maandag, december 4, 2023
Home Streaming Audio Netwerk Hoe een netwerkswitch de audioweergave beïnvloedt – Een extreme deep dive!

Hoe een netwerkswitch de audioweergave beïnvloedt – Een extreme deep dive!

Jaap
-
71
Hoe een netwerkswitch de audioweergave beïnvloedt – Een extreme deep dive!

Inleiding

Inhoud

De afgelopen weken cq maanden heeft uw auteur zich opgesloten in een meethok met heel veel switches en luide meetapparatuur. Dit om onderzoek te doen naar de invloed van netwerkswitches op audio-clocks. Gaat het lukken om ‘bewijs’ te vinden? 

Als liefhebber ben je altijd op zoek naar verbeteringen in de audioketen. De grootste stappen zijn te maken met akoestiek, een passende luidspreker en een goede luidspreker / versterker match. Een degelijke bron en en passende bekabeling hoort ook binnen een degelijk gebalanceerd systeem. Daarna komen we in troebel water, want hoe zit het met energievoorziening? Stroom is stroom toch? Of wat te denken van ontkoppeling van luidsprekers? En pucks onder apparatuur?

Sommige zaken zijn zeer lastig te verklaren. We horen wel iets, maar weten eigenlijk niet waar het precies vandaan komt. Denk aan kabels. Wie eenvoudige metingen aan kabels verricht, zal niet kunnen verklaren waarom de ene kabel geweldig klinkt en de andere kabel niet. Er is zeer accurate meetapparatuur nodig om enig inzicht te krijgen. Maar zelfs die vertellen maar een klein deel van het verhaal. De vaste lezer van Alpha Audio wéét dat we lang bezig zijn geweest met de test van luidsprekerkabels. Om maar een voorbeeld te noemen. Als we dan naar power-conditioning kijken geldt in feite hetzelfde: we horen verschillen, maar het is bijzonder lastig te verklaren of te meten. We zijn daar nog druk mee bezig om een degelijke set-up te maken.

Als we dan naar netwerk-audio kijken en dan specifiek naar switches, is er eigenlijk nog helemaal geen serieus onderzoek naar gedaan. Wel wat proeven met glasvezel, zoals ook wij dat hebben gedaan een paar jaar terug, maar geen echte metingen of uitgewerkte theorieën. Wij hebben het in ieder geval niet kunnen vinden. Dat zette uw auteur er toe aan om dieper te duiken en te gaan meten. Het eerste verhaal hebt u al kunnen lezen. In deel deel gaan we verder en kijken we naar de klokjitter in een streamer. Hoe wordt die beïnvloed als we diverse switches gebruiken?

Kijk NIET naar de data!

“Je weet niet waar je het over hebt. Leer eens hoe een protocol in elkaar zit!” “Weer een audiophool die geen idee heeft hoe TCP/IP werkt. Als hij zich eens zou verdiepen zou hij z’n tijd niet zo verdoen!” “Data is data. Een één is een één en een nul een nul. Wat een onzin. Het zit allemaal tussen de oren. Wat een idioten” Een paar quotes van lieve kijkers en lezers als we het hebben over switches in een audionetwerk.

We zouden het liefst op een hoog dak gaan staan met een groot PA-systeem en het gaan roepen: er is GEEN verschil in datatransmissie tussen switches. Data komt gewoon aan. Bits en bytes raken niet ‘corrupter’ bij een goedkope switch. Daar zorgen de zeer robuuste protocollen ook voor. Denk aan TCP waar foutcorrectie in zit gebouwd. Als die protocollen niet zouden bestaan, zou het internet niet werken. Zo simpel is dat. Daarbij buffert een streamer altijd een deel van de datastroom om problemen te voorkomen. Daar zit het probleem helemaal niet.

Huh? Wat zeg je nu! Er is dus geen verschil in switches?

Jawel… maar aan een heel andere kant… Ruis. Ja… daar gaan we weer. Voedingsruis en andersoortige ruis die ontstaat door het hoogfrequent schakelen. Daar meten we enorme verschillen. Er zijn heel ‘stille’ switches en enorm rumoerige modellen. En daar zijn we verder gaan onderzoeken. Dus vergeet data… daar zit het niet.

De meetopstelling

Voor dit onderzoek is er weer een aantal leden toegevoegd aan de meetfamilie. Allereerst de Wavecrest SIA 3000. Dit is een Signal Integrity Analyzer die letterlijk tot in de femtosecondes jitter kan meten. De interne resolutie is 200fs (fentoseconden) en de interne referentieclock heeft minder dan 1ps jitter. Onze kalibraties op de machine zelf bevestigen dit (hij moest opnieuw zichzelf kalibreren na de reis vanuit Zuid Korea). Dit is écht bijzonder indrukwekkend voor een machine uit 2002. En ook voor een machine die nu uit zou komen. Niet voor niets waren deze machines destijds praktisch onbetaalbaar. Het is echt een extreem accuraat – en gevoelig! – apparaat waarmee we dus ultraprecies clockjitter kunnen meten. En faseruis, laagfrequentie modulaties, etc. We hebben helaas niet alle licenties erop, maar genoeg voor wat wij doen. En extra licenties… zijn wat prijzig… understatement.

Daarnaast hebben we een nieuwe Rohde & Schwarz probe aangeschaft. Dit om een fatsoenlijke bandbreedte te realiseren voor de metingen; de R&S probe heeft een bandbreedte van dc tot 300 MHz. Genoeg voor dit project.

En tenslotte hebben we een impedance buffer amp om van 1 MOhm naar 50 Ohm aangeschaft om met de juiste impedantie te verbinden met de Wavecrest. Deze heeft een ingangsimpedantie van 50 Ohm namelijk. Wij hebben een model van Matthews Engineering gekozen vanwege de prijs / kwaliteit (dc – 400 MHz en héél erg stil) en het feit dat deze zowel op batterijen werkt, als usb-power. Uiteindelijk hebben we hem gevoed via een verloopje van USB naar de labvoeding.

De set-up voor de metingen was relatief eenvoudig. Dat moest ook wel, want elke wijziging in set-up uit zich in nét even andere uitkomsten. Overigens verloopt een klok ook met temperatuur en andere externe factoren. Dus een meting op dag één kan nét even anders zijn dan op dag twee. Erg vervelend, want het maakt dat we écht alles achter elkaar moeten meten om zaken te kunnen vergelijken. Wel is het zo dat de absolute verschillen tussen de switches gelijk blijven. Als dat niet zo was, zouden we écht gek geworden zijn de afgelopen weken.

We hebben als basis een Metrum Acoustics Ambre gepakt. Dit is een mooie midrange streamer met twee nette, strak gevoede vcxo-clocks van Tentlabs. We konden vrij eenvoudig bij de klok komen, waardoor we goed de meetprobe erop konden zetten. We hebben vervolgens de switch aangesloten op onze LISN (Line impedance stabalizer Network) om zowel te ontkoppelen als de voedingsruis te kunnen meten. De switch wordt ook aangesloten op de CDN T8 vanwege dezelfde reden: het netwerk is ontkoppeld én we kunnen ruis meten vanuit de CDN. Ook meten we – na elkaar – de voedingsadapter áls de netwerkkabel door een RF current probe om common mode te meten. We meten ruis vanuit het netwerk zowel hoog- als laagfrequent (laagfrequent gaat via de Prism dScope).

Hieronder een overzicht. Dank aan onze nieuwstijger Ronald voor het overzetten van de ondefinieerbare krabbel in een te lezen plaatje. De analyzers (Prism en Spectrum Analyzer) voor de LISN en CDN zijn overigens niet onderling verbonden. Dat lijntje is wat ongelukkig. 

De testkandidaten

Nu hebben we laatst een grote test gedaan van switches. We hebben blind geluisterd én uw auteur heeft de eerste serie metingen verricht, wat vooral bestond uit metingen van allerhande soorten ruis. Dat heeft de basis gelegd voor dit verdiepende onderzoek. Want, wat al snel bleek: de slecht metende switches, klonken ook niet prettig. Dat moet te verklaren zijn, nietwaar?

We hebben voor deze test een aantal kandidaten gepakt om verder te analyseren. Onder meer de Netgear 108E, Dlink 108, Dlink 1210, Pura Ammonite V2 en Elite en natuurlijk fiber. We hebben ook gewisseld met voedingen om te bepalen wat de invloed is van een andere voeding. We zeggen hier bewust niet ‘betere’ voeding.

Belangrijk!

Het is belangrijk te beseffen dat we over meerdere dagen hebben moeten meten. Eén serie metingen aan een switch duurt ongeveer 45 minuten om het goed te doen. Aangezien we meerdere combinaties hebben gemaakt, hebben we, verdeeld over drie dagen, de finale metingen verricht om genoeg data te verzamelen voor dit artikel en enkele conclusies.

Zoals eerder gezegd, heeft alles invloed op de metingen. We hebben geen compleet afgeschermd lab, dus er zijn lichte afwijkingen tussen dag één en dag twee. Echter hebben we elke serie ook controlemetingen gedaan, zodat we weten wat deze afwijkingen zijn. Dat hebben we meegenomen in de conclusies.

In de tabel in het hoofdstuk van de metingen hebben we alles van één serie verwerkt, zodat u wel een concreet overzicht hebt met vergelijkbare resultaten.

71 REACTIES

  1. Interessant artikel, waarvoor dank!

    Waar ik zelf nog benieuwd naar ben is of het de muziekweergave negatief kan beïnvloeden als je meer apparatuur dan nodig aansluit op een audiofiele switch.

    Dus stel je hebt een audiofiele switch aan je modem aangesloten en je sluit daar je Roon-server en streamer op aan. Kun je dan bijvoorbeeld ook je TV of Apple TV aansluiten op de switch, of kun je dit beter niet doen? Bedankt voor de reactie.

    • De quantum switch? 😉 Zonder gekheid: sinds de jaren 90 is de industrie bezig met jitter en het beperken en voorkomen ervan. In streaming is het een keten van apparaten die elkaar beïnvloeden en het beperken van ongewenste effecten blijkt niet zo makkelijk te zijn, nog los van de discussies over of iets flauwekul is of niet.

      En voor iemand ‘vinyl’ zegt: wow en flutter (ja, dat zijn echte audiotermen) is daar een probleem, alleen is de technologie zo uitontwikkeld dat het nauwelijks meer een noemenswaardig probleem is. In de (streaming) digitale audioketen zijn we op dit onderwerp nog in een onvolwassen stadium.

      Vergeet niet dat voor de gemiddeld Spotify luisteraar op een telefoon of een bluetooth speaker dit een heel-erg-ver-van-je-bed-show is en dat daar toch de massamarkt te vinden is.
      De industrie heeft wat dat betreft veel minder motivatie om hier mee bezig te zijn dan in het vinyl tijdperk: dat was de massamarkt.

  4. Hoi Jaap, dank voor je uitegbreide test. Interessant ( en zelfs belangrijk vind ik) dat je de verschillen hebt kunnen aantonen met metingen.
    Ik heb positieve ervaringen met de upgrade van een standaard switch naar een audiofiele versie en toen ik daarna ook de powersupply erbij kocht, was het verschil zelfs nog groter dan daarvoor. Na wat gehoormatig vergelijken blijkt het in mijn audioset heel goed uit te pakken om een WiFi travelrouter te gebruiken, die gevoed wordt vanuit mijn Innuos Zen Mini 3 met een batterij oplader daar nog eens tussen. Maar recent heb ik de Phoenix USB reclocker aangeschaft en dat is echte een enorm grote verbetering weer. Minder ruis, minder jitter, minder versmering, allemaal hoorbaar dus. Ik vraag me af of het mogelijk zou zijn oook eens metingen in het tijddomein te doen, of heb je daar weer andere meetapparatuur voor nodig?

  5. Hoi Jaap,
    Interessant weer, dank je wel.
    Een paar vragen om de tekst te kunnen koppelen met de overzichtstabel:
    1. Wat is jitter; is dat Sigma 1 of Low Freq Mod PJ?
    Ik lees in de overzichtstabel dat Sigma 1 en Low Freq Mod PJ zo hoog mogelijk moeten zijn en de Phase noise zo hoog mogelijk.
    2. Dan krijg ik de indruk dat de Phase Noise het meest bepalend is voor “het beste geluid”. Klopt dat?
    3. De netgear 108 heb je niet gekoppeld aan de ifi; verwacht je hetzelfde effect als bij de Dlink of is dat niet te zeggen.
    4. Je gebruikt de term lineaire voeding; Ik vermoed dat de Sbooster een lineaire voeding is. Is de Ifi ook een lineaire voeding?
    Groet, Rob

    • Dag Rob,

      1. Jitter heb je in verschillende gebieden. Sigma-1 is een soort ‘overall’ jitter, maar gemeten binnen de 65% ‘hit rate’ van het histogram. Als je begrijpt wat ik bedoel. En ook bij Low Freq Mod heb je jitter. Jitter moet zo laag mogelijk zijn. Jitter is namelijk een afwijking in tijd. In dit geval Picoseconden. Phase noise moet ook laag zijn. Maar in dit geval is een hoger getal beter, omdat dat een steilere afval betekent. (betere signaal / ruisverhouding simpel gezegd).

      2. Phase noise is één element. Maar wel een belangrijke. En het is het grootste verschil tussen de switches.

      3. Ik verwacht gelijke veranderingen bij de IFI aan de Netgear ja. Feit is namelijk: de voeding ruist door de poorten heen. Vooral laagfrequent gaat er gemakkelijk doorheen.

      4. De Sbooster is een lineaire voeding. De IFI is een switchmode.

      Groet!

    • Goede vragen Rob!

      Vanuit de praktijkervaring: ik heb een iFi PowerX voeding of een LHY lineaire power supply voeding aan een Dlink switch. Het voordeel van de iFi is de snelheid van de voeding. Dat vertaalt zich direct in hoe de streamer de muziek qua ritme en pacing weergeeft, vooral omdat transients, de attack van een drumstick op een bekken bijvoorbeeld, dan adequaat zijn.

      Een LHY LPS is gehoormatig ‘een snelle’ lineaire PS, bijna net zo snel als een iFi PowerX . Die transients zijn (bijna) even adequaat. Maar belangrijker: de details, de focus, de rust in de soundstage, de balans tussen hoog-mid-laag, het is allemaal beter. Dat komt vooral omdat het hoog minder knijpt en onrustig is (een hoorbaar kenmerk van jitter) en het laag opent en minder gebald is, waardoor de hele klankbalans meer in evenwicht is.

      De hoeveelheid detail die je meekrijgt neemt toe, de tonaliteit van een instrument — een klarinet klinkt bijvoorbeeld meer houtachtig en minder als een geknepen toon –, is levensechter.

      Het valt vooral op als je weer terug gaat van een lineaire PS (die wel goed moet zijn) naar een iFi PowerX. Dat gezegd hebbende: als je veel rock luistert heeft een iFi PowerX het effect dat de muziek meer ‘ballen’ krijgt en wat opwindender klinkt ten koste van de precisie. We hebben het hier wel over de fijne details en de kersen op taarten. Niet over dag en nacht verschillen.

  9. Dag, leuk topic. Jammer alleen dat ik niet alles kan lezen 😉 Wat ik me afvroeg, is ruis, in welke vorm dan ook, niet afwezig zodra er sprake is van een galvanische scheiding tussen bron en ontvanger? Ook i.g.v. optische doorgifte van signalen kan er toch geen sprake zijn van (elektrische) ruis in welke vorm dan ook? Of komt dit misschien terug in de hoofdstukken die ik niet kan lezen?

      • Galvanische scheiding
        We spreken van galvanische scheiding als twee (of meer) apparaten met elkaar verbonden zijn zonder dat er een elektrische stroom van het chassis van ene apparaat naar het chassis van het andere kan lopen.
        Deze scheiding kan bereikt worden door koppeltransformatortjes, door optische elementen (fiber verbinding of opto-coupler) of (alleen voor HF-apparaten) door scheidings condensatortjes. Ook iedere vorm van draadloze verbinding geeft een galvanische scheiding.
        Het aanbrengen van galvanische scheiding heeft soms zin als je aantoonbaar last hebt van storing van buitenaf, bijv. van lichtdimmers of brom door een aardlus.
        Als je aantoonbaar last hebt van een zeer hoogfrequente stoorbron zoals een naburige radiozender, geeft galvanische scheiding veelal geen oplossing.
        Kortom: het zal dus om hoogfrequente storingen moeten gaan. Indien deze van buiten het apparaat komen, is fysieke afscherming nuttig. Als deze van binnenuit komen, heeft het dus zin om geen schakelende voeding te gebruiken maar een lineaire. Maar dan nog, als de bron en ontvanger galvanisch gescheiden zijn en de ontvanger is afgeschermd en heeft een goede voeding, kan de hoogfrequente storing dus alleen bij het ontvangende apparaat zelf vandaan komen. In dat kader zou je kunnen denken dat de rol van een switch er niet toe doet. Let wel, mits galvanisch gescheiden. Volgens mij is iets of galvanisch gescheiden, of niet. Als ik dat fout zie, graag aanvullende uitleg.

        • Beste Remco,

          Je stelt een vraag om hem nu zelf te beantwoorden. Je hebt het artikel niet gelezen waarin de metingen al zeggen waar het probleem ligt. Ik leg dat ook uit. Dus als je een uitleg en ondersteunende metingen wil lezen, nodig ik je uit Alpha Audio én het werk wat we verzetten voor dit soort artikelen te steunen. Dit verhaal is – zoals gezegd in het intro – maanden werk. Unieke artikelen als deze maken we graag beschikbaar voor lezers die ons werk steunen.

          • Dag Jaap, dat snap ik. Wat ik doe is reageren op de overall conclusie. Als ik die naast de feiten leg, het feit dat er bijna altijd sprake is van een galvanische scheiding bijv, roept dat vragen op. Zoals gezegd is iets of galvanisch gescheiden of niet. Iets is niet deels galvanisch gescheiden. Dus zonder de data en de (afgeschermde) inhoud gelezen te hebben, roept de getrokken conclusie dus vragen op, die nog niet beantwoord zijn. Dat is wat ik probeerde te adresseren.

          • Ik weet niet zo goed hoe ik hier verder op kan of moet reageren. Je hebt het stuk niet gelezen en werkt dus met incomplete data. Onze metingen zeggen genoeg. Zowel de ruis metingen als de clock-metingen.

        • Remco
          Koppeltransformatertjes: dat is galvanische scheiding tussen de primaire en de secundaire wikkeling.
          Echter: de middenaftakking gaat via een weerstand en een condensator naar de aarde van de target.
          Dus fuctioneel GEEN geen galvanische scheiding.
          Op die manier kan een storing zich verspreiden over alle apparaten die met CAT kabels zijn verbonden.
          groet TOON

          • Jaap
            In 2019 was je al bezig met de switches. Ik heb toen al aangegeven dat de term Galvanisch te optimistisch was voor de cat aansluitingen.
            Toen ik onlangs hoorde dat analoge voedingen soms slechtere resultaten gaf begreep ik dat niet, analoog wordt afgeleid van de 50 Hz, dat moet toch beter zijn dan een geschakelde voeding.
            Ik was bezig met het meten van de common mode storing die van het net –via de voeding– in het audio circuit terecht zou komen; zou de transformator de boosdoener zijn?
            De transformator van een analoge voeding is veel groter dan die van een geschakelde voeding.
            Ik heb beide voedingstrafo’s gemeten en kom op 37 pF voor de analoge en 6pF voor de analoge. Een erg groot verschil ten nadele van de analoge.
            De capaciteit is gemeten tussen de primaire spoel en de secondaire spel van twee losse trafo’s in ‘kale’ toestand, zonder enige bedrading.
            Bij een complete voeding komt daar natuurlijk wat capaciteit in pF bij.
            Ik heb zelf geen analoge voeding en kan daarover geen uitsluitsel geven.
            Misschien heb jij wat gemeten aan jouw voorraad van voedingen, ik ben benieuwd.
            groet Toon

            opm. pF gemeten bij 200 kHz.

    • Remco 11/2/2023

      …. ook i.g.v. optische doorgifte …

      Vergeet niet dat er dan weer twee voedingen nodig zijn: één aan de zendende kant waar het digitaal signaal omgezet moet worden in licht voor de glasvezel, en één aan de ontvang kant om dat licht signaal weer om te zetten in een digitaal signaal.
      Dat omzetten gebeurt op basis van een discriminatie: wat is Hoog (1) en wat is Laag (0).
      Oók gevoelig voor ruis.
      groet Toon

Alpha Audio - Haarlem - Netherlands