Ist mein Signalweg vollständig digital?

[Nubi]

Nubi, der Retter in der Not,
schrieb sogleich nieder,
was dem Rudi zu entfallen droht

Dennoch Rudi's Worte garnich so falsch,
sondern nur unvollständig halt

Schön gesagt!
War die perfekte Einleitung zum Player.de Text.

[engineer]

arbeiten die neuen nuPro-xxx VOLLDIGITAL, denn das digitale Signal wird wirklich erst in der allerletzten Stufe zum analogen Lautsprechersignal
Ist ne ganz spezielle nuTechnik

Nun weiss ich nicht, welche Tricks in dem System verbaut sind, aber digitale Endverstärker sind in vielen Bereichen bekannt so auch im Bereich Audio. Ich war mal für einen bekannten Hersteller tätig, der inzwischen zu Harman Kardon gehört und die haben ihre Lautsprecher sogar über die Distanz (bis 5m Weg) digital mit PDM betrieben - jeweils sowohl mit und ohne Regel-Rückkopplung und Lautsprecher-Kennlinienentzerrung. Da gibt es auch Patente dazu, einige schon wieder abgelaufen

Die Vorgehensweise, die AD-Wandlung (formell) erst mit einem Filter an den Chassis zu bewerkstelligen, bzw. MIT den Chassis und deren Übertragungs-Charakteristiken selbst, führt zwar zu einem scheinbar sehr kurzen analogen Signalweg, auf dem man sich praktisch kein weiteres Rauschen von Außen mehr einfängt, aber die Endstufe selber ist damit da facto voll analog, weil keine digitale Interpretation des Signals mehr stattfindet. Bei echten digitalen Übertragungswegen, werden ja Pegelschwankungen, NF-ffset und anders, durch einen Schmitt-trigger, eine BIAS-Korrektur und andere Mechanismen in der SV wieder weggerechnet, um das Signal voll zu rekonstruieren. Wenn da ein Brumm oder ein Spike reinstreut, bekommt man den theoretisch komplett wieder weg.

Das ist hier nicht mehr so. D.h. alles, was nach dem Eingang in den Digitalverstärker reinspuckt, ist und bleibt drin - inklusive aller Nichtlinearitäten der Transistoren, irgendwelcher Kapazitäten und eben vor allem die Einstreuungen. Das alles knallt in den Filter und bildet entsprechende Frequenzanteile. Nicht zuletzt ist es ja die Endstufe mit ihrer limitierten Wechsel-Frequenz selber, die Störungen produziert. Das Rauschen eines Digitalverstärkers an sich ist erstmal gewaltig und es bedarf eines entsprechenden Filters, um das zu handeln. Letztlich ist das ja eine Art von 1-Bit-Audio. Soweit ich gelesen habe, beträgt die Frequenz 500kHz, was gerade eine gute Dekade headroom darstellt gegenüber den 20kHz, die man noch überragen will. Schon rein rechnerisch lassen sich damit keine 24 bit Auflösung mehr darstellen, jedenfalls nicht am oberen Ende des Spektrums. Wer da tiefer gehen möge, kann sich ja mal das Rauschspektrum / Laplace-Transformation eines 500kHz-Rechtecks an sehen und ansehen, welchen stop band ripple ein guter Analogfilter hat und was da in Summe an Rauschen zusammenkommt.

Ich habe selber solche Systeme zur Genüge vermessen und bin für meinen (simplen) digitalen Ausgang dahin gekommen, mit einer PDM zu arbeiten, die mit FPGA-Taktfrequenz (z.B. 50MHz) rausgeht. Die Pins sind mit 30 Ohm vergleichsweise niederohmig, dass sie entsprechende Filter treiben können. Ich habe da ein Kaskadenfilter dran, das eine 3dB Grenzfrequenz von 24kHz hat und bei 18kHz noch praktisch voll überträgt. Andererseits macht es bei 96kHz schon mit <-80dB zu und da habe ich immer noch einen headroom von >Faktor 100. Der digitale ripple nach dem ersten Filterkaskade ist bereits unter 100uVss. Das bringt insgesamt eine Signalgüte von gemessen rund >105dB THDN bei immerhin >1Vss Ausgang - ich kann mir also einen Preamp vor der Endstufe sparen. Und das Ganze ließe sich noch deutlich steigern, wenn ich ein aktives Filter verwenden würde und einen symmetrischen Schmittrigger - Treiber am FPGA-Pin einsetzen würde. Mit der Anordnung lassen sich locker 120dB THDN erzeugen, da kommen langsamer getaktete digitale Leistungsstufen bei Weitem nicht dran.

In aller Regel werden Digitalverstärker ja aus Kostengründen und zur Leistungseinsparung (-> Wärmeproblem) eingesetzt. Eine klassische DA-Wandlung mit hochkarätigen DACs, eliptischen AA-Filtern ist da definitiv überlegen. Braucht halt noch eine gute analoge Endstufe. Das ist aber einfach deutlich teurer und zu den Preisen nicht wirklich zu machen. An dem Thema laborieren praktisch alle Aktivboxen und aktiven Studiomonitore des Preissegmentes <1k€.

Die hochpreisigen Aktivmonitore, die ich kenne, arbeiten mit guten DACs, entzerrenden Preamps, linearen Endstufen und haben dann teilweise noch einen DSP zur aktiven Klangkorrektur sowie eine nichtlinearen-Vorverzerrung, um die Marotten der Chassis zu kompensieren. Das alles erzeugt dann einen Rattenschwanz: Sobald man da etwas Leistung haben will, braucht es dann gleich entweder Kühlkörper oder die AMPs müssen draußen sitzen. Dann kommen wieder dicke, abgeschirmte Kabel etc, etc etc. Und egal wie: In Summe ist das nicht billiger zu machen, als wenn man sich einen guten Studio-DAC, einen EQ und einen AMP hinstellt. Unter 500,- geht da gar nichts - eher das Doppelte. Von daher kosten die guten Aktivmonitore eben auch eher Richtung 3k€ pro Paar. Ist eben so.

Die käuft aber keiner und das meist auch zurecht, weil sich die vielleicht 20%-50% mehr an technischer Qualität in den akustisch unbehandelten Räumen der Endverbraucher mit all ihren Problemchen kaum messen lassen, geschweige denn zielführend hörbar wären.

Von daher kann man das Fazit ziehen, dass die NuPro mit einem digitalen Eingang und Verstärker durchaus richtig ausgestattet sind, da es zu besseren Resultaten führt, als eine alternative Lösung mit billigem DAC, billigem pre AMP und billiger Endstufe. Sie haben kaum eine nenneswerte Erwärmung und vor allem produzieren sie auf den üblichen Abhörlautstärken kein hörbares Rauschen. Da gibt es zum gleichen Preis im Markt durchaus Schlechteres! Ich habe bei meiner Suche nach mittelpreisigen Abhörmonitoren feststellen müssen, dass einige schon ein Grundrauschen haben, dass sie als Nahfeldmonitore disqualifiziert. Bei meiner Stufe rauscht gar nichts und auch bei meinen ältesten Monitoren mit preiswerter Endstufe ist nicht zu hören, wenn sie angeschaltet werden oder sind. Aber wehe, man gibt 10% Signal drauf.

Ausserdem: Insgesamt ist der mechanische Aufbau der Boxen viel wichtiger, als die Elektronik und der Signalpfad. Da steckt das eigentliche Knowhow drin. Schlechte Chassis und ungünstige Konstruktion ruinieren viel mehr am Klang. Der mehrere dB hohe ripple in der Kennlinie der LS, den ich im Datenblatt finde, kommt definitiv nicht von der Elektronik.

[rudijopp]

Moin Moin,

Wer oft & kompliziert viel mehr sagt als gefragt,
dem wird gern "Profilierungssucht" nachgesagt

Weniger ist manchmal mehr...
...und wenn mein etwas voreiliges "Ist ne ganz spezielle nuTechnik..." ursächlich gewesen sein sollte, nehme ich es reumütig zurück

Andere Mütter... ...äähhmm Boxenhersteller... ...haben natürlich auch schöne Töchter... ...ach was quatsch ich... ...schlaue engineers

Gruß vom Rudi

[Wete]

Ich fand das Posting hochinteressant und wünsche mir mehr derartige Abhandlungen. Finde ich deutlich lesenswerter als vieles andere, was hier gepostet wird. Man muss nicht alles lesen, und vor allem muss man nicht alles kommentieren.

...

[rudijopp]

Ok. Verstanden...

[horch!]

Ich fand das Posting hochinteressant und wünsche mir mehr derartige Abhandlungen. Finde ich deutlich lesenswerter als vieles andere, was hier gepostet

Das sehe ich auch so. Auch wenn ich es nur teilweise verstehe, es hilft auch dem Laien Technologien und Produkte in einem erweiterten Horizont einzuordnen.

[engineer]

Noch etwas dazu aus anderer Quelle:
http://www.mother-of-tone.com/conversion.htm

Dort gibt es recht gute und eindeutige Aussagen zu den beiden Themen Jitter / digitale Übertragung und deren Probleme, wie auch zu dem Thema Digitalverstärker. Bevor aber jemand einen Schreck bekommt: Die Bilder dort suggerieren, dass digitale Verstärker prinzipiell massiv rauschen und daher dem 16/44 unterlegen seien. Dies ist nicht zwangsläufig der Fall. Man kann solche Modulatoren entsprechend steuern und deren Ausgang filtern, dass man in der Tat auf hochwertiges Audio kommt.

[Sencer]

Danke, fand es glaube ich auch interessant. Wobei meine Reaktion wohl in etwa so ausgesehen hat beim lesen:

[ThomasB]

Klärt mich auf aber wie soll selbst eine Aktivbox ein volldigitales Signal an die Chassis weitergeben?

Egal wie digital du bist, irgendwo wirds immer analog werden.

Also würde ich zwar sagen dass dein Signalweg digital ist, aber du mit aktuellem Stand niemals ohne analoge Signale einen Schallwandler bauen kannst.

p.s. sorry wenn das in dem Roman vor paar Posts weiter oben stand, hab grad keine Zeit das gebührend zu lesen.

[engineer]

Vereinfacht ausgedrückt, schaltet man einen selbstschwingenden oder gesteuert schaltenden digitalen Schwingkreis, der 0/1/0/1 produziert auf einen Tiefpass und misst die entstehende Spannung, die mit einer Sollspannung verglichen wird. Der Schaltkreis kippt dann selbständig um oder wird umgekippt, wodurch er um die Sollspannung pendelt. Jetzt muss man nur noch die Sollspannung , also das Audiosignal vorgeben. Das kann mit einem DAC geschehen, der indem man das Wechselsignal rückliest und digital filtert. Bei all diesen Schritten gibt es mehrere Alternativen und Optionen. Man kann den Schaltkreis antizipieren und ihn z.B. mehr steuern, als regeln, man kann das Signal auch verrauschen, vorverzerren etc - eben alles was dazu führt, dass der Ausgang das macht, was er soll. Dieses Signal muss dann eben gut gefiltert werden, damit die Lautsprecher keine Harmonische abkriegen, die sich nicht oder falsch verarbeiten würden. Theoretisch kann man auf diese Weise ein 1-Bit-Audio mit 100kHz Frequenz ausgeben, einen steilen Filter bei 50kHz hinsetzen und ist fertig. Thoeretisch ...