Análisis de procesadores digitales

¿Quince años? ¿Han pasado realmente 15 años desde que revisé lo que entonces era el procesador D/A insignia de la compañía inglesa Chord Electronics? En la edición de julio de 2002, así es como resumí mi revisión del DAC64 de acordes: “Si bien el DAC64 de Electrónica de acordes es indudablemente caro, es increíblemente hermoso. . . . muchos oyentes deben encontrar sus agudos sedosos y suaves seductores, así como sus mínimos ligeramente más grandes que la vida.”Cómo cambian los tiempos y los precios—¡el “indudablemente caro” DAC64 cuesta solo 3 3040! Hice un par de críticas al DAC64 en mi revisión, pero según Wes Phillips, en su revisión de agosto de 2007 del DAC64 revisado de Chord, “el Coral Blu y el Coral DAC64 son, juntos, el reproductor de CD por el que los amantes de la música hemos orado durante mucho tiempo”, incluso si, cinco años después de mi propia revisión, el precio del DAC64 había subido a 5 5000.

Luego, a finales de 2015, en un evento en el minorista de Manhattan Stereo Exchange para presentar el impresionante amplificador de auriculares portátil D/A little Chord Mojo (que revisé en nuestro número de febrero de 2016), vi una muestra de producción temprana del DAVE. El DAVE, para Veritas Extremis Analógico Digital (La verdad en Extremo), dice su diseñador, Rob Watts, que es el DAC de mayor rendimiento que viene de Chord, pero a un precio: cuesta $10,588.

Hice una nota mental para poner el Acorde de DAVE en mi lista de “revisión obligada”.

Descripción
Sin su soporte a juego, el DAVE se encuentra en un recinto rectangular relativamente pequeño pero sin duda elegante con lados redondeados que es superficialmente idéntico al del DAC64. Mientras que el DAC más antiguo tenía una pequeña ventana de vidrio convexa en su parte superior, el panel superior del DAVE cuenta con una gran pantalla circular de cuatro colores colocada en un ángulo, y acompañada de una serie de cuatro botones plateados esféricos insertados que rodean un botón central más grande. Aparte de un conector para auriculares empotrado de ¼ ” en la parte inferior derecha del panel frontal y un logotipo de acorde profundamente empotrado en la parte delantera izquierda del panel superior, eso es todo lo que hay que ver.

El panel trasero cuenta con una variedad de tomas de entrada digital y salida analógica, todas sin marcar, excepto la toma RCA no balanceada del canal derecho, que tiene un anillo rojo. Se proporcionan salidas balanceadas y de un solo extremo, y las entradas digitales incluyen AES/EBU, USB2.0, dos TosLink y dos S/PDIF coaxiales en conectores BNC. También hay cuatro BNC de salida digital. Pero, ¿qué hay dentro del elegante exterior del DAVE?

Tecnología de filtro
Cuando Rob Watts de Chord visitó mi oficina en la primavera de 2016, le pregunté cuáles habían sido sus prioridades en el diseño del DAVE. Los DACs anteriores de Chord tenían lo que se llamó el filtro de reconstrucción de Alineación Transitoria de Vatios (WTA), que se dice que minimiza los errores de sincronización. Le pregunté a Watts qué quería decir con “Alineado Transitorio”.”

” El talón de aquiles del audio digital es la sincronización de los transitorios. . . . Los transitorios son muy importantes para el procesamiento del cerebro y para cómo percibimos el sonido. Los transitorios afectan la forma en que percibimos el tono, el timbre y las posiciones de los objetos dentro del escenario sonoro . . . errores de tiempo muy pequeños tienen un impacto subjetivo muy grande. El tiempo se reconstruye mediante el filtro de interpolación en el DAC y los DAC convencionales tienen incertidumbre de tiempo debido a su procesamiento limitado. Utilicé extensas pruebas de escucha para crear el filtro WTA, para simular lo más cerca posible los resultados de un filtro de toque infinito.”

Watts explicó que cuando los datos de audio digital se crean muestreando una señal analógica, siempre y cuando esos datos tengan un ancho de banda limitado con salida cero a la mitad de la frecuencia de muestreo, un filtro de reconstrucción de función sinc con un número infinito de coeficientes, o grifos, resultará en una reconstrucción perfecta de la forma de onda original con transitorios perfectamente definidos. “Pero no podemos tener una longitud de toque infinita, porque estaríamos esperando una longitud infinita de tiempo para que la señal se caiga”, continuó. “Sin embargo, descubrí que el algoritmo de filtro hace una gran diferencia en la calidad del sonido, por lo que el uso de un filtro óptimo permite reducir el número de grifos a un número práctico.”

Le pregunté cuántos grifos de filtro son “prácticos”.”

” Si tiene un filtro convencional con 100 grifos, recuperará parte de la información transitoria”, respondió Watts. “Un filtro de 100 toques le proporciona un rendimiento de dominio de frecuencia suficientemente bueno, pero no en el dominio de tiempo. . . . Cada vez que aumenta el número de toques, mejora la percepción del tono, el timbre mejora, los instrumentos brillantes suenan más brillantes, los instrumentos oscuros suenan más oscuros, el inicio y la parada de las notas se vuelven más fáciles de escuchar, la localización de los sonidos mejora. Hay menos fatiga auditiva: el cerebro tiene que procesar menos la información que se le presenta para entender lo que está pasando.”

El filtro digital en el DAC64 descatalogado tenía 1024 grifos; el filtro WTA en el Hugo TT de Acordes todavía disponible tiene una longitud de grifo de 26.368. Cuál es la longitud del grifo en el DAVE, pregunté.

” El FPGA Xilinx en DAVE es 10 veces más grande que el utilizado en el Hugo. . . . Tenemos 164,000 grifos en el filtro WTA de DAVE, implementados en 166 núcleos DSP que se ejecutan en paralelo; algunos de ellos son núcleos en la FPGA, algunos de ellos son núcleos personalizados que utilizan la estructura FPGA.”

¿Watts usó el mismo filtro para datos PCM y DSD, diezmando estos últimos en PCM de alta resolución?

” Logré ejecutar dos programas separados en el FPGA, uno para PCM y otro para el filtro DSD no diezmante”, aclaró. “Mi objetivo para DAVE era mantener la mejora subjetiva de la sincronización en Hugo, mejorar el rendimiento de la formadora de ruido y, en el dominio del tiempo, conseguir realmente que los transitorios fueran más precisos, mantener la modulación y la distorsión del piso de ruido muy bajas, y tenemos el presupuesto para hacer electrónica analógica mucho más avanzada. Sin embargo, no es solo la longitud del grifo lo que importa. El filtro también debe optimizarse. En Hugo, pasé de un filtro WTA de una sola etapa a tres etapas. La primera etapa muestra en exceso los datos ocho veces; la segunda etapa lleva eso a 16 veces, y es seguida por un filtro de interpolación lineal para ir a 2048Fs; luego hay dos filtros de paso bajo. Lo que había hecho , era solo un filtro de interpolación, pero eso causó problemas con la modulación del piso de ruido y la sensibilidad al jitter. En DAVE, al pasar de 16Fs a un filtro de 256Fs, eso recuperaría el tiempo de una manera más eficiente y elegante, una forma matemáticamente correcta de hacerlo. Y cuando introduje el filtro 256Fs, agudizó los transitorios y toda la presentación se hizo mucho más rápida, se volvió más neutral .

“Hacer un filtro de abeto 256Fs no fue fácil porque no tiene muchos ciclos disponibles: usó ocho núcleos DSP. Todavía tengo el filtro interpolador lineal para llevarlo a 2048Fs, y luego los dos filtros de paso bajo. Lo que todo esto significa es que dentro del dispositivo, los datos digitales en 2048Fs se ven mucho más cerca de la señal analógica reconstruida, pasos muy pequeños. El beneficio de esto es que, con datos 8Fs, los pasos son grandes y son mucho más susceptibles a la fluctuación.

” Para convertir esos datos hi-rez de 32 bits y 2048Fs en analógicos, esa es la función del generador de ruido. Uso un generador de ruido para reducir la longitud de las palabras a datos de 4 o 5 bits . El diseño de la moldeadora de ruido fue crucial, y como tenía muchas más puertas con las que jugar que con Hugo, podía ejecutar la moldeadora de ruido a un ritmo mucho más rápido. Mi talladora de ruido funciona a 104MHz en comparación con los 6MHz típicos. El beneficio de esta velocidad rápida es que el modelado de ruido es un proceso iterativo: construye una señal de baja frecuencia corriendo hacia atrás y hacia adelante a una velocidad muy rápida. Si corres a un ritmo más rápido, obtienes una precisión mucho mayor en el audiolibro . . . la profundidad del escenario es mucho mejor.”

Watts terminó con un tallador de ruido de orden 17 (!) con rango dinámico de 350dB (!!) en el audiolibro, equivalente a una resolución de 50 bits (!!!). Diseñó su primer DAC de matriz de impulsos, utilizando chanclas con una tasa de conmutación alta pero constante, en 1994; el DAVE, dijo, “utiliza un DAC de matriz de impulsos de 20 elementos en un FPGA. Tiene un tallador de ruido analógico de segundo orden para la etapa de salida, ya que la etapa de salida analógica de DAVE necesita conducir auriculares de baja impedancia.”

Al principio me desconcertó la idea de un modelador de ruido analógico, hasta que me di cuenta de que, como un modelador de ruido digital de primer orden comprende un bucle de retroalimentación alrededor de un retardo de muestra única, un modelador de ruido analógico de primer orden es simplemente un bucle de retroalimentación convencional alrededor de una etapa de amplificación. Pero . . . una de segundo orden analógico ruido shaper?