Verslag AES-lezing Project 182

door Richard van Everdingen © 2007

foto's: Bob Vos © 2007

Dit verslag is eerder gepubliceerd in het vakblad Video & Audio Report


deel1: over bemonsteren en aansluiten - Digitale klokdistributie in de studio

deel 2: over ritmes en variaties - Gejitter in de glazen

deel 3: over omgevingsvariabelen en de bewijslast - Zoals het klokje bij Grimm tikt


Klokdistributie deel 1: over bemonsteren en aansluiten

Digitale klokdistributie in de studio

1982. Met de introductie van de CD treedt het tijdperk van de perfecte geluidsweergave aan. Frequentiebereik en vervormingcijfers onderschreven het als klinkend bewijs; dit was beter dan het gehoor kon waarnemen. 25 jaar later blijkt dat er nog steeds gesleuteld wordt aan de werking van dit inmiddels stokoude systeem. Vanuit diverse gezichtspunten en nog veel meer filosofieën is getracht bij te schaven en te verbeteren. De invloed van het kloksignaal is één van die zienswijzen. Sprookjes van Grimm of het ei van Columbus? Video & Audio Report zoekt het tot de bodem uit.



Op 25 januari werd een AES-bijeenkomst gehouden met een bijzonder hoge opkomst. Het ging die avond dan ook om een interessant audio-onderwerp: digitale klokdistributie in de studio. De presentatie was in handen van Eelco Grimm (Fairytapes), Bruno Putzeys (Hypex) en Guido Tent (Tentlabs). Achter de schermen - of liever gezegd achter de knoppen ? assisteerde ook nog Peter van Willenswaard (Audiomagic). Dit viertal heeft naast een eigen bedrijf of baan, tevens een samenwerkingsverband in de firma Grimm Audio. Het ontwerpen en produceren van de allerbeste audiofiele producten voor opnamestudio's is hetgeen zij nastreven. Het eerste deel van de presentatie werd gedaan door Eelco Grimm. De betrokkenheid bij kloksignalen kwam naar voren bij de ontwikkeling van een omzetter voor analoog naar digitaal audio, waarin een goede kloksignaalgenerator de basis is van het ontwerp.

"Tijdens een demonstratie van het apparaat in een studio functioneerde het als bron voor ProTools, een digitaal audiobewerkingsysteem. Dat gaf volgens de aanwezigen een zodanig verschil in klank dat het idee ontstond om ook een specifieke klokgenerator als product op de markt te brengen", verklaart Eelco. Dit apparaat is Central Clock 1 (CC1) genoemd en gaat op korte termijn in serieproductie.


Bemonstering

Verreweg de meeste bronnen in digitaal audio zijn gebaseerd op het vastleggen van het analoge ingangsignaal op een bepaald tijdstip. Dit heet bemonsteren. Een reeks van die monsters geeft het verloop van het oorspronkelijke signaal weer. De oorzaak van het effect op de klank dat is opgemerkt, bleek te zitten in de mate van reinheid van het kloksignaal. Men noemt een kloksignaal vervuild als er signalen in aanwezig zijn die het moment van de klokperiodetijd verstoren. Een algemene term om dit aan te geven is jitter. Eelco maakte duidelijk dat jitter slechts op drie punten in de keten invloed kan hebben: bij een omzetting van analoog naar digitaal of vice versa, ofwel bij bepaalde omzettingen van de bemonsteringsfrequentie (asynchronous sample rate conversion). Zolang als het audiosignaal in het digitale domein op dezelfde bemonsteringsfrequentie of rechtstreeks daaraan verankerd blijft, merk je niets van jitter. Dit wel onder voorbehoud dat de totale hoeveelheid binnen de specificaties van de verbinding blijft, zodat het ingangscircuit niet het spoor bijster raakt. Bij het mixen in een studio komen meerdere van die bemonsterde signalen samen. In dat geval is het een groot voordeel als alle bronnen precies gelijk lopen, zodat er geen onnodige omzettingen hoeven plaats te vinden. Studioapparatuur is daarvoor uitgerust met een externe ingang. Maar ergens moet gedefinieerd zijn wie de klokreferentie is waarop de andere bronnen synchroniseren. De kloksynchronisatie kan geleverd worden door één van de audiobronnen, maar dat is niet zo overzichtelijk en geeft problemen voor de rest van het systeem als dit apparaat wordt losgenomen of uitgeschakeld. Door een externe klokgenerator te gebruiken voor alle studioapparaten wordt de nodige duidelijkheid gecreëerd. "Dat dit ook invloed kon hebben op de klank is pas later ontdekt", aldus Eelco.


Wat is een kloksignaal?

Iedere digitale schakeling heeft een kloksignaal nodig om te kunnen functioneren. Het signaal kent twee toestanden (zoals aan en uit) waarbij normaliter op het moment van wijzigen daarvan, de schakeling een stap verder gaat in de uitvoering van de taak. De frequentie van het kloksignaal is een maat voor het aantal keren per seconde dat het de rest van het apparaat in gang zet. Een voorbeeld is een digitaal horloge. Hierin zit een kwartskristal dat van nature een elektrisch signaal met een nauwkeurige frequentie produceert. Stel dat die 10.000 van die aan en uit toestanden per seconde kent. Door die hoge frequentie vervolgens met een digitale schakeling exact te delen door 10.000 houd je een zeer precieze secondenteller over. De afwijkingen van de kristalfrequentie worden namelijk in dit geval ook door 10.000 gedeeld. Andere deeltallen geven minuten, uren en het bijhouden van de datum. De precisie en stabiliteit van het kristal bepaalt zo rechtstreeks in hoeverre het horloge gelijk loopt. Zoals gezegd noemt men een kloksignaal vervuild als er signalen in aanwezig zijn die het moment van de klokperiodetijd verstoren. Een voorbeeld van een geval van jitter op de tijdbasis van het horloge zou zijn dat de ene seconde een fractie te lang duurt en een andere weer net wat te kort.


Omzetting van de bemonsteringsfrequentie

Het omzetten van de bemonsteringsfrequentie gaat via een numeriek proces. Hierbij wordt het signaal overbemonsterd (upsampling) naar een hogere frequentie. Daarvoor zijn tussenliggende waarden nodig die berekend worden door interpolatie. De hogere frequentie is niet zo maar een getal, maar een verhouding van de ene naar de andere die een deelbaar getal oplevert. Van 44,1 kHz naar 96 kHz kan bijvoorbeeld door te vermenigvuldigen met 320 en te delen door 147. Doordat de tijdbasis van ingang en uitgang rechtstreeks met elkaar verankerd is, heet dit synchrone omzetting. Jittter heeft daarop geen invloed. De meeste moderne bemonsteringsomzetters (sample rate converters) rekenen echter niet met de theoretische frequentieverhouding, maar meten de relatie tussen de binnenkomende en uitgaande frequenties en rekenen de data op die basis om. Dat heeft als voordeel dat ook het omzetten van pakweg 44.099 kHz naar 96.01 kHz ook mogelijk is. Dat heet asynchrone bemonsteringsomzetting. Op dat ogenblik echter, is niet alleen de data maar ook de tijdsbepaling daarin van invloed op het resultaat. Overdrachtstoring wordt audiostoring, net zoals dat uiteindelijk bij de digitaal naar analoogomzetting gebeurt. Geavanceerde omzetters gebruiken technieken om dit zoveel mogelijk te voorkomen door de tijdvariaties in het interpolatieproces mee te nemen. Hierdoor kunnen ze in principe ook jitter terugdringen, al is het voor het proces wel cruciaal dat het daar intern ook weer een zeer zuiver kloksignaal voor gebruikt. Het praktische voordeel van het gebruik van asynchrone omzetters is dat er helemaal geen klokdistributie nodig is: alles draait gewoon op de interne klok. Consequentie van dit alles is wel, dat het resultaat als het ware wordt vastgelijmd in het audiodomein. Kortom, het kan relatief gunstig of minder gunstig uitpakken, maar het effect is na conversie niet meer terug te draaien waardoor het audiosignaal – zeker na meerdere van die schakels in een keten achter elkaar - kwalitatief kan degraderen.


Distributie 

Het aansluiten van apparatuur op het wordclocksignaal kan op twee manieren; doorgelust van het ene apparaat naar het volgende of centraal vanuit een verdeler. Het signaal wordt verstuurd via een verbinding met een karakteristieke impedantie van 75 ohm, zoals bekend is van videosignalen. Om het signaal met een BNC-koppelstuk te kunnen doorlussen, moeten de tussenliggende apparaten hoogohmig zijn. Dit is meestal via een schakelaar om te zetten. Het laatste apparaat sluit de kabel af met 75 ohm, om reflecties in het signaal te voorkomen. Hoewel het kloksignaal zelf een relatief lage frequentie heeft (meestal 48 kHz), bevatten de flanken van het blokvormige signaal zeer hoge frequenties en moet daarom in z'n geheel beschouwd worden als hoogfrequent. Het wel of niet op de juiste manier schakelen en aansluiten en het aantal verbindingen in de keten geeft in de praktijk een grote kans op fouten, met aantasting van het signaal als resultaat. Beter is het daarom uit te gaan van een stervormige distributie waarbij ieder apparaat afzonderlijk via één kabel gevoed wordt, bij voorkeur door kabels die even lang zijn. Door het laatste komen de hoogfrequente flanken precies op hetzelfde moment bij de apparaten aan.


Video leidt

Kloksynchronisatie is van oudsher al aanwezig in de videodistributie. Zonder de hulp van digitale geheugens is er zelfs geen andere mogelijkheid om beeldsignalen te kunnen mixen zonder dat alle camera's synchroon lopen. Het videosignaal zelf is eveneens sterk verankerd aan de interne synchronisatiesignalen. Dit in de vorm van startseinen voor het begin van een beeldlijn en die van een nieuw beeld, dat bij het traditionele televisiesysteem weer uit twee halfbeelden is opgebouwd. Om beelden te kunnen terugvinden en te monteren is nog een andere vorm van tijdcode bedacht, op basis van een telsysteem. De meest gebruikte methoden zijn VITC (Vertical Interval TimeCode) en LTC (Linear/Longitudinal Timecode).

Om audio synchroon te laten lopen met video is een nauwkeurige koppeling nodig. Bij digitaal opgeslagen audio is het ook nog van belang dat die relatie tussen die twee signalen zodanig is dat er mee gemonteerd kan worden. Met andere woorden: men moet de audio- en videoblokken op hetzelfde punt kunnen snijden en weer aan elkaar kunnen plakken. Verschillende methodieken zijn hiervoor bedacht, zoals synchroniseren op de videosync of op de tijdcode. De veel voorkomende situatie dat het videoproces de audioketen stuurt, is historisch zo gegroeid. Dit betekent dus dat het audioproces afhankelijk is van de eigenschappen van de tijdbasis van video. Historisch gegroeid of niet, het is maar de vraag of die eigenschappen wel voldoende zijn om voor audio te worden gebruikt. Bij analoge videobanden is dat zeker niet zo, want daar moet een tijdbasiscorrector er standaard al voor zorgen dat er überhaupt in het studioproces mee gewerkt kan worden. En bij wel stabiele videobronnen ? zoals de digitale soortgenoot - komt de tijdreferentie met een relatief lage herhalingsfrequentie voorbij (50 Hz respectievelijk 15 kHz voor VITC en videosync). Ook zonder direct het standpunt te hanteren dat het videokloksignaal minder geschikt is, lijkt het aannemelijk om te veronderstellen dat dit weliswaar een situatie is die een werkend systeem oplevert, maar die weinig zegt over de geschiktheid als referentie voor de inhoud van het audiosignaal.


Audio leidt

Een andere benadering is om het precies andersom te doen: video synchroniseren aan audio. Vroeger bood de apparatuur die mogelijkheid niet, maar tegenwoordig wel. Zoals gezegd is dit niet de standaardopbouw en vereist het aanpassingen aan de infrastructuur. De knop moet daarvoor dus even om. Volgens Eelco een psychologische oorzaak: "Video is duur dus dat bepaalt wat er gebeurt en audio dat volgt wel." Hij voegde er tegelijkertijd een suggestie aan toe die sommige VAR-lezers goed zal smaken: "Je zou dat ook kunnen oplossen door het uurloon van audiotechnici flink te verhogen...". Die avond preekte Eelco natuurlijk ook voor eigen parochie.


Het invoeren van een kloksignaal


Voorbeeld 1: Vanuit een centrale klokgenerator gaan twee digitale bronsignalen naar één mixer

Het aansluiten van een extern kloksignaal kan op verschillende manieren, waarvan het zogeheten wordclocksignaal er één van is. De AES-organisatie heeft zelf een andere standaard bedacht voor het kloksignaal (AES-11). Het voordeel daarvan is dat er metadata met dit signaal meegegeven kan worden. Metadata zijn gegevens die de karakteristieken van de inhoud beschrijven, wat vervolgens door het aangesloten apparaat kan worden herkend. Nadeel is dat er verwarring kan ontstaan met een audiosignaal volgens de AES/EBU-norm, omdat het gebruik maakt van dezelfde soort aansluiting. Wordclock wordt uitgevoerd op een BNC-connector en is daardoor duidelijk te onderscheiden van audio dat meestal op XLR-connectoren wordt uitgevoerd. Technisch gezien is het wordclocksignaal veel eenvoudiger dan AES-11, aangezien het alleen maar het blokvormige kloksignaal bevat. Door de populariteit van het gebruik van wordclock, zal de AES dit naar verwachting eveneens in de beschrijving van de standaard opnemen.


Voorbeeld 2: Sturing van een analoge videorecorder met een wordclocksignaal

In plaats van het LTC-signaal te gebruiken als bron, wordt het proces nu gestuurd door een wordclockgenerator, eventueel via een omzetter van wordclock naar videosync (ook wel blackburstsignaal genoemd). De tijdbasiscorrector en dus ook het LTC-signaal zal nu synchroon lopen met de bron. De audioketen ontvangt nu een wordclocksignaal als klokreferentie en een LTC-signaal als beeldreferentie.


Voorbeeld 3: Sturing van een digitale videorecorder met een videoklok

Bij een digitale videorecorder wordt de beeldsynchronisatie met het audiowerkstation aangestuurd door een signaal volgens de Sony P2-standaard. Dit zorgt niet alleen voor synchronisatie, maar wordt ook gebruikt om de machine op afstand te bedienen. De koppeling tussen video en audio is in dit voorbeeld veel stringenter, omdat de digitale video als het ware bitsynchroon moet lopen met audio. Om onnodig doorlussen te voorkomen wordt het videosyncsignaal direct aangeboden aan de audioketen.


Voorbeeld 4: Sturing van een digitale videorecorder met een wordclocksignaal

Verbetering van het kloksignaal - waarbij de audioketen ook niet meer afhankelijk is van de eigenschappen van de videosyncgenerator - is die waarbij een wordclocksignaal direct wordt aangeboden aan de audioketen en aan de videoklokgenerator. Als de videorecorder ook voorzien is van een wordclockingang, dat kan de videoklokgenerator zelfs komen te vervallen.


Voorbeeld 5: Sturing van een digitale videorecorder in combinatie met ProTools

 

Eelco Grimm beschreef ook nog de wat aparte situatie in het geval van een koppeling met een ProTools-werkstation. Als het Sony P2-signaal wordt gebruikt voor de tijdcode, dan verwacht ProTools ook een videosyncsignaal. Daarmee moet het wordclocksignaal dus alsnog noodgedwongen door een videoproces heen. Een trucje dat dit oplost is het P2-signaal gebruiken voor de sturing van de machine (spoelen, weergeven en stoppen) en de LTC te gebruiken voor de beeldsynchronisatie.

Klik voor groot formaat

Eelco Grimm in actie tijdens zijn presentatie


Klik voor groot formaat

De opkomst was hoog op de AES-avond


Klik voor groot formaat

De referentieklokgenerator CC1 van Grimm Audio

[naar boven]


Klokdistributie deel 2: over ritmes en variaties

Gejitter in de glazen

Het wordt de hoogste tijd dat de kern van de zaak naar boven komt hoe het nou precies zit met jitter. Hoe ontstaat het, hoe kun je het meten en wat kun je ertegen doen? En hoe reageren apparaten er eigenlijk op? Voor het vervolg van de presentatie nemen we onder regie van Bruno Putzeys de uitdaging aan voor een verhelderende duik in de techniek!

Na een voorzichtige introductie door Eelco Grimm werd het nu menens. In een rap tempo en met oog voor detail ging Bruno door de theorie heen; vooral een kwestie van goed bij de les blijven!


Variaties op een thema

Jitter heeft invloed op de omzetting van analoog naar digitaal en terug. Dit omdat het nemen van de monsters in dit proces op gezette tijden moet gebeuren. De momenten daarvan worden bepaald door een klokgenerator. Die kan in een audiotoestel zelf zitten, of via een externe synchronisatie-ingang van buitenaf zijn aangesloten. Jitter is een variatie op de tijdmomenten en verstoort daarmee de omzetting doordat het signaal ?f net te vroeg ?f net te laat wordt opgetekend; een tijdfout wordt omgezet in een amplitudefout. Bij AD-omzetting is dit proces onherstelbaar aangezien de fout rechtstreeks in de digitale data terecht komt. Een perfecte weergaveketen kan het eindresultaat dus niet beter maken dan dat het opnameproces is! Bij DA-omzetting is het effect daarentegen wel herstelbaar, want als je de klok verbetert en het signaal opnieuw afspeelt, dan zal het resultaat juister zijn. Bruno lichtte toe dat er door de fabrikanten nog wel eens creatief wordt omgegaan met de jitterspecificaties van hun apparatuur. Als er wordt aangegeven dat de hoeveelheid jitter heel klein is, dan scheelt het nog wel wat of dit over een miljoen klokpulsen is afgemeten of slechts over één. "Als een fabrikant niet zegt hoe het gemeten is, ga dan maar uit van het laatste" aldus de door de wol geverfde rastechneut.


Instinker

Bruno wees nog op een situatie waarbij de effecten van jitter pas bij beluistering achteraf hoorbaar worden. Dat kan optreden wanneer de omzetting van analoog naar digitaal en omgekeerd plaatsvindt binnen één apparaat. Binnenin dat toestel wordt hoogstwaarschijnlijk gebruikgemaakt van een gemeenschappelijk kloksignaal waardoor de jitter bij de DA-omzetting die van de AD-omzetting compenseert. De reden is simpel: dezelfde tijdafwijking is aanwezig bij beide omzetprocessen en de fout wordt gemaskeerd. Als het signaal naar een ander audioapparaat wordt gevoerd verandert dit. Die gebruikt een andere klok, of maakt die op basis van het ingangssignaal: de compensatie verdwijnt. Pas dan wordt je als luisteraar niet meer om de tuin geleid en komt het verschil naar boven. Denk maar eens aan een voorbeeld uit de praktijk waar het geluid wordt beoordeeld en gemixt door afluistering in de studio. Als de muzikanten al lang en breed zijn vertrokken en het opgenomen materiaal nog eens wordt afgespeeld, dan kan diezelfde opname opeens slechter gaan klinken. En dan is het te laat?


Meten is weten

Jitter kan dus een verandering aan het geluid veroorzaken, maar hoe meet je nu of het aanwezig is? In principe kan dit met een spectrumanalyser. Om de naar verhouding geringe tijdsafwijkingen vast te stellen is wel een meetapparaat met zeer goede eigenschappen nodig. En die kost meestal kwadratisch zoveel geld. Een andere en simpelere manier is het doen van een vergelijking tussen twee signalen, waarbij alleen de afwijkingen overblijven. En zo'n apparaat kon door de mensen van Grimm Audio zelf gemaakt worden. Hoe zoiets er blokschematisch uit ziet, is geschetst in afbeelding 6. Aan de uitgang daarvan blijft alleen een afgeleide van de jitter over. Daaraan kun je een metertje hangen dat een waarde aanwijst, maar je kunt er zelfs ook naar luisteren; via een versterker en een luidspreker. Grimm gebruikt dat om het karakter van de jitter te analyseren. Overigens is het principe van die schakeling eigenlijk niets nieuws want dat zit in elke radio. Die brengt op een soortgelijke manier de frequentievariaties (FM) terug naar een audiosignaal. Eigenlijk heeft Grimm Audio dus een gevoelige radio gemaakt die op een kloksignaal kan afstemmen.

Afbeelding 6: Schema van Grimm's jittermeetapparaat

De zwakste schakel

Jitter kan op verschillende manieren in een audiosysteem terecht komen. Naast de klokgenerator is de digitale audioverbinding (SPDIF of AES/EBU) er één van. Doordat klok- en datasignaal daarin over één lijn gaan is dit type verbinding daar van zichzelf al gevoelig voor. Alleen al voor de betrouwbaarheid moet het ingangscircuit van een apparaat een teveel daarvan zien terug te dringen. De ontvanger herleidt namelijk uit het ingangsignaal weer een schone klok die gebruikt wordt voor de verdere verwerking. Hoe de ingangscircuits dit te lijf gaan is een compromis tussen de gewenste onderdrukking enerzijds en mate van complexheid anderzijds; kortom een kwestie van geld. Nu heeft Grimm Audio ontdekt dat met name de tijdsafwijkingen met een laag ritme (lage frequentie) invloed hebben op de geluidskwaliteit. Standaard ingangscircuits zijn niet in staat om die terug te dringen. Afbeelding 7 geeft dit via de rode lijn weer; snelle jitterritmes - oftewel hoge jitterfrequenties - worden verzwakt terwijl lage gewoon worden doorgelaten. Vandaar dat het juist zin heeft om die kant al bij de bron aan te pakken; het eerste toestel in de keten. Als apparatuur is voorzien van een externe klokingang, dan spreekt het voor zich om die ook te gebruiken om het hele proces van klokherleiding helemaal te omzeilen. In de praktijk zal dat helaas niet altijd kunnen. Hoe dan ook, het betekent dat als aan het begin van de keten een schoon kloksignaal wordt gebruikt, dit in een hele keten van apparatuur doorwerkt!


Afbeelding 7: Standaard ingangscircuit, hoge jitterfrequenties worden gedempt, lage niet


Klik voor groot formaat


Bruno Putzeys tijdens zijn presentatie


Klik voor groot formaat

Grimm's jittermeetapparaat in prototypestadium

[naar boven]


Klokdistributie deel 3: over omgevingsvariabelen en de bewijslast

Zoals het klokje bij Grimm tikt?

De eigenschappen van een kloksignaal en de invloed van jitter in een audioketen is in de voorgaande delen aan bod gekomen. In dit laatste deel van het verslag zien we wat de voornaamste ingrediënten zijn van het recept voor een goede klokgenerator. De belangrijkste vraag - waaruit moet blijken of de sprookjes van Grimm in werkelijkheid echt bestaan – moet nog worden beantwoord; is het effect van dit verhaal voor gewone mensen van vlees en bloed eigenlijk wel hoorbaar?

 

Hoe bouw je nu eigenlijk een goede klok? Het wordt letterlijk en figuurlijk tijd voor uitleg van een terzake deskundige. Guido Tent – inmiddels klokkenmaker bij uitstek - neemt ons mee.


Bouwstenen

Guido begon zijn presentatie door uit te leggen dat de kern van een klokgenerator uit een frequentiegenerator (in sinusvorm) bestaat. Een omzetter maakt daarna van de sinus een blokgolf, het eigenlijke kloksignaal. Een buffer zorgt er vervolgens voor dat het geschikt wordt gemaakt om andere schakelingen aan te sturen. Zonder voeding gebeurt er natuurlijk niets, zodat ook die bij de basisuitrusting hoort. Ieder apparaat dat met digitale audio werkt, heeft een eigen klokgenerator aan boord. Het hart daarvan is meestal een kant en klare blokoscillator (VCO), waar al een aantal van die onderdelen in zitten (zie afbeelding 8). Dit wil overigens nog niet zeggen dat elk type geschikt is voor audio.

Afbeelding 8: Kant en klare blokoscillator

Het blokje heeft een uitgang, maar ook ingangen. De ingang die ook echt een functie heeft is de VCO-ingang. Door daar een regelspanning op aan te sluiten kan de frequentie van de oscillator in zekere mate worden gevarieerd. In de vorige maand besproken ingangscircuits voor digitale audio wordt de VCO-ingang gebruikt voor de terugkoppeling, nodig om de klokgenerator als een radio op het aangeboden signaal af te kunnen stemmen. Een andere ingang – waarvan de invloed liever niet wordt gemerkt – is de voeding. Die is nodig om de schakeling te kunnen laten werken, zoveel is duidelijk. Stoorfrequenties op de voedingspanning hebben volgens Guido echter ook invloed op de werking van de oscillator. Vandaar dat die ook als ingang is bestempeld. De derde ingang is de invloed van externe magnetische velden, aangeduid met de letter H. De vierde ingang M tenslotte, is de gevoeligheid voor mechanische trillingen (zie afbeelding 9).

 Afbeelding 9: In- en uitgangen van de klokoscillator


Hoewel het werkingsprincipe van Grimm's klokgenerator in de kern gelijk is aan dat van een blokoscillator, bestaat het juist uit losstaande componenten die ieder voor hun taak zijn geoptimaliseerd. Men is bij Grimm Audio voor de hoorbare effecten vooral gespitst op de laagfrequente afwijkingen, oftewel de langzame schommelingen in de periodetijd van het kloksignaal. In het ontwerp van de CC1 is dit aangepakt door uit te gaan van onderdelen met een lage ruisbijdrage en door veel aandacht te schenken aan een voedingspanning met zo min mogelijk verstoringen. Ook de bufferschakelingen die het signaal prepareren voor de weg naar buiten en de gevoelige oscillator isoleren van de omgeving, bleken van cruciaal belang. Guido gaf aan dat naast het ontwerp en de keuze voor de juiste componenten - de CC1 bevat er zo'n 600 stuks van - de opmaak van de print en de behuizing minstens zo belangrijk is. Overspraak van signalen op de voedingslijn of op het aardvlak kan een in beginsel goed kloksignaal simpelweg om zeep helpen. "Daar wordt vaak veel te weinig aandacht aan besteed. Met dezelfde componenten maar met een andere lay-out kun je het eindresultaat enorm verbeteren", zo benadrukte hij nog maar eens.


Ruis en ratels

Peter van Willenswaard demonstreerde vervolgens het door hem ontworpen meetapparaat voor kloksignalen. Via een versterker werd het uitgangssignaal daarvan hoorbaar gemaakt. Als test werden drie verschillende bronnen via SPDIF op de testschakeling aangesloten. De eerste was een goedkope DVD-speler die een harde sissende ruis uit de luidspreker veroorzaakte. Volgens Bruno Putzeys is het een voor hem inmiddels herkenbaar geluid. Het is anders dan bij CD-spelers, wat zijn oorsprong vindt in het feit dat bij het DVD-apparaat de klokfrequentie voor audio van de 27 MHz videoklok wordt afgeleid. Daarna kwam een Tascam DVRA1000 aan de beurt; een hoge resolutie DVD-studiorecorder. Dat gaf een wat grovere ruis, met duidelijk meer energie in het lage middengebied. De versterker werd hier op hetzelfde niveau gehouden zodat de resultaten konden worden vergeleken. Er was in de brei ook een constante pieptoon herkenbaar, wat duidt op een stoorfrequentie of stoorproduct te midden van de ruis. Hoewel niet helemaal duidelijk werd waar die van afkomstig was, vertelde Guido dat vooral de aansturing van de afleesschermpjes op apparatuur kunnen zorgen voor dit soort stoorproducten. Als laatste kwam een Grimm Audio geoptimaliseerde CD-speler aan bod. Hierbij was slechts een zachte ruis waarneembaar, zonder ratels of tonen. Het volume was hoger gedraaid omdat er anders helemaal niets te horen was.

Voor de tweede demonstratie werd een losse klokgenerator van goede kwaliteit op de testschakeling aangesloten. Wederom was een flinke ruis hoorbaar. Guido tikte op het kristal van de oscillator. Uit de luidspreker kwam een harde toon die langzaam uitstierf. Het klonk precies als een stemvork die wordt aangetikt. Hiermee werd het bewijs geleverd dat mechanische trillingen die de oscillator door welke oorzaak dan ook kunnen bereiken, een modulatie aanbrengen op het kloksignaal (microfonie). Als laatste werd een standaard oscillatorblokje aangesloten zoals dat in de handel wordt aangeboden. Hier was een duidelijke bromtoon door de ruis te horen. De oorzaak daarvan was door Guido onderzocht en bleek afkomstig van een ingebouwd spoeltje, dat het magnetisch veld van de voeding oppikt en in het spectrum mee moduleert. Guido benadrukte dat voor serieuze audiotoepassingen een klokgenerator nodig is die als stil en stabiel uit die testen komt. Door er naar te luisteren komen de verschillen duidelijk naar voren.


Leven in de brouwerij

Om het uitgebreide theoretische gedeelte dichter naar de praktijk te brengen was een demonstratie bedacht met een Yamaha DM1000 digitale mengtafel, als hart van een weergavesysteem voor de zaal. De mixer kon naar keuze op een intern kloksignaal werken of via een externe ingang worden gestuurd. Hierop was de CC1 aangesloten. Heel ludiek was gekozen voor een levensechte geluidsbron in de persoon van zanger en gitarist Sander Vos.

In de naastliggende ruimte was een ProTools audiowerkstation opgesteld dat signaal kreeg aangeboden uit de mengtafel. Het idee hierachter was dat eventuele hoorbare verschillen op de mixer zelf wellicht klein zouden kunnen zijn, omdat de afwijkingen zouden kunnen worden gemaskeerd door het gebruik van een gemeenschappelijk kloksignaal voor zowel de AD- als de DA-omzetter in het apparaat. Die situatie zou er niet zijn als het signaal pas in het audiowerkstation naar analoge audio terug zou worden gebracht. Bovendien kon de gehele sessie - met en zonder gebruik van de externe klok - met ProTools worden opgenomen en naderhand een aantal malen worden gedemonstreerd.

Voor zover het te peilen was reageerde het publiek eensluidend; het geluid met de CC1 als bron werd als beter ervaren. Het werd omschreven als vloeiender, minder rauw, milder, ruimtelijker, minder scherp, natuurlijker, harmonischer en aangenamer. De mooie termen over het resultaat pasten in elk geval prima bij de bijzondere en zeer geslaagde avond waar een woord van dank aan de mensen van Grimm Audio – die er een hoop werk aan gehad moeten hebben - dan ook zeker op zijn plaats is!

Richard van Everdingen  (richard.van.everdingen&delta-sigma-audio.nl)


Is dat eigenlijk wel zo?

Dat is de titel van het televisieprogramma dat zaken binnenstebuiten keert en gangbare opvattingen nog eens kritisch bekijkt. Zo stond ik ook als toehoorder in het verhaal na afloop van de presentatie. Mijn ervaring was precies hetzelfde als de mensen die ik om hun mening heb gevraagd. Maar er van overtuigd was ik nog zeker niet. Enkele criticasters in de zaal merkten tussen de vooral lovende reacties fijntjes op, dat je de verschillen vast niet meer zou horen als je de vergelijking blind zou doen. Eén ding stond voor mij vast; met die relativering zou dit verhaal niet mogen eindigen.


Sinds de komst van de CD verwijst een uitgebreid arsenaal aan theorieën naar hoe het beter kan. Soms krachtig onderbouwd en bewezen, soms niet meer dan pure commerciële fantasie. Uiteindelijk gaat het er toch om of er een hoorbare verbetering waar te nemen is. Dat is in hoge mate subjectief en het vereist nauwkeurigheid en verantwoording om het resultaat te kunnen bewijzen en reproduceren. Het gevaar dreigt al gauw dat je alleen maar denkt iets waar te nemen. Een uitspraak in de trant van "en dan krijgen we nu de gemodificeerde cd-speler" kleurt in dat opzicht het resultaat nog v??r de eerste klanken verschijnen.


Er moest duidelijkheid komen over de zin of onzin. Een waterdichte test zou moeten uitwijzen in hoeverre de getoonde ruis en ratels op het kloksignaal daadwerkelijk het geluid be?nvloeden. Omdat ik nog niet voldoende overtuigd was tijdens het practicum van de presentatie heb ik aan Grimm Audio gevraagd of ik naderhand de mogelijke invloed van de CC1 zou kunnen beluisteren onder meer objectieve condities. Een paar weken later werd daarvoor de klokgenerator bij ??n van 's Nederlands bekendste geluidstudio's aangesloten op de daar aanwezige studioapparatuur, waaronder ProTools. Voor de mensen ter plaatse was dit ook de eerste kennismaking met het apparaat. Gezamenlijk werden diverse blinde tests uitgevoerd.


Alsof je van je stoel valt

Vooral op het opnameproces bleek de hoorbare invloed enorm en veel groter dan ik had verwacht. Bij extern klokgebruik klonk een opname van dezelfde geluidsbron alsof er een aanmerkelijk betere microfoon werd gebruikt. Op al opgenomen materiaal was het effect klein en binnen het bereik van persoonlijke voorkeur. Dit zou kunnen komen doordat eenmaal met jitter opgenomen materiaal bepalend is voor de kwaliteit en nog maar moeilijk te verbeteren is. Het digitale weergavesysteem van een gerenommeerde luidsprekerfabrikant bleek echter ook bij dit materiaal zeer sterk te reageren op externe of interne klok. Door dit apart van ProTools om te schakelen kon het effect van het één prima van het andere worden gescheiden.


Ik was gespitst op discutabele resultaten en gehoorsbedrog, maar wat ik hier waarnam verwierp elke vorm van twijfel. Het was niet langer gebaseerd op een vage discussie tussen audiofielen die "iets" menen waar te nemen, maar op een zeer duidelijk herkenbaar effect in een veel voorkomende praktijksituatie. Een waarschuwing is daarmee op z'n plaats voor iedere nuchtere techneut die van mening is dat klankverschillen niet bestaan zolang alles maar digitaal is. Of het komt doordat de klok van de CC1 zo schoon en zuiver is of doordat populaire topkwaliteit apparatuur hier zelf jammerlijk faalt - of beide! - dat zou nader onderzoek moeten uitwijzen. Maar voor de dagelijkse praktijk is alleen het eindresultaat relevant. En dan te bedenken dat menige opname ? en CD bij u in de kast - daardoor anders was gemixt en beter had gekund. Die gedane zaken nemen helaas geen keer. Voor studiotechnici en geluidsmakers een wijze les. En voor mij ook. Want voor mezelf is alvast ruimschoots bewezen dat aandacht voor klokdistributie in een audiosysteem een dramatisch groot effect teweeg kan brengen op het eindresultaat en daarmee serieuze aandacht verdient.

RvE


Klik voor groot formaat

Guido Tent in actie met achter zich de apparatuur voor de jitterluistertest


Klik voor groot formaat

Peter van Willenswaard achter de knoppen van zijn jittermeetapparaat


Klik voor groot formaat

Eelco Grimm kondigt zanger Sander Vos aan

[naar boven]