Non-oversampling DAC?

[Rundberg]

Hej på er alla!

"Non-oversampling"(vet inte vad det skulle kallas på svenska Icke-översamplande?) D/A omvandlare verkar vara en het pryl just nu.

Argumentet bakom att använda non-oversampling verkar vara att genom uppsamplingsprocessen och framförallt den efterföljande digitala filtreringen så uppstår felaktigheter i signalen.

Problemet som jag ser det är att in man inte uppsamplar (kan det verkligen användas som ett verb?) så kommer en "spökbild" av signalen att uppstå vid 44KHz och uppåt. Eftersom det är endast en oktav över det hörbara området så blir det problem att filtrera ut ordentligt med ett analogt filter. Detta borde leda till att diskanten belastas med stora mänger energi som den inte kan omvandla (för högt i registret).

Är jag helt ute och cyklar eller lutar hela saken ormolja?

Jag är rätt rudis på digitalteknink, så jag skulle upskatta om någon kunde hjälpa mig reda ut begreppen.

MVH
/Mattias

[Svante]

Icke översamplande AD- & DA-omvandlare var det enda som fanns i tidernas begynnelse. De krävde ett brant analogt filter på utgången för rekonstruktion av signalen mellan samplen.

Branta analoga filter är svåra/dyra att göra, speciellt om man betraktar långtidsstablilitet och dessutom har krav på lågt passbandsrippel och hög stoppbandsdämpning.

Äkta 16-bitars AD- eller DA-omvandlare är dessutom ruskigt svåra att göra. På tiden då det begav sig var det inte ovanligt att det fanns en liten trimpot på omvandlarna för att justera noggrannheten i den mest signifikanta biten. Ett litet litet fel i den blir ju lätt lika stort som de minst signifikanta bitarna. Det här var mao precisionsutrustning. Jag tror tom att det förekom kort med små ugnar på som skulle hålla elektroniken vid en fix temperatur.

Sedan kom man på att man kan översampla signalen. Man behöver fortfarande bandbegränsa den till det ursprungliga fs/2, men nu kan man göra det med digitala filter och det är mycket enklare eftersom de kan göras godtyckligt noggranna och inte påverkas av temperatur eller åldring. En bonus, som visar sig mycket viktig, är att själva omvandlaren inte behöver ha 16 bitar för att uppnå 16-bitars-prestanda. Det faktum att man faktiskt genererar flera sampel per ursprungssampel gör att man klarar sig med lägre upplösning. I extrema fall är det drivet så långt att man bara har 1 bits upplösning. Den tekniken utnyttjas även på SACD.

Att göra saker digital i stället för analogt har gjort att högpresterande AD- & DA-omvandlare kan massproduceras och det har gjort dem billiga. Att gå tillbaka till den analoga lösningen verkar bara dumt. Det analoga filtret ger mycket mer signalpåverkan än det digitala (det analoga kan inte ges nollfas och typiskt dras det med mer passbandsrippel och det åldras och driver med temperaturen). Det låter som att en eller flera tillverkare försöker hitta ett sätt att profilera sig, bara.

...fast å andra sidan har jag ju inte sett vad de påstår.

[Rundberg]

Tack för den förklaringen Svante!

Några exempel på vad som hävdas:

The Ack! Industries dAck! does not perform conversion like the vast majority of D-to-A converters. Almost all current-day DACs perform oversampling on the signal in an effort to remove ultrasonic square-wave components that arise due to time-discretization. This archaic technique was used to flatten the frequency response, but more importantly, to limit the ultrasonics that would cause some amplifiers of the era to become unstable. Through oversampling, engineers were able to remove the non-audio band ultrasonic images using brickwall filters that were gentler and less expensive than the ones used in the earliest generation of CD players.

Oversampling is done by increasing the sample rate of the signal before it reaches the DAC. Extra samples are placed between every real sample to fill in the blanks in the higher out-sampling rate system. These fake in-between samples are constructed using filters in the digital domain. However, the fact that there are more samples does not mean that there is more resolution in the output; you cannot recover more information than what was encoded on the disc. Furthermore, there are psychoacoustical problems associated with use of digital filters that damage the sound, and phase inconsistencies due to the continued use of steep analog filters.

The Ack! Industries dAck! forgoes the oversampling scheme completely. It can do this because the ear is perhaps the best brickwall filter there is. For the listener, non-oversampling gains major advantages such as improved tonality, glitch reduction, decreased system complexity, phase purity, and more accurate impulse response. All of these contribute to the dAck!'s unique, ultra-listenable sound.

Websida

The Model doesn't employ oversampling, and especially doesn't employ "upsampling" or sample rate conversion of any kind. Correctly implemented non-oversampling D/A converters are famous for their naturalness, ability to convey musical content and ability to make a long term listening enjoyable.

Websida

Non-Oversampling DAC concept was first proposed by Ryohei Kusunoki in late 1966. In recent interview, he states that "the issue is not either it is Non-Oversampling or Higher-rate-sampling, but the use of the digital filter can cause smearing in the time domain."
We can confirm this smearing effect on the sound caused by the use of digital filter rather easily through listening experiments. This leads us to believe that the current problem with CD is not the limitation of 16bit/44.1kHz format, but the use of the digital filter which is preventing us to experience the true possibilities and the limitations of 16bit/44.1kHz format. The sound of Progression is enough to prove this matter.

Websida

Av detta kan vi alltså sluta oss att det hela rör sig om pseudovetenskap och bondfångeri?

Ett par frågor angående det du skrev tidigare:
Varför kan man inte använda digital filtrering vid äkta 16-bitars D/A omvandling? Beror det på att det inte finns något "utrymme" utanför de 16 bitarna?

Skulle det vara någon fördel mad att använda en äkta 16-bitars D/A omvandling ?

Som sagt: Jag är rätt rudis på digitalteknik.

MVH
/Mattias

[Svante]

<snip>

<snip>

<snip>

Ja, det där är ju inte så mycket att bry sig om, tror jag. Det vore roligt att se vad det egentligen är för omvandlare i prylarna. Jag skulle inte bli förvånad om de var översamplande, trots allt. Det är som sagt grymsvårt att göra en rak 16-bitars DA-omvandlare. Och onödigt.

Av detta kan vi alltså sluta oss att det hela rör sig om pseudovetenskap och bondfångeri?

Ett par frågor angående det du skrev tidigare:
Varför kan man inte använda digital filtrering vid äkta 16-bitars D/A omvandling? Beror det på att det inte finns något "utrymme" utanför de 16 bitarna?

Skulle det vara någon fördel mad att använda en äkta 16-bitars D/A omvandling ?

Som sagt: Jag är rätt rudis på digitalteknik.

MVH
/Mattias

Jodå man kan använda digital filtrering på en signal som har 16 bitars uplösning, men man kan inte påverka frekvensområdet över fs/2. Det är ju det som det analoga rekonstruktionsfiltret ska ta bort, dvs det över 22 kHz. Vill man göra det digitalt, kan man först sampla upp till tex 88 kHz, då blir ju den "nya" fs/2 44 kHz, och då kan man göra ett digitalt filter som tar bort allt (nåja) mellan 22 och 44 kHz.

På köpet vinner man upplösning, man behöver inte använda en 16-bitars omvandlare. Men detta är en annan sak.

Idag finns det knappast några fördelar med "äkta" omvandlare. Jag skulle hellre kalla dem "raka" eller "ursprungliga". "Äkta" har en sorts positiv klang som jag inte tycker är riktigt relevant.

Men det passar förstås fint i ett reklamblad.

[negascout]

En teori kanske skulle kunna vara att genom att fylla ut med rekontruerad data, dvs. skjuta in "samples" mellan dom befintliga kanske toleransen för jitter sänks!? En uppsamplande dac kanske har större förutsättningar att låta bra men är betydligt svårare (dyrare) att implementera digitalt. Analogt är ju vinsten som nämnts att rekonstuktionsfiltren inte behöver vara av vägg-typ (eller hur brickwall översätts). Det kanske är därför endel förespråkar denna typ, det är lättare att lyckas med begränsade kunskaper helt enkelt!

[Style]

så det definitivt inte

att implementera digitala filter och uppsampling är enkelt och billigt i jämförelse

varför jittertoleransen skulle minska förstår jag inte heller, utveckla gärna den teorin

[negascout]

Min intuitiva tanke att frekvenssvaj/brus måste ju påverka relativ samplingsfrekvens! Dvs. t.ex. 1000ps jitter påverkar mer ju högre frekvens som används?

[Rundberg]

Dessa DAC:ar använder sig av Philips TDA1541 (Datablad)

Av databladet framgår att det faktiskt rör sig om en 16 bitars DAC som inte över-/uppsamplar.

Vi närmare inspektion av hemsidorna i fråga så verkar det som om det analoga filtret helt är skippat!

Borde inte det leda till bortslösad kraft i förstärkaren (signaler som inte hörs förstärks) samt en risk att diskantelementet överbelastas?

Kan signalen över 44KHz (om den inte är bortfilterad) påverka frekvenser i det hörbara området? Jag frågar eftersom inte alla apparater är konstruerade för att vara linjära utanför det hörbara området (antar jag). Det borde leda till distortion, särskilt med tanke på att det är det låga basområdet som kommer och spökar kring 44KHz.

MVH
/Mattias

[Style]

Min intuitiva tanke att frekvenssvaj/brus måste ju påverka relativ samplingsfrekvens! Dvs. t.ex. 1000ps jitter påverkar mer ju högre frekvens som används?

varför skulle det göra det? nyttosignalen är fortfarande bara 20 KHz

[negascout]

varför skulle det göra det? nyttosignalen är fortfarande bara 20 KHz

Jag är ingen expert på området så jag vet inte riktigt vad som menas med nyttosignal. Är det den högsta frekvens som kan genereras?

Men kan inte se det så här? Har man fler samples som man skjuter i förhållande till varann på "tidslinjen" borde väl detta påverka kruvformen mer ju fler samples man har (I fallet med högfrekven brus(*))?. Med lägre brusfrekvens borde ju skadan bli den samma.

Jag kanske är ute o cyklar? Jag har ingen egentlig ståndpunkt i detta utan är precis som trådskaparen väldigt nyfiken på hypen kring NOS. Nåt måste det ju vara!?

(*) frekvensmodulerat brus (= jitter)

[Almen]

Jag har ingen egentlig ståndpunkt i detta utan är precis som trådskaparen väldigt nyfiken på hypen kring NOS. Nåt måste det ju vara!?

Jag tycker Svantes analys låter rätt rimlig:

Det måste väl vara att företagare och produktutvecklare vill profilera sig på något sätt för att sälja sin produkt?

[Piotr]

Jag vet att LCaudio tidigare har uttalat sig om högre känslighet för jitter i dagens högupplösta format. Detta då ställt i relation till 16/44.1 PCM som var allena rådande vid tillfället.

Kan detta till del förklara varför Sonys SACD maskiner med "1 bitsteknik" för red book PCM ofta gynnas ordentligt av byte till en precisionsklocka?


När det gäller uppvärmning av talspolen i en diskant så vet jag att IÖ känner en viss skeptism gentemot SACD tex. på grund av högfrekvent skräp. Som jag förstår det är problemet litet eller obefintligt i de flesta hemmastereos dock.


/Peter

[TCM]

En ganska populär tillverkare av NOS dac:ar är MHdt Laboratory. Här är hur deras modell Constantine är uppbyggd:

http://www.geocities.com/mhdtlab/constantine.pdf

[Ronnie]

Jag kom å tänka på en sak:
Det finns nu en miljon byggsatsversioner av NOS D/A-omvandlare, som man får ihop på en timme för <2000kr (jag byggde en för knappt 1800:- med USB-ingång).
Finns det några byggsatsversioner av DACar som använder översampling?

[Svante]

Dessa DAC:ar använder sig av Philips TDA1541 (Datablad)

Av databladet framgår att det faktiskt rör sig om en 16 bitars DAC som inte över-/uppsamplar.

Vi närmare inspektion av hemsidorna i fråga så verkar det som om det analoga filtret helt är skippat!

Nja...

Är inte det den där gamla 14-bitarsomvandlaren som användes i de första CD-spelarna från Philips?

I sådana fall använder de översampling. Det går inte riktigt att utröna från databladet, men den här snutten i databladet:

FUNCTIONAL DESCRIPTION
The TDA1541 accepts input sample formats in time multiplexed mode or simultaneous mode with any bit length.
The most significant bit (MSB) must always be first. This flexible input data format allows easy interfacing with signal
processing chips such as interpolation filters, error correction circuits, pulse code modulation adaptors and audio signal
processors (ASP).
The high maximum input bit-rate and fast settling time facilitates application in 4 ´ oversampling systems (44,1 kHz to
176,4 kHz) with the associated simple analogue filtering function (low order, linear phase filter).

...får mig att tro att det är det. Det står också att eftersom man översamplar 4 ggr så kan det analoga filtret vara av låg ordning.

[manw]

DAC-arna i de första CD-spelarna som kom lät oerhört illa hursomhelst. Glad i hågen så provade jag en Philips CD-104 tror jag det var, stod ut i ca 20 minuter, sedan använde jag bara LP-skivor fram till dessa slutade tillverkas. Om detta kanske var en Non-oversampling DAC, det vet jag inte.

Vet inte om det berodde på dålig linjäritet i omvandlaren, eller det mycket branta analoga filtret som måste till, men illa lät det, det vill jag lova!

Som tur är så har det hänt väldigt mycket på DAC-fronten sedan dess.

Vet som sagt inte varför man skall ha en non oversampling DAC? Gör man det digitala filtret, eller interpoleringen mellan de ursprungliga samplen till den högre samplingsfrekvensen, på ett riktigt sätt, så kan man ju använda ett ganska enkelt analogt filter på utgången.

[DrMabuse]

Man kopplar en dac, vanligen TDA1541A eller TDA1543 direkt till en mottagare (vanligen CS8412) som kan ställas om till 16 bitar I2S (i Philipsfallet) på de seriella utgångarna. Det vanligast är sedan att det inte används något analogt filter alls på utgången.

Fungerar alldeles utmärkt. Finns säkert flera 10 000-tals enligt detta koncept ute i drift runt om i världen idag. Mycket lämpligt i DIY sammanhang.

[Svante]

Det verkar som att CD104 hade en DAC som hette TDA1540, inte TDA1541.

En annan krets alltså, som i databladet faktiskt kallas 14-bit.

Hmm.

Aja, även om nu DACen verkligen är rak 16-bit, så kvarstår faktum att man utan översampling måste ha ett brant analogt filter på utgången, annars får man en massa spegelspektrumkomponenter ovanför 22050 Hz. Såna filter är som sagt svåra att få till om man ska ha litet passbandsrippel och hög stoppbandsundertryckning. Dessutom blir det inte faslinjärt, vilket iofs är ett mindre problem.

Kravspecen lyder ungefär:

Rippel i passbandet (0-20000 Hz) 0.1 dB
Stoppbandsundertryckning (22050 - x Hz) 96 dB

Det är inte lätt att göra ett sånt här filter. När jag gjorde det digitalt fick jag ta till ett 14:e ordningens elliptiskt filter. I analoga fallet innebär det 14 spolar och 14 kondensatorer om man gör det passivt. Per kanal. Gör man det aktivt går det nog åt minst 7 opampar per kanal, plus en massa kondingar och motstånd.

[norman]

Gör man det aktivt går det nog åt minst 7 opampar per kanal, plus en massa kondingar och motstånd.

Vore kul att se vilken noggrannhet dessa komponenter måste ha för att det inte skall gå åt pipan med den beräknade filterkurvan...

Tror dom flesta som gillar icke översamplande omvandlare struntar i det som viks ner i hörbara frekvensområdet, det är kanske rentav det som man gillar?

[Richard]

Om det är så, att den omtalade D/a omvandlaren INTE använder något filter alls, för att ta bort speglingsfrekvenser, så är det rena vansinnet!

Lika vansinnigt som Pioneers " legato link " och Wadias liknande teknik.

Det enda som händer är att det, ofta hörbart, blir klart sämre ljud med denna teknik. Sämre, mindre korrekt, än med ett välkonstruerat digitalt ( eller analogt ) filter !

Det verkar som att tillverkaren vill profilera sig med en D/A teknik, som garanterat färgar ljudet hörbart. Men, färgningen är ju en försämring, inget annat.

Det kan dock säkert gå att kränga sådant ändå, branchen är ju full av lurendrejerier av allsjöns slag.

V. H. Richard.


Edit: Denna teknik har använts, med försäljningsmässig framgång, ( hifipressen var lyrisk, naturligtvis, apparaterna lät ju annorlunda! )
av Audionote, engelskt hifimärke. Vid mätningar uppvisar dessa spelare
kraftigt förvrängning vid uppspelning, faktiskt nästan lika dåligt som en vinylspelare....

[phon]

TDA1541, 16 bitars DAC, en sådan sitter i min gamla Philips CD650. Den översamplar 4 gånger till 176k och har digitalt filter. Låter faktiskt helt OK vad jag tycker, även om det säkert går att göra bättre grejor.



Grannen skulle kasta den, jag tog hand om den istället. Det var säkert fem år sen, men den är nog minst 20 år gammal. Motorn gick trögt, lite 5-56 fixade det hela. Går som tåget, snabb, enkel att hantera, verkar rätt idiotsäker. Och framförallt, idiotsnygg!

Kul att den har blivit hypermodern igen.

Man kanske skulle koppla ut dom 16 bitarna direkt då, och skippa filtret ....

Blir nog bäst om det adderas lite rör som utgångsbuffert, det skulle se snyggt ut där uppepå.
Vinterns supertweak ....

CD650 featuring Consonance Droplet .....

[Svante]

Gör man det aktivt går det nog åt minst 7 opampar per kanal, plus en massa kondingar och motstånd.

Vore kul att se vilken noggrannhet dessa komponenter måste ha för att det inte skall gå åt pipan med den beräknade filterkurvan...

Ja, det går att ta reda på, fast det orkar jag inte nu. Klart är iaf att kraven stiger med ökande ordningstal. Man delar typiskt upp filtret i andra-ordningenslänkar (i det aktiva fallet) och det förekommer länkar med högre Q-värden i högre ordningens filter, och då blir precisionskraven större.

Tror dom flesta som gillar icke översamplande omvandlare struntar i det som viks ner i hörbara frekvensområdet, det är kanske rentav det som man gillar?

Hmm, nuskavise. I en DA-omvandlare finns det inget som viker ner i det hörbara området, det är vid AD-omvandling som det sker. Det som händer är att det bildas spegelspektra ovanför fs/2, där det egentligen ska vara tomt. Sen kan det iofs bildas hörbara intermodulationskomponenter om de högfrekventa signalerna får passera en olinjäritet, men det är inte det som brukar kallas vikning.

[phon]

Om det är så, att den omtalade D/a omvandlaren INTE använder något filter alls, för att ta bort speglingsfrekvenser, så är det rena vansinnet!

Hmm, nuskavise. I en DA-omvandlare finns det inget som viker ner i det hörbara området, det är vid AD-omvandling som det sker. Det som händer är att det bildas spegelspektra ovanför fs/2, där det egentligen ska vara tomt. Sen kan det iofs bildas hörbara intermodulationskomponenter om de högfrekventa signalerna får passera en olinjäritet, men det är inte det som brukar kallas vikning.

Spegelspektra ligger ovanför 22khz alltså.

Då räcker det bra med en lagom brant filtrering som tar bort det värsta bara, det går ju ändå inte att höra skräpet. Den speglade diskanten ligger närmast, mellanregister hamnar på runt 35kHz och uppåt, den speglade basen högst upp. Rätt enkelt att filtrera.

Filtrerar man lite försiktigt så går nivån ner så mycket att det inte blir några blandningsprodukter heller med en någorlunda vettig förstärkare.

Vad är felet med det resonemanget?

(bortsett från att diskanspolen blir varmare då)

.

[Svante]

Om det är så, att den omtalade D/a omvandlaren INTE använder något filter alls, för att ta bort speglingsfrekvenser, så är det rena vansinnet!

Hmm, nuskavise. I en DA-omvandlare finns det inget som viker ner i det hörbara området, det är vid AD-omvandling som det sker. Det som händer är att det bildas spegelspektra ovanför fs/2, där det egentligen ska vara tomt. Sen kan det iofs bildas hörbara intermodulationskomponenter om de högfrekventa signalerna får passera en olinjäritet, men det är inte det som brukar kallas vikning.

Spegelspektra ligger ovanför 22khz alltså.

Då räcker det bra med en lagom brant filtrering som tar bort det värsta bara, det går ju ändå inte att höra skräpet. Den speglade diskanten ligger närmast, mellanregister hamnar på runt 35kHz och uppåt, den speglade basen högst upp. Rätt enkelt att filtrera.

Filtrerar man lite försiktigt så går nivån ner så mycket att det inte blir några blandningsprodukter heller med en någorlunda vettig förstärkare.

Vad är felet med det resonemanget?

(bortsett från att diskanspolen blir varmare då)

.

Tja... Jo så kan man förstås tänka. Men ingenjörn i mig ryser. Sen är det ju så att man aldrig riktigt vet vad som olinjäriteter i högtalare och förstärkare ställer till med däruppe, man har ju som DAC-tillverkare inte koll på vad man kopplar på för något på utgången.

Debatten blir lite lik den med SACD, som ju också släpper ifrån sig en massa HF-skräp.

[norman]

Ja, det går att ta reda på, fast det orkar jag inte nu.

Tänkte inte du skulle ta reda på det, skrev det mer som nåt att tänka på.

Hmm, nuskavise. I en DA-omvandlare finns det inget som viker ner i det hörbara området, det är vid AD-omvandling som det sker. Det som händer är att det bildas spegelspektra ovanför fs/2, där det egentligen ska vara tomt. Sen kan det iofs bildas hörbara intermodulationskomponenter om de högfrekventa signalerna får passera en olinjäritet, men det är inte det som brukar kallas vikning.

Ibland borde jag tänka innan jag skriver....

[phon]

Tja... Jo så kan man förstås tänka. Men ingenjörn i mig ryser.

Den praktiske ingenjören i mig ryser inte så värst mycket ändå.
Man kanske skulle prova trots allt, jag har ju spelaren.

Debatten blir lite lik den med SACD, som ju också släpper ifrån sig en massa HF-skräp.

Hur hörs det skräpet egentligen ? Har ingen sån spelare. Har du hört det?

[Svante]

Tja... Jo så kan man förstås tänka. Men ingenjörn i mig ryser.

Den praktiske ingenjören i mig ryser inte så värst mycket ändå.
Man kanske skulle prova trots allt, jag har ju spelaren.

Debatten blir lite lik den med SACD, som ju också släpper ifrån sig en massa HF-skräp.

Hur hörs det skräpet egentligen ? Har ingen sån spelare. Har du hört det?

Nej, det har inte jag heller.

Men jag minns debatterna på 80-talet när man löste problemet med TIM-distorsion hos förstärkare med en enkel lågpassning på ingången. Iofs kan man invända att den primära orsaken till den disten var att flankerna var branta och inte egentligen att signalen inte var bandbegränsad. Med det synsättet är HF-skräp ok, bara inte signalderivatan blir för stor. Kanske är det så man ska tänka när det gäller HF-skräp; att man inte tittar OM det finns skräp däruppe, utan att man i stället tittar på signalens derivata och ser om den är tillräckligt låg.

Aja, jag vet inte. Däremot vet jag att om man bandbegränsar så får de efterföljande stegen inga problem och om det görs digitalt så behöver inte nyttosignalen påverkas hörbart.

[phon]

Urrk, lösa TIM med lågpass på ingången. Vid 1kHz då ....

Efter en rak DAC kanske det funkar, man slipper ju uddaton. Leve triangelvågen .... eller nåt ....