Audio Basis - articles about audio
NOS DAC (non-oversampling DAC, NOS ЦАП, ЦАП без оверсемплинга) - это цифро-аналоговый преобразователь без оверсемплера. Иногда, и без аналогового фильтра. Читайте ниже почему используют NOS цифро-аналоговый конвертер, его виды, достоинства и недостатки, сравнение oversampling vs non-oversampling DAC (ЦАП с оверсемплингом и без).
If you buy "AuI ConverteR PROduce-RD" (2023/12.x version) from 24 August 2023 to 24 October 2023, you will get free update to version 2024 (13.x) after its release.
Перед прочтением ознакомьтесь со статьей ЦАП. Цифро-аналоговый преобразователь [PCM R2R DSD] >
Содержание:
- Зачем нужен NOS DAC >
- Non oversampling DAC без аналогового фильтра >
- Non-oversampling DAC и апсемплинг >
- Достоинства non oversampling DAC >
- Недостатки NOS DAC >
- Oversampling vs non-oversampling DAC >
- Как звучит NOS DAC >
- Список NOS DAC
- Выводы >
Зачем нужен NOS DAC
Традиционно, PCM цифро-аналоговый конвертер содержит оверсемплер для того, чтобы более эффективно использовать аналоговый фильтр. Потому, что аналоговый фильтр является обязательной частью PCM и DSD ЦАП.
Non-oversampling цифро-аналоговый конвертер используется для того, чтобы избавиться от артефактов (искажений) оверсемплинга (звона цифрового фильтра, неравномерности амплитудно-частотной характеристики в полосе пропускания фильтра и, в некоторых случаях, фазовых искажений). По сути, это обычный DAC без модуля оверсемплера и цифрового фильтра.
По мнению автора, NOS ЦАП не является отдельным типом цифро-аналогового преобразователя. Давайте взклянем на изображение ниже.
NOS DAC. Non-oversampled цифро-аналоговый конвертер
- non-oversampling R2R PCM DAC изображен в части A изображения.
- PCM NOS DAC с сигма-дельта модулятором - в части B.
- примитивный DSD DAC (часть C) также является NOS ЦАП.
Мы видим различные виды конвертеров: два PCM и один из DSD ЦАПов.
Частота дискретизации NOS DAC используется исходя и полосы заграждения аналогового фильтра.
Однако, аналоговый фильтр не имеет резкой границы между полосами. Потому, что его усиление плавно изменяется с частотой.
На изображении ниже можно увидеть разницу между цифровым (digital) и аналоговым (analog) фильтрами.
Цифровой фильтр против аналогового
NOS DAC не имеет цифрового фильтра. Следовательно, частота дискретизации non-oversampling ЦАПа должна быть достаточно высокой, чтобы аналоговый фильтр мог эффективно подавить подавить первую по частоте группу алиазов (aliases).
NOS DAC. Частота дискретизации и аналоговый фильтр
Таким образом, запись должна быть сделана на высокой частоте семплирования ЦАПа.
Non oversampling DAC без аналогового фильтра
Некоторые NOS ЦАПы не содержат аналогового фильтра. Это позволяет избавиться от частотных и фазовых искажений аналогового фильтра. Аналоговый фильтр может быть активным (содержать операционные усилители, транзисторы, лампы). Это приводит к появлению дополнительных нелинейных искажений.
Однако отсутствие аналогового фильтра ведет к наличию пресловутых "ступенек" на аналоговом выходе ЦАП. На рисунке ниже изображен спектр этих "ступенек".
Выход ЦАП без аналогового фильтра
(спектр "ступенек")
Спектр алиазов (alias) является копией спектра полезного (музыкального) аудио сигнала. Здесь этот сигнал - это все, что заключено в часьльном диапазоне между 0 и [частота дискретизации]/2 ([sample rate]/2).
Алиазы периодически повторяются вдоль оси частот от [sample rate]/2 до бесконечности. Часть их "перевернута" по частоте (flipped alias).
Можем ли мы слушать такой сигнал без проблем? Да. При определенных условиях.
Если половина частоты дискретизации выше 20 кГц, все алиазы располагаются в ультразвуковом диапазоне. И мы не слышим их. Некоторые люди говорят, что ухо работает в качестве аналогового фильтра в этом случае. И это правда.
Но не существует абсолютно линейных аудиосистем. Что приводит к интермодуляционным искажениям ультразвуковых компонентов. И продукты интермодуляции попадают в слышимый диапазон. И эти продукты коррелируют с полезным аудио сигналом. И это не очень хорошо.
Уровень продуктов интермодуляции зависит от характера нелинейности. Алиазы имеют уровень сравнимый с полезным аудио сигналом. Чем выше уровень ультразвука, тем выше уровень их продуктов интермодуляции.
Так же не нужно забывать о том, что аналоговый тракт аппаратуры (часть аппаратуры, где аудио сигнал существует в аналоговом виде) имеет ограничение динамического диапазона. И максимальный уровень сигнала, передаваемого через аналоговый тракт определяется суммарной энергией спектра аудио сигнала и его алиазов.
Т.е. алиазы потребляют часть динамического диапазона. Другима словами, алиазы уменьшают полезный динамический диапазон.
Полезно ли уменьшение динамического диапазона? Нет. Это ухудшает маскимальное соотношение сигнал/шум. И это особенно нехорошо для сигналов с более низким уровнем.
Для того, чтобы компенсировать воздействие алиасов, динамический диапазон должен быть расширен.
К счастью, аналоговый тракт аудио оборудования (там где аудио сигнал существует в аналоговой форме) имеет собственное ограничение полосы по причине наличия емкостей и индуктивностей проводников и электронных компонентов. Это ограничивает распространение алиасов вдоль оси частот, понижая их уровень с ростом частоты.
Резюме: NOS без аналогового фильтра позволяет избавиться от его искажений.
Но такой ЦАП может иметь:
- слышимые продукты интермодуляционных искажений,
- дополнительное сокращение динамического диапазона полезного музыкального сигнала.
Non-oversampling DAC и апсемплинг
На практике мы имеем ограниченный ряд разрешений записей (частоты дискретизации), которые загружены из онлайн магазинов или после CD-риппинга. Чтобы подготовить эти записи для проигрывания с помощью NOS ЦАП, эти аудио файлы нужно передискретизировать (повысить частоту дискретизации записей до значения, совместимого с этим цифро-аналоговым преобразователем).
Передискретизация на персональном компьютере (даже ноутбуке) может предоставить аудио разработчикам больше ресурсов для более точной цифровой обработки звукового сигнала. Но качество аудио определяется не только доступными вычислительными ресурсами. Потому, что передискретизирующие фильтры могут быть реализованы по-разному.
Вопросы апсемплига (повышения частоты дискретизации), рассмотренные в этой части статьи, могут быть применены как для PCM, так и для DSD DAC.
Предварительный апсемплинг (upsampling) может быть реализован:
- в реальном времени (real-time, inline) в музыкальном плеере (программном или аппаратном);
- предварительно (offline) с помощью программы ресемплера (sample rate conversion software).
| Inline (в реальном времени) | Offline (предварительный) |
| Не нужно предварительно конвертировать записи (upsample) | Аудио файлы записей должны быть конвертированы перед проигрыванием |
| Потребность высококачесственных алгоритмов в вычислительной мощности может быть ограничена в реальном времени (real time). При недостатке этой мощности аудио поток может прерываться. Возможны проблемы на более старых компьютерах | Вычисления ведутся в отложенном времени. Ограничения вычислительной мощности почти отсутствуют |
| Каждое проигрывание потребляет дополнительную электрическую энергию для ресемплнга | Электрическая энергия для ресемплинга потребляется лишь однажды - при конвертации файлов |
| Передискретизированный поток из аудио файла должен быть подан на ЦАП без изменений (bit perfect playback) | Передискретизированный поток из аудио файла должен быть подан на ЦАП без изменений (bit perfect playback) |
В операционной системе Windows, чтобы избежать обработок между плеером и ЦАП (bit perfect playback) используются специальные аудио драйверы ASIO и WASAPI.
Достоинства non oversampling DAC
- Нет звона цифровых фильтров,
- Проще внутреннее устройство,
- Потенциальная возможность меньших искажений.
Недостатки NOS DAC
- Как правило, необходим предварительный апсемплинг аудио файлов,
- Вероятно возникновение проблем из-за недостаточной фильтрации алиасов (слышимые продукты интермодуляционных искажений и избыточное потребление динамического диапазона).
Oversampling vs non oversampling DAC
| Non-oversampling DAC | DAC с оверсемплингом |
| Присутствуют артефакты звона и другие искажения цифрового фильтра | |
| Может понадобиться предварительный апсемплинг аудио файлов | Оверсемплинг/апсемплинг в цифровом виде перед конвертацией в аналоговый вид внутри ЦАП |
| R2R, с сигма дельта модулятором | R2R, с сигма дельта модулятором |
| DSD | DSD |
Как звучит NOS DAC
Невозможно гарантировать, что NOS DAC имеет лучшее звучание.
Как более простое устройство (меньшее количество внутренних элементов), он дает потенциальные возможности для достижения лучшего звука (меньше искажений).
Но существует множество факторов, которые влияют на работу цифро-аналогового конвертера любого типа:
- качество питания (шум и изменения),
- проблемы аналогового фильтра и других компонентов,
- отклонения частоты и амплитуды тактового генератора,
- нечеткость границ тактового сигнала,
- другие.
Для non oversampling DAC очень важным является качество внешнего ресемплинга.
Если high resolution audio записи используются для проигрывания на NOS ЦАП, то это может привести в слышимом частотном диапазоне к увеличению интенсивности продуктов интермодуляционных искажений ультразвука по причине нелинейности аналогового тракта и более "мягкой" фильтрации без цифрового фильтра.
Вывод: качество звука NOS DAC vs другие типы ЦАП зависит от реализации устройств.
Список NOS DAC
Предупреждение: Это не рекоммендации. Это не полный лист. Это не реклама и не предложение. Это только примеры NOS DAC. Список может содержать ошибки и некорректную информацию. Обязательно проконсультируйтесь с производителем/продавцом ЦАП о наличии в нем NOS функциональности.
| Производитель | Модель |
| Acoustic Plan | |
| DigiMaster | |
| Audial | |
| Model S USB | |
| Audio-GD | |
| R2R 1 | |
| R2R 2 | |
| R2R 7 | |
| Audio Note | |
| DAC 0.1x | |
| DAC 1.1x/II | |
| DAC 2.1x | |
|
|
|
| DAC 5 Special | |
| dB Audio Labs | |
| Tranquility USB DAC | |
| Junilabs | |
| Jundac Two | |
| Metrum | |
| AMETHYST | |
| ONYX | |
| JADE | |
| PAVANE | |
| ADAGIO | |
| MHDT Labs | |
| Atlantis | |
| Pagoda | |
| Stockholm 2 | |
| Orchid | |
| Canary | |
| Istanbul | |
| Mojo Audio | |
| Mystique | |
| Promitheus Audio | |
| Solid State DAC | |
| Tube DAC | |
| Sakura Systems | |
| Model 4705 Gemini | |
| TeraDak | |
| TDA1543 NOS DAC-V2.6D | |
| TDA1543 NOS DAC-V3.1D | |
| TDA1543 NOS DAC-V4.0 | |
| TDA1543 NOS DAC-V4.1D | |
| TDA1543 NOS DAC-V4.5 | |
| Vinnie Rossi | |
| LIO DSD/PCM DAC (with LIO DAC 2.0) |
Выводы
- NOS DAC позволяет избавиться от артефактов звона цифрового фильтра.
- Могут возникнуть трудности с наличием записей на собственной частоте дискретизации non-oversampling DAC.
- Апсемплинг записей может иметь проблемы:
- разница в качестве звука различных конвертеров частоты дискретизации,
- способность музыкального плеера к воспроизведению файлов в режиме bit-perfect (отправить на ЦАП содержимое аудио файла без изменений),
- дополнительный расход электроэнергии (при ресемплинге в реальном времени).
- Для снижения интермодуляционных искажений некоторых аудио систем может быть использована ультразвуковая фильтрация (удаление ультразвука) при апсемплинге записей.
- Также ЦАП имеет другие аспекты, которые влияют на финальное качество звука (стабильность тактового сигнала, напряжение питания, прочее). Таким образом, схема non-oversampling цифро-аналоговый преобразователя не улучшает звук сама по себе.
Автор: Юрий Корзунов,
основатель, разработчик Audiophile Inventory.