Anatomia di un DAC (anzi di molti DAC)

[Andrea Mori]

A differenza del valore del Jitter, quello che descrive e chiarisce in modo inequivocabile la qualità temporale di un DAC (o meglio del clock del DAC) è il grafico del rumore di fase.

A differenza del valore del Jitter, che può essere manipolato arbitrariamente, il grafico del rumore di fase fornisce lo spettro delle deviazioni temporali rispetto alla portante nel breve periodo. Si tratta di una curva certa e non manipolabile arbitrariamente, poiché esprime il rapporto tra l'ampiezza della portante e quella del rumore nei vari punti man mano che ci si allontana dal vettore.

Le due immagini allegate dimostrano in modo inequivocabile la differenza prestazionale di due oscillatori, che tuttavia potrebbero portare a conclusioni esattamente opposte manipolando opportunamente il valore del Jitter.

La prima immagine si riferisce ancora all'oscillatore già visto nel commento precedente (Crystek CCHD-957 a 24.576 MHz), come si può vedere nel grafico del rumore di fase, ad una distanza di 10 Hz dalla portante, il rumore di fase è all'incirca -100 dBc. Mentre il Jitter, calcolato integrando una banda che va da 10kHz a 100kHz, ha il valore strabiliante di 24 femto secondi.

La seconda immagine fa riferimento ad un oscillatore a 5.6448 MHz allo stato dell'arte. In questo caso il rumore di fase ad una distanza di 10 Hz dalla portante è circa -155 dBc. Tuttavia, calcolando il valore del Jitter con una banda di integrazione tra 1Hz e 100kHz, il valore del Jitter calcolato è pari a 43 femto secondi.

Pertanto, se confrontiamo il rumore di fase alla stessa distanza di 10 Hz dalla portante emerge chiaramente la differenza prestazionale tra i due oscillatori, dato che quello più scarso ha un rumore maggiore di ben 55dB.

Se invece ci limitiamo al valore del Jitter calcolato arbitrariamente risulta esattamente l'opposto, ossia che l'oscillatore allo stato dell'arte ha prestazioni inferiori a quello di qualità inferiore, dato che ha un valore di Jitter di 43 femto secondi contro i 24 femto secondi dell'altro.

Da questo si capisce che i produttori di DAC dovrebbero indicare il rumore di fase del clock, e non il valore del Jitter, per rendere gli apparecchi effettivamente comparabili. 

[ilmisuratore]

Sono due rappresentazioni che mostrano (a 1 hz dalla portante) lo stesso valore

Il primo oscillatore a 1 hz dalla portante fa -68 dBc

Il secondo oscillatore a 1 hz produce un valore di -122 dBc

Stessa differenza a 10 hz (calcolando i valori dello scostamento)

Dunque sempre 54/55 dB di differenza

Sono grafici che hai sviluppato te o sono grafici che fornisce il produttore del clock ?

[Andrea Mori]

13 minuti fa, ilmisuratore ha scritto:

Sono due rappresentazioni che mostrano (a 1 hz dalla portante) lo stesso valore

Il primo oscillatore a 1 hz dalla portante fa -68 dBc

Il secondo oscillatore a 1 hz produce un valore di -122 dBc

Stessa differenza a 10 hz (calcolando i valori dello scostamento)

Dunque sempre 54/55 dB di differenza

Sono grafici che hai sviluppato te o sono grafici che fornisce il produttore del clock ?

Sono grafici che ho misurato personalmente sui due oscillatori con il mio analizzatore di rumore di fase.

[ilmisuratore]

Adesso, Andrea Mori ha scritto:

il mio analizzatore di rumore di fase

Che apparecchio è ?

[Andrea Mori]

9 minuti fa, ilmisuratore ha scritto:

Che apparecchio è ?

TimePod 5330A, adesso MicroSemi 3120A che ha acquistato il progetto originale di John Miles. 

[ilmisuratore]

Il jitter di tipo deterministico ha un impatto maggiore rispetto quello di tipo casuale

Alcuni studi (anche pubblicati su AES e altre testate) fanno riferimento alle classiche misurazioni del jitter tramite sineband (Julian Dunn) e il rumore casuale che utilizza anche Audioreview e lo stesso ASR

Ci sarebbe da vedere quale correlazione all'ascolto si trova maggiormente tra le rilevazioni del rumore di fase nel breve periodo e quelle dei classici metodi di Julian Dunn

Dolby ha condotto uno studio sull'udibilità del jitter, ottenendo un treshold/valore jitter abbastanza elevato, diciamo elevatissimo se raffrontato ai valori femto/pico

Pochissimi ascoltatori sono riusciti a rilevare circa 3ns tramite una sinusoide di 8 khz

Con la musica si parla si valori molto piu alti, ricordo qualche paper che ho letto e si aggiravano sui 100ns

Non mi pare esista uno specifico studio sulla percettibilità del rumore di fase, che per quanto la sua formazione riguarda pochissimi hertz dalla portante, sempre di rumore (gaussiano ?) si parla

Essendo (potremmo definirlo quasi correlato) parte del segnale, teoricamente dovrebbe "sporcare" tutti i segnali (transienti ect..) il cui livello ha un impatto all'ascolto importante

Tuttavia, come sempre sostenuto, ritengo che la catena a valle di un DAC possa inquinare il segnale Nvolte superiore, dunque gli stadi a valle (preamplificatori, finali) dovrebbero garantire un rumore atto a non mascherare quello che il DAC produce, una cosa direi impossibile

Io al rumore di fase do molta importanza, ma ritengo (da provare) che i valori udibili possano valicare soglie molto elevate (a naso -60 dBc/1 hz)

[Andrea Mori]

Per chi crede soltanto nelle misure, per valutare le prestazioni temporali di un DAC normalmente viene eseguita una misura chiamata J-TEST. Non entro nel dettaglio del principio in base alla quale viene eseguita, ma se qualcuno fosse interessato può trovare la descrizione del test utilizzato da Audio Precision nei suoi strumenti Audio Precision J-TEST.

A mio modesto parere questo test è altrettanto inutile e fuorviante alla stregua della misura del Jitter.

Questo per almeno due ragioni: la prima è che il grafico FFT risultante ha una bassa risoluzione, e quindi non permette di individuare le bande laterali di rumore vicino alla portante. La seconda, forse più importante, è che lo strumento che esegue il test, anche un Audio Precision, utilizza una base dei tempi di qualità assai inferiore ad oscillatori allo stato dell'arte, quindi alla fine misura se stesso. Per eseguire una misura valida il riferimento di uno strumento deve avere prestazioni almeno uguali al dispositivo da misurare (DUT), meglio se superiori, e questo non avviene con gli strumenti che eseguono il J-TEST, quantomeno su oscillatori veramente performanti.

Allego due immagini per descrivere empiricamente quello che ho scritto.

Nella prima si vede il grafico del J-TEST effettuato sul DAC Holo May. Questo DAC utilizza esattamente l'oscillatore che ho preso come riferimento nei commenti precedenti, ossia il Crystek CCHD-957, un oscillatore di medio-basso livello.

Nella seconda immagine, invece, si può vedere lo spettro del rumore di fase dell'oscillatore suddetto e di un altro allo stato dell'arte.

Come si può vedere nella prima immagine la risoluzione intorno alla portante è molto bassa, le bande laterali che si vedono si trovano a parecchie decine di Hertz dalla portante, probabilmente la prima si trova a 250Hz dalla portante come indicato da Audio Precision nei suoi manuali.

Questo significa che tutto il rumore dovuto alle bande laterali al di sotto dei 250Hz dalla portante (assumo 100Hz per semplicità) non viene misurato e se ne va completamente perso.

Nella seconda immagine si vede chiaramente il rumore dovuto alle bande laterali, suddiviso in due parti, a sinistra al di sotto dei 100Hz e a destra al di sopra.

Confrontando i numeri ci si rende conto che il J-TEST ha praticamente misurato poco più del noise floor dell'oscillatore, ossia le bande laterali all'interno del rettangolo arancio al di sopra dei 100 Hz.

Come si può vedere, a 100 Hz dalla portante, il rumore di fase si trova a circa -130dBc, che poi è più o meno gli stessi -130dB che emergono nelle bande laterali misurate con il J-TEST.

Questo indica che il J-TEST si perde tutto il contributo di rumore dell'oscillatore al di sotto dei 100Hz dalla portante.

Tanto che eseguendo lo stesso J-TEST sull'oscillatore allo stato dell'arte si otterrebbero spettri molto simili, se non uguali, mentre dallo spettro del rumore di fase si evince chiaramente la prestazione enormemente superiore dell'oscillatore allo stato dell'arte di almeno 55dB.

In sintesi, il J-TEST praticamente misura il noise floor del clock, perdendosi tutto il rumore più vicino alla portante. 

E' abbastanza ovvio che non si riscontrino quasi differenze tra un oscillatore con prestazioni medio-basse ed un altro con prestazioni allo stato dell'arte, poiché normalmente il noise floor di qualsiasi oscillatore, anche da 30 centesimi, è inferiore a -130dB. 

[ilmisuratore]

6 minuti fa, Andrea Mori ha scritto:

Per chi crede soltanto nelle misure, per valutare le prestazioni temporali di un DAC normalmente viene eseguita una misura chiamata J-TEST. Non entro nel dettaglio del principio in base alla quale viene eseguita

Ho specificato che una misurazione dovrebbe trovare riscontro all'ascolto

Ho ipotizzato che la soglia udibile possa risultare enormemente maggiore rispetto gli esempi

Esistono studi sull'udibilità del jitter, ma non mi pare ne esistano specifici sul noise phase

Andandoci per logica, se per rendere udibile il jitter gli studi effettuati menzionano valori fino a 100ns, un elettronica, affinchè possa raggiungere tale valore, immagino che debba elevare il rumore di fase di parecchi ordini di grandezza

[captainsensible]

49 minuti fa, Andrea Mori ha scritto:

A mio modesto parere questo test è altrettanto inutile e fuorviante alla stregua della misura del Jitter.

Questo per almeno due ragioni: la prima è che il grafico FFT risultante ha una bassa risoluzione, e quindi non permette di individuare le bande laterali di rumore vicino alla portante. La seconda, forse più importante, è che lo strumento che esegue il test, anche un Audio Precision, utilizza una base dei tempi di qualità assai inferiore ad oscillatori allo stato dell'arte, quindi alla fine misura se stesso. Per eseguire una misura valida il riferimento di uno strumento deve avere prestazioni almeno uguali al dispositivo da misurare (DUT), meglio se superiori, e questo non avviene con gli strumenti che eseguono il J-TEST, quantomeno su oscillatori veramente performanti.

Si, ma alla fine della fiera è quello che ti interessa, ovvero sapere cosa accade sul segnale audio in uscita dopo tutta la catena di conversione.

Secondo il mio umile parere.

 

CS

[ilmisuratore]

12 minuti fa, captainsensible ha scritto:

ovvero sapere cosa accade sul segnale audio in uscita dopo tutta la catena di conversione

In un processo che vede il campionamento di un segnale ripetuto per due volte consecutive (tramite un ADC non molto performante) il relativo responso di autocorrelazione produrrebbe errori di fase ottenuti dalla somma dei due processi D/A - A/D 

Basta ascoltarli e saperli (poterli) riconoscere

Secondo me non accadrebbe nemmeno con la "super-esoterica" Realtek

[AudioLover]

@Andrea Mori secondo il tuo parere quando degli ingegneri progettano un dac, riescono a dare un imprinting sonoro partendo dalla tecnonologia, sai quando si dice questo dac è molto caldo, chiuso in alto...oppure l'opposto parte bassa in evidenza ecc....o cercano semplicemente di fare il miglior dac possibile entro il budget che hanno e il risultato sonoro è incidentale?

 

Sappiamo l'imprinting sonoro di tanti dac senza bisogno di ascoltarli, il Bartok viene criticato perchè molto rigoroso al limite dell'asettico da chi non lo ama, l'Aqua La Scala viene criticato per il motivo opposto. Quindi mi chiedevo, questo modo di suonare viene deciso prima o è impossibile?

[alexis]

27 minuti fa, Ricky81 ha scritto:

Quindi mi chiedevo, questo modo di suonare viene deciso prima o è impossibile?

Ottima domanda.. ma immagino quale sarà la risposta..

[ilmisuratore]

Con la divisione che è stata usata (2khz) e la FFT point di cui dispone l'AP non è possibile osservare parte dello spettro a 1hz dalla portante

Se l'AP avesse avuto una FFT point da almeno 4.194.304 point, potendo espandere la divisione a "pochi" hz si sarebbe visto qualcosa, o quantomeno poter fare un confronto

Vista in questo modo rende le cose troppo fuorvianti

Il grafico sotto quello dell'AP è l'esempio in cui si osserva una divisione molto accurata e come la base della portante viene evidenziata, quantomeno per un confronto attendibile (nonostante la FFT venga confinata in 262.144 point)

 

 

[Andrea Mori]

2 ore fa, ilmisuratore ha scritto:

Ho specificato che una misurazione dovrebbe trovare riscontro all'ascolto

Ho ipotizzato che la soglia udibile possa risultare enormemente maggiore rispetto gli esempi

Esistono studi sull'udibilità del jitter, ma non mi pare ne esistano specifici sul noise phase

Andandoci per logica, se per rendere udibile il jitter gli studi effettuati menzionano valori fino a 100ns, un elettronica, affinchè possa raggiungere tale valore, immagino che debba elevare il rumore di fase di parecchi ordini di grandezza

Non hai ancora capito che in questo thread sto parlando di tecnologia e di scienza, quello che descrivo è corredato da esempi, grafici, numeri, relazioni tra i fenomeni su base scientifica, e via dicendo.

Sei ossessionato dalle misure, che riporto con grafici e link durante l'esposizione, ma adesso riparti con la super-pippa dell'udibilità, delle tue immaginazioni che peraltro sono sbagliate, con le soglie udibili secondo le quali, l'ultima che avevi propinato sentenziava che una distorsione al di sotto di -75dB non è udibile.

Quindi coloro che sono intervenuti in questo thread sono emeriti deficienti, i DAC sono tutti uguali a partire dal MEIZU DONGLE da 45 dollari, e quindi possiamo anche chiudere il thread dato che secondo i tuoi postulati la tecnologia non può produrre alcuna differenza udibile.

Se è così, di nuovo mi fermo qui e torno ai mie impegni di progettazione.

Altrimenti, cerca di leggere attentamente quello che scrivo, cerca di studiare un po' di elettronica e di fisica, cerca di capire come la tecnologia si traduce in numeri (che ami tanto), e poi torna con commenti che non siano i soliti discorsi che ripeti in modo ossessivo su tutti i thread di questo forum.

[ilmisuratore]

Chiedo scusa se mi sono soffermato su alcune (da te) considerazioni che ritengo siano assai fuorvianti

Sei bravo ed esponi bene le caratteristiche progettuali dei DAC, ma appena ci si azzarda minimamente a sottolineare qualche cosa che possa avvicinare le architetture dei DAC (in questo caso addirittura gli oscillatori) all'effettiva udibilità, ti irriti come un "diavolo della tasmania" e minacci di non continuare l'esposizione con un livello di permalosità che va oltre la media

Puoi continuare tranquillamente, ma se scrivi però determinate cose (dicendo che non andrebbero bene) sarebbe anche opportuno andare a fondo, oppure semplicemente non scriverle (come hai fatto, attirando l'attenzione e la voglia di poterti smentire o darti ragione)

[Andrea Mori]

2 ore fa, captainsensible ha scritto:

Si, ma alla fine della fiera è quello che ti interessa, ovvero sapere cosa accade sul segnale audio in uscita dopo tutta la catena di conversione.

Secondo il mio umile parere.

 

CS

Con gli strumenti attuali e con il pressoché inutile J-TEST purtroppo si vede molto poco, perché alla fine si misura il noise floor (rumore di fondo) dell'oscillatore o addirittura si misura lo strumento stesso dato che ha una base dei tempi con prestazioni inferiori a quelle del dispositivo da misurare (DUT).

Allego di nuovo il J-TEST dell'Holo May che utilizza oscillatori Crystek di medio basso livello e poi lo stesso J-TEST che adotta un OCXO molto performante. Come si può vedere, le differenze sono irrisorie e soprattutto i valori assoluti si collocano sotto i -130 dB. 

Se si misurasse lo spettro vicino alla portante, che poi è quello che si fa quando si misura il rumore di fase, le differenze tra i due sarebbero enormi, si può presumere almeno 30dB. Come si evince dal grafico del rumore di fase del Crystek, il rumore a 1 Hz dalla portante si colloca sopra i -70 dB. E questi modulano il clock, ossia lo rendono irregolare, durante il processo di conversione.

Come ho spiegato in un altro thread, non si può misurare l'uscita analogica di un DAC con uno strumento che analizza il rumore di fase, poiché questi strumenti hanno limiti inferiori di misurazione ben al di sopra della banda audio (almeno 200kHz).

In conclusione, si può solo dedurre scientificamente l'errore temporale di un DAC nel processo di conversione, ma non lo si può misurare accuratamente nel dominio analogico con gli strumenti disponibili. Quindi io mi fermo alle deduzioni su base scientifica.     

Avevo dimenticato i grafici dei J-TEST.

[ilmisuratore]

7 minuti fa, Andrea Mori ha scritto:

Come ho spiegato in un altro thread, non si può misurare l'uscita analogica di un DAC con uno strumento che analizza il rumore di fase, poiché questi strumenti hanno limiti inferiori di misurazione ben al di sopra della banda audio (almeno 200kHz).

In conclusione, si può solo dedurre scientificamente l'errore temporale di un DAC nel processo di conversione, ma non lo si può misurare accuratamente nel dominio analogico con gli strumenti disponibili. Quindi io mi fermo alle deduzioni su base scientifica.     

Allora captainsesible ha ragione, anzi due

Ma evito ulteriori commenti altrimenti "mordi"

[Andrea Mori]

3 minuti fa, ilmisuratore ha scritto:

Chiedo scusa se mi sono soffermato su alcune (da te) considerazioni che ritengo siano assai fuorvianti

Sei bravo ed esponi bene le caratteristiche progettuali dei DAC, ma appena ci si azzarda minimamente a sottolineare qualche cosa che possa avvicinare le architetture dei DAC (in questo caso addirittura gli oscillatori) all'effettiva udibilità, ti irriti come un "diavolo della tasmania" e minacci di non continuare l'esposizione con un livello di permalosità che va oltre la media

Puoi continuare tranquillamente, ma se scrivi però determinate cose (dicendo che non andrebbero bene) sarebbe anche opportuno andare a fondo, oppure semplicemente non scriverle (come hai fatto, attirando l'attenzione e la voglia di poterti smentire o darti ragione)

Io ho descritto e ho fatto considerazioni esclusivamente su base scientifica (elettronica e quindi fisica) indicando numeri, formule e quant'altro.

Sei liberissimo di contestare tutto, ma se vuoi dare un contributo alla discussione devi farlo con le stesso approccio scientifico, perché i commenti che copi e incolli da un thread all'altro sono solo discorsi senza alcuna dimostrazione numerica.

Le tue soglie di udibilità che propini all'infinito vanificano completamente le discussioni di questo thread e addirittura di tutto il forum, perché non c'è più niente da misurare o da discutere. Un DAC da 50 Euro o un ampli da 100 Euro sono più che sufficienti a superare le tue sentenze sull'udibilità. Se questa pippa che propini all'infinito deve assumere valore scientifico allora non c'è più niente da discutere e da misurare perché qualsiasi dispositivo vale l'altro.

Lo capisci o vuoi continuare a propinarci la solita solfa?

Se lo capisci prova a studiare un po' e dopo ritorna con qualcosa che abbia fondamenti certi, e non presunti o immaginati da te, perché, onestamente, del tuo pensiero alla scienza non è che importi poi tanto.