Проектируем цифровой фильтр для ЦАП

[Эзотехник]

Подскажите структуру идеального фильтра и его желаемые характеристики, например для частоты 4х44 кГц. Если в наличии значительная вычислительная мощность и объём памяти.
Нужна именно теория, поскольку "синицы в руках" уже имеются и подробно рассмотрены в других ветках (микросхемы NPC и BB).
Кстати фирма Wadia в своих изделиях применяла мотороловские процессоры на шестислойных платах, а не готовые фильтры.

[tomtit]

Ну вот опять обратил внимание УМ3434 225:41:21 к-во коеффициентов опять 4*К+1 а должно быть 4*К+3.
Беспокоит что пока нет понимания что же там сделано. Ну не верю я что они не используют полуполосные фильтры.
Все говорит именно за них. Косвенный признак полуполосного фильтра - точно -6дБ на 0.5 Фс, что и видно на всех опубликованных
даташитах 5842, 3434, ПМД200, включая АД и ТИ ДС 1853,1794 и т.д. И все перечисленные - 3х каскадные, как минимум.

[A.R.]

225:41:21 к-во коеффициентов опять 4*К+1 а должно быть 4*К+3.

А можно глупый вопрос, от начинающего? Вот допустим 225 - 1(центральный отсчет), затем 224 пополам, это левая и правые симметричные половинки. Итого 112 отсчетов на половинку. Четное число. Сначала идет не ноль, затем ноль, затем опять не ноль и т.д. Что не так?

[tomtit]

А можно глупый вопрос, от начинающего? Вот допустим 225 - 1(центральный отсчет), затем 224 пополам, это левая и правые симметричные половинки. Итого 112 отсчетов на половинку. Четное число. Сначала идет не ноль, затем ноль, затем опять не ноль и т.д. Что не так?

Да все так, в центре всегда 3 ненулевых, но последний то с краю будет ноль при четном-то к-ве. И на кой zzz он сдался?
Скорее всего сохранение ненужных нулей - это какой-то финт ушами для упрощения железки.

[A.R.]

Да все так, в центре всегда 3 ненулевых, но последний то с краю будет ноль при четном-то к-ве. И на кой zzz он сдался?
Скорее всего сохранение ненужных нулей - это какой-то финт ушами для упрощения железки.

Мне кажется, упростить железку можно вообще не учитывая эти нули и центральный отсчет (ведь там будет единица, не так ли?). Тупо копируя входные отсчеты на нечетные места в выходном буфере. А в даташите можно написать длину фильтра побольше, это ни к чему не обязывает с точки зрения вычислений, а выглядит круче

И еще момент: если свертывать с фильтром без нулей на краях, т.е. с нечетными "крыльями", то и задержка будет на нечетное количество семплов. По отношению к исходной fs будет дробное значение задержки, возможно это каким-то образом не здорово.

[SashaNetrusov]

З.Ы. Прошил в ФПГА - хорошо играет.

Хорошо бы посмотреть как выглядит меандр , пропущенный через фильтр...
И неплохо бы сравнить с другими фильтрами...

[A.R.]

Для поддержания интереса к теме, выкладываю коеффициенты фильтра очень близкого к 5842/47(даже чуть лучше!).

Отличный фильтр, чего уж. А каким методом коэффициенты вычисляли? Явно не окно

[tomtit]

Ну вот доигрался - погряз в болоте субьективизма. Сделал вычисление МАС абсолютно точным, потом округление до 32бит с дизерингом - пропала зависимость от длины фильтра. Все фильтры играют совершенно одинаково - на слух не различить, стираю мои прежние посты с глупыми теориями на этот счет. Обьяснить не могу.

[yan]

tomtit, спасибо за коэффициенты на блюдечке.

Что до звука... Фильтры и с -120дБ подавлением, и с -100дБ и , например,-40дБ играют одинаково?
Дизеринг другой пробовался? Или вообще без него?

[tomtit]

Ну вот вам еще ДФ1700 (22бит) на тарелочке с голубой каемочкой.

[yan]

tomtit, спасибо большое.
Но всё же, вы пробовали послушать с совсем коротким фильтром?

[tomtit]

Ну пока, по звучанию, мне нравится больше всего такой: 71:35:19, с длинной имп характ. 383.

З.Ы. Похоже что на NPC доперли, как изменить коеффициенты 5813 чтобы 2-й и 3-й каскады дали -120дб, но тогда, пришлось и удлиннить 1-й каскад до 169, чтобы получить такое-же затухание в полосе задержания. И назвали они его 5842, а старый слили в TI, как DF1700. Интересно, что SM5843 в sharp 8х - копия SM5813/DF1700, только даташит получше качеством.

[Kolbaskin]

Хорошая работа проделана

[tomtit]

После перерыва в 1год решил продолжить работу над фильтром и СПДИФ приемником.
Удалось сделать поддержку и автоматическое распознавание 44.1,88.2,176.4 и 48,96,192.
48,96,44.1,88.2 фильтр работает с 8х апсэмплингом, 176.4 и 192 - с 4х.
К моему удивлению, очень хорошо работает оптика (даже на 192к).
Я могу вытянуть коннектор на 1см из разьема и пока опт. ось не сдвинулась, ошибок нет вообще.
Мой хай-рез это ЛП-рип, и звучит не лучше СД.
(специфические искажения иглы и различное качество центра и периферии отлично различимы).
Если для апсэмплинга использовать СОКС плагин в Фубаре 44.1->192, то разницы не слышно.

[Electrovoicer]

После перерыва в 1год решил продолжить работу над фильтром и СПДИФ приемником.

поздравляю с прогрессом! до законченного проекта остался один шаг - сделать платку и оформить документацию!

[tomtit]

Продолжаю навешивать всякие рюшечки. Вот например Верилог симуляция
32 в 16-бит квантайзера с простым нойз-шэйпингом и с 8х-передискретизацией. Хорошо видно, что шум квантования легко проваливается вниз в зв. полосе аж на -24дБ за счет умеренного увеличения на высоких, которые откусываются аналоговым фильтром.
В этой связи возникает повышеннный интерес к ЦАП типа РСМ58 с точной подстройкой нескольких разрядов. К-во битов ЦАП уже не столь важно, как линейность ПХ. На данном примере на халяву вытащено около 4-х дополнительных разрядов.

[Meta|_]

Скоро получится многоуровневая дельта-сигма ;)
Что лучше, ВЧ- или НЧ-шум - это отдельный вопрос. Тут симуляция не поможет, слушать надо.

[155ла3]

Скоро получится многоуровневая дельта-сигма ;)

Я давно рассматриваю мультибитники, как часный случай дельта-сигмы ;)

Что лучше, ВЧ- или НЧ-шум - это отдельный вопрос. Тут симуляция не поможет, слушать надо.

имхо, лучше ВЧ - но только сильно вне полосный ВЧ.
А НЧ вообще не получится

[tomtit]

Да 155ЛА3, ты был прав. Логика перегрузки ДФ должна быть сделана по уму.
На рис.
Черный - реакция SM5842 на обычную ступеньку.
Красный - Реакция SM5842 на специально "подобранный какой-то сволочью" сигнал .

[Audiomaniac]

Это же симуляция. Настоящий 5842 так реагирует? И что за сигнал сволочь подобрала, в чем его особенность ? ;)

[tomtit]

Потихоньку-помаленьку продолжаются изыскания по проекту ДФ на FPGA.
Прежде всего была сделана модификация, очень экономно реализующая
структуру полифазного интерполятора, для того, чтобы иметь возможность быстро считать длинный фильтр за
один проход. Затем был добавлен 1% DC оффсет на выход, чтобы сдвинуть главный глитч с 0,
как это сделано в AD1862. Также добавлен неотключаемый аттеньюатор на 7/8, для компенсации
возможого овершота (как это сделано в PMD100). Ну и конечно, ноиз шэйпинг, улучшаюший Signal/Noise на 12дБ.
Как говорят - курочка по зернышку ...

Не скажу, что все это влияет на звук очень сильно. В большинстве случаев что-то где-то на уровне самовнушения
становится чуть-чуть по другому. Например очень трудно найти какую-либо разницу при передискретизации Х4 и Х8.
Поигрался еще с разрядностью выхода. Разница в разрядности в 16 бит с нойз шэйпингом и 20бит не слышна совсем.
Для 16 бит чуть слышно дизеринг в паузах, если приблизиться к АС вплотную.

Слушал и 16-41 и 24-96 и 24-192. Пришел к выводу, что 192 - избыточен для прослушивания, и нужен видимо, только для мастеринга. А вот 96 или 88.2 очень понравились. Возможно записи были очень хороши.
Собственно критерием оценки работы ДФ стало сравнение звучания одной и той-же записи на 96К и 44.1К.

После отладки полифазного интерполятора с передискретизацией в 4 раза занялся выяснением нужно ли
бороться с предзвонами фазолинейных фильтров. Для сравнения сделал несколько минимально-фазовых ДФ и прослушал:
1. Длиной 335 с -0.8дБ на 20К и -100дБ на 22.05К.
2. Длиной 179 с -1.4дБ на 20К и -18дБ на 22.05К.
В результате пришел к выводу, что заморачиваться с этим не стоит и канонический 2-х или 3-х каскадный фильтр
на основе полуполосников - может быть и есть самый лучший. Подавление в районе Найквиста, тоже, похоже погоды
не делает, что -6дБ, что -60дБ, нихрена не слышно. Я предпочел математически идеальную интерполяцию с -6дБ,
когда кривая точно проходит через исходные точки. При более сильном завале на Найквисте, фильтр уже "не успевает"
за сигналом.
3. Для очистки совести исследовал возможность интерполяции линейным кубическим сплайном Катмулла-Рома. Для этого
случая все оказалось очень просто - данный сплайн в точности эквивалентен короткому фазолинейному КИХ фильтру и большого интереса для звука не представляет из-за значительного завала АЧХ на высоких, хотя интеролированный сигнал в точности проходит через входные точки очень плавно и без больших выбросов.

Единственное, что имеет значение - это длина импульсной характеристики, и она не должна быть слишком большой,
не длиннее 100-180 сэмплов 44.1К. Хотя я допускаю, что многим людям с пониженным слухом на ВЧ, длинный фильтр очень понравится, так как дает более резкий и насышенный звук с подчеркнутыми деталями. Но я не могу слушать его долго через
наушники с хорошей АЧХ на высоких, надоедает.

Общее впечатление сложилось такое, что ДФ не является таким уж критическим звеном в системе. Гораздо больше зависит от качества исходного материала. И я не думаю что в результате слепого теста кто-нибудь сможет отличить DF1700 от SM5842.