Anatomia di un DAC (anzi di molti DAC)

[Andrea Mori]

Un altra tecnica utilizzabile per ridurre od eliminare il Jitter proveniente dalla sorgente si può implementare avvalendosi del bus USB.

Anche questa tecnica si applica facendo lavorare la sorgente ed il DAC in domini temporali diversi, implementando una comunicazione asincrona tra la sorgente (PC o streamer) e DAC.

Come si evince dalla prima immagine, il dominio temporale della sorgente (riquadro rosso) utilizza il proprio oscillatore (e PLL) che alla fine dei giochi produrrà un bel po' di jitter all'uscita.

Tuttavia, il DAC lavora nel proprio dominio temporale (riquadro verde), separato da quello della sorgente, dato si avvale di un diverso oscillatore a basso jitter che rigenera e sincronizza i segnali provenienti dalla sorgente.

Ne consegue che, avendo separato i domini temporali, il jitter proveniente dalla sorgente non transita al DAC, in quanto quest'ultimo si avvale di una base del tempo assai più stabile di quella della sorgente.

Nella seconda immagine si descrive un'implementazione reale della suddetta tecnica avvalendosi di un'interfaccia USB asincrona commerciale JLSounds I2S over USB.

Anche da questa immagine si evince la separazione dei domini temporali tra sorgente e DAC. Il dominio temporale della sorgente è quello nel riquadro rosso, dove si trova il connettore di ingresso USB al quale collegare il PC e lo streamer.

Mentre il dominio temporale del DAC è completamente separato (riquadro verde) e rigenera e sincronizza i segnali I2S a partire dai propri oscillatori a basso rumore (XO1 per la famiglia di frequenza di campionamento x44.1 kHz e XO2 per la famiglia x48kHz). Inoltre la parte "pulita", ossia il dominio temporale del DAC, è alimentata separatamente per evitare loop di massa con la sorgente. Infine è stata implementato anche un isolamento galvanico dei segnali provenienti dalla sorgente con isolatori digitali, in modo da annullare anche le interferenze EMI/RFI provenienti dal PC o dallo streamer. Un cavo RJ45 può essere utilizzato per collegare l'interfaccia USB al DAC, ovvero per trasportare i segnali I2S senza aggiungere jitter.

Con questa tecnica si ottiene un buon isolamento dal jitter e dalle interferenze provenienti dalla sorgente che inevitabilmente verrebbero trasmesse al DAC. 

[Ospite]

@Andrea Mori @ilmisuratore voi che siete esperti che ne pensate di questa affermazione di Esoteric sul passaggio dai 32 bit a i 34 bit? Da questo grafico si evince che con soli due bit in più ci si avvicina in modo incredibile alla curva analogica...secondo voi pubblicità o verità? Io penso che la svolta epocale sia avvenuta quando siamo passati dal campionato a 16 bit ai 20-24 bit oltre non ho mai sentito significative differenze.

 

   

[serbel]

approfitto di questo contesto per chiedere , l interfaccia usb amanero , italiana mi pare , si occupa di ricevere i dati dallo streamer , sembra lavorare meglio con cavi usb senza alimentazione , in pratica passa poi i dati al riclock interno spiegato prima , ma questo riclock effettuato su pacchetti di dati , scartando il clock dello streamer come riesce a sincronizzarsi al meglio ?  cioè ogni inizio traccia parte da zero 

[AudioLover]

1 ora fa, Andrea Mori ha scritto:

Un altra tecnica utilizzabile per ridurre od eliminare il Jitter proveniente dalla sorgente si può implementare avvalendosi del bus USB.

Anche questa tecnica si applica facendo lavorare la sorgente ed il DAC in domini temporali diversi, implementando una comunicazione asincrona tra la sorgente (PC o streamer) e DAC.

Come si evince dalla prima immagine, il dominio temporale della sorgente (riquadro rosso) utilizza il proprio oscillatore (e PLL) che alla fine dei giochi produrrà un bel po' di jitter all'uscita.

Tuttavia, il DAC lavora nel proprio dominio temporale (riquadro verde), separato da quello della sorgente, dato si avvale di un diverso oscillatore a basso jitter che rigenera e sincronizza i segnali provenienti dalla sorgente.

Ne consegue che, avendo separato i domini temporali, il jitter proveniente dalla sorgente non transita al DAC, in quanto quest'ultimo si avvale di una base del tempo assai più stabile di quella della sorgente.

Nella seconda immagine si descrive un'implementazione reale della suddetta tecnica avvalendosi di un'interfaccia USB asincrona commerciale JLSounds I2S over USB.

Anche da questa immagine si evince la separazione dei domini temporali tra sorgente e DAC. Il dominio temporale della sorgente è quello nel riquadro rosso, dove si trova il connettore di ingresso USB al quale collegare il PC e lo streamer.

Mentre il dominio temporale del DAC è completamente separato (riquadro verde) e rigenera e sincronizza i segnali I2S a partire dai propri oscillatori a basso rumore (XO1 per la famiglia di frequenza di campionamento x44.1 kHz e XO2 per la famiglia x48kHz). Inoltre la parte "pulita", ossia il dominio temporale del DAC, è alimentata separatamente per evitare loop di massa con la sorgente. Infine è stata implementato anche un isolamento galvanico dei segnali provenienti dalla sorgente con isolatori digitali, in modo da annullare anche le interferenze EMI/RFI provenienti dal PC o dallo streamer. Un cavo RJ45 può essere utilizzato per collegare l'interfaccia USB al DAC, ovvero per trasportare i segnali I2S senza aggiungere jitter.

Con questa tecnica si ottiene un buon isolamento dal jitter e dalle interferenze provenienti dalla sorgente che inevitabilmente verrebbero trasmesse al DAC. 

esistono interfacce come quella da te citata ma che non usino l’ i2s? Molti streamer non hanno quella uscita 

[AudioLover]

@Andrea Mori per esempio io ho un Innuos Zen mk3 collegato in usb con il dac del mio pre McIntosh c2600 un sabre 9018. 

[Andrea Mori]

3 ore fa, veidt ha scritto:

@Andrea Mori @ilmisuratore voi che siete esperti che ne pensate di questa affermazione di Esoteric sul passaggio dai 32 bit a i 34 bit? Da questo grafico si evince che con soli due bit in più ci si avvicina in modo incredibile alla curva analogica...secondo voi pubblicità o verità? Io penso che la svolta epocale sia avvenuta quando siamo passati dal campionato a 16 bit ai 20-24 bit oltre non ho mai sentito significative differenze.

 

   

Dal punto di vista teorico una maggiore profondità in bit consente una rappresentazione più dettagliata del segnale convertito. 

Dal punto di vista pratico non saprei dire, non ho mai avuto modo di fare tale confronto.

Tuttavia, materiale a 32 non ne conosco, quindi i 32 o 34 bit sarebbero comunque frutto di un'elaborazione in hardware o in software, con tutte le conseguenze del caso.

L'ampliamento della risoluzione a 32 bit, sempre con conversioni da formati a risoluzione inferiore, normalmente viene usata nei DAC che offrono il controllo di volume digitale, in modo da avere più headroom e quindi minor perdita di accuratezza ai livelli più bassi. Questo perché, normalmente, il controllo del volume digitale non fa altro che diminuire la risoluzione man mano che si va verso livelli più bassi. Praticamente, ad ogni dimezzamento del volume si perde 1 bit di risoluzione. 

[domenico80]

6 minuti fa, Andrea Mori ha scritto:

Questo perché, normalmente, il controllo del volume digitale non fa altro che diminuire la risoluzione man mano che si va verso livelli più bassi. Praticamente, ad ogni dimezzamento del volume si perde 1 bit di risoluzione. 

ma esiste differenza tra controllo del volume digitale 

ed un controllo di volume da Player come , esempio , in HQ player ?

[corrado]

17 minuti fa, domenico80 ha scritto:

ma esiste differenza tra controllo del volume digitale 

ed un controllo di volume da Player come , esempio , in HQ player ?

Anche io ho questo dubbio.

[Andrea Mori]

2 ore fa, serbel ha scritto:

approfitto di questo contesto per chiedere , l interfaccia usb amanero , italiana mi pare , si occupa di ricevere i dati dallo streamer , sembra lavorare meglio con cavi usb senza alimentazione , in pratica passa poi i dati al riclock interno spiegato prima , ma questo riclock effettuato su pacchetti di dati , scartando il clock dello streamer come riesce a sincronizzarsi al meglio ?  cioè ogni inizio traccia parte da zero 

Si, l'Amanero viene prodotta e venduta da Domenico Vellante, che conosco personalmente dato che abita vicino a me.

Che io ricordi l'Amanero non ha l'isolamento galvanico tra i due domini temporali del circuito, pertanto alimentandola direttamente tramite USB potrebbe passare del rumore da questa al DAC. Questo dovrebbe essere il motivo per cui lavora meglio con alimentazione esterna.

Per quanto riguarda la sincronizzazione dei dati, questa è intrinseca nel sistema di reclock, dato che questo lavora ad una frequenza almeno doppia di quella del bit clock in ingresso. Quindi non c'è una sincronizzazione a livello di traccia, bensì a livello di singolo bit.

L'immagine allegata è proprio relativa alla scheda Amanero che utilizza oscillatori a 22.5792 e 24.576 MHz.

Come si può vedere la scheda riesce ad effettuare il reclock con segnali in ingresso fino a 176.4 KHz (192 kHz per la famiglia x48 kHz non indicata), mentre non riesce ad eseguire il reclock con segnali di ingresso a 352.8 kHz.

Questo perché il bit clock per frequenze di campionamento a 176.4 kHz è pari a 11,2896 MHz (176,4 kHz * 64 bit, ossia 32 bit per canale nel formato I2S, = 11,2896 MHz), che è esattamente la metà della frequenza di reclocking pari a 22,5792 MHz. I 3 segmenti verdi verticali indicano il fronte di salita del segnale di reclock che permette ai flip-flop di spostare il dato dall'ingresso all'uscita. come si può evincere al fronte 1 viene portato in uscita il livello alto del segnale in ingresso, al fronte 2 il livello basso dello stesso segnale, e così via. Come si vede il fronte di salita del segnale di reclock utilizzato per sincronizzare è leggermente spostato dal fronte del segnale in ingresso, e questo permette di ottenere una sincronizzazione perfetta dei segnali senza incorrere in problemi di meta-stabilità.

Per contro, con frequenze di campionamento a 352.8kHz il circuito non riesce più ad eseguire il reclock, questo perché il bit clock per frequenze di campionamento a 352.8.4 kHz è pari a 22,5792 MHz (352,8 kHz * 64 bit, ossia 32 bit per canale nel formato I2S, = 22,5792 MHz), che è esattamente la stessa frequenza di reclocking pari a 22,5792 MHz.

In questo caso si creano evidenti problemi di meta-stabilità ed il circuito di reclock non funziona più, tanto che all'uscita si ottiene un livello 0 continuo, l'uscita non è più sincronizzata con l'ingresso.

[Andrea Mori]

3 ore fa, Ricky81 ha scritto:

esistono interfacce come quella da te citata ma che non usino l’ i2s? Molti streamer non hanno quella uscita 

Non ti serve l'interfaccia I2S sullo streamer, lo streamer deve avere l'uscita su USB (quindi può essere benissimo il PC), è il DAC che necessita di un'interfaccia I2S in ingresso.

Esistono interfacce USB che hanno uscita S/Pdif, ma in questo caso perdi i vantaggi del reclocking poiché l'S/PDIF è un'interfaccia che di per se è carica di jitter.

[Andrea Mori]

48 minuti fa, domenico80 ha scritto:

ma esiste differenza tra controllo del volume digitale 

ed un controllo di volume da Player come , esempio , in HQ player ?

Non so come sia implementato il controllo di volume digitale in HQPlayer, anche perché io uso il controllo di volume analogico, normalmente con attenuatori a reti resistive.

Tuttavia non vedo molte alternative se non diminuire la risoluzione del segnale in uscita per abbassare il volume, magari aggiungeranno dither, ma alla fine dalla matematica non si scappa.

Faccio un esempio, un segnale campionato a 4 bit ha un valore massimo decimale pari a 16 (2^4), se voglio dimezzare il volume nel dominio digitale, il segnale decimale in uscita sarà pari a 8. Ma 8 come valore massimo equivale ad una risoluzione massima di 3 bit (2^3), e quindi inevitabilmente ho perso un bit di risoluzione.

Altra questione è all'interno di un DAC, dove si può convertire il segnale di ingresso ad una risoluzione più alta (32 bit e anche oltre) in modo da crearsi una headroom dove non si perde risoluzione pari al numero di bit aggiunti al segnale in ingresso. Ovviamente il processo di conversione del DAC deve avvenire alla risoluzione convertita più alta, altrimenti siamo punto e a capo. 

[domenico80]

54 minuti fa, Andrea Mori ha scritto:

Non so come sia implementato il controllo di volume digitale in HQPlayer, anche perché io uso il controllo di volume analogico, normalmente con attenuatori a reti resistive.

anch'io impiego il solito pur antico , ma ancora preformante ..... ladder ........... di resistenze e relè , 5 bit

Infatti HQ suggerisce di porre il ...... suo volume ...... al massimo e di attenuare con ........ dico il , potenziometro o ladder o shunt

Sui filtri di HQ c'è da perdercisi ..........

[scroodge]

1 ora fa, Andrea Mori ha scritto:

Ovviamente il processo di conversione del DAC deve avvenire alla risoluzione convertita più alta, altrimenti siamo punto e a capo

Ovvero: ok lavorare a 32bit ma la tempo stesso è necessario aumentare anche la Fs

Corretto?

[talli.]

2 ore fa, Andrea Mori ha scritto:

Tuttavia, materiale a 32 non ne conosco

dall'alto della mia ignoranza...mi sembra che questa etichetta registri a 32...perlomeno mi sembra che su nativedsd ci sei l'opzione di acquisto 24 o 32...

 

https://trptk.com/lower-resolution-better-sound-quality/

[Andrea Mori]

Adesso descriverò una tecnologia più sofisticata che permette di eliminare il jitter proveniente da qualsiasi sorgente.

Questa tecnologia implementa un buffer FIFO asincrono per separare il dominio temporale della sorgente da quello del DAC, in modo che il jitter della sorgente non transiti al DAC.

Come si può vedere nell'immagine i dati in ingresso, tramite il clock del player, arrivano al buffer che li immagazzina in una memoria (parte in grigio).

I dati immagazzinati vengono poi estratti dal buffer FIFO (first in first out) nella stessa sequenza con cui sono entrati, ma l'estrazione avviene per mezzo di un clock diverso a basso jitter, evitando così che il jitter in ingresso si propaghi.

Un controllo si occupa di bilanciare il buffer per evitare fenomeni di underflow o overflow.

Quindi, anche in questo caso, i segnali che raggiungono il DAC sono sincronizzati a partire da un oscillatore più performante di quello della sorgente e da questa completamente separato.

Questo è solo un diagramma di principio, nel prossimo commento proverò ad analizzare un'implementazione reale che implementa tutte una serie di tecniche volte ad eliminare il jitter ed isolare il DAC dalla sorgente.

 

[Andrea Mori]

9 minuti fa, scroodge ha scritto:

Ovvero: ok lavorare a 32bit ma la tempo stesso è necessario aumentare anche la Fs

Corretto?

Non necessariamente, è necessario aumentare la frequenza del bit clock se si superano i 32 bit, ma non la frequenza di campionamento.

Il protocollo I2S standard prevede 32 bit di dati per ogni canale in sequenza, per un totale di 64 bit.

Quindi, lasciando ferma la frequenza di campionamento, si riusciranno a gestire sia risoluzioni a 24 bit ma anche risoluzioni a 32 bit senza cambiare neppure la frequenza del bit clock.

Se invece si volesse arrivare ad una risoluzione di 64 bit per canale, allora la frequenza del bit clock dovrebbe essere raddoppiata, ma la frequenza di campionamento rimarrebbe la stessa. 

[franz_84]

Sono uno dei lettori che hanno seguito la discussione in silenzio, con grande interesse. Mi rammarico sempre che sia estremamente difficiale affrontare questioni tecniche senza essere subissati di attacchi polemici che deviano la discussione. Ho anche visto il sito di Andrea Mori e francamente non ho ravveduto le perplessità da alcuni di Voi evidenziate.

Detto ciò, poichè oramai ritengo assodato (almeno lo è per me) che il risultato da tentare di raggiungere in ambito digitale sia l'avvicinamento al suono di una sorgente analogica di livello, mi domando quale possa essere un DAC di attuale produzione che a prescindere dal prezzo, in un range anche costoso ma pur sempre ragionevole, possa permettere di godere appieno della musica liquida e dello streaming da piattaforme quali QOBUZ, che tutti, volenti o nolenti, utilizziamo.

Tra l'altro, l'approccio ad un DAC senza chip con conversione in DSD verso l'uscita analogica dovrebbe essere lo stesso intrapreso da Marantz con il SA10 S1 ed SA12, di cui anche oltre oceano si parla sempre un gran bene, a prescindere da quello che scrivono i misuroni.. le misure valgono, ma fino a che punto? In ambito analogico le misure contanto molto poco, altrimenti testine con stessa risposta in frequenza suonerebbero allo stesso modo, e col digitale varrà lo stesso con le n mila varianti dello stadio di uscita, delle alimentazioni, eccetera .. quel che non capisco è l'ostinazione da parte anche di grandi e blasonati costruttori per l'utilizzo di chip che obiettivamente hanno un suono non propriamente naturale ed analogico ..

[captainsensible]

30 minuti fa, franz_84 ha scritto:

Sono uno dei lettori che hanno seguito la discussione in silenzio, con grande interesse. Mi rammarico sempre che sia estremamente difficiale affrontare questioni tecniche senza essere subissati di attacchi polemici che deviano la discussione. Ho anche visto il sito di Andrea Mori e francamente non ho ravveduto le perplessità da alcuni di Voi evidenziate.

Detto ciò, poichè oramai ritengo assodato (almeno lo è per me) che il risultato da tentare di raggiungere in ambito digitale sia l'avvicinamento al suono di una sorgente analogica di livello, mi domando quale possa essere un DAC di attuale produzione che a prescindere dal prezzo, in un range anche costoso ma pur sempre ragionevole, possa permettere di godere appieno della musica liquida e dello streaming da piattaforme quali QOBUZ, che tutti, volenti o nolenti, utilizziamo.

Tra l'altro, l'approccio ad un DAC senza chip con conversione in DSD verso l'uscita analogica dovrebbe essere lo stesso intrapreso da Marantz con il SA10 S1 ed SA12, di cui anche oltre oceano si parla sempre un gran bene, a prescindere da quello che scrivono i misuroni.. le misure valgono, ma fino a che punto? In ambito analogico le misure contanto molto poco, altrimenti testine con stessa risposta in frequenza suonerebbero allo stesso modo, e col digitale varrà lo stesso con le n mila varianti dello stadio di uscita, delle alimentazioni, eccetera .. quel che non capisco è l'ostinazione da parte anche di grandi e blasonati costruttori per l'utilizzo di chip che obiettivamente hanno un suono non propriamente naturale ed analogico ..

 

L'analogico è analogico, così come i processi di produzione-registrazione.

Sono due cose troppo diverse per essere confrontate.

Il digitale che approssima il suono analogico è una chimera, imho.

CS