NOS ЦАПи — революція у відтворенні цифрового звуку
(за матеріалами Audio-GD і Audiophile Invertory)
NOS DAC — non-oversampling DAC, NOS ЦАП, ЦАП — цифро-аналоговий перетворювач без оверсемплера (помножувача частоти). До того ж зі звичної схеми ЦАП в NOS іноді вилучається й аналоговий фільтр.
У принципі, в традиційному цифро-аналоговому конвертері PCM оверсемплер і потрібен для ефективнішого використання аналогового фільтра. Який, зі свого боку, присутній і в PCM, і в DSD ЦАП.
Водночас ЦАП NOS покликаний виключити у вихідному сигналі специфічні артефакти (спотворення), притаманні оверсемплінгу. Це «дзвін» цифрового фільтра, нерівномірності АЧХ у смузі пропускання фільтра і навіть фазові спотворення. На слух усе це сприймається, як специфічне, «мертве» цифрове звучання. Таким чином, можна вважати, що NOS ЦАП — це звичайний DAC, але без модуля помножувача частоти і цифрового фільтра.
NOS DAC. Non-oversampled цифро-аналоговий конвертер
A — Non-oversampling R2R PCM DAC зображений у частині зображення.
B — PCM NOS DAC із сигма-дельта модулятором — у частині.
C — примітивний DSD DAC, який також можна вважати NOS ЦАП.
Тут ми бачимо різні види конвертерів: два PCM і один із DSD ЦАПів. Частота дискретизації NOS DAC використовується, виходячи зі смуги загородження аналогового фільтра. Але, оскільки аналоговий фільтр не має різкої межі між смугами, його посилення плавно змінюється з частотою.
Різниця між цифровим (digital) і аналоговим (analog) фільтрами
NOS DAC не має цифрового фільтра. Отже, частота дискретизації non-oversampling ЦАПа має бути досить високою, щоб аналоговий фільтр міг ефективно придушити першу за частотою групу аліазів (aliases). В даному випадку, аліази — накладення, повторення і нерозрізнення безперервних сигналів під час їх дискретизації.
NOS DAC. Частота дискретизації та аналоговий фільтр
Таким чином, запис має бути зроблено на високій частоті семплювання ЦАПа. Відсутність у NOS ЦАПі аналогового фільтра дає змогу позбутися частотних і фазових спотворень. Адже у разі активної схеми фільтра, він за будь-що сам стає джерелом нелінійних спотворень. З іншого боку, без аналогового фільтра, в аналоговому сигналі на виході ЦАП з'являються «сходинки» — також, по суті, спотворення, хоча й іншого характеру.
Вихідний сигнал ЦАП без аналогового фільтра (спектр «сходинок»)
Спектр аліазів (alias) є копією спектра корисного (музичного) аудіосигналу. Цей сигнал перебуває в частотному діапазоні між 0 і значенням «частота дискретизації, поділена на два» — [sample rate]/2. Аліази періодично повторюються вздовж осі частот від значення [sample rate]/2 до нескінченності. Частина їх «перевернута» за частотою (flipped alias).
Важливо, що всі аліази знаходяться вище значення [sample rate]/2. Тобто, за частоти дискретизації 41 кГц (як у CD-диска), аліази «йдуть» вище 20 кГц, за межами чутного (принаймні, для переважної більшості) діапазону. Наш слух у цьому разі сам працює тим самим аналоговим фільтром.
Але на жаль, те, що розташовано вище верхньої частотної межі, впливає на сигнал вже в чутному діапазоні, у вигляді інтермодуляційних складових. Крім того, присутні в сигналі ультразвукові складові неминуче знижують його загальний корисний динамічний діапазон. Результат — погіршення співвідношення сигнал-шум і всього того, що деякі експерти називають мікродинамікою. Для компенсації цього явища потрібно розширювати динамічний діапазон.
Таким чином, перший проблемний момент NOS полягає в чутних впливах інтермодуляційних спотворень і в скороченні динамічного діапазону на виході. Один із варіантів подолання цієї проблеми — апскейлінг цифрового аудіоматеріалу перед відтворенням у NOS. Який можна робити, наприклад, у комп'ютері.
Друга проблема в тому, що саме NOS катастрофічно залежний від якості живлення і точності резисторів у «драбині» R2R, яка застосовується в таких ЦАПах. Повне подолання цих проблем, можливо, призвело б до появи «ідеального» ЦАП. Але це неможливо, якщо казати про класичну схемотехніку R2R.
«Ахіллесова п'ята» цієї схемотехніки — точність резисторів у «сходинках» R2R. Давайте просто порахуємо, як це зробили фахівці компанії Audio-GD. За 16-бітного сигналу вимога точності становить «один поділити на два в 16-му ступені», тобто, 1/66536, тому «чудової» точності найкращих резисторів на ринку 0,1% (1/1000) абсолютно недостатньо. Референсне наразі значення 0,01% (1/10000) все одно не відповідає вимогам навіть 16-бітного сигналу. А що тоді робити з 24-бітним? А з 32-бітним?
Для 24 біт потрібні резистори з допусками 0,00001%. Але, по-перше, їх не існує в природі, по-друге, якби вони й існували, контактні опори, імпеданси провідників на платі і переходів припою зведуть усі зусилля нанівець.
Тому в NOS-ЦАПах компанії Audio-GD, наприклад, моделях R-8 МК3 (працює також і з застосуванням оверсемплінгу) і R-1 NOS, використовується FPGA для паралельного управління перемиканням ступеневого опору.
У цьому режимі перемикач ступеневого опору кожного біта контролюється індивідуально, отже, досягається надвисока швидкість. (Паралельний режим потребує лише 1 тактового циклу для виводу всіх бітів, послідовний режим потребує щонайменше від 8 до 24 тактових циклів).
Це дає можливість виправити дані в реальному часі, отримуючи вихідний сигнал із високими характеристиками та низьким рівнем спотворень. Вирішуючи, таким чином, проблеми, спричинені надто великими допусками зезисторів і проблемами перемикання. Причому надвисокоточні резистори в цих пристроях все одно застосовуються — це зменшує величину необхідних корекцій.
Для високої якості аналогового вихідного каскаду, який в моделях Audio-GD безпосередньо підключається до модуля R2R DA 7, використовують виключно компоненти наскрізного монтажу. Ніж високотехнологічні в роботизованому складанні «поверхневі» SMD).
Цей дискретний високошвидкісний підсилювач ACSS працює без негативного зворотного зв'язку в режимі струмового сигналу. Вихідний буферний каскад являє собою несиметричний польовий транзистор і працює в чистому класі А, без будь-якого негативного зворотного зв'язку, відтак здатний відтворювати чистий і реалістичний звук.
Щодо ще однієї проблемної сторони ЦАП NOS — живлення, то, наприклад, у моделі Audio-GD R-8 МК3 використовують 3 трансформатори з R-подібним сердечником загальною потужністю 135 Вт і фільтрувальні конденсатори аудіокласу сумарним номіналом понад 30 000 мкФ.
Цифрові схеми використовують, загалом, 9 надшвидкісних малошумних блоків живлення. Аналогові частини схеми живляться від 4 груп блоків, що працюють у чистому класі А. Причому виробник стверджує, що характеристики живлення в них наближені до параметрів хімічних джерел.
Усе це укладено в корпуси, які надійно захищають елементи схем від наведень і взаємних впливів, а також від механічних вібрацій. Застосована балансна схемотехніка «від входу до виходу» і безкомпромісна архітектура подвійного моно. Результат — докорінне скорочення фірмових недоліків NOS у поєднанні з максимально повним набором їхніх переваг.
Для багатьох аудіофілів отриманий результат стає чимось на зразок революції у відтворенні цифрового звуку.
Також вам буде цікаво: DAC процесор Audio-gd R-1 NOS — живе природнє звучання. Відеоогляд ЦАПа
