In de basis gaat het er niet om welke technieken worden gebruikt, maar de manier waarop je die implementeert. Met dezelfde buizen en UGT’s (uitgangstrafo’s) kun je een heel goede of een heel slechte versterker bouwen. In conversieland gaat de strijd een beetje tussen ontwerpers die het algoritme in FPGA’s stoppen en degenen die kant en klare ‘chips’ kopen bij de grote halfgeleiderfabrikanten. De gedachte is dat als je zelf de conversie programmeert, er dan een voorsprong zou zijn in de conversiekwaliteit. Als je een volledig inzicht zou hebben in het hele conversieproces, dan is daar iets voor te zeggen.
Moon 780D: allerbeste dac van dit moment
De vraag is of we anno 2017 alles hierover weten. Daar komt bij dat de eindkwaliteit van een converter nog door veel andere technische variabelen wordt bepaald. Het uitgangspunt voor de 780D is de Sabre ES9018 32-bit reference dac. Het is niet ver naast de waarheid om deze chip te zien als de allerbeste dac die momenteel beschikbaar is. Niet alleen gericht op consumentenproducten, maar ook op de professionele wereld waar de eisen even een paar niveaus hoger liggen. De technische specs van de ES9018 behoren momenteel bij de beste van de wereld. In principe is deze dac bedoeld voor mono, stereo of 8-kanaals.
Het dynamisch bereik is maximaal (135dB mono, >130dB in stereo en 129dB 8-channel), de vervorming extreem laag (-120dB) en het uitgangssignaal is nagenoeg vrij van jitter. De dac is geschikt voor pcm en dsd, heeft een ingebouwde volumeregeling en programmeerbare filters. In het onderstaande zijn de belangrijkste ontwerp-features beschreven die een oplossing bieden voor bestaande problemen met de conversie. De genoemde prestaties worden onder andere bereikt door het uitbannen van zoveel mogelijk analoge schakelingen op de chip en het vereenvoudigen van wat daarvan nog noodzakelijk is. In een standaard dac arriveren (digitale) signalen die ‘gestuurd’ worden door middel van een transport clock.
Dat mechanisme is een bron van veel jitter. Via een PLL wordt de jitter dan verwijderd en het signaal wordt ‘ge-upsampled’ naar een nieuw clock domain (32-bit/384kHz ingeval van de ES9018). Nadelen van deze benadering zijn de beperkte dynamische range en ruis. Normaal gesproken gebeurt het re-samplen onder invloed van de tijdsconstante van het oversampling filter. Maar, je moet dan beslissen op welke edge van de high speed clock je die data gaat gebruiken. Die keuze is altijd fout, met als gevolg ruis. ESS pakt het net iets anders aan en heeft een patent op de sample rate conversie. Die is bit-perfect, heeft een dynamische range van >175dB (dus geen waarneembare ruis) en een zeer lage vervorming.
Moon 780D: de volgende stap
De volgende stap betreft de jitter reduction. Die is ook geheim en resulteert in een 100% jittervrij signaal aan de uitgang van de dsp-engine (en alvorens de conversie-schakeling te bereiken). De output zit dus exact in de juiste clock edge van de high speed clock. Dat betekent meteen dat als de 780D de zogenaamde end-node is, er geen enkele invloed uitgaat van ‘digitale’ kabels en netwerkkabels met zogenaamde jitter-reduction. Hoewel in een ‘digitale kabel’ het transport feitelijk analoog is, gelden die kabel-
eigenschappen niet zomaar voor een ‘digitaal’ signaal. Het signaal en de verdere processing zijn namelijk fundamenteel anders. Dat maakt dat er theoretisch gezien geen verschillen in geluidskwaliteit kunnen ontstaan tussen ‘digitale’ kabels die voldoen aan de specs voor een bepaalde toepassing. Een volgend geheim voor goed geluid zit in de modulator. De zogenaamde HyperStream modulator kan opereren tot 100% modulatie-diepte. De gemiddelde noise-shaping modulator bereikt 50% en laat dan al een toenemende ruis zien. Die ruis is ook nog non-monotoon. Dat beperkt het bruikbare gebied tot 30%.
Vertaald in gewoon Nederlands staat er dus dat de meeste delta-sigma modulators een slechte signaal-ruis verhouding hebben. Een ander probleem met die modulators betreft het non-lineaire gedrag bij het weergeven van transiënts. Dat neemt u waar bij vrijwel alle goedkope dacs op de markt als een soort onnatuurlijk geluid tijdens het optreden van transiënts. De Sabre-modulator behandelt de muzieksignalen rondom een transiënt in dezelfde zogenaamde ‘state space’. Dat is dezelfde quantisatie-ruis-omgeving.
Moon 780D: hoorbare afwijkingen vermeden
Daarmee worden die hoorbare afwijkingen vermeden. De laatste stap in het conversieproces wordt uitgevoerd in de analoge dac. ESS ontdekte dat er een zeer gevoelige relatie is tussen de dac en de voeding. Een foutje hier kan weer veel ruis veroorzaken (vermindering van de dynamische ruimte). De Sabre chip heeft een aansluiting genaamd AVcc. Die is bedoeld voor een externe referentiespanning. Zo te zien wordt er op het board van de 780D gebruik gemaakt van een kleine versterkerschakeling. Daarmee wordt voorkomen dat er alsnog ruis binnenkomt via de voeding.
Een laatste probleem is de overdracht van het digitale signaal vanuit de DSP-engine naar de dac. De dac ontvangt het signaal via de zogenaamde CMOS-inverter. Het signaal wordt daar als het ware in ‘getimed’ via de sampling gate. De timing en het mogelijke ontstaan van jitter tijdens deze processtap is hier sterk afhankelijk van de clock. Zaak is om bij die timing elke data-afhankelijke afwijking van het clocksignaal te onderdrukken. Kijkend naar de architectuur van de Sabre chip, zijn er acht dacs aanwezig (zogenaamde dac-channels). Elke dac heeft dus sampling gates met een verbinding naar de clock.
Het zal duidelijk zijn dat de lay-out van die clock-lines in de chip de nodige hoofdbrekens heeft gekost. Elk ‘dac-kanaal’ bevat zelf twee dacs die in een ‘balanced’ configuratie zijn geschakeld. Hierdoor is een niveau van common noise reduction bereikbaar. Feitelijk zijn er dus 16 dacs in de chip. Die zijn configureerbaar. Als de chip in stereo wordt gebruikt, dan worden per kanaal vier dac-channels parallel geschakeld. Dat kan gedaan worden in de configuratie-registers van de chip.
Moon 780D: volle maan
Moon heeft de configuratie van de ES9018 dus in stereo-mode geschakeld. Rekenkundig ontstaan er dan twee 8-bit dacs met de eerder in dit verhaal genoemde specificaties. U kunt zelf eventueel experimenteren. De chip is los te bestellen bij ESS. Voeding bouwen, clock toevoegen en eventueel een Amanero USB-card bestellen en u bouwt uw eigen Moon-converter. Wordt misschien niet helemaal volle maan....
Als u echt kritisch gaat luisteren naar de Moon en naar een willekeurig andere delta sigma converter, dan hoort u een belangrijk en duidelijk waarneembaar verschil. Bij veel converters volgt de ruis het muzieksignaal. Een transiënt wordt als het ware gevolg door een soort staart van ruis, maar dat geldt ook voor de rest van het muzieksignaal. Wie goed naar de Moon luistert, zal horen dat muzieksignalen en ruis geen correlatie hebben. Dat was trouwens het eerste dat opviel tijdens het beluisteren van deze converter. Dat maakt van uw recensent een doorgeslagen audiofiel. Je kunt beter naar muziek luisteren en niet naar ruis.
