Anatomia di un DAC (anzi di molti DAC)

[Andrea Mori]

Apro questo thread per cercare di spiegare, nelle mie limitate conoscenze da hobbista, la tecnologia utilizzata per realizzare un convertitore digitale analogico.

Cercherò di spiegare nel modo più comprensibile possibile, e condividerò le mie esperienze (sempre da hobbista) nella progettazione e realizzazione di alcune tipologie di DAC, da quelli di prima generazione fino agli attuali DAC moderni.

Spero possa essere utile ed invito a fare domande nel caso che quello che scriverò risulti poco comprensibile.

[Andrea Mori]

Dato che si parla di "anatomia" dei DAC, intanto una foto delle schede di un DAC DSD a componenti discreti che sto saldando e testando.

[musicante]

@Andrea Mori Di che progetto si tratta? Sono schede già preassemblate?

Intanto complimenti.

[Andrea Mori]

1 ora fa, musicante ha scritto:

@Andrea Mori Di che progetto si tratta? Sono schede già preassemblate?

Intanto complimenti.

No, sono schede che ho progettato e poi ho fatto assemblare da un'azienda che realizza PCB e assembla i componenti.

E' un DAC DSD entry level a componenti discreti, ossia non utilizza alcun DAC chip integrato, il convertitore digitale analogico è costituito da una serie di circuiti e componenti elettronici invece che da un unico circuito integrato.

Permette anche la conversione in hardware in tempo reale da PCM a DSD, nel senso che se gli invii ad esempio un redbook (16 bit/44.1 kHz) lo converte direttamente in DSD256.

[musicante]

@Andrea Mori Ma utilizza sempre delle resistenze in serie come gli R2R oppure è un'implementazione diversa?

[Andrea Mori]

2 ore fa, musicante ha scritto:

@Andrea Mori Ma utilizza sempre delle resistenze in serie come gli R2R oppure è un'implementazione diversa?

E' un FIRDAC a 32 taps, anziché una rete R2R utilizza una sola resistenza per ogni tap, tra il flip-flop che la pilota e massa.

Praticamente ci sono 32 resistenze per ogni canale dello stesso valore. 

Essendo un DAC DSD, quindi a 1 bit, ad ogni clock, i registri a scorrimento fanno scorrere i dati di una posizione nelle 32 resistenze. E' la stessa tecnologia utilizzata nel Mola Mola Tambaqui, nei DAC MSB di ultima generazione, nei DAC T+A e via dicendo.

Più avanti descriverò i vantaggi che derivano dall'utilizzo di questa architettura.

[Andrea Mori]

Prima di tutto una puntualizzazione probabilmente scontata ma necessaria come premessa: il suono che uscirà da un DAC sarà sempre e comunque pesantemente condizionato dalla qualità della registrazione.

E con questo intendo sia l'aspetto relativo alla cattura delle onde sonore attraverso il posizionamento dei microfoni, ma anche e soprattutto dall'acquisizione in digitale e dal mixaggio.

Il formato DSD non è adatto per sua natura al mixaggio ed altre elaborazioni post produzione. Che io sappia esistono solo un paio di piattaforme che sembrerebbero consentirlo, Steinberg e Sony. E per quel che ne so sono veramente pochissime le etichette che lo usano. Comunque non conosco questa tecnica e quindi non saprei dire di più.

Per questo motivo, nella quasi totalità delle produzioni, il mixaggio avviene in formato PCM.

Mentre l'acquisizione delle varie tracce dai microfoni e convertite in dati digitali, che poi verranno mixate, può essere effettuata sia in PCM che in DSD nativo.

Del resto anche il prodotto finale può essere in entrambi i formati PCM e DSD.

La maggior parte della produzione rimane ancora in formato redbook, formato CD per intendersi, ossia risoluzione a 16 bit e frequenza di campionamento a 44.1 kHz.

Negli ultimi anni si è visto un notevole aumento di produzioni ad alta risoluzione, normalmente fino a 24 bit 192 kHz. Il materiale a frequenze di campionamento più elevate è veramente scarso. Questo si è reso possibile perché siamo passati dall'archiviazione su CD a quella su memorie di massa molto più capienti (la musica liquida).

Le produzioni in DSD nativo rimango comunque assai poche, questo anche a causa dell'ampiezza dei dati necessari per codificare in questo formato.

Tornando all'acquisizione e successivo mixaggio, si capisce che si aprono svariate possibilità, almeno per l'acquisizione ed il formato di uscita, dato che il mixaggio normalmente avviene in PCM.

Ad esempio si può acquisire in DSD nativo, convertire in PCM, mixare in PCM ed uscire in formato PCM, oppure in altre possibili combinazioni, ad esempio uscendo in formato DSD.

A parte il mixaggio (lo chiamo mixaggio per semplicità, ma inteso a comprendere altre operazioni di editing quali equalizzazione e via dicendo) che inevitabilmente comporta manipolazioni dei dati digitali acquisiti dagli ADC (convertitore analogico digitale) attraverso i microfoni, tutte le conversioni di formato inserite nel processo comportano una ulteriore manipolazione dei dati originari.

Tutti questi processi sono estremamente critici e alla fine determinano la qualità della registrazione che poi ascolteremo convertendola di nuovo in analogico attraverso il DAC. In conclusione, il DAC non può e non deve aggiungere niente e non può migliorare la qualità di una registrazione.

 

[alexis]

Magari riusciremo finalmente a capire, da analogista convinto.. come mai ci siano tante differenze percepite tra i dac e come mai, a parità apparente di certe misure canoniche, la maggioranza dei dac suoni così … male.

Ma soprattutto ci piacerebbe capire se l‘enorme divario qualitativo percepito tra, per esempio, un msb top e uno Young ( un nome tra i mille possibili.. ma questo è a mio modesto avviso davvero pessimo) abbia un certo riscontro pure sotto il profilo di certe misure elettriche, magari non convenzionali.

Ci fa piacere infine, e penso di parlare a nome di molti appassionati, che qui si torni finalmente a parlare di differenze e sfumature in ambito digitale, come è giusto che sia in un forum tematico dedicato come questo.

 

[domenico80]

@Andrea Mori  

interessante sarebbe riuscire a capire se il collo di bottiglia dei vari dac sia il solito ....... chippone ....... comune a tutti o quasi

[ilmisuratore]

5 minuti fa, alexis ha scritto:

Magari riusciremo finalmente a capire, da analogista convinto.. come mai ci siano tante differenze percepite tra i dac e come mai, a parità apparente di certe misure canoniche, la maggioranza dei dac suoni così … male.

Ma soprattutto ci piacerebbe capire se l‘enorme divario qualitativo percepito tra, per esempio, un msb top e uno Young ( un nome tra i mille possibili.. ma questo è a mio modesto avviso davvero pessimo) abbia un certo riscontro pure sotto il profilo di certe misure elettriche, magari non convenzionali.

Ci fa piacere infine, e penso di parlare a nome di molti appassionati, che qui si torni finalmente a parlare di differenze e sfumature in ambito digitale, come è giusto che sia in un forum tematico dedicato come questo.

Se stai richiamando a gran voce la mia attenzione non ci casco

Ritenta, sarai piu fortunato

p.s effettua piu prove in cieco please, e meno dichiarazioni fasulle e strampalate 

[domenico80]

10 minuti fa, alexis ha scritto:

la maggioranza dei dac suoni così … male.

beh , si potrebbe dire lo stesso dei giradischi

[ilmisuratore]

8 ore fa, Andrea Mori ha scritto:

il DAC non può e non deve aggiungere niente e non può migliorare la qualità di una registrazione.

Perfettamente d'accordo, su questo

Ad esempio, tanto per citare un caso, ad Alexis (noto utente) piacciono tutti gli apparecchi che aggiungono qualcosa, ma è una questione di gusti personali, e non di fedeltà della conversione e rispetto del materiale registrato

[captainsensible]

8 ore fa, Andrea Mori ha scritto:

Ad esempio si può acquisire in DSD nativo, convertire in PCM, mixare in PCM ed uscire in formato PCM, oppure in altre possibili combinazioni, ad esempio uscendo in formato DSD.

La domanda è: cui prodest ?

Quando c'è già il PCM, bello e consolidato, cosa serve fare tutto questo cinematografo !

 

CS

[alexis]

@ilmisuratore Pops.. vedo che hai messo la testolina fuori dal tuo cestino ignorlist..

quindi abbiamo (purtroppo) di nuovo la tua attenzione.

Speravo in un tred esente dai tuoi ammorbamenti e la tua prepotenza da bulletto di quartierino.. Non ti ringalluzzire peró che ti ficco giù di nuovo.

E Taaac..
( Sarebbe ora comunque che anche tu, umilmente come tutti noi qui, studiassi un po‘ di digitial tech, come ti hanno già fatto notare, fermo come sei a misurare come negli anni 80, quando la Tim, di chiamava Sip, o Telve, e c‘erano ancora i gettoni del telefono e le cabine con gli elenchi.

A proposito.. davvero davvero davvero ignoravi che quel tuo giovane 😂 dac sovracampiona internamente, qualsiasi formato di pappa tu ci butti dentro?) 

Bye bye

😅

[domenico80]

non mandatelo in v......a

[Andrea Mori]

28 minuti fa, captainsensible ha scritto:

La domanda è: cui prodest ?

Quando c'è già il PCM, bello e consolidato, cosa serve fare tutto questo cinematografo !

CS

A parte il quasi vincolo di mixare in PCM, il formato di acquisizione e quello di uscita sono una scelta delle etichette.

Va però considerato che oramai quasi tutti i chip ADC e DAC disponibili utilizzano la modulazione sigma-delta, e per questi dispositivi il formato DSD è quello nativo e non necessita di alcuna conversione. Che sia poco utilizzato come formato di uscita è dovuto alle enormi dimensioni dei file che ne risultano. Per fare un esempio, di seguito le dimensioni dello stesso brano da 5 minuti in diversi formati:

PCM 24 bit / 192 kHz dimensione 100M

DSD64 dimensione 202MB

DSD128 dimensione 404MB

DSD256 dimensione 808MB

DSD512 dimensione 1,57GB

Dal punto di vista prettamente teorico il formato DSD dovrebbe essere superiore al formato PCM, poiché grazie a frequenze di campionamento elevatissime sposta gli aliasing di conversione lontanissimi dalla banda audio. Tuttavia, a differenza del PCM, il rumore che produce, seppur lontanissimo dalla banda audio, è enorme, ed alcuni sostengono che in qualche modo possa risentirne anche la banda udibile. Nella conversione sigma-delta vengono utilizzate tecniche di noise-shaping per spostare il rumore lontano dalla banda audio. Questo perché, come vedremo più avanti la conversione a 1 bit produce matematicamente un errore del 50%, visto che il dato può assumere solo i valori 0 e 1, ed il risultato di questo errore è semplicemente rumore.  

[captainsensible]

@Andrea Mori si, ma a parte la teoria, personalmente non vedo alcun vantaggio.

• I convertitori PCM esistono da anni su singolo chip (convertitori puri o modulatori sigma delta che siano), e quindi non ho alcun vantaggio in termini di conversione.
• Ho uno svantaggio in termini di editing perchè mi costringe a passare 2 volte tra formati diversi e non so con quali artefatti.
• I files sono più grossi.

Quindi mi continuo a domandare (non a te evidentemente): cui prodest ?

 

CS

[newton]

@Andrea Mori posso chiedere che trasformatori sono e perché evidentemente li preferisci ai toroidali. E che regolatori usi di solito nelle alimentazioni?

Mi aggiungo ai complimenti per la competenza e la disponibilità divulgativa per quel che possiamo starti dietro è apprezzabile.