Разрядность и частоты аудио АЦП и ЦАП

[Cream Soda]

Возникло два небольших вопросика касательно АЦП и ЦАП используемых в аудио. Наверняка они уже где-то обсуждались, но я этого не нашел.

Большинство аудио ЦАП и АЦП имеют разрядность 16 и 24 бита при максимальной амплитуде сигнала порядка 2-2,5 вольт. Примерно такие же характеристики у обычных микросхем ЦАП и АЦП. Только вот "обычные" ЦАП и АЦП такой разрядности требуют внешнего ИОН высочайшей точности и стабильности (16 бит это примерно 4,5 десятичных разряда, а 24 - 7,5!) и у них осуществляется цифровая подстройка выходного значения в зависимости от температуры, влажности, атмосферного давления и т.п. В аудио ЦАП такого нет, встроенные ИОН не могут обеспечить стабильность достаточную для 16 бит, не говоря уже о 24. Почему так?
Далее, частота дискретизации лежит в районе 44100-384000 Гц. В мультиметрах высокой разрядности для измерения постоянного тока используются конвертеры переменного напряжения в постоянное, и этот конвертер может быть сложнее и дороже всего остального прибора. Причиной тому низкое быстродействие высокоразрядных АЦП. Как в аудио АЦП и ЦАП реализуется сочетание высокой частоты дискретизации с высокой разрядностью?

[Cream Soda]

Cream Soda, лень отвечать на твои простыни, поэтому просто ответь - где в определении понятий ENOB, SINAD, "динамический диапазон" и даже просто "децибел" фигурирует привязка к некоему абсолютному значению референса? После чего сделай соответствующие выводы.

Нигде. Однако при изменении напряжения ИОН при одном и том же уровне на входе АЦП на выходе будет разный код. Про ЦАП можно сказать то же самое. Выводы сделал. Спасибо.

Так ведь , я же там не зря написал выше - "или с какими-нибудь ещё большими извращениями , как это наши любили делать" ... вот , эти "хитропатентованные" алгоритмы - это ведь оно и было

А не получается одновременно просто, многоразрядно и точно. Что-то одно придется убрать. Алгоритм работы АЦП В7-39 (который сперва появился на западе, то ли у Datron, то ли у Solartron) хоть и сложнее чем АЦП ДИ или ПП, все же не такой... своеобразный, как описанный вами. По крайней мере, не требует автокалибровки раз в минуту и не использует варикапы в качестве ПНЧ.
Вольтметр описанный вами, был какой серии? В2, В7, Щ, или быть может это что-то из тогдашних друзей по СЭВ? Телевизионную технику делали в ВНР, может что-то оттуда?

[pyos]

при изменении напряжения ИОН при одном и том же уровне на входе АЦП на выходе будет разный код

1. Насколько сильно может уплыть напряжение референса исправного АЦП в течение записи пусть даже целого альбома? 2. Даже если и скакнёт там бит-другой - что с того, если это эквивалентно изменению мастер-уровня громкости на доли децибела?

Про ЦАП можно сказать то же самое.

Нельзя, потому что биты там от референса вообще никак не зависят. А в остальном - на слух восприятие такое же, мизерное изменение громкости. Кстати, регулировкой референса даже можно регулировать громкость на выходе ЦАП, правда, там проблемы другого рода вылезают.

[deemon]

А не получается одновременно просто, многоразрядно и точно. Что-то одно придется убрать. Алгоритм работы АЦП В7-39 (который сперва появился на западе, то ли у Datron, то ли у Solartron) хоть и сложнее чем АЦП ДИ или ПП, все же не такой... своеобразный, как описанный вами. По крайней мере, не требует автокалибровки раз в минуту и не использует варикапы в качестве ПНЧ.
Вольтметр описанный вами, был какой серии? В2, В7, Щ, или быть может это что-то из тогдашних друзей по СЭВ? Телевизионную технику делали в ВНР, может что-то оттуда?

Тот маразматичный вольтметр был точно наш , не импортный - вроде бы из серии В3 ( номер , как ни пытался вспомнить , не удалось ) ... а кстати , тут у друга ( он тоже увлекается разной "метрологией" ) есть один вообще кошмарный аппарат - вольтметр из серии Щ , на 6 десятичных разрядов . Эти вот , с буквой Щ ( также Э , Р , итд ) - обычно были разработками вообще каких-то "левых" заводов , не вписывались в общие отраслевые стандарты - и отличались особенно "экзотической" совецкой схемотехникой Мы всё хотим как-нибудь , когда нечего будет делать - чисто ради прикола запустить его , шоб он работал ... но так как схемы в интернете найти пока не удалось - вряд ли это скоро получится . Внутри там набито столько , что наверно можно было бы 3 вольтметра собрать , а учитывая своеобразный характер схемных и конструктивных решений наших "доцентов с кандидатами" - без схемы такое чинить просто нереально , от слова "совсем" ...

[Alex]

У меня 2-х томник.

84г, да я увидел там ДС-АЦП. Забыл уже.

А дрейф от времени, от температуры, от приложенного напряжения?

Слово "тонкопленочные" видел?

0,1% можно получить и из древнего зеленого резистора ВС с помощью лезвия бритвы

Нельзя. И в том-же ХиХ написано "почему".

Вполне может быть. Только там не АЦП двойного интегрирования,

Именно двойного, из-за чего и медленные. Обычные АЦП там были 10-битные.

Вывод был сделан исходя из следующих предпосылок:
1) Несмотря на то, что 24-битная фонограмма будет точнее 16-битной, на слух это не воспринимается никак;

Бред.

2) Младшие биты в 24-разрядном аудио АЦП или ЦАП ввиду вышеизложенных мною причин неизбежно будут зашумлены, т.е. от них не будет никакого практического смысла. Да-да, разница порядка долей дБ, но она есть. Зачем же тогда они вообще нужны?

Самые младшие - вожможно, и то не факт - если оцифровано АЦП с реальными 20-ю битами, а потом уменьшено в цифре по громкости - тут легко и все младшие появятся.
Но даже если младшие и зашумлены, что, делать 18-19-битные записи?
Кстати, реальная разрешающая способность аудиоЦПОВ (не ENOB и не SNR) - доходит до 22-23 разрядов. У меня есть оборудование, позволяющее это увидеть.

[deemon]

Кстати, реальная разрешающая способность аудиоЦПОВ (не ENOB и не SNR) - доходит до 22-23 разрядов. У меня есть оборудование, позволяющее это увидеть.

Так это ЦАП , или АЦП ? Для звуковых АЦП , вроде бы , сообразно с разными источниками - выше реальных 20 бит никому получить не удавалось ....

[Alex]

Так это ЦАП , или АЦП ?

ЦАП.

Проверялось просто - мой тестовый генератор имеет спец. режим, в котором генериреется меадр определенной частоты, амплитудой N-бит, начиная с младшего.
Далее выход ЦАПа подается через усилитель на вход АЦП и смотриться спектр с большим усреднением.
Регулируется N пока не перестанет что-нибудь быть не видно. Вот на АК449х я видел еще следы несущей на 22-23 бита, (они вообще заявлены как 32-х битные ).
Кстати, разницу между 4497 и 4499 не увидел.

[Turbo_man]

Никто не подскажет, каков уровень шума у реальных фонограмм?

[sia_2]

Так это ЦАП , или АЦП ? Для звуковых АЦП , вроде бы , сообразно с разными источниками - выше реальных 20 бит никому получить не удавалось ....

Это не совсем так.

https://stagetec.com/en/products/aud...s/xmic-en.html

Никто не подскажет, каков уровень шума у реальных фонограмм?

Лучше, чем -85...90 дБ при акустической записи получить очень сложно. И то это при многомикрофонной технике с преимущественно искусственным созданием пространства и реверберации. При использовании естественной акустики получается хорошо если -70...80.

[Turbo_man]

При использовании естественной акустики получается хорошо если -70...80.

Спасибо.
А у классики, записанной в 50...80х годах?

[sia_2]

Спасибо.
А у классики, записанной в 50...80х годах?

Очень по-разному. Одно дело запись на аналоговый магнитофон и ленту тип С, другое дело - на цифровой рекордер Soundstream.

[deemon]

Это не совсем так.

https://stagetec.com/en/products/aud...s/xmic-en.html

Не , ну это тоже ведь , рекламный материал - типа "доверяй , но проверяй" Они вот пишут -
"158 dB Dynamic Range due to Patented TrueMatch Technology
The TrueMatch technology, based on first-class analog circuit design and modern DSP technology, is characterized by minimal converter errors, low distortion and improved aliasing suppression. It ensures that an unrivalled large dynamic range is achieved" ... при том , что реальные 24 бита - равносильны динамическому диапазону в 146 дБ , с другой стороны , заявили-то они преобразователь аж на 32 бита - так что им нельзя говорить , что ENOB ниже или равен 24 , иначе зачем тогда 32 . Надо тогда заявлять цифру заметно больше , чем 146 дБ - вот у них 158 ... Не знаю , кто как , но вот я , например - пока на приборах эти цифры не увижу - в такие громкие заявления не поверю , уж пардон .

[Cream Soda]

Насколько сильно может уплыть напряжение референса исправного АЦП в течение записи пусть даже целого альбома

Это интересный вопрос. Уплыть оно может не только на "бит-другой", а гораздо дальше. И от 24 бит останется гораздо меньше.

Нельзя, потому что биты там от референса вообще никак не зависят.

биты не зависят, а вот выходное напряжение - зависит, и оно будет отличаться.

А в остальном - на слух восприятие такое же, мизерное изменение громкости

Если оно вообще будет различимо. Но дело не в различимости на слух, а в том, что биты-то уходят, и запись по факту получается не 24-битной, а с меньшим количеством разрядов. Я не говорю что услышу разницу между 23 и 24 битами - просто непонятно, есть ли какие-то причины делать 24-битные аудио АЦП со встроенными ИОН, кроме маркетинга. Судя по всему, их реально нет.

Слово "тонкопленочные" видел?

Видел. Они что, не дрейфуют? Или страшные выражения "ТКС" "старение", "релаксация" и т.п это не про них?

Нельзя. И в том-же ХиХ написано "почему".

Лениво искать, почему? Проблема только в том, что сопротивление должно быть меньше необходимого. Чуть подрезать резистивный слой, контролируя омметром - вполне можно сделать. Вопрос, надолго ли?

Именно двойного, из-за чего и медленные. Обычные АЦП там были 10-битные.

Неужели там подключался внешний интегрирующий конденсатор? Думаю, что диэлектрик конденсаторов в микросхеме неплох по уровню диэлектрической абсорбции, но там вряд ли получится набрать достаточную емкость (0,1 - 1 мкФ)

есть один вообще кошмарный аппарат - вольтметр из серии Щ , на 6 десятичных разрядов

Щ68003? Щ31? Щ1611? Если последний, то это очень нечастый прибор (и вроде бы как ооочень неплохой по параметрам), лучше его действительно восстановить.
Если вспомните, что это был за чудо-прибор с варикапом в качестве ПНЧ - напишите мне в ЛС, пожалуйста. Очень уж интересно.

https://stagetec.com/en/products/aud...s/xmic-en.html

144 дБ ДД это чуть больше 7 десятичных разрядов. Это ж какие должны быть входные цепи, усилители, чтоб обеспечить уровень помех ниже -144 дБ? Не говоря уже о банальном опорном напряжении, кое в 7-разрядных приборах делают на сверхпрецизионных стабилитронах LTZ1000 с не менее сверхпрецизионными резисторами в обвязке. И вот это непонятно...

[Mike-Lm]

Судя по всему, их реально нет.

Вы упорно пытаетесь протолкнуть эту мысль, но пока получаетсч не очень. Даже если у 24 битной записи рабочими являются 17 бит, это уже лучше 16 бит и уже хотя бы поэтому запись с количеством бит > 16 имеет смысл. А даже в недорогих цап количество реальных бит составляет 18-19 на сегодня. Так чем вам так мешают 24 бита?

[Cream Soda]

Так чем вам так мешают 24 бита?

Ничем, я с ними прекрасно сосуществую. Вызывает вопросы тот факт, что не всегда 24 бита являются эффективными, особенно в аудио. В связи с чем и создан тред.

[deemon]

144 дБ ДД это чуть больше 7 десятичных разрядов. Это ж какие должны быть входные цепи, усилители, чтоб обеспечить уровень помех ниже -144 дБ? Не говоря уже о банальном опорном напряжении, кое в 7-разрядных приборах делают на сверхпрецизионных стабилитронах LTZ1000 с не менее сверхпрецизионными резисторами в обвязке. И вот это непонятно...

Но кстати , с вольтметрами можно сравнивать - но с оговоркой насчёт полосы . Профессиональные лабораторные вольтметры имеют разрядность и больше - например у самого крутого Солартрона - 8,5 десятичных разрядов максимальная точность , но там полоса входных частот меньше герца , там одно измерение длится несколько секунд . А для звука - таких измерений надо сделать не менее , чем 44100 в секунду ... оттого , понятное дело , у звуковых АЦП разрядность заметно похуже .

[Cream Soda]

но с оговоркой насчёт полосы

Вы имеете в виду модель 7081? 8,5 разрядов он получает не за несколько секунд, а за целую минуту. Поэтому я и писал про конвертеры RMS-to-DC, потому что возникает парадоксальная ситуация: оцифровывать напрямую аудиосигнал с высокой частотой и разрядностью можно, а измерять его напрямую с той же разрядностью - нельзя, извольте сделать конвертер переменки в постоянку, который будет сложнее всей остальной электроники вольметра. Хотя, казалось бы, кто мешает применить тот же самый аудио АЦП с разрядностью 24 бита и частотой 192 кГц (что очень и очень неплохие параметры, обычно переменка у мультиметров, даже настольных, нормируется до единиц-десятков кГц) и программно вычислять амплитудное и действующее значение с помощью микроконтроллера?

[Mike-Lm]

Вызывает вопросы тот факт, что не всегда 24 бита являются эффективными

24 бита всегда являются эффективными, потому что они больше 16 бит. Пока не эффективна полная разрядность 24 бит. Но мы туда движемся постепенно . 10 лет назад и 20 бит были бы чудом. Сейчас доступная реальность.

[Alex]

Видел. Они что, не дрейфуют? Или страшные выражения "ТКС" "старение", "релаксация" и т.п это не про них?

Долговременная стабильность там никого не интересует.

[Cream Soda]

24 бита всегда являются эффективными, потому что они больше 16 бит

"Эффективные" это термин, от англ. ENOB - effective number of bits. То количество бит после одного цикла преобразования, которое несет в себе полезный сигнал, а не шумы и неопределенности. Чем нестабильнее ИОН, чем больше шума и помех от входных цепей - тем ENOB меньше. В измерительной технике, где применяются аналогичные по разрядности 24-битные АЦП, ставятся очень крутые источники опорного напряжения, очень крутые входные цепи, все термоизолируется, питание фильтруется и т.п. В аудио этого зачастую нет, поэтому и вопросы.

[Станислафф]

Cream Soda, соберите вот такой любительский ЦАП, послушайте, потом впечатлениями поделитесь )



PS на первой фотке два конденсатора - как будто были вздутые, те, что возле индикатора )