Vadå 1 bit?

[encore]

Jag har bläddrat igenom en del nummer av Hifi-magasinet från omkring åren 1990-1993. Som bekant var CD det heta mediet (även DCC, MD, DAT med flera format diskuteras flitigt) och olika tillverkade annonserade med att just DERAS CD-spelare hade ett fantastiskt fint ljud pga "den" och "den" tekniken. Vilket leder mig in på min fråga...

Flera av CD-spelarna (bl.a. Philips) stoltserar med en "1-bitar-teknik" som jag funderar lite över. Som jag har förstått det så var bra 16-bitars DA-omvandlare dyra grejer på den tiden. Därför läste man av CD-skivorna i en 1-bits signalström. Öhmm.. jag kan lika gärna citera texten för jag fattar den inte riktigt själv:

· Compact Discs är inspelade med ett 16 bit digitalt signal.
· D/A-konverteraren ändrar signalet från digitalt till analogt.
· En bit är antingen 1 (signal on) eller 0 (signal off) alltså 2^1.
· 16 bitar (2^16) är det samma som 65536 volym-nivåer.
· Dessa nivåer avläses normalt 44.100 gånger i sekunden.
· Varje avvikelse från korrekt nivå ger brus och förvrängning.
· Bra 16 (eller fler) bitars konverterare är dyra och "jobbiga".
· PHILIPS Bitstream omvandlar ett 16-bitars signal till 1 bit digital-ström.
· Det sker imponerande snabbt - 11.289.600 gånger i sekunden.
· Översamplingen är alltså 256 gånger dom vanliga 44.100 Hz.
· Härmed förflyttas all brus och förvrängningar up över hör-gränsen.
· Samtidigt är det bara 2 möjligheter för räknefel - mot normalt 65536.
· Resultat : Imponerande nivåprecision och ingen förvrängning.

Och så vidare... Jag tycker mig ha ganska bra koll på CD-tekniken och bitar rent allmänt men jag är inte riktigt säker på att jag fattar den här tekniken.

Sitter det alltså en 1-bitars DA-omvandlare i de här CD-spelarna? Eller nä, det kan ju inte stämma.. men en 8-bitars DA-omvandlare med en frekvens på 11 mhz kanske? Hur funkar detta? Jag är förvirrad! Hjälp!

[false messiah]

Jag tror det handlar om delta sigma-teknik, och då konverterar man en bit i taget, fast snabbare. Ska se om jag hittar någon bra förklaring, för det är en rätt smart metod, fast inte helt självklar när man läser om det.

[bongo]

kolla på sound-on-sonund
http://www.soundonsound.com/sos/aug0...8416f11a11c213

finns säkert nån annan artikel på deras sajt oxå.

[imported_Lemon]

Delta Sigma=Yep!

[Underhill]

Yep, yep, igen!

Delta Sigma är den rätta benämningen.
1-bitars D/A omvandlare är bara en försäljnings gimmick.
Sök på "sigma delta converter" och du kommer att få hur många träffar som helst.

[false messiah]

Det finns en mer ingående teknisk förklaring här (mot slutet av kapitlet, och du kan gott hoppa över kretsdiagrammen).

[encore]

Tack för länkarna! Jag ska fördjupa mig i dem. Jag tror jag har en föraning om hur det funkar nu iaf - och att filtrering av D/A-omvandlaren spelar en stor roll i det hela.

[Imported Johannes]

Läs artikeln i PC Game Programmers Encyclopedia om hur man spelar .WAV-filer genom pc speaker. Där förklaras själva principen på ett handgripligt sätt (om än i starkt förenklad form) och du är ju gammal DOS-nörd eller hur?

http://brand107.home.comcast.net/pc-gpe/speaker.txt

[encore]

Jag ska kolla in txt-filen, Johannes. Lite DOS-nörd är jag ju, eller har åtminstone varit.

Grejen är att jag TROR att jag förstår hur det funkar, men jag kan inte få det att gå ihop hela vägen. Det verkar som tekniken är något mer avancerat än dom vill få det till.

Vad jag tycker mig ha förstått är att man spelar upp dataströmmen med en högre frekvens och i ett lägre bitdjup (eftersom bit/hz-förhållandet hänger ihop). Detta gör att felaktiga avläsningar och avvikelser hamnar så långt upp i frekvensspektrat att dessa inte går att höra. Jag antar att även missljuden som uppstår när man skiftar mellan bit-värdena lägger sig långt upp i frekvensspektrat och kan därför filtreras bort.

Det jag inte fattar är hur själva vågformen genereras. Låt oss antaga att merparten av ett en bitström är 0:or - då går vågformen uppåt (totalt sett). Om merparten är 1:or, så går vågformen neråt. Om det är jämnt med 1:or och 0:or så stannar vågformen på samma nivå. Så långt förstår jag ungefär men hur fungerar detta? Man kan ju inte bara läsa av bitarna rakt av väl? Och om en vågform (i CD:ns 16 bitars-format) är väldigt bångstyrig, med stora utsvängingar, så måste man väl kompensera på något vis för att få 1-bits-vågformen att reagera lika snabbt?

Mycket frågor... nån som kan upplysa mig? Rätta mig gärna om jag har missförstått något.

[encore]

Har kollat in txt-filen nu. Och jeps, jag fattar principen. Men det fungerar alltså inte lika "rough" på CD-spelare (hoppas jag)?

[false messiah]

Det är där oversampling kommer in - PC-texten kör ju 8-bitarsljud genom att uppdatera 8ggr samplingsfrekvensen per sekund, vilket i praktiken blir samma sak som att köra ut 8bit-samplingar i samplingsfrekvensen. Genom att köra oversamplingen 128 gånger snabbare så får du ändå ut en jämn och snygg signal - det är där du kirrar det där med stora hopp i nivåer.

[encore]

false messiah: Okej, då har jag fattat principen! Fast det låter rätt vansinnigt vid första anblicken att man kan få en "bättre" ut-signal med en 1-bitars D/A omvandlare (åtminstone är det så de tycker i annonsen) än med en 16-bitars omvandlare. Men nåja, det låter vettigt när alla argument läggs fram.

Förresten, rätt kul avsnitt i PDF:en, på sidan 38, om hur man med hjälp av lite brus (dithering noise) kan få en bättre signalåtergivning än vid en rak bit-trunkering. Jag vet hur dithering kan låta i praktiken (t.ex. 16 -> 8-bitars sampling) men det var en bra förklaring på hur det fungerar i teorin.

[false messiah]

Det är överlag en rätt bra bok om grundläggande DSP och sånt. Kul läsning om man är lagd åt det hållet. Apropå dithering så är det tydligen ännu bättre att använda "noise-shaped dithering", dvs man anpassar bruset efter de områden som mänsklig hörsel är känslig för istället för att använda vitt brus rätt av. Onödigt vetande?

[Underhill]

This quote is hidden because you are ignoring this member.

Fast det låter rätt vansinnigt vid första anblicken att man kan få en "bättre" ut-signal med en 1-bitars D/A omvandlare (åtminstone är det så de tycker i annonsen) än med en 16-bitars omvandlare. Men nåja, det låter vettigt när alla argument läggs fram.

Problemet med en "traditionell" omvandlare är att ju fler bitar desto större problem med linjäriteten. 1-bitars omvandlare löser det med sin brutala enkelhet.
Det innebär dock inte att allt är frid och fröjd! 1-bits omvandlarna skapar ochså problem.
Föjande text kommer från Burr-Browns hemsida:

"-Digital audio systems have traditionally used laser-trimmed,
current-source DACs in order to achieve sufficient accuracy.
However, even the best of these suffer from potential lowlevel
nonlinearity due to errors in the major carry bipolar
zero transition. Current systems have turned to oversampling
data converters, such as the popular delta-sigma architectures,
to correct the linearity problems. This is done, however,
at the expense of signal-to-noise performance, and the
noise shaping techniques utilized by these converters creates
a considerable amount of out-of-band noise. If the outputs
are not properly filtered, dynamic performance of the overall
system will be adversely effected.
The PCM1704 employs an innovative architecture which
combines the advantages of traditional DACs (e.g., excellent
full-scale performance, high signal-to-noise ratio, and ease
of use) with superior low-level performance. This architecture
is referred to as sign-magnitude. Two DACs are combined
in a complementary arrangement to produce an extremely
linear output. The two DACs share a common
reference, and a common R-2R ladder for bit current sources.
The R-2R ladder utilizes dual balanced current segments to
ensure ideal tracking under all conditions. By interleaving
the individual bits of each DAC and employing precision
laser-trimming of resistors, a highly accurate match between
the two DACs is achieved.
The sign-magnitude architecture, which steps away from
zero with small steps in both directions, avoids any glitching
or large linearity errors, and provides an absolute current
output. The low-level performance of the PCM1704 is such
that true 24-bit resolution can be realized around the critical
bipolar zero point."

[Imported Johannes]

Vad blir det för matematisk funktion av 1-bitsomvandlingstekniken? Jag läste någonstans att det är som att amplitudmodulera en högfrekvent bärvåg (på 128 ggr SR) med signalvågformen, men det kan väl inte stämma?

[makari]

Nej, man modulerar pulsbredden (på den högfrekventa bärvågen). Därav PCM - pulse code modulation

[Imported Johannes]

Jo, men vad blir _det_ för matematisk funktion? Pulsbreddsmodulering alltså. Jag undrar alltid var sidbanden egentligen hamnar.

[makari]

Hmm, jag vet inte riktigt, men blir det verkligen några sidband på samma sätt som vid FM och AM? Förutom signalvågformen då.

[makari]

Efter att ha funderat lite till så tror jag att den enda sidbandet blir signalvågformen (modulatorn) dessutom så kommer slutresultatet pga pulsbreddsmodulationen att innehålla alla övertoner till bärvågen istället för bara udda övertoner som en pulsväg med 50% pulsbredd har. Fast om det verkligen kan kallas för sidband vet jag inte.

[Imported Johannes]

Fast vänta nu - pulsKÅDSmodulation är väl inte riktigt samma sak som pulsbreddsmodulation? Du får ju ett pulståg (eller vad det heter...) för varje sample i signalvågformen väl? Det blir väl som om man hade en förvrängning av modulationssignalen inblandad förutom pwm:en?