Wat gebeurt er onder de kap? De werking van DAC’s

De chip als hart

Het hart van een digitaal naar analoog omzetter – dac – is een… ja: dac-chip. Er zijn heel wat fabrikanten van dac-chips, maar de meest bekende zijn toch wel TI (Texas Instruments, voorheen Burr Brown), ESS, AKM en Cirrus.Er zijn natuurlijk meer fabrikanten. Zeker vroeger. Denk aan het Hollandse Philips die toch wat mooie chips op zijn naam heeft gezet in de jaren ’80 en ’90 (TDA1541).

Een handvol maakt zijn eigen custom chips. Denk aan Metrum (Transient), MSB en bijvoorbeeld Total-dac. Dit zijn vaak zogenaamde NOS-dacs volgens een R-2R opzet of een resistor ladder. Het is mogelijk om zelf op die manier een dac te maken. Het is echter heel veel werk en de kwaltieit van de weerstanden is in heel grote mate bepalend voor de prestaties van de dac en dus de klank.

Klankverschil

Wie Alpha vaker leest, weet dat we soms weleens melden dat we kunnen horen dat er een bepaalde chip in een dac is verwerkt. Burr Brown met name kunnen we er soms wel uitpikken (iets meer ‘ballen’). En somige modellen van ESS ook: die zijn weer zeer precies en snel, al kan dat ook richting analytisch gaan. Het verschil is echter wel subtiel.

Daniel Weiss meldt hierover:

If you compare DAC chips over some decades I would expect audible differences. The modern high performance DAC chips converge in their performance. Some chips are designed for special characteristics, like e.g. some Burr Brown chips which exhibit 2nd harmonic distortion, mainly. For a nice sonic character.

Vertaald komt dat neer op: als je chips van de afgelopen decennia gaat vergelijken, kan je veschillen waarnemen. De moderne high-performance chips liggen heel dicht bij elkaar als het gaat om prestaties. Sommige chips hebben wel een karakteristiek meegekregen. Denk aan bijvoorbeeld Burr Brown (nu Texas) die een beetje meer 2de harmonischen hebben meegekregen voor wat prettige kleuring.

Guido Tent en Eelco Grimm zeggen:

Vervorming in vele varianten en ruis. Vervorming kan hem in het analoge deel zitten, in het deel dat de samples uitklokt, in het ontwerp van de sigma delta modulator en in de resolutie van het digitale filter. En verder bijvoorbeeld in de mate waarin voedingsruis onderdrukt wordt richting de analoge uitgang of in beïnvloeding van jitter binnen in de chip.

Dé factor?

Is de dac-chip dan allesbepalend voor de klank van een dac? Nee. Zeker niet. Er zijn talloze factoren die ook meespelen. Denk aan voeding, klokking en niet te vergeten: de analoge uitgangstrap. Daar is iedere ontwikkelaar het wel over eens, hebben we gelezen in de antwoorden.

Guido Tent en Eelco Grimm vermelden over de hiërarchie:

Een ketting is zo sterk als de zwakste schakel. Er zijn goede en minder goede DAC chips en als je er een kiest die geoptimaliseerd is op prijs of stroomverbruik in plaats van geluidskwaliteit, dan kan het zeker de zwakste schakel zijn. In veel gevallen is de DAC chip het onderdeel in de converter dat met de meeste kennis van zaken is ontworpen. Het zal dan de sterkste schakel zijn. Dan kun je dus met recht stellen dat andere onderdelen (voeding en klok bijvoorbeeld) meer aandacht verdienen en dus belangrijker zijn.

Een van onze vragen is: wat kan een digitaal signaal negatief beïnvloeden. De partijen waren het hier wel over eens: jitter en filtering komen beide overal boven. Jitter kan een gevolg zijn van allerhande zaken. Denk aan slechte voeding of gewoon een slecht kristal of een slecht circuit. We hebben de experts uiteraard gevraagd wat zij te zeggen hebben over de hoorbaarheid van jitter. Hoe zou het zich uiten? Is het wel hoorbaar?

Ted Smith – de dac-engineer van PS Audio – zegt over jitter:

The effects can be quite disparate depending on the specifics of the spectrum of the jitter, some examples: music can become much less involving, you might feel that the base isn’t as firm, you might hear some HF noise that reminds you of an mistuned radio (if you remember tuning radios 🙂 ), or that there’s a “digital”ness to the sound – perhaps a little harshness or edge on the music.

Vertaald komt dat neer op: De effecten kunnen verschillen en zijn afhankelijk van het spectrum van de jitter. Een voorbeeld: muziek kan afstandelijker klinken. En het laaggebied kan wat ‘sloppy’ en minder krachtig klinken. Het kan ook zijn dat er wat hoogfrequente ruis hoorbaar is. Net als een slecht afgestemde radio. Of dat het geheel gewoon wat ‘digitaal’ klinkt. Denk aan randjes of hardheid in de weergave.

En Cees Ruijtenberg meldt over de manifestatie van jitter:

In extreme zou een piano als een honkytonk piano gaan klinken maar is veel subtieler. Het omgekeerde, reductie van jitter , levert een betere focussing en verfijning van het geluidsbeeld op.

Daniel Weiss antwoord:

A compromised stereo stage width can be related to high jitter. Jitter influences high frequencies to a higher extent. The spectrum of the jitter is important. E.g. if it is like white noise the effect of jitter is a rise in the noise floor, which usually is not a problem. So a high jitter figure does not tell much if the spectrum is not known.

Vertaald: een aangetast stereobeeld (smaller) kan te herleiden zijn naar jitter. Jitter heeft vooral impact op hogere frequenties. Echter is het spectrum van jitter heel belangrijk. Als het als witte ruis is, verhoogt het simpelweg de ruisvloer. En dat hoeft niet erg te zijn. Een hoge jitterwaarde zegt dus niets als je het spectrum niet weet.

En Guido Tent en Eelco Grimm zeggen over jitter:

Mensen beschrijven het vaak als de ‘digitale klank’ van digitaal. Er zijn verschillende soorten jitter met elke een eigen karakter, maar bekende verschijnselen zijn een hard hoog, slechte ruimtelijke plaatsing, een weinig gedefinieerd laag en het gevoel dat de muzikanten niet goed samenspelen (een slechte ‘pace & rhythm’). Over het algemeen gaat het om onrust en een niet natuurlijk geluid.

Vaak zorgt het een voor het ander: een instabiele voeding zorgt voor een instabiele klok. En die zorgt er dus voor dat de dac-chip niet lekker zijn werk kan doen. Tel daar een matige uitgangstrap bij op (of een hoge ruisvloer vanwege matige voeding) en de hele dac klinkt slecht.

Gerelateerde artikelen

Review Primare i35 met DM36 dac-board

Grimm Audio MU2 - Een Major DAC herontwerp

Review Earmen stack - CH-Amp - Tradutto DAC - PSU-3 voeding