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.

[sia_2]

1. Технология использования для архивирования нефильтрованного выхода сигма-дельта модулятора была предложена Робертом Адамсом, который был техническим директором dbx, и им же был спроектирован и построен в самом начале 80-х годов первый 18-битный аудио-АЦП. Позднее для этой цели был выпущен чип ADMOD79 - "голова" от AD1879.
2. АЦП типа PCM1804/4202 имеют выход однобитного потока.
3. Сравнение SAR АЦП с сигма-дельтой по временным характеристикам некорректно, так как в состав сигма-дельты входит фильтр, обеспечивающий выполнение условия неналожения спектров, имеющий достаточно длительную АКФ вследствие высокой крутизны спада АЧХ. Комбинация из подобного аналогового фильтра с SAR АЦП будет иметь точно такую же длинную АКФ и то же самое искажение статистических характеристик случайного сигнала, так как это - следствие фильтрации, а не собственно А/Ц преобразования.
4. Принципиальным преимуществом однобитных сигма-дельта АЦП является отсутствие искажений квантования (нулевая дифференциальная нелинейность), что наглядно видно на спектрах сигналов - сигналы с уровнями порядка -60...-90 дБ не дают никаких следов гармоник даже при очень длинном БПФ, позволяющем обнаружить составляющие с уровнями -140...-160 дБ.

[pokos]

3. Сравнение SAR АЦП с сигма-дельтой по временным характеристикам некорректно, так как в состав сигма-дельты входит фильтр, обеспечивающий выполнение условия неналожения спектров....

Согласен, что не совсем корректно. При этом дальнейшие рассуждения не верны, поскольку фильтр дельта-сигмы входит в петлю обратной связи, а у параллельного АЦП - нет.

[sia_2]

Фильтр с крутым срезом АЧХ у сигма-дельты цифровой и обрабатывает однобитный поток с модулятора. В петле обратной связи его нет. В петле обратной связи стоит аналоговый фильтр с достаточно мягким и пологим спадом, причем начинающимся примерно на октаву выше, чем у цифрового.

[Lynx]

так как в состав сигма-дельты входит фильтр, обеспечивающий выполнение условия неналожения спектров, имеющий достаточно длительную АКФ вследствие высокой крутизны спада АЧХ.

К сожалению, этот фильтр принципиален. И если в SAR ADC входной защитный фильтр можно допустить достаточно низкого порядка, либо с достаточно высокой частотой среза благодаря возможности выбора высоких частот дискретизации, то для СД - уже никак.

[sia_2]

А кто мешает его сделать свой - однобитный поток есть, фильтруй дальше сам, как хочешь. Только если он пологий, либо выходная частота квантования потребуется большой, либо будет наложение спектров. Все точно так же, как и с аналоговым фильтром. Собственно, в этом и есть идея DSD - обработку однобитного потока отложить на потом, типа кому как нравится
Можно даже просто подать этот однобитный поток на громкоговоритель - типа, динамик с ухом отфильтруют лишнее

[pokos]

В петле обратной связи его нет. В петле обратной связи стоит аналоговый фильтр с достаточно мягким и пологим спадом, причем начинающимся примерно на октаву выше, чем у цифрового.

Правильный ответ для нынешних АЦП, помнится, "и аналоговый, и цифровой". Но для некорректности сравнения временных параметров достаточно и аналогового.

[svolkovoy]

Принципиальным преимуществом однобитных сигма-дельта АЦП является отсутствие искажений квантования (нулевая дифференциальная нелинейность), что наглядно видно на спектрах сигналов - сигналы с уровнями порядка -60...-90 дБ не дают никаких следов гармоник даже при очень длинном БПФ, позволяющем обнаружить составляющие с уровнями -140...-160 дБ.

И что нам это дает? не в теории а в реальности

[ADDED=svolkovoy]1125926919[/ADDED]
если для начала на сигма дельте делать что из двух зол премлимее пцм1804 или ад1871?

[Костя Мусатов]

то для СД - уже никак.

От чего же? Дельта-сигма так же делается на повышенной частоте.
Например ЕК5394А работает на частотах 6-13МГц (до 64*192кГц) и соответственно имеет срез фильтра не на 20кГц.

[sia_2]

Аналоговый фильтр в составе сигма-дельта модулятора охвачен глубочайшей ООС (частота ее среза порядка сотен килогерц - единиц мегагерц), поэтому его вклад в растяжение импульсных характеристик пренебрежимо мал - время установления модулятора не превышает единиц микросекунд. Для звука это не имеет никакого значения.
Для измерительных целей есть компромиссные варианты типа AD7660, у которого модулятор с многобитным квантователем, который обеспечивает еще более быстрое установление ценой появления следов дифференциальной нелинейности.

[sia_2]

И что нам это дает? не в теории а в реальности

В реальности - нет "грязи" на тихих местах. Слышен каждый шорох.

если для начала на сигма дельте делать что из двух зол премлимее пцм1804 или ад1871?

В принципе, зависит от задачи. 1871 более устойчив к ВЧ помехам, 1804 лучше работает в хороших руках.

А вообще говоря, сначала надо выучить орфографию .

[sia_2]

Тут писали:

"при оцифривании сигналов с недетерминированными параметрами и их обратном преобразовании в аналог желательно исключить межотсчетную корреляцию, поскольку в данном случае АКФ выходного сигнала буде представлена сверткой АКФ входного с КФ преобразователей."

Вынужден заметить, что такой подход неизбежно приводит к нарушению условия Найквиста-Котельникова. Причина в том, что фильтр, необходимый для выполнения этого условия, имеет импульсную характеристику вида sinx/x, и соответственно изменяет автокорелляционные характеристики сигнала, причем взаимосвязь между отсчетами при этом будет прослеживаться более чем на десяток отсчетов.

Поэтому нужно выбирать - либо возможность однозначного восстановления спектра сигнала (отсутствие наложений), либо правильное воспроизведение статистического распределения амплитуд и (в благоприятном случае) - корелляционных характеристик.

Но, учитывая реальные длительности импульсных характеристик
электроакустических преобразователей (десятки и сотни микросекунд), вполне достаточно, чтобы длительность импульсной характеристики АЦП (по уровню 1% от пика) укладывалась в микросекунд 30-50. Этому условию удовлетворяют только DSD (с большим запасом) и 24/192 с фильтром, имеющим плавный спад, начиная с 25-30 кГц. Все остальное слишком сильно "звенит".

[Painmailer]

У DSD, как формата есть очень оригинальная проблема: уровень сигнала, который вообще будет присутствовать в спектре DSD сигнала обратно пропорционален времени его существования.

[Костя Мусатов]

У DSD, как формата есть очень оригинальная проблема: уровень сигнала, который вообще будет присутствовать в спектре DSD сигнала обратно пропорционален времени его существования

Painmailer, поясни плиз свою мысль. О каком частотном диапазоне идет речь?

[Painmailer]

О каком частотном диапазоне идет речь?

Не имеет значения (о любом) - минимальное время существования сигнала для того чтобы он появился в спектре на выходе модулятора обратно пропорционально, как уровню сигнала так и частоте модуляции.
Например, если у вас есть ступенька уровнем 0.001, то на выходе модулятора вы получите такой уровень (точнее говоря его интегральное значение) только после 1000 отсчётов, а 0.000001 (заявленные 120 дб для SACD) только после 1000000 отсчётов.
Причём ступенька - самая простая форма сигнала.

[ADDED=Painmailer]1125950820[/ADDED]
Сейчас вот немного подумал и понял, что я на самом деле имею в виду: я, оазывается говорю о settling time.
Т.е. времени между появлением сигнала (видимо, любого стационарного) и установлением того самого сигнала в его форме с определённой точностью.
И определяется это время разрядностью и частотой дискретизации.
У DSD, как и всяких дельта-сигма модулированных форматов, очень большие с этим проблемы.

[Костя Мусатов]

Боюсь, что ты не правильно понимаешь его работу. Время установления определяется фильтрацией. Ступенька же имеет бесконечный спектр. Т.е. ее можно передать только приближенно. Если взять РСМ ЦАП, то на его выходе надо ставить фильтр с большим ГВЗ, иначе низкие частоты не передать. А тогда время установления окажется сопоставимо.

[Painmailer]

Боюсь, что ты не правильно понимаешь его работу.

Да нет. Я, как раз, хорошо понимаю.

Время установления определяется фильтрацией.

Я говорю о несколько другом времени установления. Забудьте временно о фильтрах.
Представьте себе как работает АЦП:
1. PCM - вы подаёте на вход ступеньку и на выходе получаете данные о её уровне с точностью, равной разрядности, после первого же отсчёта.
2. DSD - вы подаёте на вход ступеньку, а точные данные о её уровне на выходе отсутствуют очень долго. На выходе только +/-1.
Для достижения точности 16 разрядов нужно, как минимум 65536 таких отсчётов, сформированных дельта-сигма модулятором так, чтобы спектр паразитных состовляющих сместился в ВЧ область.

Формально DSD несёт больше информации, чем СD, однако, если немного задуматься, то становится понятно, что большая часть этой информации лишняя (в диапазоне от 20 кГц до 1.4 Мгц).

[Semigor]

2 Painmailer

Бессмысленно подавать на вход любого АЦП сигналы с неограниченным спектром.
Так, если мы подадим одиночный импульс с длительностью меньше периода дискретизации, он вообще может попасть между отсчетами.

[Painmailer]

Бессмысленно подавать на вход любого АЦП сигналы с неограниченным спектром.

Ну ограничу я спектр этой ступеньки - ну будет на входе ещё и переходный процесс.
Дельта-сигме от этого лучше не станет.

А пример со ступенькой я использую как наиболее наглядный.

[Gav]

Да нет. Я, как раз, хорошо понимаю.

Я говорю о несколько другом времени установления. Забудьте временно о фильтрах.
Представьте себе как работает АЦП:
1. PCM - вы подаёте на вход ступеньку и на выходе получаете данные о её уровне с точностью, равной разрядности, после первого же отсчёта.
2. DSD - вы подаёте на вход ступеньку, а точные данные о её уровне на выходе отсутствуют очень долго. На выходе только +/-1.
Для достижения точности 16 разрядов нужно, как минимум 65536 таких отсчётов, сформированных дельта-сигма модулятором так, чтобы спектр паразитных состовляющих сместился в ВЧ область.

Формально DSD несёт больше информации, чем СD, однако, если немного задуматься, то становится понятно, что большая часть этой информации лишняя (в диапазоне от 20 кГц до 1.4 Мгц).

Насчет "как минимум 65536 таких отсчётов"-думаю это верно только в случае дельта-сигмы первого порядка.

[Painmailer]

Насчет "как минимум 65536 таких отсчётов"-думаю это верно только в случае дельта-сигмы первого порядка.

В том-то и дело, что от порядка дельта-сигмы это всё не зависит. Невозможно ликвидировать ошибку в 0.001 менее чем одной тысячей отсчётов, если уровень отсчёта может принимавть значения только + и - 1.
Увеличение порядка дельта-сигма модулятора лишь улучшит параметры системы на стационарном сигнале.

[ADDED=Painmailer]1125988175[/ADDED]
Если вы мне сможете рассказать, как так вот хитро подобрать комбинацию из 64-х +1 и -1 (именно столько их присутствует на 1 CD семпл), так, чтобы их среднее значение составило хотябы 0.001 (т.е. такое малое ненулевое значение), значит я действительно ошибаюсь.