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  #1  
Alt 28.04.2014, 17:19
sincos sincos ist offline
Gewerblicher Teilnehmer
 
Registriert seit: 27.04.2014
Beiträge: 512
Standard Optimales Rekonstruktionsfilter für NOS

Mittlerweile hat es sich herumgesprochen, dass NOS (Non Oversampling) DACs besser klingen als solche, die mit so genanntem Oversampling arbeiten, d. h., mit einer in der Regel 4-fach erhöhten Taktfrequenz und einem digitalen FIR-Filter höherer Ordnung als „Rekonstruktionsfilter“. Warum NOS deutlich besser klingt, ist leicht zu verstehen:

1. Die Anforderung an die Taktgenauigkeit beträgt bei 44,1kHz / 16Bit etwa +-150ps (10 hoch -12 Sekunden), damit das letzte Bit gerade noch reproduziert werden kann. Bei 4-fach Oversampling erhöht sich die Anforderung an die Taktgenauigkeit entsprechend, sodass CD-Player mit Oversampling auch bei größtem schaltungstechnischem Aufwand kaum die 16-Bit-Genauigkeit erreichen!

2. Jedes digitale FIR-Filter höherer Ordnung erzeugt hörbare Verzerrungen im Obertonbereich (Klangechos).

3. Eine Samplingfrequenz von 44,1 kHz ist vollkommen ausreichend, um die ganze Information, die das menschliche Ohr erfassen kann, in digitalisierter Form abzuspeichern. Die Schwierigkeit besteht allein darin, das digitalisierte Signal vollständig zu rekonstruieren. Wie dies auf verblüffend einfache Art gelingt, wird im Folgenden erklärt.

Das absolut beste Rekonstruktionsfilter für die „Treppe“ am Ausgang eines DAC ist das menschliche Ohr! Es besteht keine Notwendigkeit, die Spiegelfrequenzen oberhalb des Hörbereichs mit einem extrem steilflankigen Tiefpassfilter (ob digital oder analog) zu unterdrücken. Allerdings ist es aus zwei Gründen ebenso unsinnig, auf eine elektronische Filterung ganz zu verzichten:

1. Die nachfolgende Verstärkerelektronik kann in der Regel Signalfrequenzen bis zu 200kHz verarbeiten; alles, was darüber hinausgeht, sollte gar nicht erst in den Verstärkereingang gelangen.

2. Ein mit 44,1kHz gesampletes Audiosignal hat prinzipbedingt einen Höhenabfall, der bereits bei 10kHz beginnt und am Ende des Hörbereichs -3,2dB beträgt.

Ein optimales elektronisches Filter hinter einem NOS-DAC muss also so bemessen sein, dass es die hochfrequenten Signalanteile so weit dämpft, dass die nachfolgende Verstärkerelektronik nicht gestört wird, und gleichzeitig muss der durch die Quantisierung bedingte Höhenabfall kompensiert werden. Es empfiehlt sich, die folgende Simulationsschaltung, mit der alle wesentlichen Effekte und Zusammenhänge untersucht werden können, für die nachfolgende Erklärung auszudrucken (möglichst auf DIN-A3):

http://www.swupload.com//data/SaH_140415_asc.pdf

Oben sind zwei idealisierte Sample and Hold Schaltungen simuliert; die erste mit einer Abtastrate von 176,4 kHz (Periodendauer: 5,66893us) und die zweite mit 44,1 kHz (Periodendauer: 22,6757us).

Darunter sind zwei IU-Wandler / Tiefpassfilter 3. Ordnung gezeichnet, wobei das erste Filter (f1) in ähnlicher Dimensionierung (Bessel-Charakteristik) in den allermeisten kommerziellen CD-Playern mit Oversampling zu finden ist. Die genaue Dimensionierung entspricht im Original dem Revox B225, der für einen ersten Praxistest auf NOS-Betrieb umgebaut wurde. Die zweite Filterfunktion (f2) unterscheidet sich „nur“ durch die Dimensionierung der Kondensatoren, die so bemessen sind, dass der im NOS-Betrieb auftretende Höhenabfall exakt kompensiert wird.

Die Schaltung unten erzeugt das Testsignal, bestehend aus 24 reinen Sinusschwingungen gleicher Amplitude (jeweils -10dB), in logarithmischer Verteilung von 1kHz bis über 20kHz. Der Operationsverstärker U6 bildet das Summensignal (s24), welches über die spannungsgesteuerte Spannungsquelle E1 niederohmig in die beiden Sample and Hold Schaltungen eingespeist wird.

Ohne analoge Tiefpassfilterung ergeben sich die folgenden Frequenzgänge:

http://www.swupload.com//data/SaH_140415_44u1_fft.pdf

http://www.swupload.com//data/SaH_140415_176u4_fft.pdf

Der Höhenabfall bei einer Samplingfrequenz von 176,4kHz ist deutlich geringer; wird aber der analoge Bessel-Tiefpass (f1) dahinter geschaltet, ist er schon nicht mehr als „unerheblich“ zu bezeichnen und es schiebt sich der berühmte „Vorhang“ vor das Musikgeschehen:

http://www.swupload.com//data/SaH_140415_f1_fft.pdf

Das ist also der tatsächliche Frequenzgang der allermeisten kommerziellen CD-Player. Zu beachten ist weiterhin, dass die 176.400 Sample pro Sekunde auf der CD gar nicht vorhanden sind, sondern 132.300 Sample pro Sekunde künstlich von einem „Digitalfilter“ erzeugt werden, der die in den 44.100 originalen Samples enthaltene Information nicht etwa erhöht, sondern im Gegenteil verfälscht und verzerrt.

Betrachten wir nun den Frequenzgang des mit 44,1kHz gesampleten Signals hinter dem optimierten Analogfilter (f2):

http://www.swupload.com//data/SaH_140415_f2_fft.pdf

Der durch die Digitalisierung bedingte Höhenabfall ist vollständig kompensiert und die nachfolgende Verstärkerelektronik ist ausreichend von hochfrequenten Störsignalen befreit. Der Klangunterschied zwischen NOS ohne Analogfilter und NOS mit optimiertem Analogfilter (f2) ist noch einmal so groß wie der Unterschied zwischen Oversampling und NOS! Es lüftet sich auch der letzte Vorhang vor dem Musikgeschehen und die feinsten musikalischen Details werden – erstmals! – hörbar. Der typisch „künstliche“ CD-Sound ist gänzlich verschwunden, die Musik klingt vollkommen „analog“.

Die beiden Filterfunktionen (f1) und (f2) im Vergleich:

http://www.swupload.com//data/SaH_140415_f1_f2.pdf

Wer jetzt mit dem typischen Vorurteil kommt, dass eine Tschebyscheff-Funktion im Audio-Signalweg nichts zu suchen habe, kann sich anhand der folgenden Plots eines Besseren belehren lassen:

http://www.swupload.com//data/SaH_140415_4m5-4m8_plot.pdf

http://www.swupload.com//data/SaH_140415_9m9-10m1_plot.pdf

Das analoge Originalsignal (dunkelgrün) wird gleichzeitig mit 176,4kHz (hellbraun) und 44,1kHz (rot) abgetastet. Das rekonstruierte Signal (f1) ist dem analogen Original zwar ähnlicher als das rekonstruierte Signal (f2); jedoch hat die Funktion f1 stets eine zu geringe Amplitude, während die Funktion f2 immer genau so weit überschwingt, dass der über die Zeit gemittelte Effektivwert exakt dem analogen Original entspricht!

Die in den Plots gewählte Zeiteinteilung auf der x-Achse von 25us entspricht der halben Periodendauer von 20kHz, der höchsten vom Ohr wahrnehmbaren Frequenz. Der genaue Kurvenverlauf innerhalb des 25us-Rasters bleibt absolut unhörbar; entscheidend ist allein der über die Zeit gemittelte Effektivwert, und zwar in einem Zeitraster von etwa 2ms – die 6,7-fache Zeitspanne von Plot1 (300us), bzw. die 10-fache Zeitspanne von Plot2 (200us)!

Selbstverständlich lässt sich auch für jede höhere Samplingfrequenz die jeweils optimale analoge Tiefpassfunktion dimensionieren. Das ist jedoch für die Wiedergabe von Musik vollkommen überflüssig, denn wir hören nun einmal „nur“ bis 20kHz, und dafür ist eine Abtastrate von 44,1kHz vollkommen ausreichend.
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  #2  
Alt 10.01.2015, 00:06
sincos sincos ist offline
Gewerblicher Teilnehmer
 
Registriert seit: 27.04.2014
Beiträge: 512
Standard

Hier das Endprodukt:

http://www.audio-optimum.com/#!nos-dac/

Bisher konnte nichts annähernd klanglich Vergleichbares gefunden werden, unabhängig vom Preis.

Wer glaubt, dass das noch besser geht, muss es im Hörtest beweisen!
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  #3  
Alt 10.01.2015, 00:15
Thelemonk
 
Beiträge: n/a
Standard

Na dann: herzlichen Glückwunsch und viel Spaß beim hören.

Viele Grüße
Thelemonk
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  #4  
Alt 10.01.2015, 22:45
Truesound Truesound ist offline
 
Registriert seit: 29.07.2011
Beiträge: 3.527
Standard

Zitat:
Zitat von Thelemonk Beitrag anzeigen
Na dann: herzlichen Glückwunsch und viel Spaß beim hören.

Viele Grüße
Thelemonk
__________________
Wer in Zukunft nur noch mit der Maus wild herumklickt und irgend etwas erzeugt, von dem er garnicht wissen will, wie es zu Stande kommt, ist leider nur ein Anfänger in einer Welt, in der alles schon einmal da war -auch Fachleute. (Karl-Hermann von Behren)
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  #5  
Alt 11.01.2015, 00:34
Wonneproppen Wonneproppen ist offline
Missetäter
 
Registriert seit: 19.12.2013
Beiträge: 3.435
Standard

Zitat:
Zitat von sincos Beitrag anzeigen
Bisher konnte nichts annähernd klanglich Vergleichbares gefunden werden, unabhängig vom Preis.
Oh Gott, so schlimm?
__________________
"Wer herausgeht, muß auch wieder hereinkommen."
Herbert Wehner
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  #6  
Alt 11.01.2015, 08:46
Lani Lani ist offline
 
Registriert seit: 30.12.2013
Beiträge: 1.541
Standard

Ist das nun was Neues, oder ist das die Geschichte vom April 2014?

http://www.hifi-forum.de/viewthread-83-4285.html#top
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  #7  
Alt 11.01.2015, 22:44
sincos sincos ist offline
Gewerblicher Teilnehmer
 
Registriert seit: 27.04.2014
Beiträge: 512
Standard

Zitat:
Zitat von Lani Beitrag anzeigen
Ist das nun was Neues, oder ist das die Geschichte vom April 2014?

http://www.hifi-forum.de/viewthread-83-4285.html#top
Das ist:

1. Die bis ins Detail theoretisch durchdachte und praktisch jederzeit hörbare Widerlegung aller dummen Vorteile, die im "hifi-forum" von irgendwelchen Wichtigtuern geäußert wurden.

2. Der derzeitige Stand der Technik für die Musikwiedergabe, solange es noch keine echte 18Bit-Auflösung im Audio-Bereich gibt. Warum vorgebliche "24Bit"-Delta-Sigma-Wandler nicht einmal die Klangqualität eines richtig konstruierten 14Bit-NOS-Wandlers erreichen, wird in der Produktbeschreibung ausführlich erklärt und kann auch jederzeit vorgeführt werden.
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  #8  
Alt 11.01.2015, 23:01
stefansb stefansb ist offline
 
Registriert seit: 05.01.2014
Beiträge: 58
Standard

Das ist ja ein sehr interessanter Firmenverbund:

Tankstellenbau,
Umweltservice,
Abscheider,
Garten- und Landschaftsbau,
Handel und Service für Baumaschinen - Stapler - Fahrzeuge,

und jetzt:

Lautsprecher und DAC-Wandler.

Sehr vielseitig.
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  #9  
Alt 12.01.2015, 00:55
sincos sincos ist offline
Gewerblicher Teilnehmer
 
Registriert seit: 27.04.2014
Beiträge: 512
Standard

Zitat:
Zitat von stefansb Beitrag anzeigen
Das ist ja ein sehr interessanter Firmenverbund:

Tankstellenbau,
Umweltservice,
Abscheider,
Garten- und Landschaftsbau,
Handel und Service für Baumaschinen - Stapler - Fahrzeuge,

und jetzt:

Lautsprecher und DAC-Wandler.

Sehr vielseitig.
Vielen Dank für die Bestätigung: Wenn gar keine Vorurteile mehr haltbar sind, um ein Produkt schlecht zu machen, kann man sich immer noch an Fisimatenten hochziehen. Die Audio-Optimum GmbH iG hat nur noch keine Handelsregister-Nr. zugewiesen bekommen; deshalb steht die Conta ProNat GmbH (die Firma meines Geschäftspartners, die die Entwicklung vorfinanziert hat) noch im Impressum. Erst wenn die neue GmbH ordnungsgemäß eingetragen ist, geht die Nullserie an Fachredaktionen und ausgewählte Fachhändler, weil auch die sich immer gern an Fissimatenten hochziehen, wenn es technisch nichts zu bemängeln gibt.
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  #10  
Alt 12.01.2015, 01:04
cucera cucera ist offline
 
Registriert seit: 21.04.2013
Beiträge: 1.080
Standard

Wenn ich ein NOS wollte, wäre es eher ein gebrauchter Theta pro Gen V, denn Mike Moffat wusste zumindest was er tat. Und wenn es unbedingt ein neuer NOS Sein Muss dann Audio GD Master 7, der hat zumindest eine stabile USB Anbindung. Und beides deutlich billiger und mithören Komponenten ausgestattet als das kleine Kästchen hier.
__________________
Beste Grüße
Dan

----------------------------------------
parttime audiophile parttime sceptic

Geändert von cucera (12.01.2015 um 01:13 Uhr).
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