Class-D Amps latenzfrei?

Ja (wir lassen mal die Zeit für den Elektronentransport und die Schaltzeiten weg)
Nein (auch hier lassen wir die Zeit für den Elektronentransport und die Schaltzeiten weg)

Wie hoch sind denn die Schaltzeiten bei diesen Endstufen?

Offenbar liegt die Latenz doch nicht nur im Bereich der Schaltzeiten, wie zunächst angenommen wurde. Wenn ich die Schaltzeiten der Transistoren im Bereich von Nanosekunden annehme, liege ich mit meinen jetzt gemessenen 52 Mikrosekunden im Bereich anderer Ursachen.

Ich hatte dazu einen 1 kHz Sinus auf den analogen Eingang des kleinen Denon Receivers gegeben und das Signal an dessen Kopfhörerbuchse aufgenommen. Der Zeitversatz zwischen Eingangs- und Ausgangssignal beträgt bei mir 5 Samples. Das entspricht bei der verwendeten Samplerate von 96 kHz einer Zeitspanne von 52 Mikrosekunden.

Da ein analoger Verstärker keine Latenz hat, wird in dem Denon vermutlich noch ein digitaler Verarbeitungsschritt zwischengeschoben worden sein. Ich vermute, daß der analoge Eingang vor der Weiterleitung an die Endstufentransistoren erst A/D-gewandelt wird.

Ein starkes Indiz dafür ist, daß ein weißes Rauschen mit bis zu 48 kHz Frequenzanteilen vom Denon stark beschnitten nur bis etwa 22-24 kHz übertragen wird. Diese obere Trennfrequenz deutet auf eine interne Verarbeitung mit 44.1 oder 48 kHz Samplingrate hin, wahrscheinlich letztere, da der Codec laut Manual maximal 24bit/192kHz verarbeiteten kann.

Ein Noise-Shaping durch die erkennbaren Frequenzanteile jenseits der Trennfrequenz ist noch ein weiterer Hinweis auf digitales Processing des analogen Eingangs.

Das hängt von der Schaltfrequenz ab, mit der aus dem analogem Eingangssignal ein PWM-Signal wird. Evtl. macht der jeweilige Chip auch noch irgendwas. Sind die 52 Microsekunden relevant?

hs65 schrieb:

Das hängt von der Schaltfrequenz ab, mit der aus dem analogem Eingangssignal ein PWM-Signal wird.

Zunächst: Was meinst Du damit? (Was ist "das"?)

https://de.wikipedia.org/wiki/Klasse-D-Verstärker

Wenn der V mit einer Schaltfrequenz von 345kHz läuft, ergibt sich für die Abtastrate eine Periodenzeit von ca. 2,9 Mikrosekunden. Evtl. steht der Betrag im Zusammenhang mit dem gemessenen Werten. Die Spezifikation des verwendeten IC wird sicherlich Auskunft geben können.

Die gemessene Verzögerung/Latenz soll also durch die Dauer einer Schaltperiode verursacht sein?

Hm, das passt von den Werten irgendwie so gar nicht. Eine Schaltperiode von 2.9 µs entspräche einer Schaltfrequenz von 345 kHz. Eine längere Schaltperiode mit einer Dauer von 52 µs entspräche demnach einer Schaltfrequenz von nur 19.2 kHz. Das wäre noch unterhalb der gewöhnlichen Audiobandbreite eines CD-Players. Soweit ich weiß, müssen Schaltfrequenzen aber um Größenordnungen höher liegen, als die Nutzsignale, damit das Prinzip "Class-D" vernünftig funktioniert.

Wäre die Schaltfrequenz noch höher als in Deinem Beispiel, würde eine dadurch bedingte Latenz zudem immer geringer: 1 MHz entspricht z.B. einer Periode von nur 1 µs.

Die Schaltfrequenz kann IMHO die Latenz von 52 µs auch nicht erklären.

Ich stelle mir gerade die Frage nach dem Nährwert...
Oder einfacher ausgedrückt, worauf willst Du hinaus ?

Latenz hat man immer, wenn digitale Wandlungen im Spiel sind - siehe DSP bzw. Sprungantworten der Geräte.
Ist immer ein Versatz zwischen Eingang/Ausgang, wg speichern/verarbeiten/ausgeben.
Hören tut man allerdings nur das, was am Ausgang rauskommt.
Die Latenz bekommt man daher nicht mit.

wer misst der misst Mist, das war schon immer so

wie hast du denn gemessen? Das sieht mir doch sehr nach einem Computer Display aus. Ich brauche mich ja wohl nicht allzu weit aus dem Fenster lehnen wenn ich vermute, dass das per A/D Wandler in den PC gelangt ist?
welche Latenz hat denn dieser A/D Wandler? Wird da vielleicht sogar noch vorher digital gefiltert?
wo können bei deiner Mess-Kette ansonsten noch Latenzen auftreten? Hast du dir das mal überlegt?

Ausgeführt als Zweikanalmessung. Vergleichskanal A im linken Kanal, Kanal B mit zusätzlich eingeschleiftem Class-D Receiver Denon DRA-F109 im rechten Kanal. Natürlich hatte ich zunächst den Verstärker in Kanal B überbrückt um zu kontrollieren, daß der Zeitversatz so tatsächlich Null ist.

Mit dem Denon im Weg tritt die Latenz (der Zeitversatz) von 52 Mikrosekunden auf. Wie entsteht die?

Wenn Du messen kannst, dann wird der Schraubendreher sicherlich nicht fremd sein: Aufschrauben und nachsehen welcher Chip drin ist. Evtl. ist das gar kein reiner Class-D V

Die Latenz kann z.B. auch durch Vorstufen-Schaltungen entstehen. Witzig wäre z.B. ein A/D-Wandler, um geräteintern alles digital zu haben.

Auch ohne an dem Gerät herumzuschrauben (welches mir nicht gehört), bleibt im Ausschluß auch jetzt schon kaum noch eine andere Möglichkeit offen, als daß der analoge Eingang im Denon zunächst digitalisiert wird (A/D). Schaltzeit der Transistoren und Schaltfrequenz der Pulscodierung passten ja nicht, und ein DSP im Signalweg setzte ja ebenfalls die vorherige Digitalisierung voraus.

Ob tatsächlich und mit welcher Sample-Rate das Analogsignal im Denon genau quantisiert wird, lässt sich wohl nicht direkt herauslesen. Wie ich aber oben gezeigt hatte, reicht das Frequenzspektrum der Wiedergabe über den Analog-Eingang des Denon nur bis grob über 20 kHz, rein theoretisch würde also eine interne Abtastung mit 44.1 oder 48 kHz im Analogeingang des Denon ausreichen. Es ist aber immer möglich, daß eingangs mit besserer Qualität gesampelt wird und erst in der Pulscodierung die Bandbreite wieder beschnitten wird.

Ist denn vielleicht darüber etwas im Forum bekannt, mit welcher Samplerate analoge Eingänge üblicherweise in solchen Receivern (auch z.B. AVR) digitalisiert werden?


PS: @hs65 Wie genau entsteht Latenz in einer "Vorstufen-Schaltung"?

Hörschnecke (Beitrag #13) schrieb:

Wie genau entsteht Latenz in einer "Vorstufen-Schaltung"?

Hast Du doch bereits so schön beschrieben. Ich würde davon ausgehen, dass nicht mehr als 48kHz bei den A/D-Wandlern genutzt wird, falls sich dort welche befinden. Aber Du hast gesagt, dass ein DSP aktiv ist. Dann wird es wohl auch so sein. Dann erscheint mir die gemessene Latenz jedoch für zu gering.

Einen DSP als weitere mögliche Latenzursache hatte der Teilnehmer _ES_ ins Spiel gebracht, worauf ich angemerkt hatte, daß dies aber zunächst eine A/D-Wandlung voraussetzen würde. Diese wäre dann auf jeden Fall schonmal ein Zeitfaktor. Ein DSP nur ein optionaler zusätzlicher.

Ich weiß jetzt nicht, wieso Du von "nicht mehr als 48kHz" ausgehst. Bauchgefühl?

Die kleinstmögliche Latenz bei 48 kHz rückt mit 20,8 µs zumindest langsam in die gemessene Größenordnung von 52 µs vor. Diese Samplingrate fände ich allerdings schon etwas mickrig, da analoge Audioquellen mit besserer Auflösung als CD dann schon nicht mehr transparent vom Denon übertragen würden. Deshalb u.a. ja auch meine Frage, ob es im Forum zur Samplingrate in Verstärkern gesichertere Erkenntnisse gibt.

Die Latenz eines gewöhnlichen DSP ist mir größenordnungsmäßig bisher auch noch nicht bekannt, weiß da wer mehr?

Auf Seite 25 kann man es ausrechnen :

http://www.analog.co...AU1442_1445_1446.pdf

Einen DSP als weitere mögliche Latenzursache hatte der Teilnehmer _ES_ ins Spiel gebracht

Der "Teilnehmer" _ES_ hatte aber auch gefragt, wozu das alles gut sein soll...

Hallo!

..... da analoge Audioquellen mit besserer Auflösung als CD dann schon nicht mehr transparent vom Denon übertragen würden. ......

Die da wären?

M.E. wäre eine höhere Samlingrate und eine höhere Auflösung am Analogeingang ein recht sinnfreies Gimmik das zwar als verkaufsförderndes Element bei einer winzigen Gruppe von Interessenten dienen könnte technisch aber sinnfrei.

MFG Günther

Naja, im Studiobereich wird analoges Material m.W. seit Jahren (Jahrzehnten?) mit mindestens 96 kHz gesampelt. Die Auswirkungen der vorgeschalteten Tiefpassfilter hält man dann besser aus dem Übertragungsbereich heraus und die digitale Nachbearbeitung in z.B. DSP bewegt sich durch den Headroom leichter auf der sicheren Seite.

Wie gesagt, kann natürlich sein, daß in preiswerter Consumer-Technik mit geringeren Raten hantiert wird. Zwingend erforderlich wäre es in diesem Fall IMHO aber nicht, da zumindest der zitierte Denon intern maximal 24bit/192kHz kann.

Hallo!

.....Naja, im Studiobereich wird analoges Material m.W. seit Jahren (Jahrzehnten?) mit mindestens 96 kHz gesampelt.......

Das ist natürlich korrekt, aber du hast doch ohnehin keinen Einfluss darauf was schlußendlich dann beim Mastering passiert und in welcher Art und Weise das Material einem analogen Tonträger angepasst werrden muß.

Nehmen wir doch einmal als Beispiel die derzeit beliebte analoge Schallplatte, hier muss schon alleine aus technischen Gründen beim Schnitt der Tieftonbereich irgendwo zwischen 300 und 150 Hz (es ginge natürlich auch tiefer aber dann wird das Platzproblem auf der Scheibe drängend) zu einer Monosumme zusammengelegt, die höheren Frequenzen werden, -gleichfalls auseinem technischem Grunde- (Die verwendeten Schneidestichel für die Lack-/DMM-Folien brennen sonst aus) ab 12-14 KHz abgeschnitten oder zumindestens audf einen Marginalwert reduziert. Da die verwertbare Dynamikspanne der alten analogen Schallplatten bei ungefähr 40 dB liegt ist es auch mit der notwendigen Auflösung nicht so weit her, groszügig über den Daumen gepeilt sollte man hier mit einer Auflösung von 16 Bit und mit einer Samplingrate von 16 KHz eigentlich schon den gesamten Informationsgehalt einer analogen Schallplatte beschreiben können. Mit 24/41 wärst du da also schon in einem sicheren Bereich. Das ein mehr nichts schaden kann ist klar und rein gefühlsmäßig würde ich natürlich auch 24/48 oder 24/96 vorziehen aber rein technisch gesehen ist so etwas eigentlich -jetzt bezogen auf die Analogplatte-, nicht notwendig.

Welche Analogquellen genau hast du eigentlich im Sinn?

.....Zwingend erforderlich wäre es in diesem Fall IMHO aber nicht, da zumindest der zitierte Denon intern maximal 24bit/192kHz kann............

Richtig, aber du vergisst das analoge Audio-Schnittstellen nicht für so hohe Frequenzen konzipiert sind, hier macht dir alleine schon die Eingangskapazität einen Strich durch die Rechnung, bei einem Abschlußwiderstand von ca. 50 K-Ohm und einer durchschnittlichen Kapazitätsbelastung zwischen 250 und 500 Pikofarad kann man sich die oberen Grenzfrequenzen -überzogen gesagt-, eigenlich an den Fingern abrechnen.

MFG Günther

@_ES_
Auf der Seite im PDF kann man berechnen, was jener spezielle Chip an Zeit für Sample Rate Conversions benötigt. Sind z.B. 48 kHz dabei im Spiel, spielt sich das so etwa um 1000 µs herum ab. Wäre dieser DSP-Chip im Denon, wäre in den gemessenen 52 µs Versatz nicht genug Zeit für derartige Operationen.

Nichtmal ein Leerlaufbtrieb des DSP (ohne Rechenoperationen) hätte diese kurze Latenz, da gemäß Seite 46 bei 48 kHz eine Latenz von 4 Sample-Perioden entsteht, was einem kleinstmöglichen Delay von 83 µs entspricht. Wieder gemünzt auf den Denon wäre ein DSP dieser Bauart dann überhaupt nicht im Signalweg und der gemessene Zeitversatz nach bisher vorherrschender Meinung wohl nur durch eine A/D-Wandlung im Eingang des Verstärkers begründbar.

@Hörbert
Immerhin sind bei rein analogen Hifi-Verstärkern Bandbreiten zwischen 30 - 100 kHz seit Jahrzehnten nicht unüblich und ich sehe es nicht als technischen Fortschritt an, wenn mir ein Digital-Verstärker anno 2017 vorschreibt, daß bei 20 kHz gefiltert und phasengedreht wird. Wie Du aus anderen Threads weißt, haben neben HiRes-Formaten auch Schallplatten höhere korrelierte Frequenzanteile aus dem Abspielvorgang. Auch wenn das zum großen Teil mit dem Nutzsignal korreliertes Rauschen ist, gehört es doch zum Frequenzspektrum dieser eigenwilligen Quellen dazu. Ich sehe es nicht als Aufgabe eine Leistungsverstärkers, diese Frequenzanteile undokumentiert vorzuenthalten. Man mag zu diesen hohen Frequenzanteilen stehen, wie man will (von Dir ist das ja hinlänglich und 1000-fach-redundant bekannt), aber sie existieren nunmal (unabhängig von Dir). Ohne hier jetzt Deinem x-ten LP-Plauder-Thread Futter zu geben, nur zur Erinnerung und ohne Kommentar nochmal alte Bildchen aus bekannten Threads:




Im Übrigen ist der Frequenzgang dieses Class-D-Verstärkers nur eine Nebenbetrachtung und nicht On-Topic (siehe Überschrift).

PS: Hast Deinen Beitrag fleißig abgeschrieben von den jüngsten Weblinks im Plauderecken-Unterforum, Hörbert.

Hallo!

Warum sollte ich irgendwo hinlänglich bekannte Tatsachen abschreiben? Man muß schon recht fest sitzende Scheuklappen haben um bei Schallplatten: "höhere verwertbare Frequenzanteile" zu postulieren als sie von den Schneideköpfen in die Folien geritzt werden können. (Ganz zu schweigen vom Produktionsvorgang der PVC-Scheiben selbst)

.......und ich sehe es nicht als technischen Fortschritt an, wenn mir ein Digital-Verstärker anno 2017 vorschreibt, daß bei 20 kHz gefiltert und phasengedreht wird. ..........

Erinnert ein wenig an Loriot, wie war das noch gleich?

Ah ja: "Ich lasse mir doch nicht von einem kaputten Fernseher vorschreiben wo ich hinzugucken habe!"

MFG Günther

Erst waren wir bei der Latenz eines Class-D Amp, nun mess wir komplett die Kette vom Eingang bis Ausgang mit DSP von einem Receiver. Salami-Taktische-Fragestellungen. Wo soll das ganz hingehen?

Wenn das Ding, ich kenne mich mit den konkreten Implementierungen nicht aus, mehr als 48kHz hat, gut so. Ich hatte mich nicht festgelegt, sondern ein üblichen Format angesetzt. Der miniDSP hat z.B. auch nur 48kHz - Im Studio geht man natürlich mit allen Werten höher - und eine Latenz von 1,5ms.

Kann man die Klangregler und Audio-Prozessoren ausschalten (direct-mode) und welche Latenzen werden dann erreicht?

Wo soll das ganz hingehen?

Die Frage wurde bis dato schlicht ignoriert und sollte es dabei bleiben, muss dieser Thread auch nicht mehr weiter laufen, weil bla.

Bei "Source Direct" am Denon Verstärker messe ich 42 µs Verzögerung mit meiner beschriebenen Methode. Mit Bassanhebung um +6 dB (also Klangregelung aktiv) messe ich 52 µs. Man kann daraus IMHO grob ableiten, daß der mutmaßliche DSP für die Klangregelung etwa 10 µs beansprucht und die postulierte A/D-Wandlung grob 42 µs.

Die abschließende Antwort lautet 42!

... wäre ja auch zu schön gewesen, wenn das die Antwort auf die Frage nach dem Leben, dem Universum und dem ganzen Rest gewesen wäre.

Der gezeigte Zeitversatz ist nur ein Teil der Wahrheit. Nach der Erwähnung von 1,5 ms Latenz bei einem anderen Gerät durch hs65 schienen mir die Werte des Denon dann doch etwas "zu gut" zu sein.

Mein eingangs abgebildeter Versatz der beiden Sinuskurven zeigte tatsächlich nur deren Phasenverschiebung, aber nicht den Offset, um den die beiden Kurven bereits zu Anfang und zu Ende versetzt sind! -->




Das wurde deutlich, nachdem das 1kHz-Quellsignal auf 3 s Dauer beschränkt und am Anfang und Ende mit digitaler Stille verlängert wurde. Somit ist für die gesamte Latenz eine ganze Periodendauer des Sinus aufzuschlagen!

Dieser Class-D Verstärker hat somit eine Latenz von über einer Millisekunde.

Hörschnecke (Beitrag #25) schrieb:

Dieser Class-D Verstärker hat somit eine Latenz von über einer Millisekunde

Dieser Receiver mit einer Class-D Endstufe hat eine Latenz von über 1ms. Wieviel davon auf die Class-D Endstufe geht, wissen wir ja gar nicht.