DA-Wandler ohne Glättungsfilter

[phase_accurate]

This is opposed to the cost constrained “audio DAC chips” marketed to the “audio” sector(Read DS).Multibit DACs are capable of converting a literal copy of the input data. DS ones cannot.

In einem Punkt stimmt diese Ausage: Grob betrachtet stimmt die Ausgangsspannung eines Multibit DACs mit dem binären Wert überein, den man am Eingang anlegt, währenddem am Ausgang des SD DACs ein pulsdichtemoduliertes Signal anliegt, das erstmal keine direkten Rückschlüsse auf die Bits zulässt, welche am Eingang anliegen. Diese Betrachtungsweise ist aber zu kurz gefasst, da der Multibit DAC Fehler in der Linearität kennt, welcher beim SD DAC Prinzipbedingt nicht auftreten können. Das Ganze Statement hat für mich etwas von Marketinggeschwurbel. Letztlich kommt es auf die Genauigkeit des eigentlichen Audiosignal drauf an und nicht auf das ungefilterte DAC Ausgangssignal.

Uebrigens ist die Unterscheidung zwischen DS DACs und Multibit DACs etwas ungenau. Die Meisten Leute meinen 1 bit DS DAC wen sie von DS DAC sprechen. Es gibt aber auch multibit DS DACs (und natürlich auch entsprechende ADCs) wie z.B. den PCM1710.

Gruss

Charles

[cinematic]

Merke: wenn es in den Ohren klingelt ist Ringing im Spiel , egal ob pre oder post

Grüsse
Uli

vieleicht steht dann auch der Postbote vor der Tür

[uli.brueggemann]

Merke: wenn es in den Ohren klingelt ist Ringing im Spiel , egal ob pre oder post

Grüsse
Uli

vieleicht steht dann auch der Postbote vor der Tür

Dann war mein Text mit "post" ja doch richtig

Uli

[lessingapo]

Hallo Charles,
das mit den Linearitätsfehlern dürfte MM bekannt sein,hat er sich doch
stets geweigert PCM 1704 einzusetzen...Erst nachdem er bessere Chips
gefunden hatte,ging's wieder Richtung MBit.Das Audio-Signal aus dem
Y-Dac ist jedenfalls für meine Ohren top.
Grüsse
Wolfgang

[Diskus_GL]

Ich finde es spannend, dass bei HighRes-Audio argumentiert wird, dass es eben nicht ausreicht die Bandbreite auf z.B. 20 kHz zu begrenzen. Andererseits macht man dann eine stufenförmige Wiedergabe per NOS-DAC und fügt dann beliebig Verzerrungen oberhalb 20 kHz dazu und findet es dann schön
Um dann letztlich noch zu argumentieren,

http://www.metrum-acoustics.com/Design% ... ustics.pdf

dass Kabel, Verstärker, Lautsprecher, Raum, Luft und Ohren sowieso als Filter agieren. Die sind dann zwar von System zu System unterschiedlich und non-predictable. Aber alles wird glatt und damit bandbreitenbegrenzt.

Ja was denn nun? Hört man es oder hört man es nicht?
Merke: wenn es in den Ohren klingelt ist Ringing im Spiel , egal ob pre oder post

Grüsse
Uli

Naja, mit Klingeln in den Ohren hat Pre- oder Post-Riniging ja wohl nichts zu tun...
Das bezeichnet ja nur ein Verhalten eines Systems auf eine bestimmte Eingangssignalform - eben eines mit einem steilen Signalanstieg. Da Musiksignale (oder eigentlich so gut wie jedes Schallsignal) wesentlich mehr einer Aneinanderreihung von Impuls- oder Rechteckflanken entspricht, wird ein DAC mit solch einem Signalreproduktionsverhalten bei jedem steilen Anstieg des Signals diesem Signal sein Pre- und Postringing "aufprägen" (oder einfacher gesagt: aufsummieren). Das Ergebnis wird nicht mehr dem ursprünglichem Signalverlauf entsprechen. Wie viel und wie stark hängt sicherlich vom DAC und auch vom Musiksignal ab... aber ein NOS-DAC der kein Pre- und Post-Ringing bei steilen Signalanstiegen erzeugt reproduziert eben das Eingangssignal genauer...
Die Grössenordnung der von den meisten DACs erzeugten Pre- und Post-Ringings sind schon in Bereichen, die für die Hörwahrnehmung relevant sind (z. T. deutlich >0,02 ms, und oft mehr als 10% der Amplitude und mit zusätzlichen Richtungswechseln (!) ...und auch die Flankensteilheit wird verändert..). Hinzu kommt noch, daß diese Veränderungen weder symmetrisch noch korrelierend in beiden Stereo-Kanälen passiert (was m. M. n. auch für den "Digital-Klang" verantwortlich ist). Diese "Kanalspezifische" Veränderung des Stereo-Signals beeinflusst dann die Separationmöglichkeit des Gehörs (was meist auch recht gut mit den geschilderten unterschiedlichen Höreindrücke zwischen den verschieden DACs korreliert) - womit sie ausserhalb bekannter "Wahrnehmungsschwellen" ist (von denen wir ja oft genug "erhören" das die meist nicht mit den selbst gemachten Höreindrücken korrelieren...).

Ich hab immer etwas Schwierigkeiten mit den FFT-Analogie-Betrachtungen, da sie nicht immer einen Zusammenhang zur Hörwahrnehmung haben. Insofern sehe ich eine Focussierung auf den (Sinusfrequenz-) Übertragungsbereich oder daraus abgeleiteter Grössen wie THD etc. nicht unbedingt für zielführend (im Sinne von Korrelation mit der Hörwahrnehmung). Der DAC muss das Musiksignal reproduzieren, nicht die einzelnen Sinusschwingungen aus denen man ein Musiksignal per FFT "darstellen" kann... das sind zwei völlig unterschiedliche Anforrderungen an ein Wiedergabesystem.

Grüsse Joachim

[pschelbert]

...Das bezeichnet ja nur ein Verhalten eines Systems auf eine bestimmte Eingangssignalform - eben eines mit einem steilen Signalanstieg. Da Musiksignale (oder eigentlich so gut wie jedes Schallsignal) wesentlich mehr einer Aneinanderreihung von Impuls- oder Rechteckflanken entspricht, wird ein DAC mit solch einem Signalreproduktionsverhalten bei jedem steilen Anstieg des Signals diesem Signal sein Pre- und Postringing "aufprägen" (oder einfacher gesagt: aufsummieren). Das Ergebnis wird nicht mehr dem ursprünglichem Signalverlauf entsprechen. Wie viel und wie stark hängt sicherlich vom DAC und auch vom Musiksignal ab... aber ein NOS-DAC der kein Pre- und Post-Ringing bei steilen Signalanstiegen erzeugt reproduziert eben das Eingangssignal genauer...

Ich hab immer etwas Schwierigkeiten mit den FFT-Analogie-Betrachtungen, da sie nicht immer einen Zusammenhang zur Hörwahrnehmung haben. Insofern sehe ich eine Focussierung auf den (Sinusfrequenz-) Übertragungsbereich oder daraus abgeleiteter Grössen wie THD etc. nicht unbedingt für zielführend (im Sinne von Korrelation mit der Hörwahrnehmung). Der DAC muss das Musiksignal reproduzieren, nicht die einzelnen Sinusschwingungen aus denen man ein Musiksignal per FFT "darstellen" kann... das sind zwei völlig unterschiedliche Anforrderungen an ein Wiedergabesystem.

Grüsse Joachim

Hallo Joachim

also der Zeitbereich und die Anstiegszeiten Rechteck etc. hängen sehr genau zusammen mit dem Frequenzbereich, sofern das System linear ist (ist es doch recht gut) und zeitinvariant (also es ändert sich nicht ständig der DAC oder Filter sondern sind fix, was ja hoffentlich auch gegeben ist).
Stichwort Fourier und Laplace, pure Mathematik, das ist sehr genau bewiesen und wird in verschiedensten Varianten auch ausgenutzt (z.B. von acourate) etc. Und die Mathematik stimmt.

Es gibt da keinen Spielraum, ein gewisses Signal im Zeitbereich hat nur eine und genau eine Representation im Frequenzbereich.

Die Auflösung Deines Rechtecks ist gegeben durch die Samplefrequenz, das wars. Mehr geht nicht.
Entspricht der Heisenberg Unschärferelation. Wenn Du dein Rechteck haben willst musst Du die Sampefrequenz erhöhen. Mit eiene Samplefrequnez von sagen wir 1GSample/sec hast Du im Bereich ns Flanken! In dem Zeitmasstab angesehen ist es absolut rechteckig! Zoomst du aber rein sieht es genau so verschliffen aus.
Also ein DAC ohne Filter stellt gar nicht das Original her.

Noch was: die AD-Wandlung hat ja auch schon ein Filter drin, das begrenzt die Frequenz und verändert die Phase, somit das Rechteckaussehen. Und wer weiss wie das AD-Filter war?

Ja Messwerte sagen ev. nicht Alles. Aber Alles ist nichts wenn die Messwerte schlecht sind.


Gruss

Peter

[phase_accurate]

Kennt jemand die "Fussballszene" aus dem Werner Trickfilm ? Ich tue mal was ähnliches. Und bevor ich eine Begründung liefere, möchte doch jeder mal kurz überlegen wie ich zu fogendem Schluss gekommen bin:

Falls die Oszillogramme in Cay-Uwes gepostetem Link von einem Input mit 44.1 ksamples/s stammen dann ist das Rechteckverhalten von jedem der gezeigten SD Wandler akurater als das von allen gezeigten R2R Wandlern.

Gruss

Charles

[uli.brueggemann]

48 kHz

I measured several DACs and take pictures of his shapes from a oscilloscope screen. I measured them at 48kHz sample frequency. Maximum theoretical frequency is 24kHz. I measured them at 240Hz, 2.4kHz and 24kHz.

Ein digitales Rechtecksignal von 2400 Hz, welches, gesampelt mit 48 kHz, wie ein perfektes Rechteck ausschaut (also z.B. 10 Samples = 1 und 10 Samples = -1) verletzt das Nyquist-Kriterium der Bandbreitenbegrenzung. Es enthält Oberwellen > 9*2400 Hz = 21600 Hz, also z.B. 11*2400 Hz = 26400 Hz bzw. 13/15/17 ... * 2400 Hz, also Frequenzen größer 24 kHz.

Entsprechend muss irgendein Filter zur Bandbreitenbegrenzung aktiv sein, so man Nyquist einhalten will. Das führt zu Samples, die von +1 und -1 abweichen. Und die bei der Kurveninterpolation (ideal = sinc-Filter) dann eben den Kurvenzug mit den Schwingungen aufzeigen.
In realen Musiksignalen ist denn auch zumindest bei der AD-Wandlung bereits ein Brickwall-Filter aktiv, so dass das perfekte digitale Rechteck so nicht mehr vorkommen kann.

Grüsse
Uli

[phase_accurate]

Habe ich doch vermutet, dass ich mir einen grossen Teil der Tipperei ersparen kann wenn ich nur etwas warte, Danke Uli !

Es ist tatsächlich so, dass die schönen Rechtecke am Ausgang der DACs ohne Glättungsfilter massenhaft Artefakte enthalten ! Bei einem mit 44.1 ksamples gesampelten Rechteck von 2.4 kHz Grundfrequenz ist der höchste ursprünfliche Signalanteil unterhalb der der Nyquist Frequenz (22.05 kHz) beim neunfachen der Grundfrequenz, d.h. 21.6 kHz. Bei einem Linearphasig bandbreitenbegrenzten Rechteck ist der höchste Spektralanteil bei Oszillogrammen immer sehr dominant sichtbar. Das kann je nach dem als Pre- und Postringing interpretiert werden. Ich bitte darum, die Anzahl dieser Schwingungen in den Oszillogrammen einmal zu zählen. Dieses ach so störende "Klingeln" über dem hörbaren Bereich (Hunde, Katzen und Fledermäuse einmal aussen vor gelassen) ist bei den Oszillogrammen der R2R DACs genauso mit etwa gleicher Amplitudenhöhe vorhanden, nur ist es durch die, original eigentlich nun nicht mehr vorhandenen und deshalb als Artefakte zu bezeichnenenden, höheren Oberwellen, grafisch maskiert !

Gruss

Charles

[dietert]

Hallo miteinander,

in der technischen Realisierung besteht das Filter, mit dem beim DAC Oberwellen oberhalb der Nyquistfrequenz beseitigt werden, üblicherweise aus zwei Teilen:

a) ein digitales Filter vor der eigentlichen Digital-Analog-Wandlung und
b) ein analoges Filter danach.

Das digitale Filter a) vom Typ IIR oder FIR setzt Upsampling voraus. Nach dem Upsampling liegt die vorherige Nyquistfrequenz innerhalb der Nutzbandbreite und man kann etwas rechnen, ohne Upsampling gibt es kein digitales Filter a).

Ein Charakteristikum von a) ist Clipping. Ein vernünftiges digitales Filter macht keine lineare Interpolation, deren Ergebnisse sich innerhalb des vorherigen digitalen full scale bewegen, sondern es hat einen resonanten Charakter und die Interpolationspunkte können weit ausserhalb des darstellbaren Amplitudenbereichs liegen, wenn das ursprüngliche Signal große Amplituden in der Nähe der Nyquistfrequenz enthält. Also geht man bei den Rechnungen intern von 16 auf 24 Bit über oder von 24 auf 32 Bit. Tests mit 19 KHz Vollaussteuerung haben natürlich eher sportlichen Charakter.

Mit einem guten digitalen Filter a) kann das Analogfilter b) wegfallen bzw. simpel gestaltet werden. Man braucht auch nur noch eine Version, wenn das digitale Filter a) immer bei derselben Samplingrate gerechnet wird.

Es ist unmöglich, ein hochwertiges Filter analog zu realisieren, welches a) und b) ersetzen könnte. Das ist eben der Makel des NOS DAC, der in den Oszillogrammen am Anfang des Threads gezeigt wurde, in einer besonders extremen Form. Anscheinend hat der Konstrukteur des betreffenden DAC die Implementierung des notwendigen Filters komplett aufgegeben.

Ganz ohne Filter, also NOS DAC in dieser naiven Form, bekommt man im Ergebnis nach der Glättung des Signals im Verstärker und im Lautsprecher einen ab 10 KHz stark abfallenden Frequenzgang, ein grober technischer Fehler. Außerdem bekommt man Mischprodukte, d.h. ein 19 KHz Signal würde bei der Wiedergabe mit 3,05 KHz amplitudenmoduliert erscheinen, ebenfalls ein grober technischer Fehler.

Grüße,
Dieter T.

[Buschel]

Hallo Joachim,

Da die Unterschiede in den Höreindrücken sich mit diesem Unterschied in der Signalreproduktion auch gut erklären lassen...

So einfach ist das leider nicht. Du ziehst offenbar das für dich im Zeitbereich schöner aussehende Signal als wesentlichen Unterschied heran, um deinen Höreindruck zu bestätigen. Du unterschlägst damit ein andere wesentliches Merkmal von NOS, die von Dieter beschriebene deutliche Höhenabsenkung. T+A macht etwas ähnliches z.B. auch in ihren Geräten (auch als FIR, nennt sich dort Bezier-Filter). Um richtig zu vergleichen, müsstest du also einen "FIR"-Wandler mit im Hörbereich vergleichbaren Frequenzgang zu einem NOS-Wandler vergleichen. Ansonsten kommt dir NOS im direkten immer weniger scharf und sanfter vor (manche sprechen dann von "analoger").

Wenn einem Pre- und Postringing suspekt sind, und man den Frequenzgang im Hörbereich bis 20 kHz nicht opfern möchte, gibt es für Oversampling-DACs eine Alternative: Originalmaterial mit >48 kHz nehmen, und dann ein Oversamplingfilter wählen, das bereits ab dem Ende der Hörbereichs sanft abfällt und bei der halben Abtastfrequenz "zu macht" (Beispiel: Filter 1 bei 96 kHz beim WM8741). Solche im Frequenzbereich sanft fallenden Filter sind im Zeitbereich kurz, d.h. zeigen kürzeres Ein-/Ausschwingen. Man erkauft sich also weniger ringing durch eine höhere Datenrate des Ausgangsmaterials, ohne den größeren Frequenzbereich zu nutzen.

Viele Grüße,
Andree

PS: Was ist jetzt eigentlich mit Messungen am AudioGD HE-7? Fujak, wolltest du da nicht den Oszi anschließen?

[pschelbert]

Hallo,

das Thema heißt "DA-Wandler ohne Glättungsfilter".

Wo sind wir gerade?

Gruß

Bernd Peter

Hallo Bernd

Frage war zum Gerät: Audio-gd Master 11
Von Uli Brüggemann:
...dargestellt ist das Ausgangssignal eines 10 kHz Sinus ohne, mit 2-fachem und mit 8-fachem Oversampling.
Wie zu erkennen, ist kein analoges Rekonstruktionsfilter aktiv.
Frage an die Experten:
1) ist das ok so?
2) Ergeben sich da nicht Abhängigkeiten von der nachfolgenden Beschaltung (Kabel, Verstärker)?
3) EMV-gerecht?

Was wir jetzt wissen:
1) Das vorliegende Exemplar des "Audio-gd Master 11" (ev. nur dieses Exemplar oder eben alle der Serie?) hat einen katastrophalen Desingfehler, dem Gerät fehlt also ein wesentlicher Teil eines DAC, nämlich das Rekonstruktionsfilter.
Ohne das Rekonstruktionsfilter werden Unmengen harmonischer und Mischprodukte erzeugt, ebenso Frequenzgangabfall schon ab10kHz.
Dieser DAC mag ja für einige "schön tönen", ist aber überhaupt nicht neutral oder transparent.

2) Es ergeben sich völlig undefinierte Effekte, je nach Kabel, Verstärker, Lautsprecher. Nichts Kalkulierbares, Definiertes. Tönt immer anders je nach Kette, aber nie neutral bzw. transparent

3) EMV gerecht hängt nicht vom Rekonstruktionsfilter ja oder nein ab. Das Gerät kann EMV konform sein. Es muss ein CE Zeichen auf dem Gerät sein. Der Hersteller ist damit Nachweisungspflichtig im Falle einer Nachforschung, z.B. wenn jemand über Störungen klagt. Er muss das Zertifikat eines EMV akreditierten Labors vorlegen können, das belegt dass das Gerät EMV der Klasse B einhält. Wenn nicht....dann ja dann...

Peter

[Bernd Peter]

Hallo,

Uli hat sich einen audio gd Master 11 angeschaut, der im Modus NOS bzw. Oversampling arbeiten kann.

Nach den Bildern ist weder im NOS noch im Oversamplingmodus ein Glättungsfilter aktiv.

Das ergibt insbesondere im Oversamplingmodus überhaupt keinen Sinn.

Denn Oversampling ist die Folge des Einsatzes eines Glättungsfilters.

Folglich ist der - bei audio gd vorhandene - Glättungsfilter ausgefallen oder die Messmethode muss im Detail untersucht werden.

Gruß

Bernd Peter

[Hans-Martin]

Denn Oversampling ist die Folge des Einsatzes eines Glättungsfilters.

Hallo Bernd Peter,
diesen Satz verstehe ich nicht.

Ist nicht der Tiefpass nach dem DAC irgendwie immer ein Glättungsfilter?
Bei Oversampling wird die Abtastrate hochgesetzt, die nötigen digitalen Zwischenwerte werden durch Interpolieren erzeugt (was auch eine Art Glättung darstellen kann) und dann durch den DAC geschickt.
Vorteil: das Störspektrum liegt weit ab vom Audiobereich und das Filter kann einfacher ausfallen, Filtersteilheit ist nicht erforderlich, und Welligkeit im Audiobereich ist nicht auffällig wie bei Brickwallfiltern. Der Rauschabstand kann besser sein, weil die Störleistung sich auf einen breiteren Bereich verteilt.
Bei den heute eingesetzten Upsamplern kommt man mit nur einem Analogfilter für alle eingehenden Abtastraten aus, eine universelle Lösung.

Meintest du mit dem zitierten Satz, dass wenn ein Analogfilter vorgegeben ist, das Oversampling sich dem unterordnen muss, also darauf abgestimmt werden? Das hieße, der erste Schritt wird entschieden, nachdem der zweite geklärt ist?
Grüße Hans-Martin

[Bernd Peter]

Hallo Hans-Martin,

wir sind uns sicher darüber einig, daß der analoge Tiefpassfilter als notwendiges Bauteil bei der D/A Wandlung gesetzt ist.

Grund:

Er glättet die Treppenstufen und entfernt damit Artefakte, ferner schützt er bei ausreichender Dämpfung die nachfolgende Verstärkerelektronik.

Allerdings ist ein optimaler Tiefpassfilter nur mit sehr hohem Schaltungsaufwand zu realisieren.

Überabtastung erlaubt es, die Anforderungen an das analoge Tiefpassfilter drastisch zu reduzieren, indem die steilflankige Bandbegrenzung auf ein präzises Digitalfilter hoher Ordnung verlagert wird.

Daher die technische Lösung des Tiefpassfilterproblems über das Oversampling.

Gruß

Bernd Peter