Chord Mojo 2 Nasıl Tasarlandı?

Bu yazıda Chord Electronics Mojo 2 taşınabilir DAC/kulaklık yükselticisinin bazı tasarım özelliklerinden bahsedeceğim.  Mojo 2, Mac, PC, akıllı telefon, tablet veya network streamer cihazları ile kullanıldığında ses kalitesini yükselten bir ürün.

Yazının ilham kaynağı Darko Audio web sitesinde dinlediğim  “Rob Watts Chord Mojo 2 hakkında” başlıklı bir podcast ve okuduğum bazı inceleme yazıları. Söz konusu podcast, ürünün (daha doğrusu Chord Electronics ürünlerinin) tasarımcısı Rob Watts ile yapılmış bir söyleşi. Ürün detaylarını tasarımcısından dinlemek açıkçası çok hoşuma gitti. Bu uzunca yazının sonunda bazı kaynak bağlantılarını bulabilirsiniz.

Chord Mojo 2’nin atası olan ilk Mojo 2015’de çıkmıştı. Mojo 2 tasarım çalışmaları ise 2018’de başlamış. Mojo 2, yaklaşık 4 yılllık bir çalışmanın ürünü. Chord Mojo 2, taşınabilir bir DAC ve kulaklık yükselticisi. Mojo 2’nin, 2015’de çıkan Mojo’ya göre iyileştirilmiş yönleri var. Bunları, daha daha sıkı (İng. tight) ve doğru (İng. accurate) bas, detayların doğruluğu (özellikle düşük sinyal) ve ses sahnesi derinliği (sound stage depth) olarak özetleyebiliriz.

Mojo 2, 2 adet 3,5mm kulaklık çıkışına sahip. Kulaklık çıkışı 600mW.Sayısal yeri girişi için USB-C, 3,5mm kulaklık portu görünümündeki koaksiyel (32bit/768kHz), TOSLINK (24bit/192kHz) ve microUSB (32bit/768kHz) ,  portları mevcut. Dahili pili doldurmak için ayrı bir microUSB var. DSD256 ve DoP destekleniyor. Dahili pil ile yaklaşık 8 saatlik bir kullanım mümkün. 2022’de belki DSD512, hatta DSD1024 görmek daha hoş olurdu ama DSD128 ve DSD256 kayıtlarn azlığını düşününce çok da dert etmemek lazım.

Mojo 2 aluminyum bir kutuya sahip ve 185gr ağırlığında. Üzerindeki düğmeler küre şeklinde ve işleve göre renk değiştiriyorlar. Bunu detaylı anlatmayacağım ama öğrenip alışması biraz zaman istiyor.

Mojo, zaten bulunduğu fiyat segmentinin ($560 Amazon.com) en iyi ürünlerinden biriydi. Mojo 2 fiyatını What Hi-Fi’de $725 olarak gördüm.

DAC Teknolojileri

Çoğu okuyucu biliyordur, ama bilmeyenler için tekrarlayacağım. Sayısaldan analoğa ses çeviriminde değişik yaklaşımlar mevcut; (1) DAC yongalarına dayalı tasarımlar, (2) FPGA yongalarına dayalı tasarımlar ve, (3) R-2R Ladder DAC denilen, direnç basamaklarına dayalı ürünler, (4) PWM teknolojisine dayalı ürünler. Bu teknolojilerin her birinin oldukça başarılı temsilcileri var. Örneğin, Denafrips ve MSB, R-2R teknolojisi ile, Chord Electronics FPGA teknolojisi ile, Mola Mola, PWM (Pulse Width Modulation) teknolojisi ile DAC üretiyor. Örnekleri çoğaltmak mümkün.

FPGA

FPGA (Field Programmable Gate Array) aslında, giriş ve çıkışları arasında ne işlem yapılacağını programlayabileceğiniz, çok hızlı ve sayısal çalışan yarıiletken bütünleşik devrelerdir. Chord Electronics, ürünlerinde, ayrı DAC yongası kullanmak yerine FPGA programlama yolunu tercih ediyor. Tabi bu tasarımlarda kullanılan “çok uzun sayısal filtreler” – “tap” sayısı ile ifade ediliyor – tasarımların çok önemli diğer özelliği.

Anlaşılacağı üzere FPGA sayısal bir ortam ve Chord tarafından sayısal işlemler için kullanılıyor. Öte yanda sayısaldan analoga çevirme işin FPGA dışında ayrı bileşenler tarafından yapılıyor. Bu yaklaşım, sayısal ortam ile analog ortam gürültülerinin birbirinden daha iyi ayrılabilmesini sağlıyor.

Mojo 2, orijinal Mojo gibi, Xilinx Artix 7 FPGA yonga setini (XC7A15T) koruyor. Ancak kartın  kodlaması orijinal Mojo’dan oldukça farklı. Bugün itibariyle XC7A15T, Xilinx’in en gelişmiş FPGA kartıdır ve Hugo 2’nin içinde de kullanılıyor.

Yukarı Örneklemeyi Biliyoruz, Yukarı Ölçekleme Ne?

İlginç bir nokta; Mojo 2 Coax girişi 768kHz’e kadar destekleniyor. Bu, Hugo M-Scaler ile birlikte kullanımı da sağlıyor. M-Scaler, aslında bir yukarı ölçekleme cihazı. Kaynaktan gelen sinyali, 768kHz’e ölçeklemenizi sağlıyor. Burada ölçekleme kelimesini İngilizce “scaling” kelimesinin çevirisi olarak kullanıyorum. Yukarı örnekleme (İng. upsampling) kullanılmamış. Çünkü burada yapılan örnekleme frekansının arttırılmasından ibaret değil.  Örneğin, 96kHz girip, 768kHz çıkabiliyorsunuz. Ama sadece bununla kalmıyor, FPGA tabanlı WTA (Watts Transient Alingment) teknolojisi ile ses kalitesine önemli bir katkı sağlıyor. M-Scaler’ın önemli özelliği 1.015.808 (16FS filter) Tap-uzunluğunda bir filtreye sahip oluşu. Tap uzunluğu Chord Electronics DAC ürünlerinde ses kalitesi ile ilgili önemli bir parametre. Tap kelimesini Türkçe’ye çevirmiyorum. İleride ayrı bir blog yazısı ayırabilirim.

Orijinal Mojo, 38.912’lik tap sayısına sahipken, Mojo 2’de Hugo 2’nin (49.152) performans seviyesine biraz daha yakın olan 40 DSP çekirdeğini kullanarak 40.960 tap uzunluğu sözkonusu.

Örneğin amiral gemisi DAVE 164.000 tap uzunluğuna sahip. Fiyat olarak daha aşağıda olan Hugo TT 2, 98.304 tap uzunluğuna sahip. Bir yerlerde okumuştum; Hugo 2 ile M-Scaler birlikte kullanıldığında DAVE’e kafa tutuyor diye. Bu söylem, fiyatları toplayınca ve DAVE ile karşılaştırınca daha anlamlı oluyor. M-Scaler ($5.795), Chord Qutest ($1.895), Hugo 2 ($2.500), Hugo TT2 ($5.795) ve DAVE ($10.588) ile birlikte kullanılabiliyor. Şimdi listeye Mojo 2’de dahil oldu.

M-Scaler’ı Mojo gibi giriş seviyesi sayılabilecek bir cihazla kullanmak herkesin tercih edeceği bir şey değil ama sayısı az da olsa bu birlikteliği tercih eden kullanıcılar var(mış). Zaten birisi dahili pil ile çalışan bir cihaz, diğeri ile bir masaüstü cihazı. Ama geleceğin ne getireceğini bilemiyoruz. M-Scaler da bir gün taşınabilir hale gelebilir.

Üç Önemli Tasarım Özelliği

Rob Watt, tasarımda başlıca üç özelliği vurguluyor ki bunlar, Chord tasarımlarını, diğer DAC tasarımlardan ayıran özellikler.

1 – Küçük Sinyal Doğruluğu ve Çözünürlüğü. Bu derinlik ve ayrıntı algısı bakımından önemli.

2 – Zemin Modülasyonu Gürültüsü Eksikliği (ölçülebilir bir parametre). Sessiz veya düşük sesli müzik pasajlarda, zemindeki gürültüyü duyarsınız. Bu sistemin dinamik sahası ile ilgili bir şey. Ancak, ses hacmini arttırdığınızda, bu zemin gürültüsünün bir kısmı da artar. İşte buna Zemin Gürültüsü Modülasyonu diyoruz. İnsan beyni/kulağı, müzik enstrümanlarının sesi ile artan-azalan bu gürültüye çok hassas. Sesin doğal olmayan bir şekilde parlaklaşması, agresifleşmesi ve analogdan uzaklaşmasının sebeplerinden biri bu olgu.

3 – Geçişlerin (İng. Transient) İşleniş Şekli ve Zamanlama: Burada WTA filtresi devreye giriyor. Yukarıda bahsedildiği gibi Mojo 2’de yaklaşık 40bin tap filtresi mevcut. Ayrıca her kanal da 40 adet DSP mevcut. Bu ‘baya iyi’ bir işleme süreci demek.

Sayısal seste sorun şu; Önce bir sinyal örneği geliyor, 22mikro saniye sonra ikinci örnek geliyor. İnsan beyni bu iki örnek arasında da ne olup bittiğine duyarlı. Geleneksel filtrelerin bu iki örnek arasındaki boşlunu dolduruş şekilleri genellikle sorunlu oluyor. Özellikle, yüksek geçişlerde (transient) örnekleri analog örneğe yakın şekilde birleştirme işi önem kazanıyor.

Poly Streamer ile Uyum

Tasarım hedeflerinden biri, Chord Poly ile uyumluluk. Chord Poly, taşınabilir DAC/Yükseltici Mojo için kablosuz özellikli, dışarıdan Mojo’ya takılabilen bir streamer modülüdür. WiFi (2,4MHz), Bluetooth (A2DP), AirPlay, MicroCardStorage, Roon Ready, DLNA, 768kHz desteği, DSD256, DoP gibi özellikler, Poly tarafından destekleniyor.

Ancak, Mojo 2 oldukça ufak bir ürün ve yeterli sayıda port koyacak alanı yok. Bunun mümkün kılmak için Mojo 2 üzerinde bir USB-C port kullanılmış. Aslında şarj için ikinci USB-C de düşünülüyormuş. Ancak, o zamanda TOSlink portundan feragat etmek gerektiğinden bir USB-C ile devam kararı alınmış. Aynı düşünce ile Coax girişi içinde kulaklık portu tercih edilmiş.

Dahili Pilin Doldurulması

Sayısaldan analoga çevirimden sonra sinyal bir kulaklık yükselticiden geçiyor. Burada güç kaynağı önemli bir işleve sahip. Mojo 2, güç kaynağına bağlı çalışırken, “Güç Kaynağı Gürültüsü Ret Oranı”nı iyileştirmek üzere ayrı bir regülatör devresinden faydalanılmış.

Biliyorsunuz, şarj edilerek kullanılan cihazlarda, pil tam dolu iken şarja takılı olma durumu, toplam pil ömrünü kısaltan bir durum. Mojo 2’de “akıllı masaüstü modu” (intelligent desktop mode) diye bir kavram var. Güç kaynağı bağlıyken, dahili pil şarj ediliyor ve tam dolduktan sonra şarj, seviye tekrar belirli bir eşiğe düşene kadar kesiliyor. O eşiğe gelindiğinde şarj tekrar başlıyor. Bunun amacı dahili pil ömrünü uzatmak. Böylece pil ömrü 3-4 yıl gibi bir süreye uzayabiliyor.

Tabi burada pil’den çalma veya şarja bağlı olma durumları arasında ses kalitesi bakımından fark var mı? Sorusu akla geliyor. Şebekeye bağlı bir cihazın dip gürültü seviyesinde bir artış olması muhtemel. Bu olasılık, Mojo 2 tasarımında yukarıda bahsedilen çalışma ile en aza indirilmiş.

Dahili Yükseltici

Hugo 2 üzerinde 2 adet 3,5mm kulaıklık çıkışı mevcut. 32Ω yüke 600mW’a kadar, 300Ω’a 90mW’a kadar  600Ω’a 35mw’a kadar çıkış veriyor. Çıkış gücü benzerleri arasında en güçlü olmasa da bir çok kullaklık için yeterli ve oldukça başarılı 125dB’lik bir dinamik saha söz konusu.

UHD DSP

Mojo 2, tasarımda diğer bir değişiklik ise, sinyal spektrumunu geniş tutmak için, sinyal filtreleyen kapasitörlerin kaldırılarak “DC-coupling” yapılması. Bu daha temiz bir sinyal ve geniş frekans spektrumu için. Bu tasarım öğesinin duyulan seste yarattığı bazı etkileri düzeltmek için DSP tabanlı bir eşitleme (Equalization – EQ) kullanılmış. Odyofiller için, DSP, EQ, ton kontrol gibi şeyler, “arkana bakmadan oradan uzaklaş” demek. Ancak, buradaki DSP tasarımı, geleneksel DSP, EQ, ton kontrol anomalilerine yol açmadan, gerektiğinde korkusuzca EQ ayarlarına olanak vermiş. Ayrıca, kullanılan kulaklığın ses karakterine göre 4 ayrı DSP ayarı arasında seçim yapmak mümkün.

Mojo 2 içinde, “UHD DSP” olarak adlandırılan, “kayıpsız” bir DSP kullanılmış ve bunun türünün ilk örneği olduğu iddia ediliyor. Burada konu oldukça teknikleşiyor ama anladığım kadarı ile aktarmaya çalışacağım.

Geleneksel DSP sistemleri 64bit işleme yapıyor. Bu tasarımlar, özellikle düşük sinyallerin işlenmesinde bazı gürültülere ve faz değişikliklerine sebep oluyor. Ufak sinyal doğruluğunun eksikliği ise, seste algılanan derinliği etkiliyor.

Orijinal sesteki sinyal seviyesi düştüğü zaman, gürültü ve sinyalin birbirinden ayrılması sayısal devreler için gittikçe zorlaşıyor, bir noktadan sonra DSP sinyal işlemeyi bırakıp “havlu atıyor”. Çünkü devre, neyin gürültü, neyin gerçek ses olduğunu ayırt edememeye başlıyor. DAC yongası kullanılan tasarımlarda -140dB’lik sinyal gürültü oranlarına rastlamak mümkün. Tabi bu rakam sayısal ortamdaki (domain) rakam. Pratikte, kullandığınız ses yükselticisi veya dinleme ortamının gürültüsü zaten bu rakamın keyfini sürmenize olanak vermiyor.

Rob Watts, sayısal ortamda (domain) düşük sinyal doğruluğu iyileştirilebilmesi için bazı denemeler yapmış. 2014’lerde, Chord Dave tasarlanırken, “gürültü şekillendirici” (noise shaper) devrelerini -200dB’den -301dB’ye kadar değerler ile denemiş. Her ne kadar ses zincirinin tamamına bakıldığında ulaşılamayacak olsa bile, tasarımda bu değerlerin kullanılması, sesteki derinlik hissinin daha iyileşmesini sağlamış.

Diğer bir konu ise “faz kayması”. Sayısal devrelerde kullanılan filtreler faz kaymalarına sebep oluyor. Rob Watts’in gözlemlerine göre, bu faz kaymaları sinyalin seviyesi ile de değişiyormuş. Bütün bunlar sesteki derinlik hissin kaybına yol açıyormuş.

Tasarım yapılırken, devrenin bazı yerlerinden tasarruf edilen 200mW, FPGA’e daha fazla besleme için kullanılmış. Bu sayede, DSP çekirdeklerde, WTA filtresinde ve gürültü şekillendiricilerde iyileştirmeler yapılabilmiş.

Sonuç olarak, Rob Watts’ın tasarımı, düşük sinyal doğruluğunu arttırmak ve faz hatalarını sıfırlamak için, 64bit yerine 104bitlik çekirdeğe sahip DSP kullanımını ve her bir DSP noduna özel -300dB “noise shaper” kullanımını içeriyor. Tabi WTA filterlerinde artan sayıdaki “tap” sayısı da önemli.

Burada bahsedilen teknoloji, kullanıdığımız Windows, Mac Book yada Linux bilgisayarlarda yapılabilecek işler değil.

Rob Watts, ses sahnesi derinliği testlerini, hoparlör yerine kapalı kulaklıklar ile yaptığını söylüyor. Kulaklığın bazı detayları alabilmek bakımından gerekli olduğunu söylüyor. Kayıtan (yeniden) üretilen seste, kayıt ortamındaki tını varyasyonu (timbre variation), enstrümanları birbirinden ayırabilme, odaklama ve sahne derinliği… gibi parametreleri aslına sadık olarak üretmek hedefleniyor.

Kontroller

Mojo 2’nin kontrol düğmeleri, işleve ve çalışma durumuna göre değişken renklere sahip ufak kürecikler (İng. Orb) şeklinde. Bunun detaylarına girmeyeceğim ama aşağıdaki iki resmin fikir vereceğini düşünüyorum.

Olmayanlar

Hugo 2’de wireless desteği yok ama Poly ilavesi ile sağlandığını belirttik. Ayrıca MQA’de desteklenmiyor. Bu bir tasarım tercihi. Chord Electronics, MQA’nın düşük tap uzunluklu enterpolasyon filtresi ve açma işleminde uygulanan sıkıştırma yöntemi nedeni ile ideal bir format olmadığını iddia ediyor.

Kaynaklar

Podcast: Rob Watts on the Chord Mojo 2 | Darko.Audio

Web sitesi ürün sayfası: Mojo 2 – Chord Electronics Ltd

Headphonics’den detaylı bir inceleme: Chord Electronics Mojo 2 Review | Headfonics Reviews

What Hi-Fi incelemesi: Chord Mojo 2 review | What Hi-Fi? (whathifi.com)

PC-Audiophile FPGA yazım: FPGA – PC-Audiophile.com