| .......... ALEXMOD: projects |
|
Остроконечники против тупоконечников. OS vs NOS DAC
| |
| Alex | Дата: Пятница, 29.01.2016 | Сообщение # 1 |
 Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3030
Репутация: 120
Статус: Offline
| Всем привет.
Недавно наткнулся на очереной виток пережевывания одного и того же, снова и ладом на player.ru, а точнее на вечный спор любителей ЦАП без цифровой фильтрации со сторонниками типовых инженерных решений на тему что первично: временной импульс или точность воспроизведения сигнала. Я решил разместить вот этот материал, который является частичной компиляцией, переводом и обобщением заметки о замерах стационарного цапа TEAC UD-501 в разных режимах работы его цифрового фильтра взятой тут.
Поскольку уж больно показательны получающиеся картинки.
Надеюсь, после прочтения этого материала, уж точно всем станет понятно, что такое есть NOS ЦАП, а многие смогут для себя сформулировать понимание, как к нему относится (и поймут, за что он не любим инженерами, в отличии от "слухачей" и золотоухих аудиофилов)
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Пятница, 29.01.2016 | Сообщение # 2 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3030
Репутация: 120
Статус: Offline
| Итак.
С точки зрения банальной эрудиции, цифровой звук суть представлен нам чисто математическими методами. Математика - наука абстрактная и , формально, не имеет четких обоснований в реальном мире а является сугубо и полностью порождением человеческого разума. Посему, никому не должно быть удивительн, что приобработке цифрового сигнала математическими методами в определенных блоках (цифровых фильтрах) мы получаем определенные, чисто и строго абстрактно расчитываемые эффекты преобразований сигналов во времени, по амплитуде и спектру. Эти изменения с легкостью наблюдаются нами и в реальности, при просматривании графиков прохождения тестовых (не реальных, а математически сформированных) сигналов поссле прохождения цифровых трактов реальных устройств.
На графике приведены АЧХ устройства в режимах Sharp, Slow и выключено (т.е NOS или без цифрового фильтра):
Как мы видим, варианту без цифровой фильтрации в реальной жизни соответствует график АЧХ имеющий самый ранний "завал" на верхней границе рабочего диаппазона. Наиболее протяженный и круто падающий вне рабочий полосы вид у цф Sharp, а Slow показывает нам некотрое промежуточное значение.
Берем единичный импульсный сигнал (математическая абстракция, не встречаемая реальном музыкальном сигнале) и подаем его на цифровой вход
ЦАПа, используя разные алгоритмы работы одного из его блоков, а именно цифрового фильтра.
1. Цифровой фильтр с линейной фазой (Linear phase SHARP)
Этот блок обработки цифрового сигнала присутствует по умолчанию в любом современном чипе ЦАП. Если ЦАП не имеет вариантов переключения настроек, будьте уверены - Вы слушаете именно такой!
График единичного импульса во времени, после прохождения такого цифрового фильтра выглядит самым классическим образом:
Как Вы все можете видеть, на графике заметен как, собственно, сам импульс (главный выброс) так и т.н "звон", т.е затянутые во времени затухающие колебания. Причем, обратите внимание на то, что звон как продолжается за возбудившим его импульсом, так и предшествует ему! Не пытайтесь здесь включать режим банальной эрудиции и искать факту "предваряющего звона" логическое обывательское обьяснение. Просто учтите, что после обработки тестового импульсного сигнала математическими методами используемого цифрового фильтра, сигнал будет на выходе выглядеть именно так!
Теперь посмотрим спектр пропускания такого цифрового фильтра и подадим на его вход цифровой белый шум (16х44.1кГц):
А вот так будет выглядеть спектр выходного сигнала с частотой 19кГц, близкой к граничной (частоте Найквиста, равной половине частоты дискретизации или 44.1/2=22.05 кГц) в широкой полосе частот:
на рисунке видны "побочные" сигналы (гармоники) тестового сигнала (максимальный пик в районе 38кГц на уровне -90 дБ, т.е абсолютно не различимо и, фактически, не оказывает никакого отрицательного влияния на дальнейший звуковой тракт)
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Пятница, 29.01.2016 | Сообщение # 3 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3030
Репутация: 120
Статус: Offline
| 2. Цифровой фильтр с линейной фазой (Linear phase SLOW)
Этот цифровой фильтр подобен предыдущему, отличается лишь более ранним завалом на ВЧ и более слабой крутизной среза сигнала вне полосы пропускания (за областью пропускания, т.е выше частоты Найквиста)
Единичный импульсный тестовый сигнал пройдет сквозь него и станет таким:
Внешне график выглядит симпатичнее предыдущего, он симметричен и звон выражен в значительно меньшей степени! ВременнЫе характеристики ЦАПа выглядят существенно лучше, но смотрите, что мы получаем взамен:
Обратите внимание, что сигнал с частотами выше частоты Найквиста (более 22кГц) не давится таким фильтром до уровня шумовой полки и такие сигналы проходят на выход конечного усройства с весьма высоким уровнем (если, конечно, они присутствуют в исходной фонограмме а не являются тестовыми, сфабрикованными сигналами)...
А вот как это проявится на спекте 19кГц сигнала:
Даже слепой заметит тут помеху на 25 кГц, практически равную по уровню полезному исходному сигналу. Это помеха "отзеркаленная" в ВЧ область относительно нашей злопамятной частоты Найквиста , 22.05кГц..
Человек, конечно, не дельфин, он ультразук не слышит.. но вот как отнесется к таким жестким по уровню помехам следующий за ЦАП каскад усилителя, и не начнет ли он "гадить" дополнительными интермодуляционными искажениями, попадающими в том числе и в полезную "слышимую" звуковую область - вопрос..
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Пятница, 29.01.2016 | Сообщение # 4 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3030
Репутация: 120
Статус: Offline
| Перейдем к тупоконечникам, или варианту работы ЦАПа без блока цифровой фильтрации вообще, т.е к режиму No OverSampling:
3. Digital filter OFF (NOS)
Смотрите какой красивый импульсный отклик!
Никакого звона, ни "предваряющего", ни последующего! Красота, да и только!
Именно такие картинки с любовью и радостью демонстрируют нам любители NOS в доказательство их исключительности и музыкальности..
Однако, зацените, что мы обретаем взамен красивых временнЫх картинок!
Спектр белого шума 16х44.1 на выходе устройства выглядит вот так:
Если не предпринимать никаких дополнительных мер по фильтрации выходных сигналов после ЦАПа спектр будет содержать гиганскую долю ультразвукового шума, без цифровой фильтрации все пройдет на выход устойства, и, естественно, вызовет жесткие гармоники и отражения рабочего спектра в УВЧ область:
Здесь у нас и исходный 19кГц сигнал, и его реплика 25кГц, за границей рабочего диаппазона и реплики реплик (отражения спектра) на частотах +44.1кГц вверх.
Причем "ужасные" по уровню, почти равные по амплитуде исходному полезному сигналу, их породившему..
Выглядит, по -просту, "пугающе", не находите? И именно эта картинка, показывает нам "особенности звучания" ЦАП с архитектурой NOS. Слышен ли ультразвуковой "пре-" и "пост-" звон - это очень большой вопрос. А вот грязь, жесткие ВЧ помехи и шум - проявятся на итоговом результате в полной своей красе!
Именно такая "окраска" звука NOS ЦАП и выделяет их на фоне всех остальных, "идеологически" неверных инженерных моделей.
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Пятница, 29.01.2016 | Сообщение # 5 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3030
Репутация: 120
Статус: Offline
| 4. Минимально фазовый цифровой фильтр (minimum phase)
В данном конкретном устройстве есть еще один вариант работы, когда цф отключен, но сигнал претерпевает работу SRC up-sampling, с увеличением количества отсчетов между исходными.
Единичный импульс на выходе такого варианта цф выглядит вот так:
Забавно, правда? Первичного эха, которое предшествует сигналу тут нет. Однако взамен, звон после импульса затухает гораздо слабее. С точки зрения "временнОго перфекциониста" эта картинка выглядит стремнее всех, однако, некоторые эксперты включают логику и обьясняют обывателю, что такой расклад выходит максимально "натуральным". Действительно, здесь нет предварительного звона, претящего как бы самой природе звука. А затухание оказывается эффективно "замаскировано" основным сигналом, гораздо более большим по уровню...
Спектр белого шума не имеет ярких особенностей:
СВЧ шум прекрасно фильтруется.
Спектр 19кГц выглядит даже лучше, чем у типового фильтра Sharp.
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Пятница, 29.01.2016 | Сообщение # 6 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3030
Репутация: 120
Статус: Offline
| Итого: что у нас в сухом остатке?
Несмотря на ужасающий вид спектра на выходе NOS варианта цифровой фильтрации, на деле, ЦАП в таком режиме, все же поет, а не хрипит.
Это лишний раз нам доказывает, насколько снисходительны наши уши к искажениям реальных, а не тестовых сигналов.
Если ваша главная цель - формальная точность (т.е пресловутая high fidelity), то выбор нужного режима работы совершенно однозначен - это linear phase Sharp.
Звучание же NOS ЦАП всегда отличает некотрая неряшливость и грязноватость подачи. Вариант же minimum phase по своему интересен, хоть и противен самой природе любителей временнОй точности (NOS)
Однако, задумайтесь, насколько мы в принципе способны ощутить это пресловутое "предваряющее эхо", т.е колебания, которые порождаются математически и предшествуют полезному импульсу? Взгляните на картинку:
На картинке отклика под зумом видно, что на расстоянии в 60 семплов (192кГц) у нас наблюдается 7 полных периодов колебаний. Оцените, насколько чутким должно быть ухо эксперта, способное различить ничтожные по уровню звуковые колебания с частотой примерно равной частоте Найквиста (т.е ~22кГц)? Т.е мало того, что звон лежит в ультразвуковой области, неслышимой людям без сверхспособностей, так еще и их уровень катастрофически мал в сравнении с амплитудой "полезного" имульсного сигнала!
На спектре FFT выходного импульсного сигнала видно, что помехи, которые мы можем четко соотнести с помехами вызванными "звоном" фильтра сконцентрированы вблизи частоты Найквиста и выделяются над шумовой полкой всего лишь на десяток дБ:
Интересно, кто способен это услышать?
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Пятница, 29.01.2016 | Сообщение # 7 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3030
Репутация: 120
Статус: Offline
| Ближе к нашим "баранам".
Хочу напомнить то, что возможно уже затерлось в памяти: для замеров выше нами использовался специальный единичный импульсный сигнал, типичное порождение математики, абстракция, следов которой нет в реальном музыкальном сигнале.
А что будет, если мы возьмем для испытания нечто более "земное"?
Ну, например, единичный период синуса, в 5кГц или в 10кГц?!
1. Linear Phase Sharp
Напомним, вот так выглядит отклик на дельта-импульс:
А вот так будет выглядит более "земной" сигнал
5кГц
10кГц
На сигнале 5кГц следы звона незаметны. От слова совсем.
На 10кГц они явно присутствуют, причем частота периода колебаний так же соответствует частоте Найквиста (22.05кГц). Уровень помех и их длительность откровенно невелики.
2. Linear Phase slow
Типичный дельта-сигнал
10кГц
Пресловутый "звон" даже на 10кГц выражен в минимальной степени!
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Пятница, 29.01.2016 | Сообщение # 8 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3030
Репутация: 120
Статус: Offline
| А как же "тупоконечный" вариант NOS? - спросите Вы.
3. NOS (digital filter Off)
Реакция на дельта-импульс, привычно красиво:
5кГц
10кГц
Такое ценителям NOS выставлять уже как то некомильфо.. Налицо видны искажения и ступенчатость привычно-плавного для глаза гармонического сигнала..
Итоги: звон может быть заметен лишь для сигналов с высокой частотой (более 5кГц). Поскольку наше ухо максимально чувствительно в областях более низких звуковых частот, можно заявить что на них влияние и ощутимость этого пресловутого "эха" будет минимальна и не заметна подавляющему большинству слушателей.
Чем выше частота исходного тестового сигнала - тем сильнее заметен эффект "звона". Однако, во всех случаях частота звона примерно равна частоте Найквиста и лежит за границами уверенной слышимости реального человека. Вполне возможно, что эти некрасиво выглядящие на картинках "деффекты", просто категорически не слышны, никакими золотыми ушами.
А если мы говорим о high resolution контенте, то частоты "звона цф" будут лежать очень далеко в СВЧ областях. Настолько, что данными эффектами можно совершенно точно пренебречь. Совсем.
Выдаваемая же нам в довесок к "временнОй верности" порция жестких гармоник и СВЧ шумов от NOS ЦАП никуда деться в принципе не может. С ней можно как-то пытаться бороться методом установок развязывающих трансформаторов или иных инерционных фильтрующих элементов (а-la ламповые Audio Note), либо городить пугающе сложные аналоговые фильтры с гигантской крутизной спада в "нерабочей" области. Но то, что оставлять все так, как есть, с точки зрения сторонника high fidelity нельзя - , надеюсь, теперь и вам очевидно..
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| lynx686 | Дата: Четверг, 04.02.2016 | Сообщение # 9 |
|
Новичок
Группа: Пользователи
Сообщений: 10
Репутация: 0
Статус: Offline
| Спасибо, очень интересно! Теперь буду знать что за настройки в MA9 c параметрами "Sharp" и "Slow".
Запутался правда с "oversampling", "upsampling", "resampling". Погуглив, стало понятно что имеется в виду. Но с OS остался вопрос:
Правильно ли я понимаю, что в случае с OS DAC, если на входе 44.1hz, то в результате работы OS на выходе мы слушаем уже 44.1 умноженное на некое число ? то есть больше в несколько раз чем изначальные 44.1 ?
|
| |
| |
| Alex | Дата: Четверг, 04.02.2016 | Сообщение # 10 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3030
Репутация: 120
Статус: Offline
| У вас в вопросе герцы или килогерцы, непонятно?
Внутри ЦФ происходит передискретизация, т.е между отчетами следующими с частотой 44.1кГц вставляются дополнительные, с частотой в 8х, 16х или 32х и более. Т.е между двумя исходными значениями сигнала (следующими с частотой 44.1кГц исходно)подставляются еще 7, 15, 31 итп таких же (или усредненных, или расчитанных по определенному алгоритму) значений.
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| bntu110519 | Дата: Четверг, 04.02.2016 | Сообщение # 11 |
|
Интересующийся
Группа: Пользователи
Сообщений: 1
Репутация: 0
Статус: Offline
| Alex, а что вы думаете об этой статье?
|
| |
| |
| lynx686 | Дата: Четверг, 04.02.2016 | Сообщение # 12 |
|
Новичок
Группа: Пользователи
Сообщений: 10
Репутация: 0
Статус: Offline
| Килогерцы, пардон.
Понял, спасибо, за объяснение.
А коэффициент передискретизации для Linear Phase Sharp и Linear Phase Slow разный? Для Sharp больше ?
|
| |
| |
| Alex | Дата: Пятница, 05.02.2016 | Сообщение # 13 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3030
Репутация: 120
Статус: Offline
| lynx686, в MA9 использован цифровой фильтр Burr-Brown DF1704.
Вне зависимости от крутизны среза ФНЧ он осуществляет 8 кратную передискретизацию.
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Пятница, 05.02.2016 | Сообщение # 14 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3030
Репутация: 120
Статус: Offline
| bntu110519, статья интересная, и своими выводами она не расходится с тем, что написано тут.
Solo признается, что несмотря на ужасный вид который принимают тестовые сигналы проходя через цифровые тракты тех или иных ЦАП, они все ж звучат и звучат довольно прилично. Это лишний раз доказывает, что для оценки различий такого рода предлагаемого типично инструментария недостаточно.
Основные "достоинства" в виде слабого искажения дельта импульсов R-2R Цапами в этой статье, в большей степени обусловленны именно тем, что замеры проводятся для NOS вариантов их включения. Добавление же цифровых фильтров разницу между ними нивелирует. Собственно, как и добавление внешних аналоговых фильтров. Причем, в силу неидеальности ОУ и пассивных элементов используемых для этих каскадов, итоговое звучание "идеологически правильного" NOS с активным постфильтром высоких порядков будет в итоге , скорее всего, интегрально хуже по звучанию.
Я тоже считаю Sabre цапы определенной "вехой" в современной звуковой технике. Наравне с самоосциллирующими усилителями типа UcD (материал по ним есть в соседней ветке) это - один из значимых продуктов, выпущенных в новом тысячелетии. Основное их достоинство - специфический вид цифровой фильтрации, сочетающей в себе элементы ASRC. Более того, старшие модели этого ЦАПа позволяют загружать в его ППЗУ свои коэффициенты для полиномов цифрового фильтра, таким образом делая кастомно звучащие устройства, на любой вкус и цвет!
Для того, чтобы максимально повысить дд, уровень выходных токов модуляторов в чипах Sabre задан очень высоким. Из-за этого, проектирование послецаповых ступеней (преобразователей i\u и постфильтра) становится задачей нетривиальной. Встречаются даже монстроподобные схематические решения на полевиках, работающих в классе А и выделяющих тепла как небольшая печка. Разумеется, для портатива это все неприменимо. В большинстве встреченных мною портативных устройств на базе Sabre реализованы самые тривиальные схемы, без особенных "тонкостей". Думаю, поэтому и нет однозначных предпочтений к данному типу ЦАП у подавляющего большинства аудиофилов...
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
| Alex | Дата: Среда, 18.07.2018 | Сообщение # 15 |
|
Автор сайта
Группа: Администраторы
Сообщений: 3030
Репутация: 120
Статус: Offline
| Еще один очень интересный материал по теме выбора "лучшего типа ЦФ" для современного аудио. Может быть, позже, переведу и оформлю отдельной статьей.
Love the MUSIC, not equipment!
High-end portable now has a simple solution: aleXmod+RE272
|
| |
| |
|
|
|
