Hörbarkeit von Rundungsfehlern und Probleme nicht-bitidentischer CDPs

cr schrieb:

Basismodell ist der Philips 753. Der Marantz, der auch etwas mehr kostet, hat angeblich bessere Wandler.

Da waren wir aber schon mal weiter, würde ich sagen. Zumindest mein Marantz basiert auf 713/723 (nicht 753) und hat einen Philips DAC TDA1545A. Dieser kann zwar laut Datenblatt 2x, 4x und 8x Oversampling, alle Meßdiagramme sind dort aber mit 4fs gemacht worden, mir scheint das der typische Modus zu sein. Auf welcher Quelle basiert Deine Vermutung zu 8x?

Hi.

Ich will ja nicht unbedingt stören, aber kommen wir hier eigentlich noch zum Titel :

Hörbarkeit von Rundungsfehlern in 16-Bit-Systemen

Oder sollte man nicht besser den Titel ändern ?

Da kommen wir hin, keine Sorge, nur diesmal läuft es eben mal anders herum - erst wird geschätzt/gemessen und dann wird gelauscht
Wenn Du so willst, hat es einen wasserdichten Blindtest von cr auch bereits gegeben8)

Ui, dann verharre ich mal gespannt im Hintergrund..

Hörschnecke schrieb:

cr schrieb: Basismodell ist der Philips 753. Der Marantz, der auch etwas mehr kostet, hat angeblich bessere Wandler. Da waren wir aber schon mal weiter, würde ich sagen. Zumindest mein Marantz basiert auf 713/723 (nicht 753) und hat einen Philips DAC TDA1545A. Dieser kann zwar laut Datenblatt 2x, 4x und 8x Oversampling, alle Meßdiagramme sind dort aber mit 4fs gemacht worden, mir scheint das der typische Modus zu sein. Auf welcher Quelle basiert Deine Vermutung zu 8x?

Weil ich den Philips 753 und den Marantz 4000 hatte. Das sind dieselben. Der Philips 753 war das Top-Modell dieser Serien.

Der Marantz und der Philips unterscheiden sich (nur) im Wandler.
Der Philips hat einen Bitstream-Wandler. Wenn Marantz im Jahre 2000 ein CDP mit 4x-OS gebracht hat, würde mich das wundern. Woher weißt du, dass es ein 4x ist? Mit 4x hätte man damals marketingmäßig nicht mehr punkten können.

cr schrieb:

Woher weißt du, dass es ein 4x ist? Mit 4x hätte man damals marketingmäßig nicht mehr punkten können.

Ich weiß es nicht, aber alle genannten Indizien sprechen halt dafür. Im Handbuch, das mit 8x ebenfalls punkten könnte, steht auch nichts. - Mehr als Deinen Marketing-Ansatz hast Du nicht?

Der Marantz CD4000 macht 4x Oversampling. Entscheidend ist der Chip SAA7378, welcher auch für die -0.5 dB Pegelverlust verantwortlich ist, was hier genau beschrieben ist.

Datenblatt SAA7378

Gemäß Datenblatt arbeitet sein Filter nur mit 2x oder 4x Oversampling. Die -0,5 dB treten auch nur dann auf, wenn er im Oversampling betrieben wird, der default ist 4fs. Bei Non-Oversampling bleibt er korrekt bei fullscale 0 dB.

Im Datenlatt ist sogar eine Tabelle zu finden, welche die Filterdämpfung bei 4x OS zeigt (Stopband). Diese Werte passen sehr gut zu meiner "hügeligen" Dämpfungskurve des CD4000.

Hörschnecke schrieb:

... Datenblatt SAA7378 Gemäß Datenblatt arbeitet sein Filter nur mit 2x oder 4x Oversampling. Die -0,5 dB treten auch nur dann auf, wenn er im Oversampling betrieben wird, der default ist 4fs. Bei Non-Oversampling bleibt er korrekt bei fullscale 0 dB...

Jetzt wissen wir wenigstens, wo die -0,5 dB herkommen.
Kann man beim Marantz CD4000 Oversampling abschalten?

Dazu sind nun allerdings einige Anmerkungen fällig:

Ein 1995 entwickelter Chip wird auch im Jahr 2000 und danach noch eingesetzt.
Marantz bringt noch im Jahr 2010 4x-Oversampler, obwohl schon lange 8 und 16x üblich ist (soferne nicht Sigma-Delta-Wandler verwendet werden).
Der Philips 753 hat einen Sigma-Delta-Wandler, dennoch wird der 4x OS-Abgriff verwendet, denn sonst hätte ja der Player keine -0,6dB Verlust.

PHILIPS CD-753 SAA7378 TDA1549 VAM1201 NJM4560
PHILIPS CD-723 SAA7378 TDA1545 VAM1201 NJM4560
MARANTZ CD4000 SAA7378 TDA1545 VAM1201 NJM4560
http://www.hifi-forum.de/viewthread-84-11844.html

Unterschiede bei den obigen CDPs: Marantz CD4000 = Philips 723 (was hat Marantz eigentlich verbessert?)
Philips 753 hat statt TDA1545 einen TDA1549.

drSeehas schrieb:

Kann man beim Marantz CD4000 Oversampling abschalten?

Bei manchen baugleichen Geräten gibt es wohl eine versteckte Funktion, indem man bestimmte Tasten beim Einschalten gedrückt hält osä. Wenn ich mich recht erinnere, klappte dies beim CD4000 aber leider nicht. Ein paar Bastelfreaks haben es wohl auf andere Art hingekriegt, es gab dazu einen ganz interessanten Thread auf diyaudio:

http://www.diyaudio....ad-base-modding.html

cr schrieb:

PHILIPS CD-723 SAA7378 TDA1545 VAM1201 NJM4560 MARANTZ CD4000 SAA7378 TDA1545 VAM1201 NJM4560

Zumindest in Deiner verlinkten Liste wird jeweils noch unterschieden zwischen Laufwerk VAM1201 und CDM12.1. Die sind wohl auch kompatibel, aber es soll dann auch nochmal erwähnt sein, daß hier im Marantz das CDM12.1 werkelt.

Hi,

Hörschnecke schrieb:

Zumindest in Deiner verlinkten Liste wird jeweils noch unterschieden zwischen Laufwerk VAM1201 und CDM12.1. Die sind wohl auch kompatibel, aber es soll dann auch nochmal erwähnt sein, daß hier im Marantz das CDM12.1 werkelt.

Ist das selbe. AFAIR CDM12.1 = VAM1201, CDM 12.2 = VAM1202, VAM1205 = CDM12.5, .....


LG Tom

Wenn man das OS abschaltet, dann hat man ja überhaupt die Totalkatastrophe (außer am SPDIF), weil das Analogfilter viel zu flach ist und man lauter Artefakte über 22 kHz und Aliasings bekommt.

cr schrieb:

Wenn man das OS abschaltet, dann hat man ja überhaupt die Totalkatastrophe (außer am SPDIF), ...

Aber genau für SPDIF will ich OS doch wegen bitidentischer Ausgabe abschalten.
Analog jucken mich die -0,5 dB nicht.

Ja, wenn es mit einfacher Tastenkombination ginge, sinnvoll.

Generell muss ich sagen, dass der Marantz 4000 und Philips 753 wirklich hinten und vorne völlig fehlkonzipierte Player sind.
Nicht-bitidentische Ausgabe
Lade fährt gelegentlich von selber beim Öffnen wieder ein, sodass man CD beim Herausnehmen einklemmen kann
Restzeitanzeige rechnet völlig falsch bei CDs mit vielen Tracks und Laufzeit.
Die Analogsektion kracht, wenn Handy in der Nähe liegt oder Licht geschaltet wird
Der Player geht in den Standby oder friert ein, wenn Handy sehr nahe liegt und sich einwählt.
Player hat keinen harten Netzschalter.
Die FB ist extrem unexakt (man muss fest drücken, mehrmals, genau zielen etc).
Häßliches Design

Die Assoziation der Anzahl der Kerben in der Sperrzone mit dem Oversampling-Faktor in einem 16-bit-System ist wohl nicht richtig - es sei denn der portable CDP Tascam CD-GT1 hätte 14-fach-Oversampling ...

Bild1

gibt nur (2), 4, 8, 16
14 wäre technisch ungünstig zu realisieren.

cr schrieb:

gibt nur (2), 4, 8, 16 14 wäre technisch ungünstig zu realisieren.

Hm, mein Spieler CD100 von Philips hat einen 14-Bit-DAC: vielleicht ungünstig, aber nicht unmöglich ;-)

Die fehlenden 2 Kerben liegen wahrscheinlich in der Lücke zwischen 20 und 24 kHz.

Da verwechselst du folgendes:
Dein Player hat einen 14Bit-4xOS-Wandler, wie alle Philips der CDP-Steinzeit.
Wir reden hier aber von 16bit-14xOS....

cr schrieb:

Da verwechselst du folgendes: Dein Player hat einen 14Bit-4xOS-Wandler, wie alle Philips der CDP-Steinzeit. Wir reden hier aber von 16bit-14xOS.... :angel

Das weiß ich alles.
Da übersiehst du folgendes: ";-)"

drSeehas schrieb:

Die fehlenden 2 Kerben liegen wahrscheinlich in der Lücke zwischen 20 und 24 kHz.

Den Gefallen tun sie uns nicht

Bild1


Wie pelmazo bereits angedeutet hatte, verdanken wir den Frequenzmüll jenseits von 22,05 kHz den prinzipbedingten "Spiegelfrequenzen" bei der nichtidealen Rekonstruktion von analogen Signalen aus der digitalen CD-Information. Eine Spiegelachse war wie gesehen die Nyquist-Frequenz (fs/2) von eben 22050 Hz. Wenn die letzte Frequenz im Sinus-sweep 20 kHz ist, führt diese gleichzeitig zu dem ersten "gespiegelten" Alias von ca. 24kHz an dieser gedachten Achse (daher die Lücke). Da es keinen ideal-steilen "Brickwall-Filter" gibt, der diesen artifiziellen Müll perfekt ab 22,05 kHz wegfiltert, können diese Störfrequenzen mit dem Rest des Spektrums interagieren und je nach Abstand zueinander Schwebungen ausbilden. Es enstehen, wie gesehen, in der Summe Kamm-artige Kerben.

Einen gewissen Bezug zu Oversampling hat dieser Kamm aber schon, wenn ich es recht verstehe. Durch das Oversampling mit Vielfachen von 44,1 kHz wird künstlich die Abtastrate und damit auch die Nyquist-Frequenz angehoben. Gilt denn wenigstens die Relation: Je höher das Oversampling bei 16-bit-Systemen, umso mehr Kerben im "Sperrbereich"? Oder machen einem da zusätzlich die Phasenverschiebungen der Filter noch einen Strich durch die Rechnung?

Hörschnecke schrieb:

Gilt denn wenigstens die Relation: Je höher das Oversampling bei 16-bit-Systemen, umso mehr Kerben im "Sperrbereich"?

Nein. Die Anzahl "Kerben" hängt allein vom Design des Digitalfilters ab - es sind die Nullstellen der Übertragungsfunktion.

Hier scheint eine Filterstufe in recht hoher Ordnung ausgeführt zu sein und einen großen Teil der Arbeit zu erledigen. Normalerweise arbeitet man sich in mehreren Stufen zu immer höheren Oversampling-Raten hoch, bis hin zum DAC-Takt.
Auf der A/D-Seite ist das einsichtiger, da kann man bei hoher Oversampling-Rate mit einem Filter niedriger Ordnung beginnen und dann Stück für Stück dezimieren und weitere Filter bei niedrigeren Frequenzen einsetzen. Es wäre völlig unökonomisch, bei z.B. 128fs ein einzelnes Filter mit 120 dB Sperrdämpfung hinzustellen.

Ich versuche das mal in gewöhnlicher Sprache auszudrücken (obwohl an diesem Punkt möglicherweise nur noch die Sprache der Mathematik adequat wäre):

Das Spektrum der Artefakte im sogenannten Sperrbereich des Rekonstruktionsfilters ergibt sich aus einem Mischmasch von:

* Oversampling-Faktoren (interpolierten Stützpunkten zwischen den originalen 16/44.1-Samples auf der CD, je nach Verfahren)
* einem oder mehreren kaskadierten digitalen Filter-Algorithmen gemäß Hersteller.
* einem einzelnen analogen Filter, welchen der Hersteller darauf abgestimmt hat.

Eines ist mir allerdings noch nicht so ganz plausibel. Wenn eine Kerbe bzw. "eine Nullstelle in der Übertragungsfunktion" das Ergebnis eines Digitalfilters sein soll - hat der Billig-Chip C-Media CM108 im USB-Stick dann sicher einen digitalen Filteralgorithmus implementiert? Obwohl er vermutlich kein Oversampling betreibt, da im Datenblatt nicht erwähnt? Würdest Du aus der einzelnen "Kerbe" bei diesem Speedlink Vigo schließen, daß dieser doch mehr, als nur den minimal nötigen analogen Rekonstruktionsfilter eingebaut hat?

Hörschnecke schrieb:

Ich versuche das mal in gewöhnlicher Sprache auszudrücken (obwohl an diesem Punkt möglicherweise nur noch die Sprache der Mathematik adequat wäre): Das Spektrum der Artefakte im sogenannten Sperrbereich des Rekonstruktionsfilters ergibt sich aus einem Mischmasch von: * Oversampling-Faktoren (interpolierten Stützpunkten zwischen den originalen 16/44.1-Samples auf der CD, je nach Verfahren) * einem oder mehreren kaskadierten digitalen Filter-Algorithmen gemäß Hersteller. * einem einzelnen analogen Filter, welchen der Hersteller darauf abgestimmt hat.

Der erste Punkt wird sicher eher indirekt eingehen, aber ansonsten haut das so etwa hin, ja.

Hörschnecke schrieb:

Eines ist mir allerdings noch nicht so ganz plausibel. Wenn eine Kerbe bzw. "eine Nullstelle in der Übertragungsfunktion" das Ergebnis eines Digitalfilters sein soll - hat der Billig-Chip C-Media CM108 im USB-Stick dann sicher einen digitalen Filteralgorithmus implementiert? Obwohl er vermutlich kein Oversampling betreibt, da im Datenblatt nicht erwähnt? Würdest Du aus der einzelnen "Kerbe" bei diesem Speedlink Vigo schließen, daß dieser doch mehr, als nur den minimal nötigen analogen Rekonstruktionsfilter eingebaut hat?

Es würde mich doch stark wundern, wenn dort irgendwas anderes als ein 1-Bit-Wandler verbaut wäre (getaktet mit irgendwas zwischen 64fs und 256fs). Das ist nämlich immer noch das einfachste und billigste. Dazu etwas Digitalfilteritis nach dem Motto "schlicht und ergreifend", auch dies ist im Vergleich zur analogen Realisierung immer noch preisgünstiger. Klar, eine analoge Ausgangsstufe braucht man, aber auch hier sicher nur ein Mindestmaß an Komplexität.

Mit etwas Glück haben sich die Mannen von CMedia aufnahmeseitig ebenfalls zu einem Anti-Alias-Filter durchgerungen, der alte CMI8738 hatte nämlich noch gar keins. Sein "16-Bit-Wandler" schaffte praktisch auch nur etwa 12 Bit.

Ich bin relativ sicher, daß die CMedia-Chips mit integrierten DACs (bis zum CMI8770) 1-Bit-Wandler haben, und zwar ohne nachgeschaltetes Switched-Capacitor-Filter (siehe The Audio Critic #21, p.15ff). Jedenfalls würde die Kombination von integrierter PLL und jitteranfälligem Wandler erklären, warum die so lausig klingen...

Mich würde zB auch interessieren, wie so ein Teil wie der Lindy-Audiokonverter, der ja für viele Zwecke recht praktisch erschiene, performt. Leider findet man darüber auch nichts.
http://www.thomann.de/de/lindy_audiokonverter_spdif_analog.htm

Nachdem es ja nun plötzlich auch den ELV in der Richtung DA nicht mehr gibt (der hier im Forum vermessen wurde und zwar nicht überragend, aber soweit brauchbar ist).

Der Chip CM108 scheint nicht nur klein und schwarz zu sein, sondern auch eine echte black box ;). Weder im Datenblatt von C-Media, noch im Internet, scheint es Informationen über sein Funktionsprinzip zu geben. Wenn ich Deiner Interpretation folge, daß es ein 1-Bit-DAC mit dementsprechend großer Oversampling-Rate von 64x bis 256x sein dürfte, wird es mir gleichzeitig wieder unverständlicher, warum man gerade diese Umstände nicht zu einer steilen digitalen Filterung nutzt. In der Musterschaltung gemäß Datenblatt wird der Audioausgang direkt am Chip abgegriffen, d.h. das ganze Rekonstruktionsfilter befindet sich doch hochintegriert im Chip? - Naja, ich gebe zu bei diesen Delta-Sigma-Wandlern habe ich dann doch Wissenslücken und sollte besser mehr lesen, als fragen.


Daß der ADA24 DAC bei ELV.de nicht mehr im Programm ist, hatte mich kürzlich auch schon gewundert. Ein preiswertes Arbeitspferd und dank guter Dokumentation auch eine geschätzte Bastelplattform. Hatte sich vermutlich herumgesprochen und die letzten Bestände sind nun vergriffen. Hoffe nicht, daß das eine Abkehr von kleinen, universellen Schaltungen bei ELV ankündigt. Denke aber eher, sie haben einen neuen DAC in der Queue. Der ADA24 hat ja bekanntlich leichte Schwächen im Analogteil, die sich aber modifizieren lassen (und im Hifi-Forum auch schonmal Thema waren).

Weil es Dich interessiert, habe ich den ELV ADA24 aber auch nochmal herausgekramt und in meine Grafik aufgenommen (orange):

Bild 1


Klanglich fand ich den übrigens nicht besonders, wie ich an anderer Stelle bereits mal erzählt hatte.

Was hast du eigentlich noch alles rumliegen?

Vom Obertonspektrum ist er immerhin etwas besser als der Marantz, was nicht gerade für letzteren spricht.

Ein Messwert, der leider inzwischen kaum mehr gemessen wird, früher schon, ist die Wandlerlinearität (wie gut werden die Proportionen der Signalstärken dargestellt? Wird zB der Spannungsschritt von -84 auf -90 dB exakt so wiedergegeben oder kommt statt -90 etwa -88 oder -92 heraus?). Vor allem bei den Kleinsignalen interessant.

cr schrieb:

CDP 2 rechnet alles um 0,7 dB herunter, sodass keinerlei Originaldaten mehr vorliegen. Wenn man nun das Signal wieder um 0,7 dB anhebt, kann man dann ausschließen, dass dieses Signal unterschiedlich klingt?

Nein

In welchem Ausmaß könnten Veränderungen auftreten?

Siehe weiter unten

Wir wollen dabei annehmen, dass alle Rechenoperationen in einem 16-Bit-System stattfinden. Kann man die Fehler mathematisch abschätzen?

Die Fehler sind abhaengig von der Skalierung, prinzipiell waeren sie vorhersagbar.

tomtiger schrieb:

Aus dem Bauch heraus würde ich sagen, es reicht, die Auflösung auf 17 Bit zu erhöhen, dann kann man absenken und wieder erhöhen, und beim Rücktransfer auf 16 Bit hat man wieder bitgleiches Material.

Das reicht leider bei weitem nicht aus.

Die Frage war: Wenn man nun das Signal wieder um 0,7 dB anhebt, kann man dann ausschließen, dass dieses Signal unterschiedlich klingt? Die Antwort ist: Ja, man kann. Man muss nicht, aber man kann. Am Analogausgang des CD Players kann ganz einfach ein quasi bitidentisches Signal rauskommen (quasi deshalb, weil es ja analog ist).

Wenn das Quellmaterial verlustbehaftet skaliert wurde (das war das Ergebnis der Fragestellung), hilft ein nachtraegliches Oversampling auch nichts mehr, weil das Oversampling ueber fehlerbehafteten Quelldaten rechnet.


EXPERIMENT ZUM THEMA

Um etwas Licht in die Sache zu bringen, habe ich so eine Skalierung mal schnell programmiert.

Ich erstelle zunaechst eine Anzahl an 16-bit-Samples (hier 20), in denen ich eine Sinuswelle abbilde.

Diese Daten gebe ich erstmal als Original aus, dann rechne ich das Signal um einen bestimmten Prozentwert leiser, gebe die Daten wieder aus, und rechne die Daten um den selben Prozentwert wieder lauter (natuerlich entsprechend mathematisch umgekehrt, so dass am Ende auch wieder 100% herauskommt), und gebe die Daten wieder aus.

Die Umrechnung der Daten erfolgt in 64 bit Gleitkomma (Datentyp "Double"), also weit besser als mit 16 oder 20 bit. Da bei einem Datatype-Cast von der Maschine immer abgerundet wird (aus 1.9 wird 1), habe ich ausserdem eine Rundungskorrektur hinzugefuegt, die den Wert 1 auf 2 korrigiert, wenn der Nachkommateil groesser-gleich 0.5 war.

Hier ist das Ergebnis:

WaveCalc by Graph Bobby, 2011-10-06_002
Configuration:
  Samples:         20
  Loudness factor: 20000
  Scaling factor:  0.93

Original wave data:
  0 :      0
  1 :   6180
  2 :  11755
  3 :  16180
  4 :  19021
  5 :  20000
  6 :  19021
  7 :  16180
  8 :  11755
  9 :   6180
 10 :      0
 11 :  -6180
 12 : -11755
 13 : -16180
 14 : -19021
 15 : -20000
 16 : -19021
 17 : -16180
 18 : -11755
 19 :  -6180

Scaled wave data:
  0 :      0
  1 :   5747
  2 :  10932
  3 :  15047
  4 :  17690
  5 :  18600
  6 :  17690
  7 :  15047
  8 :  10932
  9 :   5747
 10 :      0
 11 :  -5747
 12 : -10932
 13 : -15047
 14 : -17690
 15 : -18600
 16 : -17690
 17 : -15047
 18 : -10932
 19 :  -5747

Wave data scaled back to original level:
  0 :      0
  1 :   6180
  2 :  11755
  3 :  16180
  4 :  19022
  5 :  20000
  6 :  19022
  7 :  16180
  8 :  11755
  9 :   6180
 10 :      0
 11 :  -6180
 12 : -11755
 13 : -16180
 14 : -19022
 15 : -20000
 16 : -19022
 17 : -16180
 18 : -11755
 19 :  -6180



Es handelt sich hier also um ein relativ lautes Signal (so ungefaehr 2/3 der Maximalaussteuerung), das um 7% abgesenkt wurde, und danach wieder ebenso stark angehoben wurde.

Wie die Daten zeigen, sind nur die Werte -19021 und 19021 im Original durch die Skalierungen umgekippt auf -19022 und 19021, waehrend die anderen Werte gleichgeblieben sind, d.h. es sind minimale Verzerrungen aufgetreten.

Desto extremer man dieses Beispiel durchspielt, desto staerker wird der Fehler, siehe das folgende Beispiel:


WaveCalc by Graph Bobby, 2011-10-06_002
Configuration:
  Samples:         20
  Loudness factor: 1000
  Scaling factor:  0.37

Original wave data:
  0 :      0
  1 :    309
  2 :    587
  3 :    809
  4 :    951
  5 :   1000
  6 :    951
  7 :    809
  8 :    587
  9 :    309
 10 :      0
 11 :   -309
 12 :   -587
 13 :   -809
 14 :   -951
 15 :  -1000
 16 :   -951
 17 :   -809
 18 :   -587
 19 :   -309

Scaled wave data:
  0 :      0
  1 :    114
  2 :    217
  3 :    299
  4 :    352
  5 :    370
  6 :    352
  7 :    299
  8 :    217
  9 :    114
 10 :      0
 11 :   -114
 12 :   -217
 13 :   -299
 14 :   -352
 15 :   -370
 16 :   -352
 17 :   -299
 18 :   -217
 19 :   -114

Wave data scaled back to original level:
  0 :      0
  1 :    308
  2 :    586
  3 :    808
  4 :    951
  5 :   1000
  6 :    951
  7 :    808
  8 :    586
  9 :    308
 10 :      0
 11 :   -308
 12 :   -586
 13 :   -808
 14 :   -951
 15 :  -1000
 16 :   -951
 17 :   -808
 18 :   -586
 19 :   -308



Hier ist das Signal 20mal leiser gewesen, und ich habe auf 37% der Lautstaerke skaliert (eine Primzahl), es weichen schon wesentlich mehr Werte ab.

Wenn man extreme Unterschiede sehen will, nimmt man ein lautes Signal, skaliert es auf 0.37% oder einen aehnlich schraegen Wert, und danach wieder auf volle Lautstaerke.



Wer ein Java Development Kit installiert hat (JDK), kann selbst ein bisschen experimentieren - dazu folgt hier der Quellcode des Experiments.
Kompiliert wird mit "javac WaveCalc.java", ausgefuehrt mit "java WaveCalc".

Sobald ich Zeit habe, schreibe ich das Programm gerne noch fuer andere Experimente um, z.B. mehrfaches Lauter-Leiser-Skalieren u.ae.

Quell-Code:

/**
 * @author Graph Bobby @ http://www.hifi-forum.de
 */
public class WaveCalc implements Runnable
{
    /* Pre-Configuration */
    final private int    SAMPLESIZE = 20;
    final private int    LOUDNESS   = 20000;
    final private double FACTOR     = 0.037;

    private short[] samples;

    public static void main(String[] argv)
    {
        WaveCalc instance = new WaveCalc();
        instance.run();
    }

    public WaveCalc()
    {
        samples = new short[SAMPLESIZE];
    }

    @Override
    public void run()
    {
        double y;
        double x;
        double m;
        int    idx;

        System.out.println("WaveCalc by Graph Bobby, 2011-10-06_002\n"
            + "Configuration:\n"
            + "  Samples:         " + SAMPLESIZE + "\n"
            + "  Loudness factor: " + LOUDNESS + "\n"
            + "  Scaling factor:  " + FACTOR + "\n");

        /* Sample a sinus wave into the sample array */
        for (idx = 0; idx < samples.length; ++idx)
        {
            x = (2 * Math.PI * idx) / samples.length;
            y = Math.sin(x) * LOUDNESS;

            samples[idx] = (short) y;
        }

        /* Show the original data */
        System.out.println("Original wave data:");
        show();
        System.out.println();

        /* Scale the signal:
         * - Extend each sample to 64 bit double-precision float
         * - Perform scaling of the signal by multiplication
         * - Correct type casting error (integer truncation)
         */
        for (idx = 0; idx < samples.length; ++idx)
        {
            y = (double) samples[idx];
            y = y * FACTOR;
            m = y % 1;
            samples[idx] = (short) y;

            /* result correction */
            if (m >= 0.5)
            {
                ++samples[idx];
            } else
            if (m <= -0.5)
            {
                --samples[idx];
            }
        }

        /* Show the data of the scaled signal */
        System.out.println("Scaled wave data:");
        show();
        System.out.println();

        /* Reverse the scaling of the signal */
        for (idx = 0; idx < samples.length; ++idx)
        {
            y = (double) samples[idx];
            y = y / FACTOR;
            m = y % 1;
            samples[idx] = (short) y;

            /* result correction */
            if (m >= 0.5)
            {
                ++samples[idx];
            } else
            if (m <= -0.5)
            {
                --samples[idx];
            }
        }

        /* Show the data of the signal after reversal of scaling */
        System.out.println("Wave data scaled back to original level:");
        show();
        System.out.println();
    }

    /**
     * Produce human-readable output
     */
    public void show()
    {
        int   idx;
        short y;

        for (idx = 0; idx < samples.length; ++idx)
        {
            System.out.printf("%3d : %6d\n", idx, samples[idx]);
        }
    }
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Erst heute Abend auf die Schnelle entstanden, also wasserdicht ist es sicher nicht, aber ich hoffe es sind keine zu argen Bugs drinnen.. in diesem Sinne, viel Spass damit.

Erstens: Bug

GraphBobby schrieb:

y = (double) samples[idx];             y = y * FACTOR;             m = y % 1;             samples[idx] = (short) y;

Die Zeile mit "m = y % 1;" erscheint mir in Verbindung mit der späteren Abfrage falsch: m dürfte immer 0 sein. Was Du meinst, wäre "m = y - Math.Round(y + 0.5);"

Zweitens: Falsches Konzept

Die Zweite Skalierung dürfte durch den analogen Lautstärke-Stellknopf passieren, und daher dürftest Du durchaus nach dem ersten Herunterskalieren mit Floats weiterrechnen, siehe auch unten "Viertens".

Drittens: Verbesserung der Darstellung

Gib mal die Werte nebeneinander aus. Ja, vermutlich wollte man dafür die Ergebnisse zwischenspeichern.

Viertens: Wesentliches Ergebnis liefern
Gib bitte zusätzlich noch die Differenz zwischen dem Ursprungswert und dem letzten Ergebniswert aus -- durchaus auch mit Float (siehe oben). Dies ist ein Signal, welches jetzt plötzlich zusätzlich auftritt.

cr schrieb:

Mich würde zB auch interessieren, wie so ein Teil wie der Lindy-Audiokonverter, der ja für viele Zwecke recht praktisch erschiene, performt. Leider findet man darüber auch nichts. http://www.thomann.de/de/lindy_audiokonverter_spdif_analog.htm

Gar nicht mal schlecht, wie mir scheint. Die dunkel-violette Kurve zeigt den kleinen Lindy DAC, wie er sich in meinem privaten shoot-out im Ultrahochton darstellt. Optisch verbunden war er mit meinem Denon CDP als Quelle. Zu Chipsatz oder Funktionsprinzip kann ich leider nichts finden. Das nützliche Kästchen scheint mir aber baugleich mit dem 'Cyp AU-D3' zu sein. - Wie er klingt, sagt uns eine primitive Vergleichsmessung von ein paar Sinus-Tönen natürlich noch nicht - nur um auch mal wieder daran zu erinnern

Bild1

Ja, sieht soweit halbwegs akzeptabel aus.

So ein Gerät gegen irgendeinen teueren CDP blindvergleichen fände ich durchaus reizvoller als zwei CDPs.

Der kleine Lindy dürfte einen 1-Bit-Wandler enthalten, dem schon kurz oberhalb des NF-Bereiches deutlich ansteigenden Rauschpegel nach zu schließen. Vielleicht ein Low-Power-Teil von Cirrus oder Wolfson.

Was den ADA24 angeht, so sind natürlich nicht eben Highend-Teile verbaut. Am suspektesten wäre mir der Ausgangstreiber, ein OPA2353, der offenbar just bei halber Supply eine Diskontinuität in der Übertragungsfunktion hat - blöderweise hält sich der Ausgang des DACs just dort die meiste Zeit auf. Der Tausch gegen z.B. einen AD8692 wäre einen Versuch wert.

anymouse schrieb:

Erstens: Bug GraphBobby schrieb:             y = (double) samples[idx];             y = y * FACTOR;             m = y % 1;             samples[idx] = (short) y; Die Zeile mit "m = y % 1;" erscheint mir in Verbindung mit der späteren Abfrage falsch: m dürfte immer 0 sein.

Das hatte ich mit Debug-Code ueberprueft, m schwankt wie erwartet zwischen > -1 und < 1.

Zweitens: Falsches Konzept Die Zweite Skalierung dürfte durch den analogen Lautstärke-Stellknopf passieren

Ich bin davon ausgegangen, dass das Originalsignal leiser gemacht wird, und dann als 16-bit-Datenstrom gespeichert wird (z.B. auf eine CD).
Danach wuerde dieser veraenderte Datenstrom wieder mit der selben Methode lauter gemacht, und dabei stellt sich eben die Frage, wie gross die Verluste sind.

Mit der Realitaet wird das Programm trotzdem nicht unbedingt uebereinstimmen, denn es rechnet eben mit 64-bit-Floats, keine Ahnung, ob das die diversen Wandler und Musikschnittprogramme ebenfalls machen.

Drittens: Verbesserung der Darstellung Gib mal die Werte nebeneinander aus. Ja, vermutlich wollte man dafür die Ergebnisse zwischenspeichern.

Sobald mir ein bisschen Zeit dafuer bleibt, werde ich das einbauen.

Viertens: Wesentliches Ergebnis liefern Gib bitte zusätzlich noch die Differenz zwischen dem Ursprungswert und dem letzten Ergebniswert aus -- durchaus auch mit Float (siehe oben). Dies ist ein Signal, welches jetzt plötzlich zusätzlich auftritt.

...wird dann bei der Gelegenheit auch nachgeliefert.

blöderweise hält sich der Ausgang des DACs just dort die meiste Zeit auf. Der Tausch gegen z.B. einen AD8692 wäre einen Versuch wert.

Für deutlich besseres Verhalten ist ein Austausch des OPA nichtmal nötig. Zumindest dann nicht, wenn man sich mit ca. 750 mV eff für 0DBFS zufrieden gibt. Durch Änderung einiger R ist das schnell gemacht.

Vorher: Rot

Nachher (ca. 10 Minuten Aufwand)Blau.

http://www.abload.de/image.php?img=kkkgpbk.gif

Das entspricht ca. 0,0036% THD&N (20 KHz bw)

cr schrieb:

Ein Messwert, der leider inzwischen kaum mehr gemessen wird, früher schon, ist die Wandlerlinearität (wie gut werden die Proportionen der Signalstärken dargestellt? Wird zB der Spannungsschritt von -84 auf -90 dB exakt so wiedergegeben oder kommt statt -90 etwa -88 oder -92 heraus?). Vor allem bei den Kleinsignalen interessant.

Stimmt, bei der Wandlerlinearität sieht der Lindy DAC gegenüber den CD-Playern dann doch nicht mehr so gut aus. Ich habe das mit Hausmitteln gemessen, indem ich mir dazu einen stufigen Testsinus erstellt habe. Vom maximalem Pegel (0 dBFS) wird er in -10 dB Schritten immer leiser. Diesen Sinus habe ich am analogen Ausgang des jeweiligen DAC mit meiner USB-Soundcard gesampelt. Zum Lautstärkevergleich habe ich die Analysefunktion 'Contrast' von Audacity mehr oder weniger zweckentfremdet. Damit kann man zwei markierte Passagen eines Tracks in der Lautstärke (RMS) vergleichen, was leider etwas Handarbeit und eine Tabelle nötig gemacht hat (schöner wäre natürlich, wenn man das irgendwie automatisiert hinkriegen könnte).

Bild1


Idealerweise sollten digitale und analoge Amplitude direkt proportional zueinander sein und eine gerade Linie entstehen. Bitte beachten, daß in meinem Fall der Wandler der aufnehmenden Soundcard auch noch mit seiner eventuellen Unlinearität eingeht! Daher sagt meine Messung nur etwas über die Unterschiede der 4 Testgeräte zueinander aus. Marantz und Denon verhalten sich in etwa gleich gut und im Kleinsignalbereich deutlich besser als der Low-Budget-DAC. Irgendwo dazwischen bewegt sich der Audioausgang meines einfachen Notebooks. Im Hinterkopf haben sollte man, daß hier nur bei einer einzelnen Frequenz (1kHz) getestet wurde, mögliche Frequenzabhängigkeiten einer Wandlerlinearität hat man so nicht ansatzweise erfasst.

Der Marantz ist ja nicht einmal so schlecht. Beim Lindy denke ich, die Wandlerlinearität geht in irgendwelchen Störsignalen unter (?).

Es wäre ausserdem "zu schön", wenn man das "einfach so" auf dem Küchentisch messen könnte. Dazu braucht es u.A. ein mit Marken versehenes Signal. Die entsprechende Test CD ist mit rund 100 € ziemlich teuer, ziemlich schwer erhältlich, und eine Soundkarte (dazu) völlig ungeeignet.

@cr: Das Ergebnis für den Lindy kommt mir auch etwas komisch vor, werde ich nochmal wiederholen.

Selbst preiswerte Wandler in einfachen 200 € CD Playern erreichen erst unter -100 dB nennenswerte Abweichungen. Damit sind dann 2 dB gemeint.
10 dB gibt´s dann bei rund -120 dB.

Ein passendes Signal ist auf der "CBS Labs Test Disc 1" , die aber längst ausverkauft ist.

Gerade bei dieser Messung kommt es auf "ein bisschen Genauigkeit" und die richjtige Durchführung mit passendem Material an, damit man nicht "nur" eine lustig bunte Kurve bekommt.

Da praktisch jeder "erwähnenswerte" DAC ab den 90igern frühestens bei -90 dBFS ein paar "kleine Amplitudenfehler" macht, sehe ich diese Messung als interessanten Sport. (sofern nicht total daneben geschätzt)

Die Playstation 1 ist in dieser Disziplin übrigens vergleichsweise schlecht, obwohl ich selbst deren Abweichungen als "klanglich unbedenklich" einstufe.

Ich habe den Test zur Wandlerlinearität des Lindy DAC jetzt nochmal wiederholt. Der Lindy verhält sich wie gezeigt unter den Umständen des letzten Vergleichstests tatsächlich anders, als seine drei Mitstreiter. Wie schon vermutet, liegt die Begründung offenbar in seinem ausgeprägten Störspektrum, welches die Bestimmung des Sinuspegels zunehmend überlagert, je leiser das Signal wird. Da der gemessene analoge Pegel wie beschrieben gemittelt wurde (RMS), gehen die Störpegel des Lindy dann zunehmend in den ermittelten Pegel ein.

Aus dem Lindy DAC kommt jenseits von 20 kHz überraschend viel Frequenzmüll, den ich eher zufällig mit erfasst habe, weil ich das analoge Signal mit 24bit/96kHz aufgenommen hatte. Bei der Mittelung ist diese hohe Auflösung aber unvorteilhaft, da ich ja eigentlich nur den Pegel des 1kHz-Sinus bestimmen will. Wenn man diese unerwünschten Frequenzanteile ausfiltert oder gar nicht erst erfasst, wird die Linearität des Lindy sicher gleich viel besser aussehen (besser wird der Lindy davon aber nicht )

Um einen groben Eindruck von den Störanteilen zu geben, hier einmal, was sich in der aufgenommenen Sinus-Stufe von -50 dBFS im Denon und Lindy noch so alles befindet:

Lindy:


Denon:


Interessant sind übrigens nicht nur diese Schnappschüsse, sondern wie sich mit leiser werdendem Pegel beim Lindy das Bild der Artefakte stetig verändert. Das würde hier allerdings den Rahmen sprengen. Gegen Ende meines absteigenden Sinus-Treppchens treten sogar einige Peaks sehr drastisch hervor (?).

Man muss die Messung zur Wandlerlinearität also nur noch etwas verbessern. Ein Ansatz wäre nur mit 24bit/44,1kHz oder gar 32kHz zu sampeln, denke ich. Oder nachträglich das aufgenommene Signal über einen Filter zu schicken (Bandpaß?). Da ich derzeit nur RMS messen kann, muß ich den Dreck zumindest bei den Dreckschleudern ja irgendwie wegkriegen.

Das Edirol Audio-Interface (oder ähnliche Geräte von Tascam, mAudio, EMU) ist ja nun auch nicht gerade teuer (das Doppekte vom Lindy) und hat zudem auch die umgekehrte Richtung A-D an Bord.
Wäre eigentlich interessant, ob diese Probleme hier besser gelöst wurden. Gibt es davon irgendwelche Messungen?

Die ganzen Billigwandler vom ELV bis Lindy sind nun ja offensichtlich messtechnisch wenig überzeugend......

Ich habe die vorhandenen Aufnahmen jetzt nachträglich durch einen Filter gejagt, der die 1kHz-Anteile herausfiltert. Es gibt für Bandpass- oder Notch-Filter sicherlich auch fertige Plugins, aber ich habe mal die erste Methode ausprobiert, die ich im Netz gefunden habe. Man kann in einem Eingabefenster, genannt Nyquist-Prompt, eigene Funktionen skripten und folgende macht anscheinend auch das gewünschte:

(setq frequency 1000)
(scale 2 (lowpass8 (highpass8 s frequency) frequency))

Angewendet bleiben die 1kHz-Anteile übrig und der störende (aber real-existierende) Rauschanteil wird entfernt:

Bild1


Ich würde sagen, alle drei Testgeräte (auch der Lindy) und indirekt auch die messende Sound-Karte haben keine Probleme zumindest hinsichtlich ihrer Wandlerlinearität.

Ich würde sagen, alle drei Testgeräte (auch der Lindy) und indirekt auch die messende Sound-Karte haben keine Probleme zumindest hinsichtlich ihrer Wandlerlinearität.

Das müsste man vorher messtechnisch ermitteln.

-scope- schrieb:

blöderweise hält sich der Ausgang des DACs just dort die meiste Zeit auf. Der Tausch gegen z.B. einen AD8692 wäre einen Versuch wert. Für deutlich besseres Verhalten ist ein Austausch des OPA nichtmal nötig. Zumindest dann nicht, wenn man sich mit ca. 750 mV eff für 0DBFS zufrieden gibt. Durch Änderung einiger R ist das schnell gemacht. Vorher: Rot Nachher (ca. 10 Minuten Aufwand)Blau. http://www.abload.de/image.php?img=kkkgpbk.gif Das entspricht ca. 0,0036% THD&N (20 KHz bw)

Na, das sieht doch gleich deutlich besser aus. Verrätst du auch, wie genau man das anstellt? R21/24 ersetzen durch 3k9 und zu C19/28 jeweils 5k6 parallelschalten, oder so ähnlich?

Hörschnecke schrieb:

Ich würde sagen, alle drei Testgeräte (auch der Lindy) und indirekt auch die messende Sound-Karte haben keine Probleme zumindest hinsichtlich ihrer Wandlerlinearität.

Es hätte mich auch gewundert, wenn nennenswerte Wandler-Nichtlinearität aufgetreten wäre. Es war schließlich kein einziges Gerät mit altmodischem Parallel-DAC vertreten. Hier ein Beispiel. (Da schau einer guck, das Digitalfilter NPC SM5813AP hat offenbar gewisse Probleme mit Intersample-Overs. Au Backe, das Ding hat Onkyo seinerzeit in allen besseren Playern verbaut. Das ist dann wohl der "Overflow limiter" aus dem Datenblatt, der noch unangenehmere Überläufe per Holzhammermethode abwenden soll. Aha, das gleiche gibt's auch beim Sony CXD1244, und beim CXD1144B ebenso. Der Philips SAA7220 hingegen macht das nicht.)

audiophilanthrop schrieb:

Es war schließlich kein einziges Gerät mit altmodischem Parallel-DAC vertreten.

... irrst Du Dich da nicht? Du schriebst in einem älteren Thread zum Marantz CD4000

http://www.hifi-foru...ad=4843&postID=86#86

genau das Gegenteil:

audiophilanthrop schrieb:

Schon interessant, daß in diesem Spät-90er-Design noch 4x-Oversampling und 16-Bit-R2R-DACs (TDA1545A) werkeln. Offenbar beherrschte man die R2R-DACs bei Philips besser als 1-Bit-Wandler mit SCAF. Es sollte noch einige Jahre dauern, bis auch in 08/15-CD-Playern moderne 24-Bit-DACs Einzug hielten (z.B. Wolfson WM8716).

Wenn ich mir Deine aktuellen Links so ansehe, ist der Knick in meiner blauen Linie beim Marantz wohl doch signifikant. Gemessen hatte ich dort etwas mehr als -92 db, obwohl die Quelle -90 dB hatte. Diese 2 dB zeigst Du bei anderen Geräten ebenfalls. Der Marantz CD4000 ist dann wohl doch nicht ganz so linear, wie der Lindy und Denon (wir reden hier nur von der Wandlerlinearität bei 1kHz wohlgemerkt).

Hoppla - ich hatte jetzt im Hinterkopf, daß der Philips 753 einen Mehrbitler hatte und der CD4000 einen 1-Bit. Irrtum vom Amt. Diese kleine Delle beim CD4000 war mir auch aufgefallen. Offenbar reicht die "continuous calibration" beim TDA1545A nicht aus, um die Nichtlinearität komplett zu beseitigen. Scheint aber immerhin im Bereich eines gut justierten gewöhnlichen Multibitlers zu liegen, wenn ich mir die Resultate der Stereophile so ansehe - und das ohne externen Abgleich.

Jetzt wissen wir also, warum sich Wandler wie der TDA1545A nicht mehr durchgesetzt haben - die Delta-Sigma-Gerätschaften waren zu diesem Zeitpunkt (1997) einfach schon zu gut, denn zumindest die guten Exemplare hatten inzwischen Switched-Capacitor-Tiefpässe und waren damit die starke Jitteranfälligkeit los. Ein paar Jahre später kamen dann die ersten Mehrfach-Wenigbitler, damit war's ganz aus.

Na, das sieht doch gleich deutlich besser aus. Verrätst du auch, wie genau man das anstellt? R21/24 ersetzen durch 3k9 und zu C19/28 jeweils 5k6 parallelschalten, oder so ähnlich?

Steht afair in diesem Thread:


http://www.hifi-forum.de/viewthread-71-6869.html

Die Wandlerlinearität des ELV ADA24 bei 1kHz scheint auch ohne Modifikation das geringste Problem dieses DAC zu sein:

Bild1

-scope- schrieb:

Na, das sieht doch gleich deutlich besser aus. Verrätst du auch, wie genau man das anstellt? R21/24 ersetzen durch 3k9 und zu C19/28 jeweils 5k6 parallelschalten, oder so ähnlich? Steht afair in diesem Thread: http://www.hifi-forum.de/viewthread-71-6869.html

Naja, die Angaben dort sind doch eher vage:

Nach einiger Fummelei erhalte ich 700 mV RMS bei 0 dB, ohne vergrösserung der Betriebsspannung. Einige Bauteile "Huckepack" aufgelötet, einige hochkant....Sieht aber noch gut aus. Das entspricht im abgebildeten Frequenzbereich 0,0036% THD+N. Viel mehr wird da auch nicht drin sein, weil vom DAC nichts (viel) bessereres kommt. Rot der Originalkanal, Blau nach Umbau. Das "sonstige Verhalten" ist noch ungeprüft. R470 ohm entfernt und durch 3,3 µ ersetzt. Danach über einen Spannungsteiler und einen weiteren R den Arbeitspunkt so eingestellt, dass die "transition Region" nicht mehr im Weg ist. Das ist möglicherweise nicht die elegateste Vorgehensweise, aber ich habe noch immer keine anderen OPA zum testen bekommen Im Versuchstatadium habe ich u.A- einen Trimmer verwendet. Daher der 50 Hz Buckel wegen der Verdrahtung.

Naja, die Angaben dort sind doch eher vage:

Spätestens nach diesen "vagen" Angaben, sollte das jeder hinkriegen, der seinen lötkolben nicht permanent am Heizelement anpackt.

Wenn das -wirklich- jemand so genau wissen will, dann kram ich das Ding nochmal raus und gebe die Werte des Spannungsteilers preis.

Ein Oszilloskop sollte natürlich vorhanden sein...