Сравнения архитектур ЦАПов

[Мусатов Константин]

В непрерывной последовательности, с линейными фильтрами. Разный вес Это как? Подумай

Именно так и есть с фильтрами высоких порядков. Равный вес только с первый порядком интегрирования.
Только ты пойми, что вес не в битах, а в последовательности. Это означает, что любую непрерывную последовательность можно взять с любого бита и это не приведет к появлению статической ошибки. Но днамическая ошибка зависит от того, с какого бита ты начнешь читать последовательность.

[Painmailer]

Костя, приведи уж ссылку на источник этого бреда.

[Мусатов Константин]

Сложный вопрос ты задал. В литературе он как-то явно не освещен, я, по крайней мере, быстро не нашел.
Могу тебе предложить косвенный пример. Если бы требовалось накопление такого числа отсчетов, то переход от минимального к максимальному уровню длился бы указанное время.
Вообще, тема выходного аналогового фильтра очень плохо освещена. Практически, нужно брать исходные работы по теории DSD преобразования. Для математически точного преобразования, что бы комплексный выходной сигнал совпадал со входным аналоговым сигналом на входе DSD модулятора (аналогового), требуется, что бы выходной фильтр был такой же как и фильтры в модуляторе. В противном случае, выходной сигнал зашумлен и рассмотрение абсолютной погрешности преобразования и времени установления уровня не имеет физического смысла. Поскольку применяют дельта-сигма преобразование для звуковых сигналов и рассматривают только сигналы в рамках звукового спектра частот, то недостаточно качественный выходной аналоговый фильтр подменяют логической фильтрацией сигналов при анализе спектров. Если же реализовать необходимый аналоговый выходной фильтр, то время установления сигнала будет соответствовать времени накопления в модуляторе. Для примера, если взять дельта-сигмы АЦП ADS1242, предназначенный для измерительных целей с разрядностью 24 бита, то у него модулятор 4-го порядка и время установления отсчета не более 5000 циклов тактового генератора, после чего вход может быть сменен. Если взять готовую реализацию дельта-сигма ЦАПа DAC1220 с разрешением 20 бит, то у него время установления нормируется на уровне 2 мс до 16 бит и 15 мс до 20 бит при тактовой частоте 2,5 МГц.

[Painmailer]

0.003% - это 15 бит. В 15 ms 37500 отсчётов. Всё как я и говорил
Что касаемо ADS1242 - это какая-то сверхнизкочастотная фигня 15 Гц полоса пропускания.

[Мусатов Константин]

0.003% - это 15 бит. В 15 ms 37500 отсчётов. Всё как я и говорил

Тогда нужно писать претензию инженерам ТИ. Это точность самого ЦАПа, но считают они, что они 20 бит отработали алгоритмически. Но обрати внимание, тут модулятор только второго порядка.

Что касаемо ADS1242 - это какая-то сверхнизкочастотная фигня

А АЦП, не важно какая у него полоса, важен сам принцип, что установление с 4-м порядком за 5000 отсчетов.
Чем выше порядок, тем быстрее время установления. Переходный процесс фильтра НЧ высокого порядка описывается полиномом соответствующего порядка, что и дает ускоренное переключение.

[Painmailer]

Тогда нужно писать претензию инженерам ТИ. Это точность самого ЦАПа, но считают они, что они 20 бит отработали алгоритмически. Но обрати внимание, тут модулятор только второго порядка.

Никаких претензий. 16 бит и 20 бит там режим, а не perfomance.
И модулятор второго порядка, а это не влияет на от о чём мы говорим

- - - Добавлено - - -

А АЦП, не важно какая у него полоса, важен сам принцип, что установление с 4-м порядком за 5000 отсчетов.

Вообще-то, там совсем другое в пдфе написано... А вот то, что он может отрабатывать только 15 Гц по входу при 2.5 МГц модулятора (несмотря на 4-й порядок) - это реальный показатель.

[Мусатов Константин]

Антон, попробуй тогда объяснить, как, если бы время установления было бы таким большим, возможно получения низкого уровня искажений на синусоидальных сигналах и на квази-нестационарных сигналах?
Ограниченное качество выходного аналогового фильтра создает на выходе ошибку, которую ты принимаешь за "не установление". Но спектр этой ошибки находится в зазвуковой области. Если бы выходной фильтр точно соответствовал параметрам фильтра модулятора, то параметры ЦАПа соответствовали бы параметрам модулятора. В том то и ошибка, что ты принимаешь недостатки реализации фильтра за системную ошибку метода. Но для звука этот фильтр никто не будет делать полным, поскольку задачи такой нет. Ограничиваются тем уровнем внеполосных помех, которые уже не вызывают проблем в последующих усилительных блоках.

[Painmailer]

Антон, попробуй тогда объяснить, как, если бы время установления было бы таким большим, возможно получения низкого уровня искажений на синусоидальных сигналах и на квази-нестационарных сигналах?

Я уже отвечал - низкие искажения там есть только при анализе длинных последовательностей. На синусоиде каждый отдельный период не будет иметь ни точной амплитуды, ни фазы. Всё это будет только при анализе синусоиды на отрезке необходимой длины (например для 120 дб - 1 млн сэмплов). Именно по этой причине измерительные АЦП такие низкочастотные. У них не стационарный сигнал и ошибка в каждой отдельной точке недопустима.

- - - Добавлено - - -

Ограниченное качество выходного аналогового фильтра создает на выходе ошибку, которую ты принимаешь за "не установление". Но спектр этой ошибки находится в зазвуковой области. Если бы выходной фильтр точно соответствовал параметрам фильтра модулятора, то параметры ЦАПа соответствовали бы параметрам модулятора. В том то и ошибка, что ты принимаешь недостатки реализации фильтра за системную ошибку метода. Но для звука этот фильтр никто не будет делать полным, поскольку задачи такой нет. Ограничиваются тем уровнем внеполосных помех, которые уже не вызывают проблем в последующих усилительных блоках.

Ещё раз повторяю и буду повторять пока ты не запомнишь - линейный фильтр не влияет на сигнал в полосе пропускания. Никак.

[Мусатов Константин]

Я уже отвечал - низкие искажения там есть только при анализе длинных последовательностей. На синусоиде каждый отдельный период не будет иметь ни точной амплитуды, ни фазы. Всё это будет только при анализе синусоиды на отрезке необходимой длины (например для 120 дб - 1 млн сэмплов). Именно по этой причине измерительные АЦП такие низкочастотные. У них не стационарный сигнал и ошибка в каждой отдельной точке недопустима.

Антон, ну нельзя же так упорствовать. Если другой вид ЦАПа включен после цифрового фильтра, то там так же "не правильно" передается весь входной процесс. Ты пытаешься сказать, что R-2R цап правильно рисует сигнал с самого начала, но это только без фильтра. Но без фильтра его никто не использует в звуке.

Ещё раз повторяю и буду повторять пока ты не запомнишь - линейный фильтр не влияет на сигнал в полосе пропускания. Никак.

Придется и мне так же повторить последний раз. Формирование сигнала при фильтрации однобитного сигнала происходит на основании импульсных откликов твоего линейного фильтра на правильно сформированную последовательность импульсов. Линейный фильтр, за счет импульсной характеристик и правильной последовательности перераспределяет энергию во времени. Ты можешь рассматривать его как оптимальный фильтр.
Причем, при синтезе фильтра дельта-сигма формирователя (читай АЦП или конвертера PCM-DSD), параметры фильтра могут оптимизироваться как под получения минимума искажений, так и минимизации времени установления. Все звуковые ЦАПы построены с оптимизацией по искажениям. И их выходные фильтры не оптимизируют по этому параметру, а только по подавлению внеполосных сигналов.

DSD и R-2R цапы с оверсамплингом имеют практически одинаковые характеристики в рабочей части спектра, но имеют принципиально разные параметры помех. Для слуха, правильно построенные, оба вида ЦАП-ов одинаковы.

[Painmailer]

Антон, ну нельзя же так упорствовать. Если другой вид ЦАПа включен после цифрового фильтра, то там так же "не правильно" передается весь входной процесс. Ты пытаешься сказать, что R-2R цап правильно рисует сигнал с самого начала, но это только без фильтра. Но без фильтра его никто не использует в звуке.

Да при чём тут цифровой фильтр-то?

- - - Добавлено - - -

Придется и мне так же повторить последний раз. Формирование сигнала при фильтрации однобитного сигнала происходит на основании импульсных откликов твоего линейного фильтра на правильно сформированную последовательность импульсов. Линейный фильтр, за счет импульсной характеристик и правильной последовательности перераспределяет энергию во времени. Ты можешь рассматривать его как оптимальный фильтр.

Нет. Нет. И ещё раз нет. Фильтр не влияет на сигнал в полосе пропускания.

[Игорь Тихомиров]

Всем добрый день...AD 5790 это параллельный R-2R 20р ЦАП ? Как он для аудио применений?

[Мусатов Константин]

Всем добрый день...AD 5790 это параллельный R-2R 20р ЦАП ? Как он для аудио применений?

После него надо ставить УВХ для подавления глитча.

[Игорь Тихомиров]

После него надо ставить УВХ

Если после ЦАПа надо ставить УВХ на кой черт такой ЦАП нужен? УВХ это куча дополнительных проблем. Там чего, ключи не одновременно срабатывают?

[Мусатов Константин]

Если система, где он применяется, работает в дискретном времени, то ей плевать на глитч. А нам надо ставить выходной фильтр и на глитче он даст ошибку. Потому в даташите прямо указаны области применения и аудио среди них нет

[Владимир R-V-A]

Почитал - не понял сути споров. Если есть два Цапа чем то отличающихся, то что бы выяснить какой из них работает точней пропустите через них один и тот же сложный по форме - импульсно-широкополосный сигнала в полосе, например от 20 до 20000 Гц, запишите полученные на выходах Цапов реализации, потом пронормируйте по энергии, засинхронизируйте их относительно опорного, как бы идеального сигнала первоисточника и рассчитайте потом СКО. Тот Цап который дал меньшее СКО и будет самым правильно работающим Цапом . Зачем абстрактно спорить о том, что очень трудно осознать аналоговым людям в области цифрового мира, в котором они никогда не жили и жить не могут и связанных с этим переходом подводных, возможных, не очевидных искажений - нет ничего проще, чем подобный эксперимент.

p/s/ заодно можно поэкспериментировать с различными фильтрами высокого и низкого порядка. На мой взгляд, подобные эксперименты можно уже сейчас реализовать на мощных программах - симуляторах работы радиоэлектронных устройств (сам не пробовал, но есть такие подозрения. Я бы все выяснил "в аналоге"))). только не забудьте главное условие такого эксперимента, если вы хотите сравнивать сигналы достаточно точно повторяющие первоисточник, например с искажениями порядка 0,003%, то ваша измерительная аппаратура должна иметь собственные искажения как минимум на порядок ниже.

И потом, ну, допустим, вы проведете такие эксперименты угрохав в них 100 000 баксов и вдруг выяснится, что у одного Цапа искажения 0,003%, а у другого 0,0035%, ваши действия дальше? Будете писать очередную докторскую?)))

Давайте только без обид. Уверен вы со мной все согласитесь, что только эксперимент критерий истины. И суть прогресса заключается в проверки той или иной гипотезы на опыте и селекции лучших результатов, в том числе в области High-End систем по обработке звуков с помощью Цапов, доступных уху человека.

[Мусатов Константин]

Если бы мы делали ЦАП для научных экспериментов или для систем контроля энергии, то да, оптимизация по минимальному СКО была бы разумна. Однако, слух устроен не так. Он может вам простить серьезную ошибку по энергии 4,7% или 0,2 дБ, но не простит искажение форм огибающих спектральных составляющих, сказав, что играет не контрабас а черт знает что.

[Владимир R-V-A]

Если бы мы делали ЦАП для научных экспериментов или для систем контроля энергии, то да, оптимизация по минимальному СКО была бы разумна. Однако, слух устроен не так. Он может вам простить серьезную ошибку по энергии 4,7% или 0,2 дБ, но не простит искажение форм огибающих спектральных составляющих, сказав, что играет не контрабас а черт знает что.

Константин, похоже, вы не понимаете о чем я говорю и как нужно рассчитывать СКО. Представьте мысленно, что у нас есть два графика - один график, это реализация (некоторая кривая как функция времени) опорного или идеального сигнала (тест сигнала, например музыкальной записи сыгранной множеством инструментов или с использованием синтезаторов со сложными широколосными сигналами). А другая реализация это сигнал на выходе исследуемого устройства, например ЦАПА.

Если пронормировать эти графики по энергии (подобрать уровни так, чтобы на одном и том же участке времени, например в 3 сек. площадь под графиками была одинаковой), то эти реализации можно сравнить в виде одного числа - среднекрвадратического отклонения одной реализации от другой. Делается это так - берутся равномерные отсчеты по оси времени так, чтобы не пропускать высокочастотные компоненты, например как в теореме Котельникова - с периодом в два раза короче, чем период высших гармоник.

И далее СКО рассчитывается по простой формуле для всех отсчетов находятся численные значения сигналов, находится разница между этими значениями (с тем же знаком как на графике, например у опорного сигнала в точке сравнения значение было -2,5В, а у искаженного сигнала значение реализации оказалось +1,7В, тогда разница этих значений составит -2,5 -(+1,7) = -4,2 В), Для каждого отсчета по времени эта разница значений сигналов возводится в квадрат ( (-4,2)^2 =17,64 ) и полученные, таким образом, все расхождения значений в квадратах суммируются .

Примечание. В квадрат возводят для того, чтобы ошибки на каждом шаге сравнения в итоге суммировались безотносительно к их знаку плюс, это или минус.

А чтобы полученный результат не был бы очень большим числом и он не зависел от числа отсчетов, полученную, таким образом, сумму можно разделить на число отсчетов, как бы найдя среднее для одного отсчета расхождение. Можно еще из этого числа извлечь корень, чтобы рассматривать результат как дисперсию - но это ничего принципиально не меняет и как бы лишняя операция.

В результате получаем среднее квадратическое отклонение двух реализаций друг от друга. Этот параметр предельно точно показывает неточность воспроизведения сигнала. При таком способе сравнения удается учитывать всевозможные виды искажений сигналов, которые в классической аудиотехнике фигурируют как бы по отдельности. Это и линейные искажения и нелинейные искажения и интермодуляционные искажения, задержки, вызванные, например, разной удаленностью отдельных динамиков от ушей слушателя, эффектами реверберации, а также этот способ сравнения сигналов или устройств учитывает искажающий вклад всевозможных шумов и помех, например шумов квантования, наводок по сети питания, шума с улицы или из-за стены, если речь идет о сравнении акустических свойств помещений и установленных в них аудио систем High-End класса и т.д.

Устройство, которое на одном и том же тест-сигнале и одном и том же числе отсчетов даст меньшее СКО, будет самым верно воспроизводящим узлом, устройством или всей системой в целом.

Это самый высокоточный способ сравнения реализаций сигналов. Он уже давно признан таковым в современной науке. Я не понимаю зачем ориентироваться на уши, когда есть мощные современные компьютеры и устройства ввода и вывода информации превышающие способности человеческого слуха на порядки.

Если вы думаете, что такой способ пропустит регистрацию изменения огибающей, уверяю вас этого не будет - компьютер все сосчитает да 6 знака после запятой, если это будет надо.

[Мусатов Константин]

Я понимаю как считать СКО, как нормировать. Достаточное научно-техническое образование. А вот вы не понимаете, что критерии качества оценки по результатам профессиональной слуховой экспертизы плохо коррелируют с тем, что вы предлагаете. Вы сравниваете сигналы. А сам надо сравнить результаты воздействия сигналов на людей. Две пары сигналов, отличающихся на 0,1% не будут восприняты слушателями как отличающиеся примерно одинаково. Все очень сильно зависит от того, чем они отличаются.

[Владимир R-V-A]

Вы делаете принципиальную методическую ошибку безапелляционно отвергая то, что признано всеми учеными мира.

Если вы хоть раз запишите и проанализируете два сигнала (реализации на двухканальном осциллографе это сделать можно элементарно и в реальном времени, если там есть функция сохранения двух реализаций за определенный отрезок времени, например как в Loudspiker Lab 3)

На двухлучевом осциллографе можно, сделав стоп-кадр, например проанализировать на одном луче реализацию опорного сигнала, а на другом - сигнал с микрофона (или Цапа), например в ближней зоне колонки, а еще лучше с наушников, чтобы задержка была минимальной и две реализации были бы минимально смещены во времени.

При сравнении работы двух Цапов тоже можно их сравнивать с опорным сигналом на глаз без обратного сдвига по времени, если обработка занимает мало времени. Так, вот, анализируя две реализации, даже без расчета СКО видно насколько сильно отличаются реализации. Будет время, я сниму ролик на эту тему.

Особенно эти все искажения хорошо видны на искуственно синтезированных сигналах, исполняемых на электронных синтезаторах - органолах с очень широким спектром и крутыми почти прямоугольными фронтами сигналов. На реализации опорного сигнала сигнал от источника, выглядит, например, в виде лесенки и ступенек с разной частотой и амплитудой с плоской верхней полкой каждой такой ступеньки, на каждом импульсе, соответствующей частоты. А сигнал, принимаемый микрофоном с колонки или наушника уже имеет совсем другую формы - на каждом импульсе куча выбросов и сглаженных ступенек , как вы говорите - явные искажения по огибающей амплитуде.

Искажения проявляются, как бы в дополнительных колебаниях в спектре сигнала, связанных по всей видимости с неравномерной АЧХ излучателя и относительно узкой полосой зондирующего микрофона, а также плохой импульсной (или переходной характеристикой всех узлов системы - УНЧ-АС-Помещение - ухо или зондирующий микрофон + искажения микрофона, который может иметь полосу (если он студийный) на несколько килогерц выше верхней граничной частоты слуха уха человека).

Вот зачем абстрактно спорить и доказывать мне какие-то необычайно сверхестественные способности у слуха человека по сравнению со студийными микрофонами и современной качественной аппаратурой.

Я утверждаю, что если СКО одного, например УНЧ или АС+УНЧ меньше, чем у аналога в разы, десятки и уж тем более в сотни раз, то и на слух это будет восприниматься как более качественный, верный, естественный звук.

Тут просто нужно в качестве тест сигналов выбирать сложные фонограммы. Они должны быть одновременно и импульсные и широкополосные, чтобы не пропустить все частоты и суметь при расчете СКО отследить и учесть в конечном результате все виды искажений и переходные процессы. В ролике я приложу ссылки на такие опорные сигналы - в виде реальных музыкальных записей, чтобы все, кто сомневается в моей методике сами могли бы повторить эти эксперименты.

"А сам надо сравнить результаты воздействия сигналов на людей. Две пары сигналов, отличающихся на 0,1% не будут восприняты слушателями как отличающиеся примерно одинаково. Все очень сильно зависит от того, чем они отличаются."

Если не поленитесь и поставите такие эксперименты в безэховой камере или в реальном помещении прослушивания, то смещение двух зондирующих микрофонов в микрофоне-голове при её смещении даст очень сильное увеличение СКО или точности воспроизведения звуков даже на одних и тех же устройствах (УНЧ + АС), если вы будете смещать микрофон-голову относительно оси стерео системы в любую сторону.
Слушатель также как и микрофон-голова при смещении от оси будет всегда слушать звуки более низкого качества или верности звучания. На слух, человек эти изменения будет воспринимать как снижение уровня высоких частот, плохой стереоэффект - большую, чем надо, громкость в одном из каналах и т.д.

Это как раз и говорит о том, что настоящая система класса High-End должна быть следящей и автоматически быстро компенсировать эти искажения. например автоматически разворачивая на слушателя АС и регулируя АЧХ и Ф(В)ЧХ в эквалайзере.

[Мусатов Константин]

Владимир, к сожалению методическую ошибку совершаете вы. Еще раз объясняю вам элементарную вещь: слух человека не работает как электронные приборы прямого преобразования. СКО не дает информации, однозначно коррелирующей с результатами слуховой экспертизы.
Ваша ошибка проистекает из того, что при снижении СКО конкретного усилителя (акустики, ЦАПа и т.п.) есть высокая вероятность, что это приведет к улучшению результатов слуховой экспертизы. Но вы не сможете получить такое же соотношение для разных аппаратов. Будет среднестатистическая зависимость, но размер флуктуаций по моделям будет больше самой зависимости.

[Владимир R-V-A]

Флуктуации по моделям будут иметь ту же тенденцию - чем меньше СКО, тем лучше звуковое восприятие.

Если бы это было не так, то никто из инженеров бы не ориентировался бы при выборе, например микросхем - УНЧ на их параметры и характеристики по неравномерности АЧХ, нелинейным и интермодуляционным искажениям, шумам.

Приведите мне пример, чтобы у одной общеизвестной микросхемы традиционные параметры качества или точности (просто более более запутанная альтернатива всего одному параметру качества - СКО) были бы лучше, чем у другой микросхемы, и при этом субъективное её звучание было очевидно и заметно всем хуже, чем у микросхемы с более низкими формальными параметрами качества.

И тогда я соглашусь с вами, что в радиотехнике бывают чудеса.

[Мусатов Константин]

Ни к одной микросхеме нет приведенных данных СКО. Однако, среди микросхем есть достаточно с широким спектром искажений и небольшим уровнем и с узким, но с большим уровнем. И вторые звучат заметно лучше, хотя в процентах искажений они хуже.

[Владимир R-V-A]

Ни к одной микросхеме нет приведенных данных СКО. Однако, среди микросхем есть достаточно с широким спектром искажений и небольшим уровнем и с узким, но с большим уровнем. И вторые звучат заметно лучше, хотя в процентах искажений они хуже.

Естественно, что нет. Что бы я вам тут тогда пол года рассказывал про СКО))) Вы не уходите от ответа. Назовите два типа микросхем, в которых, у одной параметры хуже, а звучит она лучше.

[Мусатов Константин]

У меня нет задачи тратить время на поиски микросхем. Я понимаю принцип и мне не надо искать подтверждения. Принцип элементарный, говорящий о том, что любые измерения должны проводиться в соответствии с способом потребления результата. А для вас простейший аргумент. Сигнал, прошедший преобразование Гильберта, на слух не отличается от оригинала. Но его осциллограма совсем другая и ско окажется громадным.

[Владимир R-V-A]

О каком сигнале вы говорите, это розовый шум пачками по 0,1с, 0,5 с, 1,0с, 5 сек с такими же для простоты промежутками между пачками? А может это такие же по длительности пачки или пакеты сигналов, но уже заполненные сигналом типа пила или импульсным сигналом? Хотите сказать, что на слух будут не слышны изменения в сравнении с опорным сигналом - сначала несколько пачек оригинала, потом несколько пачек искаженного сигнала с большим СКО и так далее?))) Уверяю вас сигналы такого типа будут очень хорошо отличаться на слух - как совсем другие, очень непохожие даже на слух сигналы.