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Giulio
pesca
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La teoria del campionamento ci insegna che un segnale campionato ha uno spettro che corrisponde alla ripetizione periodica nel dominio delle frequenze dello spettro del segnale originario. Questo significa che la nostra cara musica digitale ha un contenuto in frequenza che va ben oltre la banda audio, si tratta delle cosiddette immagini spettrali. Nel caso di segnali campionati a 44.1 kHz, in particolare, le immagini ce le ritroviamo dietro casa, a partire da 22.05 kHz.


La guerra alla soppressione di queste ripetizioni ha, a mio modo di vedere le cose, portato alla produzione di lettori CD dalla particolare scarsa qualità di riproduzione. Infatti, specialmente i primi lettori che facevano uso di un filtro digitale per eliminare tali spurie, per via della della poca potenza di calcolo a disposizione,  scendevano a compromessi, accettando o un filtraggio dalla pendenza docile che poco aiutava, o si portavano fino in banda audio delle nefaste rotazioni di fase e oscillazioni.


Di tutto altro avviso, invece, sono i cosiddetti DAC NOS, i quali rimandano l'arduo compito di eliminare le immagini a tutto ciò che sta a monte la sorgente stessa, a partire dalle elettroniche per finire con i trasduttori ed, eventualmente, le nostre orecchie. Questo non costituisce un particolare problema qualora si ascoltassero file ad alta risoluzione, diciamo, a partire da 96 kHz. In questi casi, infatti, le immagini si trovano oltre i 40 kHz e a queste frequenze possiamo essere abbastanza certi di essere più che sordi, così come lo sono le nostre amate cuffie.


Discorso diverso invece per i formati a risoluzione standard. In tal caso, a seconda delle elettroniche che vi sono collegate alla sorgente, si possono avere risultati varianti. Ad esempio, per le varie non linearità del reparto di amplificazione, è possibile che queste frequenze indesiderate, attraverso il fenomeno dell' intermodulazione, creaino artefatti, facendoci ritornare le immagini proprio dalla finestra, rendendole udibili in banda audio.


Esiste, però, una soluzione a questo problema: occorre aumentare la frequenza di campionamento del nostro segnale. Nel caso il segnale audio sia ben campionato (ovvero che la frequenza di campionamento sia almeno doppia rispetto alla banda del nostro segnale (che, dal punto di vista spettrale significa che le ripetizioni periodiche non si sovrappongano l'una con l'altra)), questo è possibile farlo senza alcun effetto collaterale, ricostruendo i sample esatti fra un campione originale e l'altro.


Ovviamente, questa procedura non è di semplice realizzazione. Infatti, sebbene esista un'equazione analitica in forma chiusa per fare ciò, questa richiede che, per l'interpolazione di ogni singolo campione, si tenga conto del contributo di tutti i sample del segnale musicale: dall'inizio, fino alla fine.


E questo non è chiaramente possibile farlo in un DAC che funzioni on-line, se non introducendo un ritardo almeno pari all'intero brano musicale, senza contare il tempo di elaborazione... Lo si può fare off-line, magari con un computer sufficientemente potente e  poi riprodurre il file interpolato con il nostro DAC. È chiaro che rimane comunque un bello sbattimento dover prendere tutta la libreria dei nostri file campionati a 44100 Hertz e sottoporli a questo tipo di trattamento.


Esiste poi anche un'altra strada, più semplice, che non ha problemi ad essere implementata anche on-line: un'interpolazione lineare. In pratica, per ogni coppia di sample musicali consecutivi, An e An+1, si costruisce (interpola) un campione intermedio, dicasi An + 0.5 con la seguente formula:
An + 0.5 = (An + An+1)/2.

In pratica, dati due campioni che valgano,  rispettivamente, 3 ed 8, si inserisce un terzo campione tra di essi dal valore di 6.
Ovviamente, qualche magagna ci deve essere da qualche parte dato che la formula esatta per il calcolo di An+0.5 prevede la conoscenza di tutti i campioni e non soltanto di due. Comunque sia, siamo riusciti nel nostro intento di incrementare la frequenza di campionamento e ci siamo allontanati le nefaste repliche.

Però, si è fatta un'approssimazione e, come diceva sempre un mio professore, è bene approssimare ma si deve essere consapevoli  del fatto che si sta introducendo un errore e quasi ancora più importante, occorre conoscere l'entità dello stesso. In questo caso, quello che si ottiene è un (leggero, 2dB @ 20kHz) roll-off in banda alta, dovuto al fatto che si sono introdotte armoniche (artefatti) non precedentemente esistenti che si ciuppano* parte dell'energia del nostro segnale ( cosa che accade anche in bassa frequenza, ma in misura minore per via della minore variabilità nell'unità di tempo ).


Bene, ora che abbiamo visto luci e ombre dell'Interpolazione lineare, vi propongo un esperimento.

A breve vi forniremo alcune tracce audio. Di ciascuna di esse avremo 3 versioni: una a 88.2 kHz ottenuta mediante interpolazione lineare, una a 88.2 kHz ottenuta mediante interpolazione a sinc e infine l'originale a 44.1 kHz.

Questo test si rivolge a tutti, sia possessori di HDAC ( in tal caso, con il brano interpolato linearmente potrete avere l'ebbrezza di sperimentare la time shift interpolation di Alex anche senza avere la nuova iterazione dell'HDAC), sia a chi ha un qualsiasi altro convertitore per poter verificare l'udibilità di eventuali artefatti nei brani interpolati.


*termine tecnico
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Commenti

bandAlex
scarecrow
il 19/11/2019, 14:46scarecrow
....pure io approvo grande sorriso grande sorriso grande sorriso
Dirty Harry
il 19/11/2019, 15:54Dirty Harry
Saranno mesi di fervida attività autocostruttiva, i prossimi... wow
bandAlex
@Dirty Harry ha scritto:Saranno mesi di fervida attività autocostruttiva, i prossimi... wow

Mesi? Vuoi dire giorni... in settimana prossima avrò le prime 5 pcb di test. Ne assemblerò una, verificherò che tutto sia a posto, misurerò e ascolterò, e poi sarà il momento di procedere con il cabinet e i circuiti accessori.

Dirty Harry
il 19/11/2019, 18:32Dirty Harry
@bandAlex ha scritto:Mesi? Vuoi dire giorni... in settimana prossima avrò le prime 5 pcb di test. Ne assemblerò una, verificherò che tutto sia a posto, misurerò e ascolterò, e poi sarà il momento di procedere con il cabinet e i circuiti accessori.

Appunto... wink tongue
eddij
attendo fiducioso
bandAlex
Consegna prevista delle pcb per martedi 26. Ma, conoscendo il modus operandi della DHL di HK, dovrebbero arrivare il giorno prima. Da lunedì si comincia. Giulio sei pronto?
Edmond
Alex, piuttoso, tu sei pronto?  grande sorriso grande sorriso grande sorriso
bandAlex
@Edmond ha scritto:Alex, piuttoso, tu sei pronto?  grande sorriso grande sorriso grande sorriso

Non saprei... te lo dico lunedì dopo aver provato a saldare gli SMD-8 malefici. grande sorriso
Giulio
@bandAlex ha scritto:Consegna prevista delle pcb per martedi 26. Ma, conoscendo il modus operandi della DHL di HK, dovrebbero arrivare il giorno prima. Da lunedì si comincia. Giulio sei pronto?


Claro! Non so pero' se sia fattibile spedire qui da me... Altrimenti si va a Natale quando rientro.
password
Anche qui  si può partecipare ad un test interessante su audio in HD e non.
Edmond
In questi giorni, complice l'arrivo della piccola cuffia portatile Stax 003 MkII, ho ripreso gli ascolti dei files interpolati linearmente piuttosto che con il sovracampionamento "esatto".

Ebbene, complice il fatto che la 003 NON HA l'estensione e la raffinatezza della 009 in gamma acuta, mi risulta che tutti i files a sovracampionamento "esatto" siano più piacevoli da ascoltare.

Sempre modeste sfumature, che percepisco solo con la dovuta attenzione, ma accade. Sia sapendo quale file sta suonando, sia utilizzando il doppio cieco di Foobar.

Come se, a dispetto di quello che credevo (ovvero che le maggiori differenze, se mai fossero esistite, si sarebbero rilevate in gamma acuta), le differenze le percepisco meglio nella gamma che arriva fino a 10.000 Hz...

Non comprendo bene il fenomeno... Forse che le mie orecchie, oltre i 10.000 Hz sentano meno, oppure che la mia conclamata sensibilità a certe frequenza comprese fra 4.000 e 10.000 Hz, unita ad una minor presenza delle gamme superiori, mi permetta una maggior capacità di analisi...

Boh... oh my!
Giulio
Che DAC hai usato? Sempre l'HDAC? 
Chiedo perche' queste differenze (che dal punto di vista tecnico ci sono) diventano piu' evidenti con DAC NOS.
Giulio
Quello che vedrete nel seguito e' una delle conseguenze dovute alla scelta di non fare oversampling. 
Questo e' un semplice tono puro a 1 kHz. Sopra l'andamento del segnale nel tempo in uscita dal nostro DAC NOS. Sotto, la stessa cosa, ma sottoponendo il segnale ad un sinc upsampling 2x.


Esperimento sull'interpolazione lineare - Pagina 4 1ksins10

Qui come vedete non ci sono problemi.

Andiamo ora piu' in su con la frequenza, 10 kHz:

Esperimento sull'interpolazione lineare - Pagina 4 10ksin12

e qui il fatto di avere un segnale che varia piu' velocemente in un periodo di campionamento incomincia a farsi sentire...
E l'interpolazione lineare puo' aiutarci? Piu' o meno:

Esperimento sull'interpolazione lineare - Pagina 4 10ksin13


Avevamo gia' visto questa cosa nella risposta in frequenza. In quel caso, pero', vedevamo l'ampiezza media e questa non si riduce considerevolemte. Visto nel tempo ovviamente sembra piu' evidente.

Ora non so quanto questo sia udibile. Ma probabilmente qualcosa fa...
bandAlex
@Giulio ha scritto:Ora non so quanto questo sia udibile. Ma probabilmente qualcosa fa...

L'interpolazione lineare genera sicuramente degli artefatti, come abbiamo detto fin dall'inizio, ma la matematica dice che tali artefatti diventano di livello significativo solo a partire da fs/4, quindi nel caso di un brano a 44.1kHz solo a partire dai 10kHz circa. Ovviamente per brani con fs superiore, da 88.2kHz in poi, il problema neanche si pone e l'interpolazione lineare è quasi del tutto analoga ad un'interpolazione canonica sinc, ovviamente tenendo conto solo della banda audio fino a 20kHz.

L'esperimento con i brani interpolati via software (che trovate sul server ftp) serviva proprio a capire se, all'ascolto, si apprezzano differenze sostanziali tra brano originale a 44.1kHz e brano identico ma interpolato linearmente a 88.2kHz.

Bisogna fare attenzione che il nostro obiettivo è esattamente l'interpolazione lineare (facilmente ottenibile via hardware raddoppiando il numero di dac), e capire se questa è una strada percorribile per mitigare i problemi tecnici insiti in un dac NOS che lavori a 44.1kHz, oppure se tali artefatti sono così nefasti da farci rinunciare all'impresa e tenerci le immagini spettrali.

Quindi il paragone interpolazione lineare/interpolazione sinc non ha molto senso di esistere. Dal momento che l'interpolazione canonica non la possiamo implementare (anche perchè questo significherebbe impiegare un filtro digitale e rinnegare la filosofia NOS), e che sappiamo benissimo che quella lineare è un'interpolazione per così dire "approssimativa", la risposta fondamentale a cui dobbiamo assolutamente rispondere è: la vogliamo o no?

Per quanto mi riguarda, sono abbastanza fiducioso nel fatto che allontanare le immagini spettrali sia di gran lunga più importante e vantaggioso rispetto al piccolo danno di eventuali artefatti dai 10kHz in su. Che poi, almeno stando a chi ha partecipato al test, sembrano essere difficilmente udibili.

Ultima modifica di bandAlex il 24/11/2019, 21:29, modificato 1 volta
bandAlex
La pcb che arriva martedì prevede l'impiego di due TDA1541 che potranno lavorare in due modalità distinte:

1) semplice parallelo

2) time shift interpolation

A bordo della scheda c'è un'elettronica che permette di switchare tra le due modalità, tramite un pulsante sulla scheda stessa. Un led indicherà con la sua accensione che è attiva la Time Shift Interpolation (TSI)

In questo modo, durante l'ascolto, si potrà fare il confronto tra le due modalità semplicemente premendo il pulsante. In pratica, ciò consente di attivare/disattivare l'interpolazione.

Dal punto di vista tecnico, il fatto che due dac lavorino in parallelo consente di ottenere un certo miglioramento del rapporto S/N, ovvero prestazioni migliori rispetto ad un singolo dac. In particolare, il rumore dovrebbe ridursi di 3 dB, ovvero di 1.4 volte, circa un 40% in meno. Questo perchè il rumore non correlato si somma in base a SQR(n1 ^ 2 + n2 ^ 2), mentre il segnale utile è s1 + s2, quindi aumenta di più rispetto al rumore. Dal momento che in massima parte si tratta di rumore di quantizzazione, è altamente probabile che il rumore generato dai due dac sia non-correlato (dipendente dall'errore di +/- 0.5 LSB legato al chip).

Nella modalità TSI tale vantaggio dovrebbe mantenersi, oltre al fatto di allontanare le immagini almeno oltre i 42kHz, e ancora più in alto per le fs superiori a 44.1kHz.
Edmond
Si, ho usato sempre l'H-DAC, che ormai dedico ai sistemi Stax.
m_b
Alex, quindi se si usasse la modalità in parallelo, e si facesse oversampling 2x con un software che lavora in real time come hqplayer, che permetta di utilizzare vari filtri, si potrebbero in linea teorica ottenere risultati migliori? L’unico limite che mi viene in mente è che si farebbero lavorare i chip a 88.2 kHz .... e come dicevi tu in post precedenti, questo stressa maggiormente i chip.
m_b
... fosse così hdac si presterebbe a più soluzioni, tutte molto interessanti...poi occorre provare
Edmond
Interessante l'opzione... Vedo che, ormai, la scelta tecnica è stata fatta. Posso anche smettere di riportare giudizi e non sembrare uno scassapalle... Buon assemblaggio e buoni ascolti!!!
bandAlex
@m_b ha scritto:Alex, quindi se si usasse la modalità in parallelo, e si facesse oversampling 2x con un software che lavora in real time come hqplayer, che permetta di utilizzare vari filtri, si potrebbero in linea teorica ottenere risultati migliori? L’unico limite che mi viene in mente è che si farebbero lavorare i chip a 88.2 kHz .... e come dicevi tu in post precedenti, questo stressa maggiormente i chip.

Esattamente. Con la modalità parallelo si potrà usare un qualunque player per l'interpolazione via software, l'importante è non superare i 192kHz di fs, limite oltre il quale il dac non può funzionare.

I risultati saranno migliori o meno, a seconda della bontà del software utilizzato, ma in pratica non dovrebbero esserci grosse differenze. Giudicherete voi all'ascolto quali differenze si percepiranno.

L'interpolazione via hardware tramite TSI è quella che permette ai due TDA1541 di lavorare alla frequenza base, e ovviamente ha il vantaggio di non dover usare alcun player con plugin particolari: basta un qualunque player, oppure un flusso SP-DIF, e nient'altro.

La cosa interessante è che, inviando un flusso a 192kHz, attivando la TSI i due dac continueranno a funzionare tranquillamente, ottenendo in uscita un audio a 384kHz. Un traguardo mai raggiunto da un dac con TDA1541.
bandAlex
@Edmond ha scritto:Interessante l'opzione... Vedo che, ormai, la scelta tecnica è stata fatta. Posso anche smettere di riportare giudizi e non sembrare uno scassapalle... Buon assemblaggio e buoni ascolti!!!

Beh, le pcb erano già finite e spedite, ormai il dado è tratto! Si può sempre tornare indietro ovviamente, a questo servono queste 5 pcb, per avere una piattaforma di test.

E, come prevedevo, DHL le ha messe in consegna per oggi.
bandAlex
@Edmond ha scritto:Non comprendo bene il fenomeno... Forse che le mie orecchie, oltre i 10.000 Hz sentano meno, oppure che la mia conclamata sensibilità a certe frequenza comprese fra 4.000 e 10.000 Hz, unita ad una minor presenza delle gamme superiori, mi permetta una maggior capacità di analisi... Boh... oh my!

Io credo che sia assolutamente normale. Anche per me le differenze erano quasi impossibili da intercettare al di sopra dei 5kHz. Perchè in realtà, bisogna dire che il contenuto in alta frequenza di brani normali (percussioni, piatti di batteria, etc.) si concentra al massimo sui 6 o 7 kHz. Tutto ciò che è al di sopra di tale frequenza è molto limitato in ampiezza e quindi contribuisce poco al contenuto sonoro. Mettici pure il fatto che le nostre orecchie hanno un calo di sensibilità molto deciso al di sopra degli 8-10kHz. Ciò non vuol dire che si è insensibili a frequenze più alte, ma solo che la loro percezione diventa via via più difficile, con l'avanzare della frequenza e... dell'età.

Ora che è passato un po' di tempo, e che molti hanno fatto il test, posso esprimere quella che è stata la mia esperienza facendo il confronto tra brani originali a 44.1kHz e brani interpolati 2x linearmente. Tutti i confronti li ho fatti con HDAC MKII collegato all'AF-N e con la HE1000.

All'inizio ho avuto l'impressione che fossero del tutto identici, poi con più attenzione la mia preferenza è stata sempre per il brano interpolato x2. Non saprei spiegare i motivi esatti, ma il brano mi sembrava più ricco di particolari e più presente in gamma bassa. Non solo questo risultato di ascolto contraddice le mie previsioni (e la teoria) che indica un vantaggio soprattutto ad alta frequenza, ma conferma, se mai fosse necessario, come le percezioni possano cambiare da individuo a individuo, e quanto sia importante la sperimentazione.

La cosa per me sconcertante, è che altre persone sottoposte al test, ignare di quale brano stesse suonando, preferivano sempre il brano interpolato linearmente. E con maggior decisione rispetto a quanto facessi io.
bandAlex
b.veneri
popcorn popcorn winner winner
dankan73
special cool applausi
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