10-MHz-Masterclocks in der Diskussion

Player, Streamer, Wandler, Vorverstärker usw.

10-MHz-Masterclocks in der Diskussion

Beitragvon wgh52 » 20.02.2014, 16:06

Edit: Dieser Thread entstand aus dem Thread Antelope Zodiac Platinum, in welchem die neue Masterclock von Antelope vorgestellt wurde. In diesem Thread soll es allgemein um den Einsatz von 10 MHz Referenzclocks im Hifi-Bereich gehen. Fujak.


Hallo Andreas,

das ist interessant! Gerade lese ich einiges über 10 MHz Taktgeneratoren und da würde mich das Spektrum dieses Taktgebers (in dBc so für den Bereich von 1 Hz bis 100 kHz) interessieren. Gibt's sowas für den Antelope Clock? Dass Rubidium eine extreme Langzeitstabilität bietet ist bekannt, aber Jitter beschreibt ja kurzzeitige Schwankung des Taktes und da würde ich Rubidium (oder besser Antelope) gerne mal mit Quarzofenoszillatoren vergleichen.

Gruß,
Winfried

PS: Ich will hier auf jeden Fall keine Jitterdiskussion "vom Zaun brechen", sondern lediglich für mich technische Daten vergleichen. :cheers:

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Beitragvon Herbert Z » 20.02.2014, 19:09

Hallo,

die Daten wuerden mich auch im vergleich zu meinem RB-Clock (Perf 10) interessieren.

http://www.thinksrs.com/downloads/PDFs/Catalog/PERF10c.pdf

Accuracy at shipment ±0.05 ppb (±5 × 10–11)
Aging (after 30 days) <5 × 10–11 (monthly)
<5 × 10–10 (yearly)
5 × 10–9 (20 years, typ.)
Spurious harmonics <–60 dBc
Phase noise (SSB) <–130 dBc (10 Hz)
<–140 dBc (100 Hz)
<–150 dBc (1 kHz)
<–150 dBc (10 kHz)

Besten Gruss
Herbert
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Beitragvon Fujak » 20.02.2014, 19:44

Hallo Winfried und Herbert,

die entscheidenden Daten sind der phase noise. Der liegt z.B. bei der von Dir, Herbert, angegebenen Rb-Clock von Stanford Research Systems etwas unter dem Phasenrauschen des zur Zeit im Thread "Treffen der PC-Fraktion" diskutierten DDC mit handverlesenen selektierten TXCOs. Zum Vergleich:

Perf10: -130 dB @ 10 Hz
DDC: -121 dB @ 10Hz
Antelope: N/A

Inwieweit das bei dieser Differenz noch hörbar ist, sei dahingestellt.

Bei den aufgerufenen Preisen für Rb-Clocks (Stanford Research PERF 10: 3.800,- €, Antelope Clock: 5.689,- €) stellt sich auch für mich die Frage, ob das Geld nicht besser in bessere D/A-Wandler bzw. DDC oder Reclocker gesteckt würde...

Aber das ist wieder eine andere Frage.

Grüße
Fujak
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Beitragvon modmix » 20.02.2014, 20:07

Hallo Fujak,

Fujak hat geschrieben:Inwieweit das bei dieser Differenz noch hörbar ist, sei dahingestellt.

Bei mir ist leider gerade etwas Land unter (Job und so), sodaß ich einfach nicht dazu komme, von unseren Erfahrungen mit einer 10 MHz an der MC-3+ zu berichten - aufgeschoben ist aber nicht aufgehoben.

Fazit: Rb-Clock ist nicht gleich Rb-Clock. Mit einer guten Rb-Clock spielt endlich die Musik - x-mal gesagt, ist aber in der Tat mehr als nur ein bißchen von Diesem oder von Jenem. Ein sehr guter OCXO setzt dann noch einen drauf.

Sorry for the Delay.
Ulli
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Beitragvon wgh52 » 21.02.2014, 00:16

Freunde, das wird hier eine off-Topic Diskussion, vielleicht lagern wir in einen "10 MHz Masterclocks" aus...?

Danke Herbert,

guter Vergleichsanfang:

Herbert Z hat geschrieben:http://www.thinksrs.com/downloads/PDFs/Catalog/PERF10c.pdf
Accuracy at shipment ±0.05 ppb (±5 × 10–11)
Aging (after 30 days) <5 × 10–11 (monthly)
<5 × 10–10 (yearly)
5 × 10–9 (20 years, typ.)
Spurious harmonics <–60 dBc
Phase noise (SSB) <–130 dBc (10 Hz)
<–140 dBc (100 Hz)
<–150 dBc (1 kHz)
<–150 dBc (10 kHz)

Ich hab' auch einiges recherchiert, aber nach dem Taktgeber selbst. Mir schwant hier könnten DIYer echtes Geld sparen... Unsere gute alte KVG in Neckarbischofsheim hat z.B. diesen OCXO im Programm (ca. 240 €):

Typical Phase noise:
1 Hz: < -100 dBc / Hz
10 Hz: < -130 dBc / Hz
100 Hz: < -150 dBc / Hz
1 kHz: < -160 dBc / Hz
10 kHz: < -165 dBc / Hz
100 kHz: < -170 dBc / Hz
Man sieht hier sehr gut was mit Quarz an Phasenrauschen "so geht" (und es gibt besseres... :wink: )

Aging (after 30 days of continuous operation):
per day: < + 5 x 10-10
per month: < + 5 x 10-9
1st year: < + 3 x 10-8
15 years: < + 5 x 10-7
Man sieht hier sehr gut die überlegene Langzeitstabilität der Rb-Clocks.

So ein Teil, schwingend oder besser gesagt "entkoppelt" in ein schönes Gehäuschen montiert, ein rauscharmes(!) 12 V Netzteil davor/dazu, BNC Anschluss (natürlich fachgerecht mit dem Oszillator verbunden!), könnte ich mir gut als DIY 10 MHz Masterclock (z.B. für Reclocker) für 500-700 € Teilekosten vorstellen. Rechnet man die Teilekosten zusammen und multipliziert mit vier bis fünf, scheinen die aufgerufenen Fertiggerätepreise gar nicht mal soooo aus der Welt (zumal sie sicher noch einige zusätzliche Kniffe eingebaut haben)... :mrgreen: Aber das nur nebenbei.

Gruß,
Winfried

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Beitragvon gregor » 21.02.2014, 07:58

Hallo Ihr Clock-Optimierer,

im ComputerAudiophile Forum behaupten user, die Mutec MC3+ mit einer gebrauchten 10M Clock verbessert zu haben, nämlich der hier:

http://www.ebay.de/itm/171206305316?ssP ... 1423.l2649

Allerdings weiß man ja nicht, wie alt das Ding ist - und das ist in diesem Zusammenhang ja nicht ganz unwesentlich.

http://www.computeraudiophile.com/f10-m ... post297035

Beste Grüße
gregor
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Beitragvon modmix » 21.02.2014, 15:08

Hallo gregor,

der User im CA hat recht. :wink:
Selbst gehört. OCXOs sind noch besser. 8)

Das Alter der Rb-Clock hat m.W. eher etwas damit zu tun, ob die Clock funktioniert, nicht aber, wie gut sie funktioniert. Am Lebensende haben sich Ablagerungen gebildet, die verhindern, daß die Absorbtion auf der Frequenz des ausgenutzen Übergangs im Rb detektiert werden kann. Hast Du Informationen darüber, wie diese Veränderung das Phasenrauschen ändert? Die absolute Frequenz wird ja wohl stabil bleiben, weil sie von der Physik der Rb-Atoms abhängt.

Beste Grüße
Ulli
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Beitragvon aston456 » 21.02.2014, 15:21

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Anwendungsbeispiel Rb-Clock an Mutec MC-3+

Beitragvon Fujak » 21.02.2014, 20:13

Hallo Freunde der exakten Zeit,

es ist sicher kein Zufall, dass das Thema Referenzclocks mehr und mehr ins Blickfeld der hochwertigen Wiedergabe digitaler Musikdaten rückt, denn die Bedeutung hochwertiger Oszillatoren ist in den letzten Jahren immer klarer geworden.

Das betrifft nicht nur die Güte und die Verarbeitung (insbesondere die Schnittführung) des Ausgangsmaterials. Es betrifft auch die Notwendigkeit, dass für einen Oszillator konstante Umgebungsbedingungen vorhanden sein müssen, wenn die definierte Eigenschwingung ein möglichst geringes Störspektrum aufweisen soll. Konstante Bedingungen betreffen vor allem Temperatur (TCXO, OCXO), mechanische Einflussgrößen (Stichwort Resonanz, Mikrofonie), sowie eine regulierte Spannungsversorgung, die möglichst wenig Rauschanteile (Ripple) aufweist.

Da nur wenig Geräte in erschwinglichen Preiskategorien diese Kriterien in vollem Umfang umsetzen, haben sich eine Reihe von flankierenden Optimierungsmaßnahmen entwickelt, die zum Einsatz kommen: Modifizierungen (Gertifizierungen) an bestehenden Streamern in puncto Clocks und ihrer Stromversorgung, Optimierungen an Soft- und Hardware bei Audio-PCs, Reclocker wie die Mutec MC-3+ 1GHz-Clock - und nun die 10MHz Rb-Referenzclocks

Diese Clocks arbeiten meistens auf der Basis eines Rubidium-Oszillators, ein Quarzoszillator, dessen Frequenz mit der 6,835-GHz-Schwingung von Rubidium-Atomen geregelt wird. Da diese Schwingung unter allen Umgebungsvariablen stets die gleiche Frequenz aufweist, ergibt sich daraus eine vielfach höhere Genauigkeit als mit herkömmlichen Schwingquarzen. Aus der Ausgangsfrequenz wird dann auf elektronischem Wege eine genormte Zeitbasis von 10 MHz abgeleitet, weshalb diese Clocks auch Zeitnormal oder Rubidiumnormal genannt werden.

Während solche Clocks schon seit vielen Jahren fester Bestandteil in industriellen Anwendungen darstellen, sind es im Hifi-Bereich nur eine Handvoll Firmen, die bislang solche Clocks anbieten, wie z.B. DCS, Stanford Research Systems, Antelope etc.

Im Unterschied zu industriellen Anwendungen, in denen Rb-Clocks vor allem wegen ihrer hohen Ganggenauigkeit eingesetzt werden, spielt dieses Kriterium bei Hifi Anwendungen keine Rolle. Ob in 10 Jahren die Samplingrate statt 44.100 Hz dann 44.100,00004 Hz beträgt, würde selbst jemand mit absolutem Gehör nicht heraushören.

Viel wichtiger für unsere Zwecke ist hingegen die Angabe des sogenannten Phasenrauschens, jener unerwünschter Frequenzanteile, die zu Artefakten im Zuge der D/A-Wandlung führen. Das Phasenrauschen steht dabei übrigens nicht zwangsläufig in einer unmittelbaren Korrelation zur Gangabweichung. So kann die eine Rb-Clock mit einer sehr hohen Ganggenauigeit dennoch ein höheres Phasenrauschen aufweisen als eine andere Rb-Clock mit geringerer Ganggenauigkeit aber einem niedrigeren Phasenrauschen. Ein Hersteller einer Rb-Referenzclock für Hifi-Zwecke, der nur Angaben zur Gangabweichung, nicht aber zum Phasenrauschen (aufgeschlüsselt nach Frequenzbereichen) macht, sollte daher misstrauisch machen (was die Qualität seiner Oszillatoren anbelangt).


Das Experiment

Seit einiger Zeit bin ich mit Mutec im Gespräch, inwieweit sich das Reclocking-Ergebnis der MC-3+ noch steigern ließe, wenn man ihren (glücklicherweise) vorhandenen 10MHz-Eingang mit einer Rb-Referenzclock füttert.

Bild

Zu diesem Zwecke, stellte mir Herr Peters von Mutec eine hochwertige Rb-Clock zur Verfügung, um dies zu testen.

Bild

Der Test-Aufbau entspricht meinem Setup (siehe hier). Getestet habe ich immer abwechselnd mit Synchronisation auf das eingehende SPDIF-Signal und auf das 10MHz-Referenzsignal der Rb-Clock.

Bild

Anmerkung: Im Bild ist ist eine Animation enthalten, die die Mutec-Kaskade abwechselnd in den Betriebszuständen Synchronisation über SPDIF und Synchronisation über 10MHZ Rb-Clock (einmal mit der ersten und dann mit dem dritten Mutec-Clock) zeigt.


Rb-Clock an einzelner Mutec MC-3+

Zunächst habe ich eine einzelne MC-3+ ausprobiert. Hier ist der Unterschied mit Rb-Clock und ohne am deutlichsten. Es tauchen die vertrauten Klang-Unterschiede auf, wie sie von mehr oder weniger Jitter bekannt sind (zur Vertiefung dieses Themas u.a.: Wie "klingt" Jitter?).
Was bei der Synchronisation auf die Rb-Clock vor allem heraussticht ist die Ausdehnung des Raumes in Breite und Tiefe, ein Verlust an Schärfe, und mehr Kontur im Bassbereich. Das Klangbild hört sich aufgeräumter an, was dazu führt, lauter hören zu können, ohne dass es gleichzeitig mehr anstrengen würde.
Den Unterschied mit und ohne Rb-Clock würde ich in der Größenordnung einer weiteren in Reihe geschalteten MC-3+ einordnen.


Rb-Clock an 3er-Kaskade Mutec MC-3+

Mein technisches Verständnis sagte mir, dass ich das 10MHz- Referenzsignal in die letzte MC-3+ der Kaskade einbringe, um das Optimum herauszuholen. Es zeigte sich aber, dass das Zuführen in die erste oder mittlere Mutec-Clock den gleich starken bzw. eher gleich schwachen Effekt hatte. In der Kaskade nämlich stellte sich der Unterschied mit und ohne Rb-Clock als geringer dar als bei nur einer Mutec-Clock. Ich würde den Unterschied hier in etwa in der gleichen Größenordnung sehen, wie den Unterschied zwischen 2 und 3 kaskadierten Mutec-Clocks.


Ökonomische Betrachtungen

Der "analoge Reinheit" des Klangs mit 3 Mutec-Clocks und der Rb-Clock ist unübertroffen. Dennoch: wenn ich das ganze unter ökonomischen Gesichtspunkten betrachte, lautet für mich die Schlussfolgerung aus dem Experiment nicht, mir eine solche Rb-Clock anzuschaffen. Angesichts der Tatsache, dass eine Rb-Clock dieser Güte (die m.E. deutlich über der einer Antelope-Clock liegt) könnte man sich 6-7 Mutec Clocks MC-3+ anschaffen. Insofern kommt man in der Preisleistungsrelation mit einer weiteren MC-3+ (und einem sehr guten DDC) mit weniger Investition deutlich weiter.

Abschließend bemerken möchte ich auch, dass sich der Grad an klanglichen Unterschieden mit und ohne Rb-Clock natürlich auch daran bemisst, wie sauber das in die MC-3+ zugeführte SPDIF-Signal bereits ist. Denn es kann nur in dem Maße optimiert werden, wie das Signal vorher defizitär gewesen ist. Ein weiterer Faktor für den erreichbaren Optimierungsgrad stellt die Qualität der Eingangs- und Wandlerstufe des DAC dar.
Insofern kann es durchaus sein, dass in anderen Setups (wie vor wenigen Minuten von Uli im Mutec MC-3+-Thread in einem sehr empfehlenswerten Beitrag beschrieben wurde - siehe hier) der Einsatz einer Rb-Clock zu größern/kleineren Unterschieden führen als von mir beschrieben.


Rb-Clock Alternativen

Im Internet kursieren immer wieder ausgebaute RB-Clock-Module, die man für 150-200 Euro kaufen kann. Mit einem externen (rauscharmen!) 24V-Netzteil versorgt, erhält man für kleines Geld eine Rb-Clock. Wie gut/schlecht diese ist, kann man leider nur durch konkretes Ausprobieren herausfinden. Aber bei den Preisen könnte sich das durchaus lohnen.

Zudem werden zahlreiche ausgemusterte komplette Rb-Clocks (vorzugsweise der ehemaligen bayrischen Firma Efratom) teilweise für unter 200,- € angeboten. Auch hier könnte es sich lohnen, mal etwas auszuprobieren.

Grüße
Fujak
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Beitragvon modmix » 21.02.2014, 20:46

Hallo Fujak,

Wie bei mir ausgeführt: Rb-Clocks sind deutlich schlechter im Phasenrauschen als gute OCXOs - die zudem nicht teuer sein müssen. Daß Rb-Clock kaputt gehen kann, (siehe Kais Posting), könnte alleine der Grund sein, keine Rb-Clock zu verwenden.

Die 12V des HP 10811 mache ich mit dem von Daniel vorgestellten TPS7A4700EVM für den Oszillator (kostet keine 20 €) und einem MeanWell 24V-SNT für die Heizung (45 €). Spielt prima für < 200 € und etwas Selbstbau. :wink:

Schade, daß Du offenbar nur eine MC-3+ mit 10 MHz versehen hast - nimmt man den internen Abschluß weg, kann man mit einer Clock mehrere MC-3+ versorgen. Der Orbital Research POS hat sogar zwei 10 MHz Ausgänge 8) .

Ulli
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Beitragvon wgh52 » 21.02.2014, 20:54

Hallo Fujak,

danke für Deine Tests und Einschätzungen. Eine kleine Korrektur sei gestattet:

Fujak hat geschrieben:Diese Clocks arbeiten meistens auf der Basis eines Rubidium-Oszillators, ein Quarzoszillator, dessen Frequenz mit der 6,835-GHz-Schwingung von Rubidium-Atomen geregelt wird.

Im Rb-Oszillator schwingen nur Rb-Atome, kein Quarzkristall! Im Quarzoszillator schwingt ein Quarzkristallplättchen. Insofern hat Rubidium mit Quarz nichts zu tun, vielleicht war's ja nur etwas zu stark vereinfacht :wink: . (Siehe Albert Einstein :mrgreen: )

Weiterhin könnte man aus Deinem Beitrag eventuell schließen, daß Quarzoszillatoren den Rb Oszillatoren grundsätzlich unterlegen seien. Das ist weder wahrscheinlich noch bewiesen und wir werden hoffentlich in die Lage versetzt werden das mal zu ermitteln.

Fujak hat geschrieben:Im Unterschied zu industriellen Anwendungen, in denen Rb-Clocks vor allem wegen ihrer hohen Ganggenauigkeit eingesetzt werden, spielt dieses Kriterium bei Hifi Anwendungen keine Rolle. Ob in 10 Jahren die Samplingrate statt 44.100 Hz dann 44.100,00004 Hz beträgt, würde selbst jemand mit absolutem Gehör nicht heraushören.

... genau diese (für HiFi praktisch nicht nötige/relevante Langzeitstabilität) ist die Hauptstärke der Rb-Clocks, aber in Phasenrauschen und Allen-Varianz liegen Rb und Quarz in vergleichbaren Bereichen. Es könnte also sein, dass Quarz hier im Endeffekt gleichzieht sogar die Nase vorn hat und billiger ist - wir wissen das noch nicht... 8)

Wie dem auch sei, es wurden von AH Forianern bereits vielversprechende Hörtests gemacht, die eine zumindest vergleichbar hohe Jitter-Effektivität von Quarzoszillatoren (OCXO) gegenüber Rb-Clocks nahelegen. Wie sich das preislich auswirkt ist noch zu klären - Rubidium ist teuer, klingt aber als Produktname(!) natürlich viel wertiger/besser/exotischer :wink: .

Jedenfalls bleibt das Thema spannend!

Gruß,
Winfried

PS: Ulli war schneller, ich lass meine Ausführungen aber mal wie sie sind. :D

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Beitragvon Fujak » 21.02.2014, 21:25

Hallo Winfried und Ulli,

es ging mir bei meinen Ausführungen nicht darum, den Rb-Clocks eine generelle Überlegenheit gegenüber konventionellen Oszillatoren (insbes. OCXOs) zu propagieren, sondern darzulegen, weshalb auf der Suche nach möglichst wenig Jitter auch die Rb-Clocks ins Blickfeld der Hifi-Freaks gerückt sind.

Mein Test diente ja genau der Überprüfung, inwieweit es ein praktikabler Weg ist, mittels einer guten Rb-Clock und den Mutec-Clocks eine signifikante Verbesserung zu erreichen - was aus meiner Sicht unter ökonomischen Aspekten nicht der Fall ist (dann eher noch eine weitere MC-3+).

Vielversprechender finde ich persönlich den Weg über OCXOs und saubere Spannungsversorgung direkt in den entsprechenden Geräten (DDC, DAC Reclockern), ggf. als DIY-Upgrade, was jedoch in diesem Thread OT ist.

@ Ulli: habe Dir diesbezüglioch PN geschickt

Grüße
Fujak
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Beitragvon modmix » 21.02.2014, 23:12

Hallo Winfried,

wgh52 hat geschrieben:Im Rb-Oszillator schwingen nur Rb-Atome, kein Quarzkristall!

fast. :wink:

Atom-Normale (Rb, Cs etc.) arbeiten nach diesem Grundprinzip:

Bild
Quelle: The Brazilian time and frequency atomic standards program

Bei Rb-Clock ist der Solid State Oscillator meist ein Quarz-Oszillator:

Bild
Quelle: Time and Frequency from A to Z: Re to Ru

In einem OCXO wird einfach nur der Quarz-Oszillator in einer Umgebung betrieben, in der er sehr stabil läuft. Störungen durch Synthesizer etc. treten nicht auf.

Beste Grüße
Ulli

"...but not one bit simpler." :wink:
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Beitragvon wgh52 » 21.02.2014, 23:23

Danke Ulli,

wieder was gelernt! :cheers:

Gruß,
Winfried

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Beitragvon modmix » 22.02.2014, 06:34

Hallo Winfried,

wo wir gerade dabei sind:

10 MHz sind langsames HF - den Wellenwiderstand sollte man beachten (vergl. Herberts Probleme, die Gert lösen konnte durch Ändern der Ausgangsimpedanz der Clock).

Alle 10 MHz, die ich bisher in den Fingern hatte, sind für 50R spezifiziert. SPDIF-Kabel passen da nicht :wink:

Ground Loops müssen natürlich auch hier vermeiden werden - nicht immer einfach :|

Fehler können hier leicht zu falschen Schlüssen führen...

hth
Ulli
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