Построение аудио АЦП для себя любимого

[svolkovoy]

про ЦАПы уже 2 ветки наплодили - начнем про АЦП.
Итак первое - какие изделия из сигма дельт лучше? Вообше и из имеющегося в наличии (ад1871 и пцм1804).
если делать на АЦП последовательного приближения (есть ад7679 и адс8382) то надо ли делать передискретизацию и цифровую фильтрацию для понижения частоты до нужной? Пока все, потом начнем про входные каскады и т.д. и т.п.

[maxssau]

По поводу -70 дБ с одного и того же источника.

DeltaWave говорит так:

Отчет

DeltaWave v1.0.66, 2021-05-16T21:10:48.2002963+04:00
Reference: rec5.wav[L] 5489987 samples 44100Hz 24bits, stereo, MD5=00
Comparison: rec6.wav[L] 5414525 samples 44100Hz 24bits, stereo, MD5=00
Settings:
Gain:True, Remove DC:True
Non-linear Gain EQ:False Non-linear Phase EQ: False
EQ FFT Size:131072, EQ Frequency Cut: 0Hz - 0Hz, EQ Threshold: -160dB
Correct Drift:True, Precision:30, Subsample Align:True
Non-Linear drift Correction:False
Upsample:False, Window:Hann
Spectrum Window:Hann, Spectrum Size:131072
Spectrogram Window:Hann, Spectrogram Size:65536, Spectrogram Steps:2048
Dither:False
Trim Silence:False
Enable Simple Waveform Measurement: False

Discarding Reference: Start=0s, End=0s
Discarding Comparison: Start=0s, End=0s

Initial peak values Reference: -8,086dB Comparison: -8,086dB
Initial RMS values Reference: -25,193dB Comparison: -25,133dB

Null Depth=7,884dB
X-Correlation offset: 70583 samples
Drift computation quality, #1: Excellent (0,3μs)


Trimmed 0 samples ( 0,00ms) front, 0 samples ( 0,00ms end)


Final peak values Reference: -8,086dB Comparison: -8,086dB
Final RMS values Reference: -25,133dB Comparison: -25,133dB

Gain= -0,0002dB (1x) DC=0 Phase offset=1600,519291ms (70582,901 samples)
Difference (rms) = -76,05dB [-77,4dBA]
Correlated Null Depth=81,76dB [68,81dBA]
Clock drift: 0,02 ppm


Files are NOT a bit-perfect match (match=11,08%) at 16 bits
Files are NOT a bit-perfect match (match=0,27%) at 24 bits
Files match @ 49,9965% when reduced to 12,94 bits


---- Phase difference (full bandwidth): 1,57683193590352°
0-10kHz: 0,77°
0-20kHz: 1,49°
0-24kHz: 1,58°
Timing error (rms jitter): 68,5ns

RMS of the difference of spectra: -124,667798257627dB
DF Metric (step=400ms, overlap=0%):
Median=-55,5dB
Max=0dB Min=-61dB

1% > -60,46dB
10% > -58,1dB
25% > -56,91dB
50% > -55,48dB
75% > -53,14dB
90% > -51,59dB
99% > -19,8dB

Linearity 25,5bits @ 0.5dB error
PK Metric (step=400ms, overlap=50%):
RMS=-101,0dBFS
Median=-103,3
Max=-88,5

99%: -91,18
75%: -101,47
50%: -103,32
25%: -104,26
1%: -109,06

gn=1,00002857380048, dc=3,61327183825659E-10, dr=1,91372505586369E-08, of=70582,9007214876

DONE!

Signature: 103bcd8fa6d161b38cacc9895fb7c59b

[свернуть]

Скрины с программы, записанные файлы

[свернуть]

Сравнение с оригиналом

Отчет

Скрытый текст

DeltaWave v1.0.66, 2021-05-16T21:19:48.0990916+04:00
Reference: Original3.wav[L] 5784845 samples 44100Hz 24bits, stereo, MD5=00
Comparison: rec51.wav[L] 5489987 samples 44100Hz 24bits, stereo, MD5=00
Settings:
Gain:True, Remove DC:True
Non-linear Gain EQ:False Non-linear Phase EQ: False
EQ FFT Size:131072, EQ Frequency Cut: 0Hz - 0Hz, EQ Threshold: -160dB
Correct Drift:True, Precision:30, Subsample Align:True
Non-Linear drift Correction:False
Upsample:False, Window:Hann
Spectrum Window:Hann, Spectrum Size:131072
Spectrogram Window:Hann, Spectrogram Size:65536, Spectrogram Steps:2048
Dither:False
Trim Silence:False
Enable Simple Waveform Measurement: False

Discarding Reference: Start=0s, End=0s
Discarding Comparison: Start=0s, End=0s

Initial peak values Reference: -0,536dB Comparison: -8,335dB
Initial RMS values Reference: -17,697dB Comparison: -25,852dB

Null Depth=9,802dB
Cross-correlation found multiple phase inversions -- data may be too noisy or too dissimilar!
X-Correlation offset: -1371 samples
Drift computation quality, #1: Excellent (0,33μs)


Trimmed 0 samples ( 0,00ms) front, 0 samples ( 0,00ms end)


Final peak values Reference: -0,536dB Comparison: -0,104dB
Final RMS values Reference: -17,602dB Comparison: -17,796dB

Gain= -8,1621dB (0,3907x) DC=0 Phase offset=8250,606309ms (363851,738 samples)
Difference (rms) = -30,81dB [-40,14dBA]
Correlated Null Depth=33dB [35,84dBA]
Clock drift: -6,23 ppm


Files are NOT a bit-perfect match (match=0,05%) at 16 bits
Files are NOT a bit-perfect match (match=0%) at 24 bits
Files match @ 49,9958% when reduced to 5,12 bits


---- Phase difference (full bandwidth): 15,1696007016249°
0-10kHz: 21,20°
0-20kHz: 15,85°
0-24kHz: 15,17°
Timing error (rms jitter): 56,8μs

RMS of the difference of spectra: -96,8442253771157dB
DF Metric (step=400ms, overlap=0%):
Median=-16,6dB
Max=-13,8dB Min=-22,9dB

1% > -22,04dB
10% > -20,31dB
25% > -18,74dB
50% > -16,58dB
75% > -16,2dB
90% > -15,96dB
99% > -14,9dB

Linearity 2,1bits @ 0.5dB error
PK Metric (step=400ms, overlap=50%):
RMS=-31,4dBFS
Median=-31,4
Max=-24,9

99%: -26,47
75%: -30,12
50%: -31,39
25%: -34,25
1%: -81,44

gn=2,55921706103312, dc=0, dr=-6,23453425348327E-06, of=363851,738242775

DONE!

Signature: 0c0cc5ef029af19cf6594d719a8c69df

[свернуть]

[свернуть]

Честно говоря, резульат сравнения с оригиналом вгоняет в меня в ступор. ИМХО: пока мысли о неидеальности ЦФ ЦАПа. Надо опять собрать макет на CS4398 и попробовать прогнать на нём, а так же полностью цифровую петлю из 2х транспортов.

[maxssau]

Вот это пока вызывает больше всего вопросов

[ViktKors]

Скрытый текст

На ВЧ сдвиг фазы ещё от применённых ОУ может зависеть.

Наверное когда-то так и было. Но сейчас добавку там обнаружить практически малореально.

Не совсем понятно ...каким образом обычная RC-цепь (ФВЧ), например, на входе канала записи сумеет создать одинаковую задержку во всём диапазоне частот.

Не во всем, а толька на частотах заметно ниже частоты среза фильтра. Но прифильтрах на 100+ кГц это уже близко к тому. И нетрудно сделать и именно так.

Не совсем понятно, что такое нормальный случай

Это когда конструктор ЦАП позаботился от стабильности ГВЗ в аудио-полосе. Вот человек тему завел в соответствующем разделе, там можно посмотреть картинки.

[свернуть]

Вот это пока вызывает больше всего вопросов

Бред какой-то получается
А не могло быть так, что в софте какая-то эквализация или не выключилась, или включена по умолчанию?

Не знаю, как с дельтой, с диффмейкером я на всякий случай в редакторе подгонял размер фалов, чтоб он был идентичным. Хотя конечно влиять это не должно.

[maxssau]

Бред какой-то получается
А не могло быть так, что в софте какая-то эквализация или не выключилась, или включена по умолчанию?

Не знаю, как с дельтой, с диффмейкером я на всякий случай в редакторе подгонял размер фалов, чтоб он был идентичным. Хотя конечно влиять это не должно.

пока проверяю все варианты. один из возможных: т.к. делаю это дома, а дома дак на 4490 и транспорт с STM32F446+ADAU1701, то возможно это делает ADAU1701. Завтра попробую с аманеро. Если догадка подтвердиться, то это будет еще один осиновый кол в 1701.

Проект в адау: со входа сразу на выход



вполне возможно у 1701 недостаточно ресурсов, т.к. занято почти всё в проекте.

[maxssau]

Добился хорошего результата. Проблема со скачками АЧХ на деле оказалась включенным эквалайзером (спасибо ViktKors за подсказку), после сброса всех настроек, всё стало ровным.

Итог: в зависимости от выбранного ЦФ результат -65...-72 дБ для фильтров Slow, ~ -50дБ для Sharp. ЦАП АК4490. Дальше выжимать будет проблематично, нужно делать единый мастерклок и похоже делать какой-то изолированный бокс, т.к. сильно лезет 50 Гц (как вариант моно запись). Пришлось немного изменить Ку буфера АЦП для более близкой подгонке к полной шкале и закоротить входные конденсаторы. Думаю есть смысл попробовать сделать кабель с конденсаторами в разъеме, а не на плате АЦП.

DeltaWave показывает линейность в 25 бит, скорее всего лимит АЦП, для даков АК449х нужен АЦП солиднее, вроде АК5572.

Отчет Delta Wave для фильтра Slow roll-off

Result
DeltaWave v1.0.66, 2021-05-17T21:57:27.6768801+04:00
Reference: Original3.wav[L] 5784845 samples 44100Hz 24bits, stereo, MD5=00
Comparison: Slow roll-off filter.wav[L] 5715227 samples 44100Hz 24bits, stereo, MD5=00
Settings:
Gain:True, Remove DC:True
Non-linear Gain EQ:True Non-linear Phase EQ: True
EQ FFT Size:131072, EQ Frequency Cut: 0Hz - 0Hz, EQ Threshold: -160dB
Correct Drift:True, Precision:30, Subsample Align:True
Non-Linear drift Correction:False
Upsample:False, Window:Hann
Spectrum Window:Hann, Spectrum Size:131072
Spectrogram Window:Hann, Spectrogram Size:65536, Spectrogram Steps:2048
Dither:False
Trim Silence:False
Enable Simple Waveform Measurement: False
Discarding Reference: Start=0s, End=0s
Discarding Comparison: Start=0s, End=0s
Initial peak values Reference: -0,536dB Comparison: -3,432dB
Initial RMS values Reference: -17,697dB Comparison: -20,495dB
Null Depth=12,098dB
X-Correlation offset: 189495 samples
Drift computation quality, #1: Excellent (0,18μs)
Trimmed 0 samples ( 0,00ms) front, 0 samples ( 0,00ms end)
Final peak values Reference: -0,536dB Comparison: -0,518dB
Final RMS values Reference: -17,552dB Comparison: -17,552dB
Gain= -2,8501dB (0,7203x) DC=0,00001 Phase offset=4296,971362ms (189496,437 samples)
Difference (rms) = -72,65dB [-74,03dBA]
Correlated Null Depth=74,36dB [71,91dBA]
Clock drift: -3,92 ppm
Files are NOT a bit-perfect match (match=4,18%) at 16 bits
Files are NOT a bit-perfect match (match=0,02%) at 24 bits
Files match @ 50,0043% when reduced to 11,93 bits
---- Phase difference (full bandwidth): 0,120370656851251°
0-10kHz: 0,11°
0-20kHz: 0,12°
0-24kHz: 0,12°
---- Variable Group Delay. Frequency matched from 0Hz to 21,1kHz:
1kHz = не числоsec (не число°)
2kHz = 3,1μs (2,22°)
4kHz = 760,6ns (1,10°)
8kHz = 119,3ns (0,34°)
16kHz = 52,1ns (0,30°)
Timing error (rms jitter): 171,5ns
RMS of the difference of spectra: -123,7543173124dB
DF Metric (step=400ms, overlap=0%):
Median=-57,9dB
Max=-31,4dB Min=-64,6dB
1% > -63,57dB
10% > -61,9dB
25% > -60,17dB
50% > -57,94dB
75% > -54,67dB
90% > -51,92dB
99% > -37,27dB
Linearity 25,5bits @ 0.5dB error
PK Metric (step=400ms, overlap=50%):
RMS=-80,7dBFS
Median=-81,8
Max=-70,8
99%: -73,87
75%: -79,78
50%: -81,79
25%: -83,67
1%: -94,34
gn=1,38836665745959, dc=1,29861796106728E-05, dr=-3,91997812289918E-06, of=189496,43704744
DONE!
Signature: a080e4fc132e1b11d86b4779e7c48083

[свернуть]

Файлы для теста: по ссылке ViktKors и 24/48 на скорую руку нашел в коллекции саундтрек из Horizon Zero Dawn.

https://cloud.mail.ru/public/4EhU/5sBaFnxtd

Offтопик:

Получается так, что мой setup переплюнул довольно хорошие пром девайсы вроде Lynx Hilo и Aurora (-59дБ)?

[ViktKors]

Итог: в зависимости от выбранного ЦФ результат -65...-72 дБ для фильтров Slow, ~ -50дБ для Sharp.

Не очень хорошо для sharp, но видимо это из-за большого разброса клоков и, как следствие, недокомпенсированой ошибки возле Fs/2.

Линейность часто упирается в погрешность из-за шума. У меня на картинке как оно выглядит на режиме АЦП, когда я писал с уровнем под 16 Бит, аналогично с повышенным уровне показывает более 26 Бит.

Круто "Дельта" выправила колебания фазы. Вообще актуальная версия выглядит продвинутее той, что была год назад.

Странно "мохнатым" выглядит спектр дельты. Может это тоже какой-то артефакт забегов клока/коррекции.

Вообще, непонятно, насколько эти эквализации хорошо работают, я вот попробовал на файлах из последней серии в "коммутаторской" ветки, получалось примерно одно и то-же, что с коррекцией, что без (это "типа острый длинный" фильтр, и несинхронные клоки)


Но конечно на синхронных клоках все работает сильно лучше (это на файле из зарубежной ветки):

Скрытый текст

[свернуть]

[maxssau]

Offтопик:

Думаю на этом остановиться. Эпопея с текущей платой АЦП продлилась примерно 1.5 года, а общее время с момента "задумки и реальных боевых действий" больше 3х лет.

Как появятся процессоры в продаже, сделаю версию с кое какими исправлениями и доп платой на входе с релюшками для коммутации конденсаторов и делителя. В целом я остался доволен проделанной работой, задуманный результат получен.

Спасибо за консультации!

[Alex]

DeltaWave показывает линейность в 25 бит,

Про именно "линейность" не скажу, а вот про число видимых бит (т.к на кторые чип реагирует), тут: https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2896797 (и через одно сообщение после этого).

[maxssau]

вот про число видимых бит (т.к на кторые чип реагирует)

Явно напрашивается не 24 бита АЦП, а 32. Кстати, АК5394 тоже вроде 24 бита? Похоже что современные ЦАПы прилично обходят по разрешению древние АЦП.
Старику 5381 скоро 20 лет стукнет (а инженерным образцам может и больше). На ESS надо переходить, только где взять парочку без большой переплаты за доставку?

[Alex]

Явно напрашивается не 24 бита АЦП, а 32. Кстати, АК5394 тоже вроде 24 бита?

Да, но какая разница? Сигнал ведь усиливается.

[maxssau]

Offтопик:

Да, но какая разница? Сигнал ведь усиливается.

Честно говоря дальнейшее "выжимание соков" это уже перфекционизм в чистом виде и скорее только для измерительной аппаратуры, а оно не особо нужно. Пока хватит.

[ViktKors]

Явно напрашивается не 24 бита АЦП, а 32.

А смысл, если даже в 24-х битах последние 4 бита забиты шумом?

А на фоне шума вопрос в дефинициях, что считать линейностью.

Если соответствие входного сигнала оцифровке - так все в 20 бит сигнал/шум (причем шум тепловой) и упрется.

А если способность рассмотреть сигнал на фоне шума - 24 Бита АЦП за счет дизеринга все равно работает гораздо ниже 24-битной границы.
Уж по -160 - -170 дБ АЦП пики может показывать вполне адекватно входному сигналу (это проверяется простым подмешиванием сигнала малого уровня).
Правда не без оговорок. Наблюдал как пики пропадают при снижении сигнала ниже определенного порога, так что проверка имеет смысл.

[Alex]

Похоже что современные ЦАПы прилично обходят по разрешению древние АЦП.

Тут смотря что считать под "разрешением", если просто "реакцию на биты", то может быть.
А если с учетом THD (по ENOB), то современные ЦАПы прилично обходят не древние а большинство новейших АЦП, до старых АЦП им пока делеко.
(ибо почти во всех новых АЦП они погнались за С/Ш а на КНИ забили, он хуже чем у старых, разве что кроме последнего ESS).

[Эзотехник]

За 10 лет существования того "народного теста" никто не сделал новых АЦП лучше старых, чтобы забраться на вершину звукорежиссёрского рейтинга преобразователей.
Там и автор программы сравнения 2х аудиофайлов deltawave не раз замечен - бестолку.
Линейные искажения можно было бы исправить хоть перебором вариантов коррекции АЧХ/ФЧХ.
Нешмогли - значит со скоростью нарастания ЦАП или интермод.искажениями алиасинга у АЦП неустранимые проблемы.
Только старшие 50-57 дБ аналогового муз.сигнала точно проходят через новые "24-х битные" ESS ADC, причём без СВЧ-грязных USB и XMOS на борту.

https://gearspace.com/board/showpost...postcount=2428

"Tests of the Lavry Quintessence DA-N5, the Lavry AD-24-200 Savitr and the Lynx Aurora(n) by Mikathechou.

Lavry Quintessence ---> Lavry Savitr as master: 2.677 µs, 0.0070 dB (L), 0.0147 dB (R), -55.7832 dBFS (L), -57.1006 dBFS (R)

Lavry Quintessence ---> Lynx Aurora(n) as master: -13.671 µs, 0.0013 dB (L), -0.0068 dB (R), -50.9667 dBFS (L), -50.0517 dBFS (R)

Lynx Aurora(n) ---> Lavry Savitr as master: -7.432 µs, -0.0227 dB (L), -0.0214 dB (R), -50.8684 dBF (L), -50.6027 dBFS (R)"

---------- Сообщение добавлено 12:43 ---------- Предыдущее сообщение было 12:36 ----------

Эксперты озадачены, но даже 16 бит (96 дБ) передать не могут:
https://deltaw.org/gearslutz.html
http://soundexpert.org/articles/-/blogs/gearslutz
https://forum.rme-audio.de/viewtopic.php?id=26885

[dortonyan]

Как у большинства современных АЦП - низкая частота начала нойз-шейпинга. Шумовая полка растет после 40-50кгц., т.е. смотреть там низкие гармоники уже не получиться, а если так - зачем высокий семлейт?

Вопрос из зала:
У мультибитных СДМ шейпинг нуден для снижения шума DEM, поэтому его наличие в мультибитных АЦП понятно. А откуда берется шум шейпинга в АЦП с однобитным СДМ, типа PCM1804/4202?

[maxssau]

Сигма дельта модуляция в аудиотехнике.pdf

[Alex]

А откуда берется шум шейпинга в АЦП с однобитным СДМ, типа PCM1804/4202?

А в них я его и не видел. Правда не гонял из на 192, но на 96 - не видно.

[maxssau]

даташит стр 12

[Alex]

Ну да, на 96 нет, на 192 - есть.

[dortonyan]

maxssau, спасибо, почитаем.