Het geheim van de mapper
Onder de lezers zijn wellicht ook digibeten en atechnische personen. Niets mis mee. Je hebt dan kennelijk competenties op een ander vlak. Zij kunnen in ieder geval dit stukje impressionistische techniek overslaan.
In de basis is de Ring DAC een ladder DAC. Dat is de meest simpele manier om digitaal om te zetten in analoog. Het plaatje laat een ladder DAC zien voor een 4-bit code. Deze code wordt aangeboden aan de vier ingangen van de DAC (zie het plaatje bij A). Bijvoorbeeld honderd keer per seconde. Elke sectie van de DAC heeft een schakelaar en een weerstand. Bij elke aangeboden code gaan de schakelaars staan zoals de code bepaalt. Bijvoorbeeld 1011 (dicht, open, dicht en dicht). Uit elke schakelaar komt een spanning. De opgetelde spanningen gaan het analoge signaal vormen dat via B naar de versterker gaat. Daartussen zit dan nog een filter. Nou heeft de basis ladder DAC die met spanningen werkt nadelen. De Ring DAC van dCS is dan ook gebaseerd op een meer geavanceerde manier van schakelen. Daarbij worden current sources (stroombronnen van gelijke waarde) geschakeld tussen twee uitgaande lijnen. Zonder verdere toelichting is die ‘gelijke waarde’ een essentieel onderdeel van de Ring DAC. De 4-bit DAC uit het plaatje werkt zodanig dat elke current source door steeds dezelfde bit wordt geschakeld. De dCS Ring DAC heeft geen vier maar 48 current sources. De uiterst slimme en toegevoegde truc is dat voor dezelfde bit niet steeds dezelfde current source wordt geschakeld. De software van de Ring DAC kan dezelfde bit aanbieden aan bijvoorbeeld drie verschillende current sources. Je krijgt dan drie keer een iets verschillend resultaat aan de uitgang van de schakelaars, maar als daar het gemiddelde van wordt genomen middel je de fouten uit. Die fouten ontstaan omdat de weerstanden in een ladder DAC nooit voor 100% gelijk zijn in waarde. Ook veroudering van componenten speelt een rol en de steeds wisselende temperatuur. Het resultaat is dat de lineaire vervorming van het signaal extreem laag is, dus een enorme detaillering en schoonheid van het geluid. Het principe van de Ring DAC is trouwens gebaseerd op wat in de techniek een ‘fully decoded DAC’ heet. De basis daarvan werd gepubliceerd in 1926 (U.S. Patent 1,608,527). Dat is leuk, want het was een 5-bit DAC met weerstanden die schakelden met relais. In 1926 kwam HMV (His Master’s Voice) met de 461 grammofoon, de opvolger van de commercieel niet succesvolle 460 Lumiere. Misschien was de wereld toen al toe aan digitaal geluid.
Hoe verdeel je de bits nou over die 48 beschikbare current sources (schakelaars)? Hier komt die geheimzinnige mapper kijken. De mapper ontvangt steeds een code van 5 bits aan de ingang. Voordat de digitale code bij de mapper komt, is er eerst sprake van upsampling. Namelijk naar 706,8 kHz of 768 kHz. Het voordeel daarvan is dat de ‘quantization noise’ verdeeld wordt over een groter frequentiebereik. Vervolgens is er een modulator stage of zogenaamde noise shaper. Met oversampling en een noise-shaper maak je het mogelijk dat een converter met hogere resoluties kan werken. De modulator werkt met 5 bits. Het is een bitreductietechniek waardoor de ruis afneemt. De snelheid waarmee de modulator werkt is tussen de 2.822 MHz en 6.144 MHz. De snelheid is afhankelijk van onder andere de sample rate van het muzieksignaal dat aangeboden wordt en van bepaalde settings. Mogelijkerwijs is hier sprake van ‘adaptive delta modulation’, met bijbehorende voordelen zoals een betere signaal-ruisverhouding en dynamics. Het 5-bit signaal wordt dan aan de mapper aangeboden. De mapper is een stukje software. Het verdeelt elke bit (uit die vijf stuks) op een bepaalde manier over de 48 beschikbare ‘schakelaars’ in de DAC. Als je de software van de mapper bestudeert, dan zie je een lijstje met allemaal ‘rules’. Dat zijn richtlijnen over hoe die bits verdeeld moeten worden. Vervolgens zit er in de mapper een stukje logica voor de verdeling van de binnenkomende bits, die afhankelijk is van de gekozen ‘rules’. Je zou dat een router kunnen noemen. Je kunt met bepaalde rules zelfs de fouten in de conversie buiten het waarneembare audiogebied leggen. Het geheim van de mapper zit dus in die rules en in de beslisboom die bepaalt welke rules gevolgd worden in welke situatie. Je zou verwachten dat de mappersoftware ook nog een meetfunctie met terugkoppeling heeft. De mapper maakt een keuze over de verdeling van de bits. Je zou willen weten of die verdeling inderdaad het meest optimale signaal biedt en dan eventueel terugkoppelen naar de router en ‘rules-keuze’. Als je in een enkele zin zou willen zeggen hoe de dCS-converter werkt, dan kun je opmerken dat deze software in staat is om de fouten van de ladder DAC te minimaliseren en/of te verplaatsen naar onhoorbare gebieden, door de binnenkomende bits volgens een complex algoritme te verdelen over die DAC, waardoor de fouten uitgemiddeld worden en dus dichter bij de ideale (lage) waarde liggen.
Na de DAC komt de filtering. Veel DACs gebruiken de ‘one size fits all’ filtering, dus hetzelfde filter voor alle aangeboden digitale resoluties. Het zal bekend zijn dat filtering ook reststoringen oplevert die zich manifesteren in het voor ons waarneembare deel van het audio-spectrum. Het issue is dat de filtering een relatie heeft met de samplefrequentie van het signaal. De Ring DAC heeft dus voor elke samplefrequentie een eigen filter. Die kunnen door de gebruiker gekozen worden, want daar kan ook nog een bepaalde voorkeur aan vastzitten.
Tot nu toe gaat dit verhaal over software. Maar dCS positioneert de APEX-techniek nadrukkelijk als een hardware upgrade. Dat klopt. Er is een grote verandering in de analoge uitgangs-elektronica. Ook is het waarschijnlijk dat er veranderingen zijn in de elektronica van de ladder DAC, maar dat is aan de print lastig om te beoordelen. Laten we het er dus op houden dat APEX staat voor de hardware, maar dat ook de software functionaliteit aan de kant van de mapper is uitgebreid.
Reacties (0)