analog eller digital volymreglering till DSP via AD

[David_A]

Kanske lite luddigt formulerad frågeställning, men jag gör ett försök att förklara lite bättre.
I en kedja där vi har en analog preout, som i sin tur går in i en bättre AD-omvandlare vidare in i en DSP. Är det då bättre att reglera volymen digitalt i DSPn, eller att reglera volymen analogt före AD-omvandlaren?
Jag kan göra det på båda sätt, men lite osäker på vad som teoretiskt är bästa sättet.

[rikkitikkitavi]

Jag kan att isft att dämpa insignalen till A/D och därmed förlora dynamik och sedan snurra runt data i DSPn och förlora lite varje gång du behandlar data (med betoning på lite eftersom du kanske har dubbel precision osv) dämpar du utsignalen från DSPn i den digitala domänen.

Genom att signalbehandla med maximal nivå och behålla denna så länge som möjligt borde du ju tjäna på att dämpa utsignalen från DSPn, digitalt.

[Tangband]

Det beror på.... hur man gjord den digitala volymkontrollen .
Med en massa översampling och omräkning efter A/D kan man minimera felen vid digital nivåsänkning.
Googla ESS Sabre dac volume control och se videon.

Lyssna och kolla om du kan höra nån skillnad analogt eller digitalt , säg , vid kanske -30 dB sänkning ?

[David_A]

RME ADn samplar 24bit/192kHz. Tact processorn får alltså jobba med samma upplösning, och skickar även ut signalen i 24bit/192kHz till DA omvandlaren.

[I-or]

ADC:n begränsar i praktiken alltid kedjan klart mest, så maximal signalnivå in här är att rekommendera. Nivåregleringen bör alltså utföras i DSP:n.

[hcl]

ADC:n begränsar i praktiken alltid kedjan klart mest, så maximal signalnivå in här är att rekommendera. Nivåregleringen bör alltså utföras i DSP:n.

Begränsar och begränsar. Om volymregleringen inte tillför tillräckligt mycket brus innan den digitala signalen trunkeras (avrundas) så kommer kvaliteten försämras betydligt vid en viss nivå (den nivå där originalbruset+ditherbrus understiger kvantiseringsbruset). Denna fälla tycks de flesta kliva i. Resultatet är en kraftigt ökad distorsion.

[I-or]

Det är mycket ovanligt med ADC:er som har mer än 110 dB S/N, d.v.s. drygt 18 bitars sann upplösning och där har du en brusnivå som heter duga i sammanhanget. Det behövs alltså inget ditherbrus.

Dessa 18 bitar ska jämföras med trunkeringsfel som även i lite äldre produkter ligger begravda på 32-bitarsnivån (idag snarare 64-bitarsnivån). Man får alltså sänka volymen med ca 14 bitar (84 dB) innan DSP:n begränsar systemet. DAC:en har gissningsvis S/N om ca 120 dB, d.v.s. 20 bitars upplösning.

Vi har alltså följande två möjligheter:

30 dB (5 bitar) nivåreduktion före ADC:n --> 13 bitars systemupplösning (ADC-begränsad)

30 dB (5 bitar) nivåreduktion i DSP:n --> 15 bitars systemupplösning (DAC-begränsad)

[jonasp]

Ja, alltså digital volymkontroll kan fungera utmärkt om insignalen är digital, annars är det ingen bra idé.

[Morello]

Kanske bör tilläggas att 120 dB SNR relativt 0dBFS för en DAC är ganska extremt.

[I-or]

Jo, men exemplet visar egentligen bara det faktum att en DAC och ADC i relativt sett samma klass skiljer ungefär motsvarande 2 bitar i reell upplösning.

[jonasp]

Man kan kanske säga att staten av konsten är ca 120 dB SNR rel max utstyrning.

[I-or]

En annan sak att komma ihåg är förstås att om 0 dBFS motsvarar en ljudtrycksnivå om 120 dB, så ligger kvantiseringsbruset runt 10 dB om det som i detta exempel begränsas av en ADC med S/N om 110 dB. Detta är alltså inte mycket att bråka om i ett typiskt rum med en bakgrundsnivå om 30 dBA.

Det är lätt att bli förvirrad när man diskuterar i termer av S/N istället för brusnivå. I praktiken lär man inte höra mycket skillnad hur man än väljer att göra även om man bör välja att reducera nivån i DSP:n om man är orolig eller kanske bara har tillgång till en halvkass ADC.

[David_A]

Det är inte lätt att skilja dom åt. Vettesjutton om jag ens kan uppfatta en hörbar skillnad. Oavsett är den mycket liten i sammanhanget.
Fördelen med att låta nivåregleringen gå analogt, är att jag kan se när jag börjar överstyra både AD och processor via indikeringslampor.
Klippning på ingångssidan och digitala domänen är tydligen inte bra på högre volymer fick jag bittert erfara en blöt lördagskväll för några veckor sedan....
Då tyckte diskanterna att jag var ett arsel och sa upp sig, trots att det spelats på högre nivåer tidigare.

[Morello]

Jo, men exemplet visar egentligen bara det faktum att en DAC och ADC i relativt sett samma klass skiljer ungefär motsvarande 2 bitar i reell upplösning.

Ja, så är det.

[David_A]

Nu kan jag förvisso inte till 100% vara säker på att det var orsaken. Men kompisen tog helt enkelt fel fjärr och höjde på en redan tämligen hög nivå. Det enda jag kan säga med säkerhet var att både ADn och processorn indikerade klippning när jag upptäckte det.

[hcl]

Det är mycket ovanligt med ADC:er som har mer än 110 dB S/N, d.v.s. drygt 18 bitars sann upplösning och där har du en brusnivå som heter duga i sammanhanget. Det behövs alltså inget ditherbrus.

Dessa 18 bitar ska jämföras med trunkeringsfel som även i lite äldre produkter ligger begravda på 32-bitarsnivån (idag snarare 64-bitarsnivån). Man får alltså sänka volymen med ca 14 bitar (84 dB) innan DSP:n begränsar systemet. DAC:en har gissningsvis S/N om ca 120 dB, d.v.s. 20 bitars upplösning.

Vi har alltså följande två möjligheter:

30 dB (5 bitar) nivåreduktion före ADC:n --> 13 bitars systemupplösning (ADC-begränsad)

30 dB (5 bitar) nivåreduktion i DSP:n --> 15 bitars systemupplösning (DAC-begränsad)

Ja. Med en 24 bit DAC så blir det i praktiken sällan något problem, såvida man inte dämpar digitalt för att sedan förstärka lika mycket, analogt efter DAC:en.

Ditt exempel där du dämpar 84dB kräver dock en DAC med mer än 24bit in för att det inte skall uppstå distorsion på den analoga signalen (efter DAC). Det räcker med 35-40dB dämpning för att bruset från en -110dBFS skall bli så lågt att kvantiseringsbruset inte skall randomiseras och därmed istället uppträda som kvantiseringsdistorsion. Förvisso fortfarande på en låg nivå, vilken tarvar rejält med förstärkning för att bli besvärande. Med ett 16-bit begränsat (d.v.s. enkom enkla system av idag) system så hamnar alla dessa effekter 50dB högre och därmed tillräckligt starka för att träda fram som fullt hörbar distorsion (typiskt i storleksordningen 3%).

Räkneexempel på 16 bit system (där ditherbruset på ursprungssignalen sjunkit under kvantiseringsbruset p.g.a. digital volymreglering);
Dist-produkter utan dither ca. -90 dBFS (har inte kollat detta på länge, men antag detta för räkneexemplets skull...)
Medelsignalnivå före nivåreglering ca. -20 dBFS
Dämpning 40dB => signalnivå efter dämpning -60dBFS (medel)
=> dist rel. signal ca. -30dB eller ca. 3% distorsion (vilket ju inte är speciellt imponerande)

[Morello]

Isidor antog dock 120 dB SPL vid 0 dBFS. dämpar man 84 dB hamnar nivån på 36 dB SPL. Även om övertonshalten skulle uppgå till 1 % (-40dB), hamnar distorsionen allena under hörtröskeln även för fullt friska människor.

[hcl]

Isidor antog dock 120 dB SPL vid 0 dBFS. dämpar man 84 dB hamnar nivån på 36 dB SPL. Även om övertonshalten skulle uppgå till 1 % (-40dB), hamnar distorsionen allena under hörtröskeln även för fullt friska människor.

Ja. En bra digital volymkontroll klår även rätt bra analoga (som även Linn visade i sitt white paper på temat). Förutsättningen är dock att alla delar i den i det fallet digitala kedjan är synnerligen välkonstruerade. Sedan är jag lite tveksam inför effekten av dither brus ur ett transient perspektiv. Att kvantiseringsdistorsionen uppträder som brus över ett längre tidsintervall betyder ju inte att det med nödvändighet också är så det uppfattas momentant. Personligen skulle jag gissa att det krävs hög samplingsfrekvens för att ”lura” hörseln på ett för hörseln fullständigt trovärdigt sätt.

[rajapruk]

Hur mycket är hög samplingsfrekvens för dig?

[I-or]

Isidor antog dock 120 dB SPL vid 0 dBFS. dämpar man 84 dB hamnar nivån på 36 dB SPL. Även om övertonshalten skulle uppgå till 1 % (-40dB), hamnar distorsionen allena under hörtröskeln även för fullt friska människor.

Ja. En bra digital volymkontroll klår även rätt bra analoga (som även Linn visade i sitt white paper på temat). Förutsättningen är dock att alla delar i den i det fallet digitala kedjan är synnerligen välkonstruerade. Sedan är jag lite tveksam inför effekten av dither brus ur ett transient perspektiv. Att kvantiseringsdistorsionen uppträder som brus över ett längre tidsintervall betyder ju inte att det med nödvändighet också är så det uppfattas momentant. Personligen skulle jag gissa att det krävs hög samplingsfrekvens för att ”lura” hörseln på ett för hörseln fullständigt trovärdigt sätt.

Dither är i princip onödigt så fort det handlar om något som börjar som analoga signaler och därmed är behäftat med brus. Ofta blir den enda effekten att man höjer brusnivån, om man inte tänker snålkoda ned upplösningen till löjligt låga nivåer. Sedan är det ganska intressant att man konstant tjatar om trunkeringsfel i musikindustrin samtidigt som man närmast dagligen komprimerar toppfaktorn till löjeväckande 10 dB eller så, vilket har tusenfalt högre hörbarhet och definitionsmässigt via den olinjära processen skapar massor av distorsion.

I övrigt förstår jag inte detta resonemang. Brus är just brus, även dither som med sin vanligtvis triangulära sannolikhetsfördelning till stor del liknar normalfördelat analogt brus. Detta till skillnad från distorsion, vilket är ett tonalt fenomen. Hela meningen med dither är just att byta distorsion mot brus för att minska hörbarheten och det enda en högre samplingsfrekvens leder till är ett brusspektrum med en högre övre gränsfrekvens. Man måste släppa tanken på kortare samplingsintervall för en mer noggrann återgivning av den analoga kurvformen, kurvorna har på det digitala sidan med en samplingsfrekvens om 44,1 kHz just så långa intervall som de måste ha för att vi inte ska störas av dem.

Det finns inga bevis för att vi i praktiken hör någonting alls över 20 kHz*, så låt oss alla inse att vi inte liknar virusspridarna fladdermössen eller ens våra vänner hundarna i det här avseendet och fokusera på viktigare problem. Bara för att det idag är möjligt att återge musik med samplingsfrekvenser om t.ex 192 kHz, betyder inte detta att det är eftersträvansvärt.


*Hörseltröskeln ökar verkligen tokbrant över 20 kHz (för unga, friska, personer, gränsfrekvensen faller med stigande ålder - majoriteten av Faktiskt-medlemmarna lär inte höra mycket över ca 14 kHz). Även om de individuella variationerna är stora handlar det om i runda slängar 130 dB/oktav.

[hcl]

Dither är i princip onödigt så fort det handlar om något som börjar som analoga signaler och därmed är behäftat med brus.

Har du lust att redogöra för hur det ligger till mer i detalj?

I övrigt förstår jag inte detta resonemang.

... och ändå tycks du ha en tämligen bergfast åsikt?

Det finns inga bevis för att vi i praktiken hör någonting alls över 20 kHz*, ... Bara för att det idag är möjligt att återge musik med samplingsfrekvenser om t.ex 192 kHz, betyder inte detta att det är eftersträvansvärt.

Jag tror inte det är många som hävdar att vi hör frekvenser över 20kHz. Dock tycks vårt hörselsinne kunna avgöra tidlägen för signaler med mycket hög precision varför man behöver se till en faktisk signals tidsförlopp för att se den sammantagna effekten av sampling, kvantisering och dither. Vad som stationärt uppträder som "vitt" brus har sällan exakt denna egenskap när man ser till enskilda, mer kortvariga utfall. Det ligger liksom i sakens natur. Det är skillnad på väntevärde och sampelutfall.