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关于R-2R和Delta-Sigma音质差异的疑惑

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发表于 2017-5-22 17:28 | 显示全部楼层 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式 来自 天津市
本帖最后由 wansien 于 2017-5-22 17:29 编辑

看了中介版主在DIY区的一个帖子:http://www.erji.net/forum.php?mo ... &extra=page%3D1 之后,我在周末自己搞了一通小实验。

R-2R和Delta-Sigma的DAC音质差异,似乎已经是圈子里的共识了。LPF电路是同一片淘宝的NE5532运放制作的指标一般的模块板子。用的模拟设备是HD600,一直没变过。从我自己个人的听感出发,使用同样的CD转盘时(发烧鱼),PCM63、PCM1704、Soekris在内的这些R-2R电阻网络的DAC,声音表现是低频的量感和质感比较好,中频较为浓郁,高频解析度明显略差,乐器的尾音收得干净,这是非常有模拟味道的。
而这套转盘接上CS4398、AK4497这些新型Delta-Sigma解码芯片后(均做8倍超采样处理,MCLK都是22.5796M)之后,声音变得清丽、干净、背景黑,低频的弹性和量感不变,中频变得略少且远离,高频解析度变好,但微弱细节会发沙(相信经常听小提琴的朋友知道我的意思)。



而这几套DAC里,除了Soekris分立DAC的声音比较“脏”之外,其他的都还算比较“干净”,虽然Soekris明显更加像“模拟设备”。AK4497关掉超采样滤波器(就是Super Slow模式)后,声音基本和PCM1704比不出个区别了……。

那么问题就来了……
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 楼主| 发表于 2017-5-23 09:22 | 显示全部楼层 来自 天津市
cloud119 发表于 2017-5-22 20:30
从4495s开始,就有模拟味了吧
忘记是哪个滤波模式了。

Super-Slow,本质上是关闭超采样滤波器。
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 楼主| 发表于 2017-5-23 09:26 | 显示全部楼层 来自 天津市
yanagi_yui 发表于 2017-5-23 08:40
老何那个是不是r2r?为什么论坛这么多人黑他堆料?

何庆华做过R-2R的,也有Delta-Sigma的,听过一次,感觉还不错,当时没有对比器材不好下结论。

堆料这种事不好乱说,猜测是何庆华的设计使用了大量电流镜、恒流源来保持稳定,这没有问题,马克·莱文森也这么整,没人批评过。
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 楼主| 发表于 2017-5-23 09:26 | 显示全部楼层 来自 天津市
albrecht 发表于 2017-5-23 01:25
搞技术哪有这么多高音高 低音低的说法。没有频谱仪吗?

不需要频谱仪,示波器就行。
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 楼主| 发表于 2017-5-23 09:27 | 显示全部楼层 来自 天津市
phoexi 发表于 2017-5-22 18:44
片内DF算法垃圾

优秀算法+Delta-Sigma 一样能出来中低频很好的效果

我直接飞线从电阻取信号,是的,带着偏置做滤波的。
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 楼主| 发表于 2017-5-23 09:58 | 显示全部楼层 来自 天津市
蓝子风 发表于 2017-5-23 09:50
片内DF算法优秀的也就这么几个,4395,1955,1794

1794的片内DF恐怕不能算在这里面,当频率超过20K和振幅低于-110dB,失真+噪音暴跳式上升。
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 楼主| 发表于 2017-5-23 11:24 | 显示全部楼层 来自 天津市
phoexi 发表于 2017-5-23 11:13
那个电容直接接在r2r上面的 直接取信号也一样啊 只能拆除或者换掉

并且这个R2R构架输出并不带直流偏置 ...

在这个地方上,MSB位电阻后边的磁珠处。


这种用595的分立DAC基本都是有偏置的,所以输出不是用电容隔直流,就是用运放做差分有源滤波,再有就是输出变压器了。

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 楼主| 发表于 2017-5-23 11:26 | 显示全部楼层 来自 天津市
cloud119 发表于 2017-5-23 11:00
我记得以前听过一个4495s的dac
diy的,里面自带的filter效果不明显
倒是一个acks缓存开关效果倒是很明显 ...

那个ACKS位应该是个自动识别采样率的开关,倒是跟缓存没有太大关系。
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 楼主| 发表于 2017-5-23 16:14 | 显示全部楼层 来自 天津市
蓝子风 发表于 2017-5-23 11:32
官方公布的DF指标里没有这么说的。
话说,你哪里看到的呢?求给出处!

没有,纯粹靠猜。


我是依靠同时代的产品性能几乎等于DF超采样性能决定而判定的。
电容滤波器就是这个部分:


片载模拟滤波器基本都是电容滤波器,鉴于制程的升级和结构调整,对电容滤波器的性能进步没有任何帮助(从这些年各个厂家的公开报道看),可以认为已经停滞。而DAC芯片各家的卖点,基本都是基于各式各样的DF设计,所以……。
当然,这个逻辑链条也可能是错的,但公开资料也没有能推倒的,所以……就这样了。



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 楼主| 发表于 2017-5-23 16:33 | 显示全部楼层 来自 天津市
phoexi 发表于 2017-5-23 15:59
你是这个老的版本 新的直接就没有磁珠
这个的R2R构架类似1704那种 双电源平衡R2R(消除过0失真) 真的没 ...

正负电压是给后边的运放的,解码本身的595供电只能+5V,0输出时单频道的偏置电位是1/2个AVCC,没有直流偏置的信号只能过耦合电容或用运放做平衡转单端之后。
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 楼主| 发表于 2017-5-23 16:42 | 显示全部楼层 来自 天津市
cloud119 发表于 2017-5-23 14:50
是吗,这个不太懂只记得上面一个写的256fs,一个是512fs。随便改一下就声音巨变
有一种声音是高频几乎压 ...

这个256fs和512fs,是Delta-Sigma型DAC的工频时钟,就是那路MCLK的频率。比如说44.1K的工作频率下,默认的LRCK是44.1k,而每一个Bit的时钟(SCK)就是2.822M,这个时候你的DAC如果是Delta-Sigma的,必须需要一个高速的MCLK去提供给DAC做超采样,44.1K的256fs倍MCLK就是11.2896M,512FS就是22.5792M,这个倍数越高,Delta-Sigma的精度也就越高,性能就越好,这基本也是你听感区别的由来。

早年的许多DAC芯片宣称的8X超采样,指的就是芯片可以工作在2.822M的8倍,22.5792M主频下去做超采样,或者48K的8倍,12.288(SCK)x8=24.576M。没办法,那个年代的Delta-Sigma大多只能上到27M左右。

现在就不一样了,大多数DAC芯片可以在48K时工作在大概768fs下,就是33.8M的一个高频,所以性能也就更高了。


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 楼主| 发表于 2017-5-23 16:44 | 显示全部楼层 来自 天津市
albrecht 发表于 2017-5-23 16:18
国内的EE简直飞了。

不知道你在说什么,最便宜的示波器看一下就能看出来原因了,给个扫频信号,在5K以上增益开始减少。
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 楼主| 发表于 2017-5-23 19:09 | 显示全部楼层 来自 天津市
蓝子风 发表于 2017-5-23 16:52
只能说没有理由的猜测。
你给出的图中最低只到-100DB的信号对应。而实际上你看看其他几家厂家的EVM板的 ...

我不太明白这个和电流电压输出有什么区别,还是说回THD+n

1794/2的THD+n在0dB是0.004%,换算过来就是-108dB,挺高的,同时代的AD1955是-110dB,CS43122是-102dB,SM5866是-109dB,但这个意义不大:




由于基本没有几个厂家给出这个线,所以我们只能自己手算这个斜率了。
1794这个斜率的第二个点,在-60dB:

这个点可以计算的值是多少呢?图上可以读出:0.05%,换算一下dB是-66dB,这是一个很惊人的数字。
须知,只有刚刚问世的AK4497和ES9018才在这个地方和PCM1794勉强一致是0.05%(-65dB)。
-110dB就没法给了,只有我自己的测试值,这个我真没法证明了。
那么,如果循着这个斜率,似乎能够证明,当以1%THD+n点为参考的话(没有任何厂家给出这个数值),则几乎没有任何一个厂家的产品能达到,1794是-85dB,而在这一点上,ES9018是-87dB(实测0.0045%,从DAC引脚),AK4497也没有达到。

但我们看这两个图:
1794:



1955:



我吃饭去了。


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 楼主| 发表于 2017-5-23 19:11 | 显示全部楼层 来自 天津市
phoexi 发表于 2017-5-23 18:57
你参考一下AK4495的宣传

开关电容滤波器有升级的(SCF)

嗯,同意,近年来都在用开关电容滤波器的,都有中间发空的倾向。
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 楼主| 发表于 2017-5-24 17:26 | 显示全部楼层 来自 上海市
蓝子风 发表于 2017-5-23 19:38
现在人在外面,没法翻台机上的文档,只能说,那个失真和电平的曲线我记得各家的evm板说明书pdf档上有的, ...

可以理解,可以理解,今天忙了一天,快下班时有空闲了,我回在下边我的看法。
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 楼主| 发表于 2017-5-24 18:13 | 显示全部楼层 来自 上海市
phoexi 发表于 2017-5-24 09:04
对于这个 或者说这种类型的图的解读

其实比较复杂

对于这个 或者说这种类型的图的解读

其实比较复杂

因为这是THD+n  也就是说 有可能是THD 还有可能是n

例如说的输出-60dB信号  相比0dB信号 -60dB信号的失真峰肯定会降低(甚至被底噪淹没不见) 但是噪声是否会比输出0dB减少呢? 不一定 ————————————
我把我的想法,包括对蓝子风的回复,都发在这里,咱们一起探讨。
几个前提:
1·传统的R-2RDAC,当内部的latch移位寄存器不工作时,我们知道,输出的信号如果能做到没有直流偏置,则基本就是电源噪音,是吧,当然,可能还有一些电阻造成的噪音(4uV/1K)。
2·超采样滤波器interpolar filter,或者说是升频(虽然不一样),可以讲,升频本身就是一个滤波的过程,对吧,这个可以从示波器里看到,16bit/44.1k的信号,而是一截一截的网格状,而升频成96k之后,就变得顺滑了很多。
3·在没有做超采样或升频的前提下,传统的16/44.1k信号,在5K以上时,正弦波已经变得和松树差不多了,表现出来就是谐波靠近低频,而且非常大。
4·开关电容滤波器的性能相对固定,不太受制程和设计的影响,如果这一块有很大的技术进步,现有的Delta-sigma DAC没有必要不吹,是吧。

好,让我们来看看1704的技术说明:
This is done, however,at the expense of signal-to-noise performance, and thenoise shaping techniques utilized by these converters createsa considerable amount of out-of-band noise. If the outputsare not properly filtered, dynamic performance of the overallsystem will be adversely effected.
在那个时候,BB认为已有的技术还不足以对付那些高频的、高摆幅的噪音(事实上也不太可能)。而PCM1704的单片两个R-2R,正是为了解决:However, even the best of these suffer from potential lowlevelnonlinearity due to errors in the major carry bipolarzero transition.非线性的失真。
1794呢,刻意保留了6bit的R-2R,目的是什么呢?This architecture has overcome the various drawbacks of conventional multibit processing and also achievesexcellent dynamic performance.保持了高的动态范围。
仅由上边的那段叙述,我们可以知道两点:1·当小动态小信号时,R-2R因元件不匹配失真明显。2·Delta-sigma的在小动态时,比较给力,但会产生大量高频噪音。3·R-2R的动态范围大(完全没有高频噪音)。

OK了。

由于高位6bit即覆盖了全频段66dB的动态范围,而低位+MSB仅仅覆盖了4dB,就是说,微弱动态的比例变小了,对噪音的贡献也变小了。是否可以认为,那个年代的超采样滤波器,BB并没有给出特别好的解决方案,所以采用了这种两段式架构,所以得到了很高的SNR信噪比,但THD+n,却仅仅比同时代的CS4398高了1dB,不足1倍能量呢?

对于一个理想DAC(失真固定或为0 底噪固定不为0)他的THD+n VS 幅度的曲线 应该是一条斜率为-1的直线

从1794的图看 0到-10dB范围 THD+n并没有明显增加 而是起伏的 假定他底噪不变的话 他的输出失真是急剧减小的

也就是说 这个芯片虽然理论的满幅失真指标相比9018之类的不好 但是在信号减小的情况下 失真会显著降低

PS 我想说其实 工业DAC的SFDR指标 为啥音频DAC不用呢。。。那个指标很有意义


————————
所以喽,所以Schiit使用了工业DAC,但工业DAC高bit的噪音大速度慢,bit少的速度快噪音才小……,价格还贵。
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 楼主| 发表于 2017-5-24 19:44 | 显示全部楼层 来自 上海市
蓝子风 发表于 2017-5-24 18:34
1794呢,刻意保留了6bit的R-2R,目的是什么呢?This architecture has overcome the various drawbacks o ...

1794的这种测试图,只有BB自己才会测,如果用Asahi Kasei的,使用内置的音量的话,会比1794指标高很多。

Multibit Delta-Sigma DAC不是1794这种架构,而是这个,某个多年前的专利图,基本上大多数原理图都是这个:

由图可见,multibit dac是计入反馈网络的,和1794的计权相加,并非是一回事:

为什么要三阶呢?三阶比较简单,已经足够上推一些噪音了。

R-2R似乎是一个很不好的东西,尤其是Glitching:

没办法,音频用的是伪码,MSB是区分正负数的,因此1794把这个玩意同后边的低有效位一起去做Delta-Sigma了。

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 楼主| 发表于 2017-5-24 19:48 | 显示全部楼层 来自 上海市
夜惊风 发表于 2017-5-24 19:23
这个引脚,确实会影响性能,记得是提高低采样3db的SNR

另外,西格玛的DAC芯片调音,LPF不同频率下的相位 ...

自动识别就低一些,这个主要是为了适配几种速度的模拟滤波器的,实际上听不出来,设置在44k就一劳永逸了。
相位……不是太大问题吧?无论是模拟还是实作,还没遇到大问题。
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19
 楼主| 发表于 2017-5-24 21:28 | 显示全部楼层 来自 上海市
夜惊风 发表于 2017-5-24 20:17
往浅想想就明白了,合格的设计passband内肯定是平坦的,为什么会有中频的厚薄。音频的东西,厚此必然 ...

世界上这样的滤波器还没有,阶数低,带内平稳,带外的衰减就缓,阶数高,带内起伏,带外的衰减还比较锐,这也是DAC芯片里面有滤波器的原因
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 楼主| 发表于 2017-5-25 09:50 | 显示全部楼层 来自 天津市河东区
夜惊风 发表于 2017-5-24 22:04
怎么会没有?对于44.1来说,要保证带内平坦,又要求带外快滚降,适当拉宽通频带就可以做到。

...

我也很想学学呢,能麻烦给个图么?
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