаю, особо представлять не нужно. Вся обработка ведётся с частотой дискретизации 96 кГц (в большинстве процессоров на сегодняшний день – 48 кГц).


И ещё один важный момент, который меня прямо порадовал – вся фильтрация и эквализация построена на FIR фильтрах. Если это пока ни о чём вам не говорит, попробую простыми словами.
В общем, есть два типа "цифровых" фильтров – FIR (с конечной импульсной характеристикой, finite impulse response) и IIR (с бесконечной импульсной характеристикой, infinite impulse response). В большинстве процессоров используются IIR фильтры, они проще в реализации. Но их огромный недостаток – они "крутят" фазу сигнала, из-за чего настройка превращается в танцы с бубнами и бубенчиками.
В FIR фильтрах этого нет – фаза не съезжает, и вы можете использовать любые порядки среза без риска превратить звучание в тухлую мертвечину. Разница в звуке с FIR и IIR фильтрами просто огромная.
А эквалайзер, если что, – это не что иное как сочетание тех же фильтров, которое просто позволяет менять уровень сигнала в отдельных частотных областях. Вот почему в большинстве случаев как только начинаются игры с эквалайзером, звуковая картинка тут же разъезжается, и трогать "обычный" эквалайзер можно только тогда, когда все другие способы настройки уже исчерпаны.

Какую систему можно построить

Базовой системой можно считать двухполосный фронт с динамиками Z7 плюс один или два сабвуфера Z25W. По желанию можно ещё и тыл добавить – либо подключить к второму цифровому выходу ещё одну пару Z7, либо подключить к аналоговому выходу обычный усилитель.


Описание особо не делает упора на аналоговый выход, но никаких ограничений по настройке у него нет – если не устраивает собственный цифровой сабвуфер Z25W, то к нему можно подключить традиционную связку из усилителя и саба. Или, к примеру, добавить аналоговое СЧ звено и получить трёхполоску. Ну или, опять же, "аналоговый" тыл замутить.


С какими источниками может работать

Главными для Z3 можно считать цифровые входы. Их тут два – коаксиальный и оптика. Аналоговый вход один, но в двух исполнениях – линейный RCA или высокоуровневый (чтобы штатка, в случае чего, без дела не осталась).


В описании USB заявлен в качестве источника, но речь идёт не о флешке, а о воспроизведении с планшета или смартфона на Android. Для этого, правда, нужен OTG-кабель, в комплекте его нет. Нашёл, подключил, всё работает, понравилось. Правда, в каком виде идёт сигнал при воспроизведении Hi-Res, сказать не могу, в анатомии "зелёного человечка" не настолько силён. Приложение можно использовать любое, лично я привык к EZ Folder Player.

Как управляется и настраивается

Управляется процессор с пульта, он идёт в комплекте. Громкость, уровень саба, выбор источника, пресеты... В общем, всё только самое основное. Управление простейшее, запутаться сложно.


Настройка же производится с планшета или смартфона. В отличие от большинства других процессоров никакой компьютер для Clarion Z3 не нужен. У меня Android, поэтому скачал с Google Play приложение, называется Z-Tune. Для iPhone, если что, есть такое же на App Store.
Удивительно, но приложение работает вообще без проблем. Пробовал и запускать его без подключения к процессору, и подключать процессор при уже запущенном приложении, и посреди настройки шнур выдёргивать. "Подвесить" его или заставить глюкнуть процессор у меня так ни разу не получилось. Все регулировки – в реальном времени, настраиваем и тут же слышим результат. Красота, короче.
Приложение очень простое, всё наглядно. Основные настройки разбиты на три части – фильтры, задержки и эквалайзер. Плюс дополнительная настройка Intelligent Tune, о впечатлениях от неё расскажу отдельно.


Перед началом предлагается задать конфигурацию системы. Признаюсь, сходу не врубился в принцип выбора, но быстро разобрался проверенным методом "научного тыка".


Фильтры настраиваются – проще некуда. Просто таскаешь пальцем по экрану кривые и смотришь, как меняют значения частоты и крутизны. Крутизну, кстати, можно выставлять вообще вплоть до 72 дБ/октава (а фигли, с FIR фильтрами это тоже вполне рабочий вариант).


Задержки выставляются тоже просто – кликаешь на канал, который нужно настроить, и таскаешь ползунок в нижней части экрана или щёлкаешь на "+" и "-" для точной настройки. Выставляются, кстати, не задержки, а расстояния до динамиков (как в Clarion HX-D2, что как-то неудивительно). Если нужно, отдельные каналы можно временно заглушить.


Эквалайзер имеет 31 полосу и настраивается раздельно для каждого канала. Можно тонко настраивать каждую полосу, а можно просто провести пальцем по экрану и "нарисовать" кривую.


Intelligent Tune

А вот это, кстати, интересная фича, о ней, как обещал, рассказываю отдельно. Настройка включает в себя несколько обработок, которые, как оказалось, могут дать очень интересные результаты. По крайней мере, если подходить с умом, то положительный эффект от них точно будет.


Sound Restorer – добавляет в исходный сигнал обертона на самом верху звукового диапазона и чуть забирается в ультразвук. Это уже давно известный факт, что колебания с частотами выше 18-20 кГц мы не слышим явно, но они всё равно участвуют в восприятии звука. По ощущениям включение Sound Restorer делает звучание каким-то более лёгким что ли.

Смысл использовать функцию на полную катушку есть только на MP3. На CD и FLAC с частотами дискретизации 44,1 и 48 кГц – под вопросом, но лёгкая степень обработки часто действительно делала звучание лучше. А вот на FLAC высокого разрешения эту настройку лучше оставить в покое, она не для этого.

Virtual Bass – использует особенность нашего слуха "слышать" основной тон, если его самого нет, но зато есть его обертона. Проще говоря, процессор удаляет из звучания самые нижние звуки, а вместо них генерирует обертона. В итоге от маленьких динамиков мы можем "слышать" могучий бас. Поиграл и с этой настройкой. На "живой" инструментальной музыке её применение – спорный вопрос, тем более, когда есть неплохой саб. Но на некоторых жанрах характер баса становится более интересным.

Reverb Control – добавление в звучание реверберации, имитирующей звучание в большом пространстве. Поначалу отнёсся скептически, но на эффекты дешёвых домашних кинотеатров оказалось мало похоже – фича работает очень аккуратно, зачёт.

Tone Filter – а это уж совсем вкусовщина. Настройки Vivid – подчёркивают атаку и делают звучание более резким. Настройки Vintage – слегка смягчают звучание, как бы делая его похожим на звучание старой ламповой техники. Немного поиронизировал в самом начале, но потом под настроение и соответствующую музыку всё же несколько раз возвращался и пробовал разные варианты.

Впечатления и мнения после длительного тестирования

Когда я узнал о системе FDS (Clarion впервые показал её на CES-2016, а потом прошла новость о премии EISA In-Car Innovation 2016-2017), то первая мысль – система имеет чисто технологические преимущества. В системе мало компонентов, даже на приличной громкости потребление энергии остаётся мизерным, толстые кабели не нужны. Об остальном я на тот момент просто не задумывался. Попробовав FDS "вживую", могу уверенно говорить – система звучит просто обалденно. И вот какие выводы на этот счёт удалось сделать.
Во-первых, на звучании не сказываются ограничения по питанию. В обычных усилителях блок питания – это чуть ли не основной элемент. Именно от его способности быстро отдавать энергию зависит и "скорость", и способность адекватно воспроизводить пики сигнала. Для FDS это ограничение, похоже, снято – диффузор может быть перемещён с какой нужно амплитудой и какой нужно скоростью без ломовых затрат энергии. Так что скорость отклика, по сути, определяется лишь конструкцией подвесов диффузора. В итоге атака и "скорострельность" такие, что, признаюсь, после FDS всё остальное теперь кажется мылом мыльным.
Во-вторых, понятие "контроля" динамиков усилителем здесь тоже довольно условное. Усилителю не нужно справляться с длинной катушкой, часть которой к тому же постоянно находится вне магнитного зазора и, по сути, является паразитным звеном. И это особенно хорошо слышно по звучанию НЧ диапазона – столь безупречной передачи баса я давненько не слышал. Причём, саб очень лоялен к выбору корпуса - может хоть во free-air работать, хоть в ФИ, хоть в ЗЯ. Бас, кстати, в чём-то напоминает звучание старых сабов Velodyne с ЭМОС (электромеханической обратной связью).
В-третьих, полное отсутствие шумов. Не просто, там, мало, а ВООБЩЕ никаких. Оно и понятно, нет сигнала – встроенные модули в динамиках просто отключены, чему шуметь-то. Никаких наводок или фона не может быть в принципе – все гадости всегда наводятся в аналоговых цепях (в основном на малосигнальные межблочники, реже – на сами акустические кабели или кроссоверы). Здесь же сигнал вплоть до динамиков идёт в цифровой форме, а навести помехи на "цифру" – это ещё постараться нужно.

Коротко

После изучения я только укрепился во мнении – система на сегодняшний день действительно передовая. Чисто технологические преимущества (мало компонентов, высочайший КПД и скромные требования к питанию) не делают её чем-то утилитарным, она напрямую ориентирована на аудио высокого разрешения (Hi-Res Audio) и звучит действительно потрясно.
В этой связи, кстати, и появление Clarion NX706E выглядит более чем закономерным – аппарат с оптическим выходом и поддержкой FLAC 192 кГц/24 бит как раз вписывается в систему FDS в качестве идеального аудиофильского источника.
Да, сейчас цена у системы немалая, и пока Clarion FDS можно рассматривать, скорее, как "витрину" компании. Эдакий действующий концепт, который показывает, как будут развиваться технологии в ближайшем будущем. С другой стороны, я бы не стал говорить, что цена такая уж безумная. Достаточно вспомнить Bewith с их вариантом системы Plan 1, в котором предлагается использовать сразу шесть (!) процессоров State A6. Причём с источником, для которого 16 бит / 44,1 кГц – потолок возможностей.
Впрочем, в любом случае современный уровень микроэлектроники уже вполне позволяет поставить подобные усилительные модули на поток. Поэтому в ближайшие несколько лет, надеюсь, подобные системы будут появляться чаще, а цена на них будет снижаться.

Плюсы
Недостижимый для обычных компонентов КПД системы усилитель-динамик
Действительно очень классное звучание с шикарной динамикой
Мощное "железо" процессора, FIR-фильтры
Возможность использования смартфона в качестве аудиоисточника

Минусы
Нельзя сохранить настройки процессора во внешнем файле или в облаке
3-полосную систему пока можно построить только с аналоговым СЧ каналом
Цена за передовые разработки, увы, всегда немалая

https://carmus.ru/content/127