Lärm – Teil 3
Zusätzlich zu den betrachteten werden andere Technologien sowie deren Kombinationen und Variationen verwendet.
Hersteller experimentieren besonders gerne mit digitalen Filtern und Modulatoren und erfinden immer mehr digitale Filter, die das Signal sowohl zum Guten als auch zum Schlechten beeinflussen. Moderne digitale DAC-Signalverarbeitungsalgorithmen sind häufig komplex und umfassen alle oben genannten sowie die eigenen Entwicklungen der Hersteller. Natürlich veröffentlichen Hersteller keine Algorithmen für Filter und Modulatoren. bestenfalls liefern sie ein grobes Blockdiagramm. Es bleibt daher nur anzunehmen, was tatsächlich mit dem Audiosignal in dem einen oder anderen Digital-Analog-Wandler passiert.
Sigma Delta Konverter
Sigma-Delta-Digital-Analog-Wandler haben sich neben Multi-Bit-DACs weiterentwickelt. Die Basis wurde, wie der Name schon sagt, als Sigma-Delta-Modulation bezeichnet. In der Literatur wird sie üblicherweise mit der Abkürzung SDM bezeichnet. Bei der Sigma-Delta-Modulation wird der Absolutwert der Signalamplitude nicht wie bei Mehrbit-DACs pro Zeiteinheit übertragen, sondern das Signal ändert sich vom vorherigen Wert. Wenn also die Amplitude zunimmt, wird 1 übertragen und wenn sie fällt – 0. Ein ähnliches Prinzip wurde bereits im Abschnitt über DSD beschrieben.
Frühe Sigma-Delta-DACs waren vollständig 1-Bit, aber aufgrund der hohen Abtastrate lieferten sie einen Dynamikbereich von ungefähr 129 dB. Die Abtastfrequenz beträgt 44,1 kHz. Die gewählte Frequenz sparte wahrscheinlich Hardwareressourcen aufgrund der Vereinfachung der Berechnungen während der Interpolation.
Zu Beginn wurde eine Frequenz von 2,8 MHz verwendet, dies sind 44,1 kHz, 64-fach erhöht. Jetzt kann die Frequenz unterschiedlich sein, sie wird durch die interne Architektur des DAC selbst bestimmt. Es basiert im Allgemeinen auf Frequenzgittern in Vielfachen von 44,1 kHz und 48 kHz mit einem Multiplikator von 64, 128, 256, 512, 1024.
Im Laufe der Zeit haben Delta-Sigma-DACs Multibit einfach aus wirtschaftlichen Gründen fast vollständig verdrängt. Erstens sind die Anforderungen an die Qualität und Präzision der Komponenten viel niedriger als bei Mehrbit-DACs, und folglich ist der Selbstkostenpreis niedriger. Zweitens waren in den 1980er und 1990er Jahren die Kosten für die Implementierung von Interpolation und Rauschformung für einen Ein-Bit-Modulator erheblich geringer als für 16-Bit. Mit der Entwicklung der Technologie ist dies nicht so kritisch, und viele Sigma-Delta-DACs wie Multibits haben mehrere Ausgabeebenen. Aufgrund der mehrfachen Frequenzerhöhung sind die Anforderungen an die Komponenten jedoch noch nicht sehr hoch, so dass der erste Vorteil bis heute anhält.
Moderne Sigma-Delta-DACs sind komplex und umfassen fast alle im vorherigen Kapitel aufgeführten Technologien. Ich werde ein Beispiel für die interne Struktur eines der einfachen Sigma-Delta-DACs aus den Vologdin-Vorlesungen geben.
Eingabene digitale 16-Bit-Abtastwerte mit einer Abtastfrequenz von 44,1 kHz werden in das digitale Überabtastungsfilter eingespeist. Das Schema verwendet ein nicht rekursives Vierfach-Oversampling-FIR-Interpolationsfilter (Finite Impulse Response) mit einer linearen Phasenantwort. In der ersten Modulationsstufe wird infolge der Requantisierung die Anzahl der Bits in den Abtastwerten von 16 auf 14 reduziert und SDM erster Ordnung verwendet. Dann wird ein weiteres Resampling in zwei Schritten durchgeführt (Kos = 32 und 2). Auf dem Weg zwischen diesen Stufen wird ein Rauschsignal eingeführt, das die “Dithering” -Operation mit einem Rauschpegel von minus 20 dB ausführt. Es reduziert die Nichtlinearität der Übertragungsfunktion aufgrund von Quantisierungsfehlern. Der Gesamtüberabtastungsfaktor beträgt 256 und die Abtastfrequenz steigt auf 11,29 MHz. In der zweiten Modulationsstufe wird SDM zweiter Ordnung verwendet und ein digitaler Ein-Bit-Strom wird gebildet. Der DAC-Ausgang ist mit einem digitalen Zeitimpulsmodulator verbunden, der die digitalen Daten in eine dichtemodulierte Impulsfolge (PDM) umwandelt.