ЦАП CS43198 и CS43131 - особенности штатных цифровых фильтров
Основные характеристики цифровых фильтров разобраны отдельно
, а ниже анализ штатных фильтров от CS43198 и CS43131.
Штатно доступно 5 вариантов цифровых фильтров. Основные четыре варианта являются комбинациями между длиной импульсной характеристики (Fast/Slow) и фазой (Linear/Minimal). Дополнительный вариант NOS предлагает вариацию - эмуляцию "без фильтра", как у R2R ЦАП.
, а ниже анализ штатных фильтров от CS43198 и CS43131.
Штатно доступно 5 вариантов цифровых фильтров. Основные четыре варианта являются комбинациями между длиной импульсной характеристики (Fast/Slow) и фазой (Linear/Minimal). Дополнительный вариант NOS предлагает вариацию - эмуляцию "без фильтра", как у R2R ЦАП.
Определение задержки и эффективности подавления алиасинга
При отображении волны в линейном масштабе не слишком хорошо видно начало и конец колебаний у импульса. При отображении в логарифмическом масштабе (огибающей импульсной характеристики) мы это видим лучше, но в пределах погрешности, который дает аналоговый шум.
Основная цель, это определить полную длину импульса и задержку. Ниже маркерами выделены зоны полной длины импульса. К сожалению, из-за переходных процессов, точность определения конца импульса является приблизительной - на графиках уровень "шумовой" полки более высокий, чем в начале до импульса.
При частоте дискретизации в 44100 кГц временной промежуток между исходными координатами равен 1/44100=0.0226 мс, и исходя из этого значения определяется примерное количество семплов на выделенных маркерами участках.
С каждого графика можно перейти на страницу соответствующего сервиса сравнения и добавить результаты различных продуктов для сравнения.
Основная цель, это определить полную длину импульса и задержку. Ниже маркерами выделены зоны полной длины импульса. К сожалению, из-за переходных процессов, точность определения конца импульса является приблизительной - на графиках уровень "шумовой" полки более высокий, чем в начале до импульса.
При частоте дискретизации в 44100 кГц временной промежуток между исходными координатами равен 1/44100=0.0226 мс, и исходя из этого значения определяется примерное количество семплов на выделенных маркерами участках.
С каждого графика можно перейти на страницу соответствующего сервиса сравнения
и добавить результаты различных продуктов для сравнения.
Общая длительность получилась как 1.8 мс или 81 семпл. Видимая задержка составляет 0.7 мс или 32 семпла.
В технической документации на ЦАП для частот дискретизации от 32 до 48 кГц задержка указывается как 39.5/Fs, что для частоты дискретизации в 44.1 кГц соответствует значению в 0.89 мс.
В технической документации на ЦАП для частот дискретизации от 32 до 48 кГц задержка указывается как 39.5/Fs, что для частоты дискретизации в 44.1 кГц соответствует значению в 0.89 мс.
Общая длительность получилась как 1.3 мс или 56 семплов. Задержка составляет 0.6 мс или 28 семплов.
В технической документации на ЦАП для частот дискретизации от 32 до 48 кГц задержка указывается как 34.5/Fs, что для частоты дискретизации в 44.1 кГц соответствует значению в 0.78 мс.
В технической документации на ЦАП для частот дискретизации от 32 до 48 кГц задержка указывается как 34.5/Fs, что для частоты дискретизации в 44.1 кГц соответствует значению в 0.78 мс.
Общая длительность получилась как 1.6 мс или 71 семпл. Задержка составляет 0.08 мс или 3-4 семпла.
В технической документации на ЦАП для частот дискретизации от 32 до 48 кГц задержка указывается как 6.3/Fs, что для частоты дискретизации в 44.1 кГц соответствует значению в 0.14 мс.
В технической документации на ЦАП для частот дискретизации от 32 до 48 кГц задержка указывается как 6.3/Fs, что для частоты дискретизации в 44.1 кГц соответствует значению в 0.14 мс.
Общая длительность получилась как 0.9 мс или 41 семпл. Задержка составляет 0.07 мс или 3 семпла.
В технической документации на ЦАП для частот дискретизации от 32 до 48 кГц задержка указывается как 5.6/Fs, что для частоты дискретизации в 44.1 кГц соответствует значению в 0.12 мс.
В технической документации на ЦАП для частот дискретизации от 32 до 48 кГц задержка указывается как 5.6/Fs, что для частоты дискретизации в 44.1 кГц соответствует значению в 0.12 мс.
Общая длительность получилась как 0.1 мс или 5 семплов. Задержка до пика составляет 0.02 мс или 1 семпл.
В технической документации на ЦАП для частот дискретизации от 32 до 48 кГц задержка указывается как 2.7/Fs, что для частоты дискретизации в 44.1 кГц соответствует значению в 0.06 мс.
В технической документации на ЦАП для частот дискретизации от 32 до 48 кГц задержка указывается как 2.7/Fs, что для частоты дискретизации в 44.1 кГц соответствует значению в 0.06 мс.
Сравнение с R2R NOS
В увеличенном масштабе дополнительно показан импульс от типичного R2R ЦАП. При записи с частотой дискретизации в 384 кГц импульс от R2R похож на прямоугольник без явных колебаний. Отдельно маркером обозначена зона длины "идеального" импульса в один семпл. Вертикальная шкала соответствует семплам.
Здесь видно, что импульсная характеристика у CS43131/198 не совсем похожа на прямоугольник, а на графике огибающей и вовсе виден колебательный процесс с минимальной фазой. Частота колебаний - 48 кГц (такие колебания были бы характерны для импульса с частотой дискретизации 96 кГц).
Дополнительно можно заметить, что и в режимах линейной фазы в Fast и Slow внешний вид не совсем симметричный.
Таким образом получается, что CS43131/198 использует два последовательных цифровых фильтра и в настройках для ЦАП можно регулировать 5 настроек только первого фильтра, а потом звуковой поток повышается еще раз с настройкой минимальной фазы.
Дополнительно видно и различие в графике алиасинга, где спектр зеркалится с заметным убыванием по амплитуде.
Отдельным материалом выпущен анализ качества эмуляции штатного фильтра NOS против программной внешней эмуляции через плагин NOS R2R simulator. По итогам такого исследования, более качественную эмуляцию NOS надо делать через ресемплирование до ЦАП.
Здесь видно, что импульсная характеристика у CS43131/198 не совсем похожа на прямоугольник, а на графике огибающей и вовсе виден колебательный процесс с минимальной фазой. Частота колебаний - 48 кГц (такие колебания были бы характерны для импульса с частотой дискретизации 96 кГц).
Дополнительно можно заметить, что и в режимах линейной фазы в Fast и Slow внешний вид не совсем симметричный.
Таким образом получается, что CS43131/198 использует два последовательных цифровых фильтра и в настройках для ЦАП можно регулировать 5 настроек только первого фильтра, а потом звуковой поток повышается еще раз с настройкой минимальной фазы.
Дополнительно видно и различие в графике алиасинга, где спектр зеркалится с заметным убыванием по амплитуде.
Отдельным материалом выпущен анализ качества эмуляции штатного фильтра NOS против программной внешней эмуляции
через плагин NOS R2R simulator. По итогам такого исследования, более качественную эмуляцию NOS надо делать через ресемплирование до ЦАП.
АЧХ и алиасинг
На графике показаны пять настроек фильтров и дополнительный вариант NOS от R2R ЦАП.
Как видно, в слышимой области нет никакой разницы между Fast и Slow, а в режиме NOS есть спад высоких частот, полностью повторяющий оригинальный спад у R2R в NOS режиме. Таким образом, при переключении фильтров вполне реально услышать разницу между NOS и остальными вариантами, а вот между Fast/Slow эта разница может полностью отсутствовать.
Как видно, в слышимой области нет никакой разницы между Fast и Slow, а в режиме NOS есть спад высоких частот, полностью повторяющий оригинальный спад у R2R в NOS режиме. Таким образом, при переключении фильтров вполне реально услышать разницу между NOS и остальными вариантами, а вот между Fast/Slow эта разница может полностью отсутствовать.
В примерах выше графики алиасинга показаны для шумового сигнала, что дает хорошее представление отзеркаливания по всему спектру, но имеет ограничение по нижней границе шумовой полки. На мультитональном сигнале соотношение сигнал/шум выше и лучше видно сам эффект "зеркала". Т.к. запись в 384 кГц сделана через E1DA Cosmos с фильтром для АЦП Linear Phase Slow - максимально близким к NOS для более точной передачи формы звуковой волны для NOS режима ЦАП, то на спектре (оранжевом) видно дополнительное отзеркаливание гармоник справа налево уже самого АЦП. В целом, для R2R ЦАП видно понижение амплитуды каждого четного зеркала на 6 дБ (на частотах 66, 110, 157 и 198 кГц).
В режиме NOS для CS43131/198 (красный спектр) видно, что понижение первого зеркала (22.05 - 44.1 кГц) совпадает с понижением спектра от R2R ЦАП, а дальше понижение более эффективное, второе зеркало заканчивается на -24 дБ, четвертое на -57 дБ а дальше что-то разглядеть не дает шум от ноизшейпинга.
В режиме Slow (синий спектр) первое зеркало (22.05 - 44.1 кГц) уже эффективно подавляется на -100 дБ. В режиме Fast фильтрация лучше, на уровне -115 дБ. Т.к. подавление на разных частотах не совсем одинаковое, то цифра условная, ведь ее можно определять как по среднему значению, так и по минимуму или максимуму.
В режиме NOS для CS43131/198 (красный спектр) видно, что понижение первого зеркала (22.05 - 44.1 кГц) совпадает с понижением спектра от R2R ЦАП, а дальше понижение более эффективное, второе зеркало заканчивается на -24 дБ, четвертое на -57 дБ а дальше что-то разглядеть не дает шум от ноизшейпинга.
В режиме Slow (синий спектр) первое зеркало (22.05 - 44.1 кГц) уже эффективно подавляется на -100 дБ. В режиме Fast фильтрация лучше, на уровне -115 дБ. Т.к. подавление на разных частотах не совсем одинаковое, то цифра условная, ведь ее можно определять как по среднему значению, так и по минимуму или максимуму.
Внешний вид звуковой волны
Синус 1 кГц
Для NOS режимов на синусе видно "ступеньки", в то время как для Fast и Slow линии волны идеальны.
Синус 5 кГц
на синусе с высокой частотой видно, как ступеньки существенно искажают сигнал, и дополнительно видно, что форма ступеньки у CS43198/131 в режиме NOS и у R2R NOS немного отличается. У R2R полки горизонтальные, а у CS43198/131 с "выбросами".
Визуально короткие выбросы у R2R присутствуют из-за звона со стороны АЦП, у которого нет режима NOS, а использовался максимально близкий к этому режим Slow. При визуальном осмотре через осциллограф (работающий на еще большей частоте дискретизации) этих выбросов соответственно нет.
Визуально короткие выбросы у R2R присутствуют из-за звона со стороны АЦП, у которого нет режима NOS, а использовался максимально близкий к этому режим Slow. При визуальном осмотре через осциллограф (работающий на еще большей частоте дискретизации) этих выбросов соответственно нет.
Меандр
На меандре фильтры с настройкой Fast и Slow демонстрируют колебания. У CS43198/131 в режиме NOS виден колебательный процесс на более высокой частоте
Визуально небольшие выбросы у R2R присутствуют из-за звона со стороны АЦП, у которого нет режима NOS, а использовался максимально близкий к этому режим Slow.
Каждый график нормализуется по максимальной амплитуде и соответственно исходные уровни "полок" у всех меандров являются одной амплитуды, а различия только в величине колебаний на фронтах меандров.
Визуально небольшие выбросы у R2R присутствуют из-за звона со стороны АЦП, у которого нет режима NOS, а использовался максимально близкий к этому режим Slow.
Каждый график нормализуется по максимальной амплитуде и соответственно исходные уровни "полок" у всех меандров являются одной амплитуды, а различия только в величине колебаний на фронтах меандров.
Дополнительно
Этот ЦАП демонстрирует сверхнизкие искажения и продукт с ним мог бы претендовать на роль высококачественного источника гармонических сигналов. Но из-за работы системы питания в H классе на определенных сигналах и амплитудах на выходе присутсвуют щелчки, схожие со статикой. Теоретически этот ЦАП может работать в более высококачественном режиме AB, но на данный момент все продукты, которые были протестированы в RAA воспроизводят "щелчки". Примеры этих щелчков и тестовый трек можно послушать самостоятельно.
можно послушать самостоятельно.
Reports and reviews of tested products on CS43198 and CS43131:
