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Mutec MC-3+ Front
Mutec MC-3+ Reclocker/Word Clock-Generator; ca. 749 Euro. (Bild: J. Schröder)

Test: Mutec MC-3+ Wordclock-Generator

Eine echte Zeitmaschine: Der hier vorgestellte Mutec MC-3+ ist zunächst mal ein hochpräziser Wordclock-Generator, wie man ihn in Tonstudios als zentralen Taktgeber bei der Zusammenschaltung mehrerer digitaler Audio-Komponenten zwingend benötigt. Damit erfüllt er eine Funktion, die auch in der HiFi-Technik zukünftig eine zunehmende Rolle spielen dürfte. Das allein macht ihn fürs Hören zuhause aber noch nicht wirklich interessant, existieren derzeit doch nur recht wenige Consumer-Geräte mit dem hierfür erforderlichen Wordclock-Eingang. Weitaus spannender für HiFi-Fans ist jedoch die zweite, wichtige Funktion des schnuckeligen Kästchens aus Berlin: Der Mutec MC-3+ kann nämlich eingehende digitale AES3- oder S/P-DIF-Signale vollständig „reclocken“ – und das bedeutet nichts anderes, als es von klangschädlichem Taktzittern (Jitter) zu befreien.

Das hört sich zunächst mal einfach an, ist aber technisch alles andere als trivial – um Jitter zu eliminieren, reicht eine reine Impulsformung, wie sie viele Geräte realisieren, nicht aus. Kein Wunder also, dass ein vollständiges Reclocking des Digitalsignals auch in extrem teuren HiFi-Geräten nur höchst selten stattfindet.
Reclocking – wozu denn eigentlich? Immer, wenn digitale Gerätschaften miteinander verbunden werden, gilt das Master-Slave-Prinzip: Der Master, beispielsweise ein CD-Laufwerk, gibt dabei nicht nur die Audiodaten aus, sondern auch den Takt vor, mit dem die digitalen Abtastwerte vom D/A-Wandler wieder ins Analoge zurückgewandelt werden. Natürlich hat auch der D/A-Wandler einen eigenen Taktgeber, doch muss dieser mit dem des Masters synchronisiert werden – sonst entsteht Puffer-Über- oder Unterlauf, was das Audiosignal entweder knacken oder aussetzen lässt.

Diese Synchronisation übernimmt in der Regel eine sogenannte Phase Locked Loop (PLL-)-Schaltung: Sie ermittelt durch Phasenvergleich die Unterschiede zwischen Master- und Slave-Takt und steuert den im D/A-Wandler befindlichen Systemtaktgeber entsprechend nach. Und hier liegt eine der wesentlichen Ursachen des Jitter-Problems: Die PLL-Regelschleife aus Phasenvergleichsstufe und Taktoszillator erzeugt mehr oder weniger starkes Phasenrauschen – sprich die Taktfrequenz ist in der zeitlichen Ebene nicht stabil, sondern zittert. Somit ist der PLL-Regelkreis ein klangbestimmendes Element im D/A-Wandler, da sich die Taktpräzision unmittelbar auf die Klangqualität auswirkt (Hörbeispiele finden Sie hier).

Clock Around The Rock

All diese Probleme kennt der Mutec MC-3+ nicht, denn er besitzt keine PLL – jedenfalls nicht in der Form wie soeben beschrieben. Natürlich muss auch er sich im Reclocking-Modus auf die Taktfrequenz des externen Referenzsignals einstellen, aber das geschieht auf völlig andere Weise: Beim MC-3+ erfolgt die Synchronisation über einen DDS-Prozess (direkte digitale Synthese, Wissensdurstige klicken hier). Solche DDS-Generatoren (in Grafik 1 beschrieben) haben viele Vorteile: So liefern sie nicht nur über einen großen Bereich genau einstellbare, äußerst stabile Festfrequenzen, sondern zeichnen sich – was für den Audiobereich noch viel interessanter ist – durch sehr geringes Phasenrauschen aus. Grundsätzlich gilt für DDS-Generatoren: Je höher ihre interne Taktfrequenz, desto rauschärmer das Ausgangssignal.

Fig_1_DDS_Signal_Generation
Grafik 1: Per direkter digitaler Synthese (DDS) lassen sich aus einem abgespeicherten Kurvenzug Signale von beliebiger Form und Frequenz generieren. Dazu werden gezielt einzelne Abtastwerte aus einem Speicher abgerufen und neu zusammengesetzt. Der DDS-Prozess ermöglicht Taktgeber, die äußerst Frequenz-präzise bei sehr geringem Phasenrauschen arbeiten. (Quelle: National Instruments)

Für größtmögliche Rauschfreiheit arbeitet der DDS-Generator im Mutec MC-3+ daher mit einem sehr hohen Systemtakt von 1 Gigahertz: Dieser wird intern auf eine spezielle Nutzfrequenz umgerechnet, die zuvor durch etliche Testreihen als die Beste zur Audiotakt-Generierung eruiert wurde. Der eigentliche Synchronisationsprozess läuft beim Mutec auf folgende Weise ab: Während die von der Quelle gelieferten digitalen Audiodaten in einen Speicher eingelesen werden, ermittelt der MC-3+ die aktuelle, durchschnittliche Taktfrequenz. Auf diese wird der DDS-Generator nun synchronisiert, was prinzipbedingt sehr genau, sprich phasensynchron gelingt. Dadurch kann der MC-3+ eventuellem, langsamen Driften des Referenzsignals exakt folgen, wobei er wie ein Tiefpassfilter dem höherfrequenteren Takt-Jitter aus dem Eingangssignal zuverlässig den Weg versperrt. Hinzu kommt, dass dieser Prozess nicht wie bei herkömmlichen PLLs von ebenfalls Jitter-trächtigem Phasenrauschen begleitet ist. Selbstverständlich werden die Audiodaten hierbei in keinster Weise verändert, sondern lediglich von Jitter befreit und sauber getaktet neu ausgegeben.

Alles graue Theorie? Von wegen – wie hervorragend die Reclocking-Funktion des Mutec MC-3+ in der Praxis funktioniert, zeigt der Vergleich der Messdiagramme (Galerie unten) auf fast schon dramatische Weise: Für die Messungen verband ich einen externen D/A-Wandler (AMI Musik DDH-1) über die gängige S/P-DIF-Schnittstelle via Koaxialkabel mit einem Budget-CD-Player (NAD C 542) als digitalem Zuspieler (Master). Zuerst ermittelte ich mit einem speziellen Testsignal (siehe Diagramm 1) das Jitter-Spektrum des CD-Spielers am Analogausgang, was sehr ordentliche Werte ergab (Diagramm 2). Anschließend nahm ich die gleiche Messung am Analogausgang des koaxial gespeisten AMI Musik DDH-1 vor: Hierbei zeigten sich deutliche, Jitter-bedingte Störkomponenten speziell im näheren Umkreis des 11025-Hz-Testtones, die teilweise um mehr als 30 Dezibel höher ausfielen als am Analogausgang des CD-Spielers (Diagramm 3).

MC-3+ test-setup
Bild 1: Das Gehäuse des Mutec MC-3+ misst exakt halbe 19-Zoll-Normbreite. Hier in Begleitung mit zwei unserer Test-D/A-Wandler – dem AMI Musik DDH-1 (oben) sowie dem Arcam airDAC (rechts). Als CD-Zuspieler diente der NAD C 542 (unten). (Foto: J. Schröder)

Schlussendlich schleifte ich den im Reclocking-Modus arbeitenden MC-3+ in die koaxiale Verbindung zwischen CD-Spieler und D/A-Wandler und maß erneut das Jitter-Spektrum am Analogausgang des AMI Musik DDH-1. Das Ergebnis fiel so drastisch aus, dass ich es kaum glauben konnte und die Messanordnung mehrere Male überprüfte. Es blieb dabei: Wie Diagramm 4 eindrucksvoll belegt, gelang es dem MC-3+, sämtliche Jitter-bedingten Störkomponenten vollständig zu eliminieren. Und nicht nur das: Bei genauerem Hinsehen im unteren Frequenzbereich ist sehr gut zu erkennen, dass die Oberwellenstruktur des aufmodulierten 229,7-Hertz-Rechtecksignals sogar noch dichter am Originalsignal (Diagramm 1) lag als der CD-Spieler. Wie man sieht, hatte der Mutec MC-3+ die recht Jitter-empfindliche PLL des AMI-Wandlers fest im Griff – was dessen Jitter-Performance ganz erheblich verbesserte.

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Messungen Mutec MC-3+

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Diagramm 1: J-Test 1644
Diagramm 1: Das 16bt/44,1kHz-J-Test-Signal in digitaler Reinstform – 11,025 kHz Rechteck mit -6dBFS; moduliert mit Rechtecksignal 229,7 Hz 1 LSB. Die spektralen Linien im 229,7-Hertz-Abstand resultieren aus der endlichen 16bit-Auflösung des Modulationssignals. (Diagramm: LowBeats)
Diagramm 2
Diagramm 2: Das J-Test-Signal aus Diagramm 1, wiedergegeben über CD-Spieler NAD C 542 und gemessen am Analogausgang: Das Jitterverhalten des doch schon recht betagten Players ist sehr ordentlich. (Diagramm: LowBeats)
DIagramm 3
Diagramm 3: J-Test-Signal aus Diagramm 1, wiedergegeben über den Analogausgang des  D/A-Wandlers AMI DDH-1, der via S/P-DIF-Koaxialeingang vom CD-Spieler NAD C 542 gespeist wurde. Gut zu erkennen die gegenüber dem CD-Spieler-Ausgang deutlich angestiegenen Jitter-Komponenten, speziell im Bereich zwischen 8 und 14 Kilohertz. (Diagramm: LowBeats)
Diagramm 4
Diagramm 4: Die gleiche Konfiguration wie in Diagramm 3, jedoch mit Mutec MC-3+ im Reclocking-Modus, eingeschleift in die S/P-DIF-Koaxialleitung. Das Ausgangssignal des AMI DDH-1 zeigt sich nun vollständig vom Jitter befreit. Zudem bleibt die ursprüngliche Oberwellen-Struktur des 229,7-Hz-Modulationssignals nahezu perfekt erhalten. (Diagramm: LowBeats)
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