Wie DSD512 erzeugen?

Ja, im einfachsten Fall ist das ein Delta-Sigma-Wandler, allerdings muss 
man sich fragen, wozu das genau gebraucht wird.

Ein DSW erzeugt bekanntlich aus einem hoch aufgelösten Datenstrom 
(ursprünglich sogar analog und kontinuierlich) einen digitalen, 
diskreten Datenstrom, der in der Auflösung reduziert ist.

Weiter wurde die im DSD-Datenstrom ehemals vorhandene Qualität der 
Information durch das Dezimieren auf den PCM-Datenstrom nochmals 
reduziert (wenn auch nur leicht) und ist nicht mehr zu rekonstruieren. 
Man darf also z.B. nicht glauben, dass man eine Qualitätssteigerung 
erfährt, wenn man einen externen DAC oder ein anderes Gerät per DSD 
beschickt, was im Studio momentan immer mehr kommt und von Laien 
propagiert wird. Dazu braucht es schon das Original vom Wandler, die in 
der hohen Auflösung gespeichert werden müssen.

Wenn man wiederum mit einem neu erzeugten DSD-Datenstrom direkt analoges 
Audio ausgeben will, braucht man einen Reko-filter und der ist nie 
perfekt. Dasselbe gilt für die Amps und vor allem mögliche dahin 
befindliche Lautsprecher. Daher muss der Modulator da mehr tun, als 
linear wandeln, will man Qualität herausholen. Ich habe vor Kurzem so 
etwas in einer Sonderanwendung implementiert.

Dabei muss das DSD je nach Signalleistung entsprechend dargestellt 
werden. Wenn Du im Kleinsignalbereich auf z.B. symmetrisch analoge 
XLR-Signale gehst, sieht der Filter anders aus, als wenn Du z.B. direkt 
auf einen Leistungstreiber gehst, der selber mit 500kHz arbeitet, um 
einen Lautsprecher zu treiben, dafür aber feiner aufgelöst ist.

Im Allgemeinen Fall muss man eben linear arbeiten und dann hoffen, dass 
die Folgeglieder in der Kette das auch tun, bzw man nimmt auf deren 
Ungenauigkeiten und Funktion einfach keine Rücksicht.

Grundlagen dazu gibt es hier:
https://www.production-partner.de/basics/dac-converter-dsd-fuer-sacd/

Offline macht man die Konversion es am besten mit einer optimierten 
Software. Davon gibt es eine ganze Reihe unterschiedlicher Qualtät. Auch 
freeware:
http://asoundupgrade.com/convert-pcm-dsd-free/

Moin,

Ich vermut' mal, dass man da dann auch einen SD-Wandler hoeherer Ordnung 
einsetzen sollte. D.h. das ist dann halt odentlich 
Filterkoeffizienten-Rechnerei vor der Implementierung und dann halt 
weniger, dafuer aber schnellere Filterrechnerei zur Laufzeit.

Google mal nach: 9789400713864-c2.pdf

Da wird mal ein SD-Wandler hoeherer Ordnung beschrieben.

Gruss
WK

Dergute W. schrieb:
> Ich vermut' mal, dass man da dann auch einen SD-Wandler hoeherer Ordnung
> einsetzen sollte.
größer 3. Ordnung, um genau zu sein, aber auch das tut so richtig 
perfekt eben nur bei dem linearen Ansatz- siehe meine Ausführungen 
weiter oben.

Übrigens enthalten dieser Artikel und auch die beiden anderen weiter 
oben - darunter die (wohl schon ältere) chinesische Publikation, ein 
paar Schwächen:

- Weisses Rauschen zum Dithern
- einfaches SINC-Filter als Rekonstruktion / Vorgabe des Modulators
- Lineare Umsetzung ohne Rückkopplung des Ausgangs
- 1-stufiger Demodulator
- Verkettung zweier SDC, wobei der zweite die Fehler des ersten 
"cancelled"

Das geht durchaus besser und zielführender. Die grundsätzliche Frage 
dabei wäre, wie soll das technisch gemacht werden? - Immerhin sind bis 
zu 100Mbps fällig!

Chips dafür gibt es einige, aber trotzdem braucht es doch etwas 
Rechenleistung und Trickserei, wenn man das in einem DSP auf der 
Zeitebene machen will, um einen Umsetzer zu treiben. Alternativ in einem 
FPGA direkt, dann mit dem gesamten Rattenschwanz der digitalen 
Signalvorverarbeitung.

Uli schrieb:
> Mahte ist jetzt nicht meine Stärke, aber es gibt ja genug Programme die
> einem fast alles berechnen.
Diese Programme brauchen aber den richtigen Input :-)

Uli schrieb:
> Mal ein Stück Code oder so etwas wäre hilfreich.
VHDL-Cores dafür hätte Ich, aber aus dem Studium des Codes wirst Du 
nicht schlau, was dessen Funktion angeht. Der Weg wäre schon umgekehrt, 
dass Du verstehst, welche Effekte bei Modulation und Rekonstuktion / 
Filterung entstehen, wie man sie behandelt und nutzt/umgeht, um danach 
ein Konzept und zuletzt das VHDL zu machen.

Zum Thema DSD gilt mithin das hier gesagte:
Beitrag "Re: 1Bit Audio als Alternative zu PWM"
Beitrag "Qualität von PCM/PDM-Signalen berechnen"


Was man auch noch erwähnen sollte:

Der DSD-Datenstrom muss auch physikalisch irgendwie aus der Elektronik 
in die Landschaft geschickt werden, wenn er irgendwo verarbeitet werden 
soll und da gibt es bei den hohen Raten durchaus das eine oder andere 
Problemchen! Diese summieren mitunter derart, dass man sich massive 
Qualitätsverluste einhandelt und mit PCM und einem 24-Bit-DAC bei 
konventioneller Ausgabe dreimal besser dran ist. Das lässt sich sowohl 
mathematisch, als auch messtechnisch zeigen und gerade auf dem Sektor 
1-Bit-Audio und DSD haben einige schon Lehrgeld zahlen müssen.

Noch etwas mehr zu dem Thema Elektronik:

Uli schrieb:
> Ich mache den ganzen Aufwand nur weil die guten alten Wandler (PCM 1704)
> die ich bis jetzt immer benutzt habe, inzwischen so teuer sind, das ich
> über gute DSD DA-Wandler nachdenke.

Du meinst den DAC hier?
http://ftbw.de/uploads/media/pcm1704.pdf

Die Werte laut Papier sind in der Tat recht gut, aber wie Dir ja sicher 
bewusst ist, gilt es, die auch in das PCB umzusetzen und da scheiden 
sich bekanntlich die Geister. Mit DSD kann man noch eher auf die Nase 
fallen, weil die Ansprüche an das Design höher sind.

Man darf da nicht nur die hohe Rate im Auge haben, sondern muss den 
vollständigen Signalpfad beschauen und wenn Ich mir z.B. ein PCB für 
diesen DAC ansehe, wie dies hier: 
http://www.hoer-wege.de/dacupPCM1704.htm

... dann finde Ich da als erstes einen Samplerate-Converter von 48kHz 
aufwärts. Da sage Ich schon "Danke und auf Wiedersehen". Was will Ich 
denn dann mit hohen Auflösungen?  Wie will Ich denn die Leistung eines 
guten DACs nutzen, wenn Ich vorne mit geringer Rate reingehe? Solche 
Ansätze gehen aus meiner Sicht am Notwendigen vorbei.

Und mit 96kHz rausgehen, um es dann mit 8fach oversampling zu scannen, 
wie es laut Datenblatt maximal möglich ist, ist jetzt auch nicht so der 
Hit. Damit ist im Grunde nichts gewonnen. An der einen Stelle hui und an 
der anderen pfui.

Ich habe zu der Thematik der Datenreduktion und Speicherung schon 
mehrere Rechnungen und Messungen gemacht und hier was dazu geschrieben:

http://studio96.de/artikel/art030925%20allgemeines%20zur%20ad%20wandlung.html

Meines Erachtens ist eine Ansteuerung mit 384kHz, wie es inzwischen bei 
den R2R-Convertern gemacht wird, zu bevorzugen. Der Vorteil von DSD 
gegen aktuelle 192er-Wandler der Oberklasse ist schon äußerst minimal, 
technisch kaum komplett durchzusetzen und in jedem FAll nur dann 
wirklich tragfähig, wenn Du echte DSD-files aufnimmts, speicherst und 
abspielst.

Wenn Du "nur so zum Testen", Dir aus "minderwertigen" 96kHz zb von einer 
SAC-D erst mal einen DSD herstellst, hast Du im Prinzip überhaupt 
nichts, was Du Vergleichen könntest, weil das, was den Unterschied 
machen könnte, schon lange vorher verschluckt wurde.

Ich würde eher dazu raten, eine gute Hardware zu bauen, die DSD aus dem 
RAM abspielen kann und einen kleinen Server davor hängen. So was wie 
einen Mini-Computer a la Raspberry / Arduino. Es gibt schon Projekte, wo 
sowas als Zuspieler benutzt wird - z.B. auch Linux-Basis.

Denkbar wäre eine Aktiv-End-Elektronik um einen Wandler herum, die mit 
einer blitzsauberen PLL arbeitet und einen word clock produziert, mit 
der der Server dann die Daten rüberschiebt.
Dann braucht es nur einen kleinen FPGA mit RAM-Interface zum Server, der 
sich asynchron die Daten holt und sie sequenziell raushaut.

Die DSD-Daten werden offline auf den Server gespielt und präpariert. 
Dann kannst Du auch Testdaten erzeugen. Es gibt auch im Internet Quellen 
für DSD-Files, teilweise mit ganzen Orchesterkonzerten.

Wenn es "nur Audio-CD ist, hast Du wahrscheinlich eh schlechte Karten, 
weil dort leider eine gewisse Höhenbeschränkung herrscht, will heißen:

Schon bei der Aufnahme und spätestens beim Mischen und Mastern gibt es 
dort Effekte. Was man dann an Material hat, ist Zufall und hängt davon 
ab, mit welcher Strategie (und Ausstattung) gearbeitet wurde.

Bei der DAC-Wiedergabe gibt es da natürlich Möglichkeiten, zu filtern 
und z.B. einen homogeneren (oder auch aggressiveren) Bandverlauf zu 
erhalten, aber man muss sich bewusst sein, dass in der Regel schon beim 
Mischen darauf Rücksicht genommen wurde, dass es nur mit begrenzter 
Technik abgespielt wird. D.h. man hat dort oft auch Höhen herausgenommen 
und/oder beim Arrangieren bereits darauf geachtet, dass es dort keine 
Phasenschweinereien gibt.

Umgekehrt wird - gerade in der elektronischen Musik - von 
Gegenphaseneffekten, Pseudostereo und Off-Effekten heftigen Gebrauch 
gemacht. Das macht es so schwer, eine Signalverarbeitung zu formulieren, 
die da sinnvoll eingreift.

Der Wandler tut das sein Übriges. Was dann wie und auf welchem Wandler 
gut klingt, ist dann auch wieder Zufall. Oft klingt ein Wandler deshalb 
gut, weil er in den Transienten einfach nicht mit geht und der Filter 
sie weich klopft.

Ja, das loudness-Thema ist ein großes Problem ("gewesen", darf man 
inzwischen sagen), aber die Aufnahmen sind eben so, wie sie sind.

Es ist aber nicht nur die Dynamik, die anders gemischt ist, sondern auch 
die Klänge an sich sind komplexer geworden und Dank mp3 auf der einen 
Seite und SACD auf der anderen gehen die Ansprüche und Erfordernisse 
immer weiter auseinander. Wir haben die gleiche Diskussion bei den 
Lautsprechern:

Moderne Lautsprecher sind dank DSP-Technik stark linearisiert, 
produzieren wenig Eigenresonanzen der Chassis, unterdrücken 
Partialschwingungen der Membranen, mindern Intermodulation und arbeiten 
mit durchsimulierten, schwingungsarmen Gehäusen. Diese haben daher 
insgesamt erheblich weniger "Eigenleben", als die klassischen 
HiFi-Systeme der 70er und 80er.

Auf diese waren aber die Mischungen der 80er und 90er abgestimmt, d.h. 
sehr geradlinige Frequenzverläufe, saubere Harmonien, wenig Vibrato / 
Chorus auf den Stimmen, wenige Schwebungen. Das wurde dann durch die 
Lautsprecher dynamisch angereichert. Gleichsam werden markante und 
aggressive Transienten und Höhen glattgebügelt sowie die überwiegend per 
panning erzielte Stereoeffekte und die hohe Lokalisationsschärfe weich 
gemacht. Das Klangbild in Summe ist ausgeglichen, warm und angenehm.

Spielt man solche Mischungen auf modernen Lautsprechern ab, klingen sie 
in den Harmonien zu steril, in der Präsenz zu aufdringlich, in den Höhen 
zu spitz und melodisch irgendwie langweilig, weil das mitteltönige 
fehlt.

Das Problem liegt in dem zeitlichen Verlauf der Fehler: Zwar kriegt man 
einen stark verzerrenden und resonierenden Lautsprecher per EQ und 
Weiche bei einer Rauschmessung linear, aber sowohl der Schwerpunkt der 
Faltungsprodukte infolge von Verzerrungen, Modulationen und Schwebungen, 
als auch die Resonanzen liegen statistisch hauptsächlich in der Mitte.
Das bedeutet das "alte" Lautsprecher mehr scheinbare Mitten produzieren 
und dies über den Tonverlauf über einige Zehntel hinweg auch noch 
ansteigt. Daher werden die Mitten klanglich und zeitlich aufgefüllt. 
D.h. die Musik wird dichter, fetter, fülliger.  Beim Mischen eines Tones 
oder dem Einstellen von Instrumenten, aber auch beim Spiel nimmt man da 
unwillkürlich drauf Rücksicht, d.h. es wird weniger Sustain eingestellt, 
es wird weniger komprimiert, es kommen weniger Oberwellen rein, der 
Klang ist nicht so breit, z.T. weniger Instrumente gleichzeitig am Werk.

Das gilt besonders auch für Mischungen aus den 60ern und frühen 70ern. 
Alles was damals bis etwa Mitte der 90er von Analog auf die CD gebannt 
wurde, müsste man im Prinzip alles nochmal wiederholen und neu machen 
und remastern.
Die Instrumente waren damals schon eher eindimensional gestimmt. Es wäre 
keiner auf die Idee gekommen, so extreme Verzerrungen in die Gitarren 
oder das Schlagzeug zu mischen, wie es heute der Fall ist, weil die 
Lautsprecher es nochmal relevant verzerrten. Deshalb klingen die 
Gitarren der Beatles und Deep Purple auf alten Platten und Lautsprechern 
eben viel besser.

>Die ganzen Wandler/Filter Sachen kenne ich auch zugenüge, aber es ist
>leider wirklich hörbar, ob man nun den PCM1704 oder einen PCM1795 hat.
>Auch die besten von Wolfson sind "schlechter".
Was da ein Wandler ein Einfluss hat, ist eher gering, aber gfs auch 
relevant - das will Ich nicht bestreiten.

>Denn je nach Player ist mal der Wandler/Filter davor mal
>ein Anderer.
Eigentlich bräuchte man auf den Zuspielern einen Wahlschalter, an dem 
man Einstellen kann, was für eine Quelle aktiv ist und dann etwas 
subjektive Signalverarbeitung, um es aufzupeppen :-)

>Ich bastel mir jetzt was mit dem Cortex-M7 und da
Ich hätte für ein FPGA das hier vorgeschlagen:
http://www.pyratone.de/pdf/spec_DSD_converter.pdf

Uli schrieb:
> Interessant ist nur ob die CD genauso klingt mit einem DSD Wandler.
> Und egal ob die Aufnahme an sich schlecht ist oder nicht, das Ergebnis
> sollte gleich ausfallen oder vielleicht sogar besser.

Ich glaube das wird schwer. Denn ein R2R-Wandler und ein DS-Wandler 
funktionieren grundsätzlich unterschiedlich und haben daher 
unterschiedliche Vor- und Nachteile, beim Klang wie bei den anderen 
Eigenschaften.

Es zu schaffen, mit irgendeiner Art digitalem Filter den selben Klang 
auf diesem Niveau zu entlocken wie einem der besten R2R-Wandler ist 
nicht trivial. Die Hersteller besserer DACs haben zwar schon alle 
möglichen auswählbare Filtervarianten in ihre ICs eingebaut, aber es 
klingt dennoch immer etwas anders. Einen FPGA zu nehmen und einfach mal 
ein paar fertige Algorithmen auszuprobieren wird auf jeden Fall nicht 
ausreichen.

Wenn der Klang wirklich gleich sein soll, dann geh lieber zu Rochester, 
die haben noch PCM1704, zumindest im J-Grade.

Die Frage, ob DSD was bringt, ist primär eine Frage der Abtastrate des 
Eingangs- und des Taktsignals. Wie Du meiner Tabelle entnehmen kannst, 
arbeite Ich mit z.T. erheblich höheren Raten als, sie standardisiert 
vorgegeben sind.

Klassisches DSD64 bezieht sich auf die normale Audio-CD. Ein Signal, 
dass auf diesen knapp 3MHz gewonnen wurde, wird auch durch 
DSD512-Ausgabe nicht besser und von aktuellen SD-Wandlern auf 192kHz an 
beiden Ecken übertroffen, weil die intern auf noch höheren Raten 
arbeiten und / oder weniger runterdezimieren.

Um das zu toppen braucht es also DSD512 für 192kHz und mehr, aber dafür 
sehe Ich keine käuflichen Wandler. Da muss man also selber ran und 
bauen. Im Prinzip ist das beim DAC dann auch "nur" noch ein Filter, 
diesbezüglich greift meine Argumentation weiter oben zu der 
Vorverzerrung und Steuerung desselben. Einen ADC als SD-Wandler auf so 
hohen Raten zu bauen, dass er für Audio taugt ist nochmal ein Stück mehr 
Arbeit. Da müsste Ich dann auch passen.

Die Strecke wäre aber wie gesagt nötigt, um den aktuellen 192kHz 
Datenpfad zu toppen.

Zu der Frage des R2R: Die brauchen eine gute individuelle Kalibierung, 
um an mittelmäßige Sigma-Delta-Wandler überhaupt erst heranzukommen und 
sie brauchen eine ganz Ausgezeichnete, um diese zu übertreffen.

Schau Dir die Beiträge auf DIY-Audio mal an. Grundsätzlich hat R2R das 
größte Potenzial, das sehe Ich ähnlich. Der Aufwand ist aber ungleich 
höher.

Hier war schon einmal so ein Thema:
Beitrag "Mit CPLD Audio von EEPROM über R2R als D/A Ausgabe (Schematic)"

Andi schrieb:
> Wie funktioniert denn ein DSD-DAC? Das ist doch wirklich nur ein Filter,
> bei DSD512 reicht wohl ein einfaches R-C Glied.
Naja, soooo einfach ist es nun auch wieder nicht. Zwar kann man mit 
geeigneter Vorverzerrung und hoher Überabtastung auch mit einem 
einfachen RC-Filter erster Ordnung ein gutes Audio erzeugen, aber da 
braucht es schon so etwas, was Ich mit DSD512@192 mache, also 100MHz.

Bei den typischen Frequenzen ist es allemal einfacher, ein ordentliches 
Rekonstruktionsfilter zu nehmen und nur dessen Ungenauigkeiten zu 
korrigieren. Das ist in der Tat das, was die DACs machen, nebst einer 
Signalrekonstruktion und Taktgewinnung /- glättung.

Wenn Du es besser machen willst, heißt das:

1) Bessere Signalrekonstruktion des Eingangssignals -> analoge 
Signalkonditionierung vor dem DAC (da geht ein was)

2) Besserer Takt -> digitale Signalkonditionierung + bessere PLL (da 
geht ein bisschen was)

3) Höhere Eingangsrate als die DACs können, also 384kHz aufwärts, (gibt 
es kaum Material, kaum Klang-Quellen, kaum Treiber und Zuspieler von den 
PCs, geht so richtig nur bei synthetischer Wellengeneration)

4) Höhere Abtastrate für den Modulator, also mehr als DSD512@48kHz (geht 
nur mit FPGA gut)

5) Berücksichtigung der Elektronik ausserhalb des DACs -> Modell, 
Rückkopplung (viel Rechnung und Messung)

6) Berücksichtigung des AMPs             (konkrete Info benötigt)

7) Berücksichtigung der linearen Lautsprecherkennlinie  (Insider Info 
benötigt)

8) Berücksichtigung der nichtlinearen Magnetikeffekte in Lautsprechern 
(Spezialwissen erforderlich)

9) Berücksichtigung akustischer Effekte in Lautsprechern, Membranen etc 
( :-D)

Die DACs hören bei Punkt 3 auf. Für einen allgemeinen DSP bleiben also 
nur die Punkte 4-6 (zumindest, was den eigenen analogen Vorverstärker am 
Ausgang angeht).

Uli schrieb:
> Bei den ganze4n Überlegungen darf man aber nicht vergessen das man NIE
> den angeschlossenen Lautsprecher kennt.
> Es sei denn man ist der Hersteller und da kann man dann genug
> schweinereien einbauen.

Das ist aber heute der Standard. Daher gehen ja alle den Weg der 
Aktivmonitore und bauen ihre Verstärker lautsprecherspezifisch. Der vor 
dem Lautsprecher (dem nichtlinearen Integrator) sitzende Wandler ist ein 
solcher diskreter PDM.

Aus meiner Sicht ist nichts Verwerfliches daran, einen Klang 
wunschgemäss zu bearbeiten, Auch wenn es mit Röhren und alten 
Verstärkern passiert. Hier geht es aber darum, einen Klang, denn einer 
schon hat, so aufzunehmen und zu speichern und wiederzugeben, dass er 
nicht verändert wird.

Und jede digitale Verarbeitung bringt eine Modifikation und Limitierung!