DAC: Oversampelig eller ikke?

[bles89]

lurer på dette med oversapeling i dac'er har det noe for seg? er det ikke bedre med litt for mye enn akkurat liksom? 8)

 

[General8]

lurer på dette med oversapeling i dac'er har det noe for seg? er det ikke bedre med litt for mye enn akkurat liksom? 8)

Tror de som har peiling vil si at det bare ødelegger mer enn det gjør godt..
Snus litt rundt så finner du en tråd om det her inne..

 

[knutinh]

Oversampling er en teknikk som "forflytter" kompleksitet fra analog-delen til digital-delen av en D/A. Hvorvidt det er ønskelig kan sikkert variere, men som regel blir det vurdert som fordelaktig å gjøre mest mulig av den nødvendige filtreringen digitalt, hvor man har større muligheter og slipper temperatur-avhengighet.

-k

 

[Lydtekniker]

lurer på dette med oversapeling i dac'er har det noe for seg? er det ikke bedre med litt for mye enn akkurat liksom? 8)

Oversampling ligger vel vanligvis minimum på 64 x sample rate, så det er vel ikke bare litt det er snakk om

 

[Ivar_Loekken]

Alle nyere DACer bruker oversampling og støyforming. Og ja, du vil ha det. Det går ikke an å realisere virkelig høy oppløsning på noen annen måte.

 

[tweakMan]

Hva gjør Audionote så bra da?

 

[Cobra2]

Markedsføring?

Arne K

 

[bles89]

Alle nyere DACer bruker oversampling og støyforming. Og ja, du vil ha det. Det går ikke an å realisere virkelig høy oppløsning på noen annen måte.

Markedsføring?

Arne K

så dette med non oversampeling dac'er er bare produsenter som prøver å skape ett market på en gimmik?

 

[knutinh]

Ivar har svart på dette et annet sted tror jeg.

I praksis oversampler man for å "spare penger" på analog filtrering. Alt svada om gjenskapte frekvenser og overtoner kan glatt oversees.

Så ja, jeg tror du kan kategorisere det som gimick (som veldig mye annet i bransjen).

mvh
Knut

 

[KW]

Så ja, jeg tror du kan kategorisere det som gimick (som veldig mye annet i bransjen).

mvh
Knut

Hei!
Gimick? Hvilken vei da?
Er det gimmick at det er noen som nå mener at det er bedre uten upsampling eller er det selve upsamplingen (96-192) som er gimmick
???

Mvh.KW

 

[Lydtekniker]

Upsampling i seg selv (konvertering av bitstrømmen fra eksempelvis 44,1 KHz til 192 KHz) kan ikke gjøre annet enn å tilføre forvrengning.

Akkurat som om du skulle filme TV'en din med et HD-kamera - resultatet blir ikke bedre enn utgangspunktet, for det finnes ingen informasjon ut over det originale formatet (takk for analogien, Knut ).

Jeg tror man bør skille mellom oversampling for å dytte filterproblematikken over i det digitale domenet, og det å upsample datastrømmen for å oppnå en eller annen påstått kvalitativ forbedring i lyden.

 

[KW]

Akkurat som om du skulle filme TV'en din med et HD-kamera - resultatet blir ikke bedre enn utgangspunktet, for det finnes ingen informasjon ut over det originale formatet (takk for analogien, Knut ).

Hei!
For å ta et annet eksempel, når det her nå snakkes om bilder (levende eller still, kanskje helst det siste)
Har man et bilde i en viss oppløsning (altså i utgangspunktet riktig for en gitt (viss) størrelse (la oss si A4) om en så skulle ønske dette i en langt større størrelse med samme antall "pixler" så vil jo ikke dette akkurat bli fint å se på.
Da har en mulighet for å "resize" (upsample?) bildet og jeg påstår ikke at ny (riktig) informasjon blir resultatet, men bildet får flere pixler (riktignok kunstig laget ved hjelp av informasjon fra vedsidenavliggende pixler) og resultatet vil være behageligere å se på (bildet altså).
Er ikke dette noe liknende det som skjer ved linjedobling som enkelte tver har?
En kan godt velge å kalle dette en form for forvrengning, men dersom en ønsker å sitte nærmere en tv eller betrakte et sterkt forstørret bilde på ikke for lang avstand, så kan det etter min mening være å foretrekke fremfor et bilde (tv eller stillbilde) hvor en begynner sterkt å ane linjer eller pixler (eller rasterpunkter ved trykk).

Mvh.KW

 

[Lydtekniker]

Disse graderingene som dannes mellom pixlene blir analogt med å lavpassfiltrere et lydsignal, dersom jeg husker Løkken korrekt. Dette tilfører ikke signalet noen ny informasjon.

Dette er forvørig ingeniørene på forumet bedre på å forklare enn meg

 

[Ivar_Loekken]

Hei!
Gimick? Hvilken vei da?
Er det gimmick at det er noen som nå mener at det er bedre uten upsampling eller er det selve upsamplingen (96-192) som er gimmick
???

Mvh.KW

Upsampling eller sampleratekonvertering har ingenting for seg rent lydmessig, hensikten er å kunne koble ulike kilder med ulike rater til samme DAC, eller å lette synkronisering i studio hvor man har mange bokser.

Oversampling kan heller ikke gjøre lyden bedre, men man kan designe selve DA-konverteren på en annen måte som er meget fordelaktig. Istedet for å måtte lage en analog enhet som må skille 216 eller 224 unike nivåer (det krever litt av en spenningsdeler), kan man bruke delta-sigma-modulasjon og redusere antall bit til typisk mellom 1 og 5. Så få bit gir høy støyeffekt, men oversampling kombinert med delta-sigma-modulasjon tillater flytting av denne støyen langt over det hørbare området. En typisk audio-DAC har 3-10MHz samplerate og 1-5 bit ut av modulatoren. Man kan også bruke lignende digitale teknikker for å støyforme ulinearitet (s.k. dynamisk elementmatching).

Spenningdeling eller ladningsdeling, som brukes for å gjøre om digitale tallverdier til analoge spenningsverdier, må gjøres passivt (motstander eller kondensatorer). Fysisk matching av passive komponenter i typiske IC-prosesser, feks 0.18um, muliggjør ikke bedre enn ca 10-12 bit linearitet. Med lasertrimming av ICene kan man få det opp på ca 16-bit. I tillegg er det dyrt på grunn av det store antallet komponenter som må til for feks en 24-bit spenningsdeler og fordi lasertrimmingen øker produksjonstiden. Med 1-bit DAC er matching ikke noe problem, siden man kun har to nivåer (min og maks) og dermed ikke har noen nivåer å matche bortsett fra referansespenningen. Imidlertid er disse ekstremt følsomme for stige-/falltid og jitter. Derfor er det typisk 3-5 bit oversamplede delta-sigma-modulatorer med digital dynamisk elementmatching som brukes i moderne DACer. State-of-the-art effektiv oppløsning ligger på mellom 18 og 19 bit over audioområdet (0-20kHz).

NOS audio-DACer finnes det ikke mange av (Texas Instruments har én igjen; PCM1704 og så er det en TDA etellerannet som fremdeles lages og kanskje Analog Devices AD1865). PCM1704 har såvidt over 16 effektive bit, ADen knapt 15 og TDAen trolig noe under det igjen. Til sammenligning har CS4398, som sitter i denne Zhaolu-boksen til 1500 kroner nesten 18 effektive bit. AD1955 og TI PCM1794 har såvidt rundet 18 og er de beste på markedet, mens Phlips viste en prototyp på ISSCC i 2004 som såvidt bikket 19.

 

[knutinh]

Hei!
For å ta et annet eksempel, når det her nå snakkes om bilder (levende eller still, kanskje helst det siste)
Har man et bilde i en viss oppløsning (altså i utgangspunktet riktig for en gitt (viss) størrelse (la oss si A4) om en så skulle ønske dette i en langt større størrelse med samme antall "pixler" så vil jo ikke dette akkurat bli fint å se på.
Da har en mulighet for å "resize"  (upsample?) bildet og jeg påstår ikke at ny (riktig) informasjon blir resultatet, men bildet får flere pixler (riktignok kunstig laget ved hjelp av informasjon fra vedsidenavliggende pixler) og resultatet vil være behageligere å se på (bildet altså).
Er ikke dette noe liknende det som skjer ved linjedobling som enkelte tver har?
En kan godt velge å kalle dette en form for forvrengning, men dersom en ønsker å sitte nærmere en tv eller betrakte et sterkt forstørret bilde på ikke for lang avstand, så kan det etter min mening være å foretrekke fremfor et bilde (tv eller stillbilde) hvor en begynner sterkt å ane linjer eller pixler (eller rasterpunkter ved trykk).

Mvh.KW

En svakhet i analogien audio <-> video er at mens audio uten unntak følger nyquist og fjerner frekvenser som er for høye til å kunne gjengis skikkelig, så gjør ikke alltid video-utstyr det samme, i alle fall ikke i like stor grad. Når enkelte grafikk-kort har såkalt "anti-aliasing" filtrering så er dette nettop å fjerne høyfrekvente deler av signalet, slikt at man slipper trappetrinn-effekter etc.

Oppskalering kan aldri tilføre signalet noe informasjon. Det kan derimot innføre forvrengning. Som regel er det snakk om å tilpasse en 44.1 kHz lydstrøm med en 48kHz D/A konverter, eller et 720x576pixel tv-signal til en 1366x768 pixel flatskjerm. Det som da gjøres er et digitalt lavpassfilter kombinert med reptisjon av sampleverdier. Noe å tenke på for de som av religiøse årsaker ikke kan ha equalizer (filtre) i signalveien =)

I følge nyquists sampleteorem så kan all informasjonen i et 44.1 kHz signal gjenskapes tapsfritt (opp til havle samplefrekvensen). All informasjonen over 22.05kHz er derimot tapt for alltid. Grunnen til at folk som Ivar bruker oversampling er at det gjør det enklere å designe kretsene som nærmer seg Nyquists teoretiske grense. Men grunnen til at oversampling er nevnt i reklame-materiell, brosjyrer og Lyd & Bilde er som regel uten unntak inkompetanse og/eller ønske om å føre folk bak lyset....

-k

 

[BHO]

Hva gjør Audionote så bra da?

Tja...si det :
Jeg bryr meg lite om teknikken som ligger bak, men herregud.....bruk øra!
Noe "riktig" gjør de iallefall. ;D
Det er nå min mening.

 

[realist]

Tja...si det  :
Jeg bryr meg lite om teknikken som ligger bak, men herregud.....bruk øra!
Noe "riktig" gjør de iallefall. ;D
Det er nå min mening.

Kan det ha noe med ørevennlig forvrengning å gjøre a la LP??

 

[BHO]

Kan det ha noe med ørevennlig forvrengning å gjøre a la LP??

Ikke vet jeg, ikke bryr jeg meg, men godt spiller de.....for mine ører. 8)

 

[Rojoh]

Ikke vet jeg, ikke bryr jeg meg, men godt spiller de.....for mine ører. 8)

Vel talt.

Mvh. Johan

 

[LydMekk]

NOS audio-DACer finnes det ikke mange av (Texas Instruments har én igjen; PCM1704 og så er det en TDA etellerannet som fremdeles lages og kanskje Analog Devices AD1865). PCM1704 har såvidt over 16 effektive bit, ADen knapt 15 og TDAen trolig noe under det igjen. Til sammenligning har CS4398, som sitter i denne Zhaolu-boksen til 1500 kroner nesten 18 effektive bit. AD1955 og TI PCM1794 har såvidt rundet 18 og er de beste på markedet, mens Phlips viste en prototyp på ISSCC i 2004 som såvidt bikket 19.

Bare til orientering: 1704 HAR upsampling til 192/24. Disse er montert i min Pioneer DV-747 som nå begynner å bli et par år gammel.

 

[Ivar_Loekken]

Jeg bryr meg lite om teknikken som ligger bak....

Da er det vel intet poeng for deg i å lese tech-hjørnet, langt mindre poste der.

Hvis tech-hjørnet skal spammes i senk av antiteknokrater foreslår jeg heller at det, siden det tydeligvis plager noen, rett og slett fjernes. Mengden reell teknisk debatt her er uansett minimal.

Bare til orientering: 1704 HAR upsampling til 192/24. Disse er montert i min Pioneer DV-747 som nå begynner å bli et par år gammel.

1704 er ikke en oversamplet (delta-sigma) konverter. Den støtter imidlertid ekstern oversampling inntil 8x ved 96kHz (dvs 768kHz) og er ment å skulle parres med oversamplingsfilteret DF1704. Dette er først og fremst for å gjøre analog filtrering på utgangen enklere. 1704 er god, hovedproblemet med den er prisen (over $20 for de dyreste).

http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/pcm1704.html

 

[Viking]

Da er det vel intet poeng for deg i å lese tech-hjørnet, langt mindre poste der.

Hvis tech-hjørnet skal spammes i senk av antiteknokrater foreslår jeg heller at det, siden det tydeligvis plager noen, rett og slett fjernes. Mengden reell teknisk debatt her er uansett minimal.

Husk dette når du kveler enhver entusiasme på alle andre steder enn tech-hjørnet med technobabbel.

 

[Ivar_Loekken]

Hvis noen spør om et ytelsesrelatert spørsmål hvor jeg mener å ha noe jeg skulle ha sagt, så kommer jeg med et ytelsesrelatert svar. Hvis noen snakker om feks jitter eller dynamikk, så mener jeg det er på sin plass å påpeke hva jitter og dynamikk faktisk er. Det står ingen steder at teknisk funderte vurderinger er bannlyst fra resten av forumet, vil du ha det på den måten så foreslår jeg at du sender en forespørsel til høvdingen. Under tech-hjørnet står det imidlertid eksplisitt: "Her kan det diskuteres tekniske forklaringer innen elektronikk, kabel og høyttalerteknologi. Ingen synsing her."

Det er min mening at tech-hjørnet ikke fungerer etter intensjonen og som sagt, vil du ha alt teknologisk relatert stoff bannlyst fra resten av HFS, ta det opp med administrator, det er ditt problem.

Entusiasme? Har du entusiasme for annet enn å krangle og hakke på folk? Av innleggene dine virker det ikke slik.

 

[realist]

Husk dette når du kveler enhver entusiasme på alle andre steder enn tech-hjørnet med technobabbel.

Løkken sitt "babbel " er for meg en frisk pust i en ellers tåkete tilværelse på dette forumet. Entusiasme som er frakoblet de fleste av fysikkens lover er og blir tåkebabbel. Techhjørnet har jeg oppfattet som litt mere jordnært, for å si det sånn.

 

[knutinh]

"To each his own"

Løkken kan bare si hva en spesifikk kretsløsning fører til i form av spesifikasjoner.

Dere som fortrenger den fysiske verdenen må bare finne egne måte å kommunisere relevant informasjon på.

mvh
Knut

 

[Håkon_Rognlien]

Men til tross for Løkkens forklaringer; Det finnes enkelte DAC'er der ute uten oversampling, også nyere typer. Dise låter faktisk helt utrolig bra, og står ikke tilbake for noe som helst annet verken på oppløsning eller andre parametre, uansett hvor mye oversampling det er snakk om.
Noen tekniske forklaringer på hva dette dreier seg om i prinsipp? For så langt jeg oppfatter det må det være noe annet enn oversampling som avgjør oppløsningen.

Mvh
Håkon Rognlien

 

[Ivar_Loekken]

Siden vi er på tech-hjørnet: Oppløsning (eng.: resolution) er en klart definert og målbar parameter. Den kalles ofte også SNDR (Signal to Noise and Distortion Ratio) og måles i dB, alternativt ENOB (Effective Number Of Bits) og er definert som maksimal signaleffekt dividert på total forvrenging og integrert støyeffekt over basebåndet. Man finner ikke en DAC uten oversampling som har mer enn 16 ENOB, de fleste (gode) ligger mellom 14 og 15, langt under de beste moderne (oversamplede) konvertere. Man kan muligens argumentere for at -90dB støy og forvrenging relativt til full signaleffekt i mange sammenhenger ikke er hørbart, dvs at 14-15 bit er tilstrekkelig for transparent audio, men øret har større dynamisk område enn dette, hvilket også muliggjør plausibel argumentasjon for det motsatte. Hørbart eller ei, det eksisterer ingen NOS-konverter som er i nærheten av rådende krav for "high-resolution" audio.

 

[Håkon_Rognlien]

Takker for den , Løkken, dette øker nysgjerrigheten min, for ved lyttetester oppleves dette faktisk motsatt av det teoriene viser. Her ligger det tydeligvis et spennende teknologifelt mht hvorfor vi opplever disse "gammeldagse" konstruksjonene som så utrolig bra.
Hvor høyt er største teoretiske og reelle ENOB fra en CD? Hvor gode er de beste moderne DAC'ene på denne skalaen?


Mvh
Håkon Rognlien

 

[Ivar_Loekken]

1. Takker for den , Løkken, dette øker nysgjerrigheten min, for ved lyttetester oppleves dette faktisk motsatt av det teoriene viser. Her ligger det tydeligvis et spennende teknologifelt mht hvorfor vi opplever disse "gammeldagse" konstruksjonene som så utrolig bra.

2. Hvor høyt er største teoretiske og reelle ENOB fra en CD?

3. Hvor gode er de beste moderne DAC'ene på denne skalaen?

1. En plausibel, men ofte kontroversiell, forklaring er at en liten mengde forvrenging kan oppleves som ørevennlig, "varm" eller "frisk" alt ettersom hvordan forvrengingsspektrumet er sammensatt. Samme argumentasjon som ofte brukes i forbindelse med rørforsterkere. En annen kan være ringing i oversamplingsfiltre, men denne er mindre plausibel fordi ringingen er langt kortere enn ørets antikausale maskering ("pre-masking"). Dessuten høres ikke ringing fra filtre (i større / klart hørbare mengder) ut som tap av oppløsning, men som et mer diffust lydbilde (les: mer diffus plassering, perspektiv).

2. 16 og 16. Grunnen til at det kalles ENOB er at det er samme oppløsning som du får av en digital kvantisering med dette antall bit. 16-bit gir maks 96dB SNR, med andre ord er 96dB SNR lik 16 ENOB. De fleste innspillinger har dog betydelig mer støy, siden mikrofoner, opptaksutstyr osv. bidrar med sitt.

3. I overkant av 18, hvis man ser bort fra forvrenging (dvs kun tar med støy) ca 20.

 

[nb]

Løkken: Er slk forvrenging "parametiserbar", slik at det i teorien ville være mulig å lage en krets / filter i software som replikerer denne? En Audio-Note-plugin til Winamp

 

[Håkon_Rognlien]

Nå må du hjelpe meg litt. Dersom 16 er max oppnåelig, hva er da vitsen med en DAC som fikser 20?
Nå rdet gjelder ditt svar på nr 1: Sånn for informasjonens skyld har de omtalte DAC'er heller ingen filtre verken på digital eller analog side. Spør meg ikke hvordan det virker... eh.. det er jo for øvrig ditt felt!

Mvh
Håkon

 

[Ivar_Loekken]

Dersom 16 er max oppnåelig, hva er da vitsen med en DAC som fikser 20?

DVDA, SACD - kort og godt hi-res-audio.

Løkken: Er slk forvrenging "parametiserbar", slik at det i teorien ville være mulig å lage en krets / filter i software som replikerer denne? En Audio-Note-plugin til Winamp

Det er ikke noe problem å replikere hvilken som helst forvrenging digitalt. Man får masse gitar-plugins som replikerer rørforsterkere (for gitarbruk), feks Amplitube. Et akustisk instrument (en gitaramp har også høyttaler og kasse som former "sounden") er dog vesentlig vanskeligere å modellere enn en ren elektrisk krets (pga masse resonanser etc) og selv om Amplitube er god er den ikke autentisk. Å modellere et harmonisk forvrengingsspektrum fra en elektrisk (rør)forsterker burde dog være en smal sak.

 

[bles89]

Det er ikke noe problem å replikere hvilken som helst forvrenging digitalt. Man får masse gitar-plugins som replikerer rørforsterkere (for gitarbruk), feks Amplitube. Et akustisk instrument (en gitaramp har også høyttaler og kasse som former "sounden") er dog vesentlig vanskeligere å modellere enn en ren elektrisk krets (pga masse resonanser etc) og selv om Amplitube er god er den ikke autentisk. Å modellere et harmonisk forvrengingsspektrum fra en elektrisk (rør)forsterker burde dog være en smal sak.

Kult, men viss man bruker noe sant på en transistor forsterker vil vel man bare legge forvrengning oppå forsterkerens egen forvrengning/støy? Da har man en slags blanding av rør og transistor eller? rørforsterkerens "ørevennlige" 2 harmoniske og transistorens høyere harmoniske overtoner. det jeg prøver å spørre om er om en slik forvengningssimulator kan bli like "bra" som orginalen? 8)

 

[Lydtekniker]

Kult, men viss man bruker noe sant på en transistor forsterker vil vel man bare legge forvrengning oppå forsterkerens egen forvrengning/støy?

De er beregnet brukt på en PC tilkoblet enten hifi-utstyr eller ordentlige studiomonitorer. Du kan selvsagt mate en transistorbasert gitarforsterker med signalet, og da vil du selvsagt legge dennes karakteristikk oppå signalet igjen.

det jeg prøver å spørre om er om en slik forvengningssimulator kan bli like "bra" som orginalen? 8)

Native Instruments 'Guitar Rig', Line 6 'Amp Farm', Waves 'GTR', McDSP 'Chrome Tone' og IK Multimedia 'Amplitube' er eksempler på slike. De har etterhvert blitt så gode at selv profilerte gitarister bruker dem. Som med alt digitalt utstyr er det naturligvis fortsatt de som mener at det ikke kan måle seg med analogt, men jeg tror ikke det er mange som klarer å peke ut innspillinger som er gjort med forsterkersimulatorer kontra ordentlige, fysiske gitarforsterkere, dersom de er skikkelig gjort. I tillegg får du uendelig mange flere muligheter enn dersom du skal bruke en vanlig gitarforsterker - på Guitar Rig kan du eksempelvis sette sammen din helt egen rigg ved å velge mellom mange kjente forsterkere, og så supplere med så mange kabinetter du ønsker av hvilken type som helst og i tillegg velge mellom et hav av effekter, modellert etter kjente produkter. For noen skarve tusenlapper er mulighetene med disse produktene mange.

Du kan høre MP3-eksempler fra Guitar Rig på den vesle flash-dingsen på hjemmesiden. Låter ganske ok.

Forøvrig finnes det også plugins som emulerer de ulinjæritetene og små forvrengningene man finner i analoge miksebord, samt de karakteristikker man finner i analoge magnetbånd. Rene, digitale innspillinger inneholder lite slikt, og kan fremstå som litt i reneste laget, derfor er det vanlig i slike tilfeller å bruke plugins for å få litt av den røffheten og "pondus" som analogt utstyr kan gi. Igjen hevdes det jo fra enkelte at intet digitalt kan måle seg med analogt.

Til og med plugins som emulerer lyden fra russiske radiokommunikasjoner i verdensrommet finnes -> Cosmonaut Voice. Kanskje ikke fryktelig anvendelig, men ganske artig

Simulanalog Guitar Suite er en gratis VST-plugin (til bruk i Cubase o.l.) som emulerer følgende:

- Boss DS-1 (Distortion stompbox)
- Boss SD-1 (Super Overdrive stompbox)
- Tube Screamer (Overdrive stompbox)
- Oberheim PS-1 (Phaser stompbox)
- Univox Univibe (Modulations stompbox)
- Fender Twin 1969 (Guitar amplifier)
- Marshall JCM900 Dual Reverb (Guitar amplifier)

 

[knutinh]

Å modellere et harmonisk forvrengingsspektrum fra en elektrisk (rør)forsterker burde dog være en smal sak.

I praksis viser det seg vel vanskelig?

Jeg har latt meg fortelle at en rørforsterker hverken er lineær eller tidsinvariant, slik at en noenlunde komplett modell må ha Volterra-filter eller noe lignende. Å sette opp parametrene er ingen smal sak...

http://music.columbia.edu/cmc/music-dsp/
En veldig bra mail.liste med dsp/programmerings-stoff for musikk.

-k

 

[nb]

Hva mener du med tidsinvariant? At forvrengingskarakterestikken ikke er lik for samme input på to ulike tidspunkt?

 

[knutinh]

Hva mener du med tidsinvariant? At forvrengingskarakterestikken ikke er lik for samme input på to ulike tidspunkt?

http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_time_invariant

http://music.columbia.edu/pipermail/music-dsp/2003-December/025476.html

"..Messages sorted by: [ date ] [ thread ] [ subject ] [ author ]

People ask about this about once a month so it seems perhaps an FAQ is
in order.
Starting from the beginning, where all good stories begin... For you
consideration:

Guitar distortion basically stems form overdriven amplifiers and
nonlinearities present in the components used (maybe tubes or the
transformer or diodes). The signal is clipped and all sorts of stuff not
present in the original signal appears. Though not an accurate
representation of the original signal, this new distorted signal tends
to rock way more.

So how does one make this distortion digitally?

This is normally accomplished through a waveshaping. We take the
original signal between -1 and 1 and map it, using a mathematical
function to a new signal between -1 and 1. This is what is called a
memoryless nonlinearity. Memoryless because the next sample out has
nothing to do with any of the other previous samples, and nonlinear
adding to signals together and obtaining the result is not the same as
obtain the results separately for each signal and then adding them
together. So the higher your amplitude going into the waveshaper the
more clipping and the more distortion.

There is hard clipping and soft clipping. Not easy to explain without
pictures but hard clipping means you chop off everything above 1 and
below -1, soft clipper has a smoother transition between the probably
linear middle region and the clipped parts. for example:

a 3rd order polynomial
f(x) =
-2/3, x < -1
x - x^3/3, -1 <= x <= 1
2/3, x > 1

or maybe arctan, or tanh (but polynomials are faster to calculate).

These functions are odd i.e. they are symmetrically f(-x) = -f(x), they
only generate odd harmonics (take to this to the limit and you get a
square wave which is a fundamental and all the odd harmonics). Breaking
this symmetry in any way will add some even harmonics, tubes will create
some even harmonics and as will things like pickups that aren't placed
symmetrically like in the fender rhodes.

Easy ways to make your function asymmetrical are to add a DC offset into
the signal before the nonlinearity so e.g. the top is clipped more than
the bottom, or you could add an even function like a square to your
function.This will change the duty cycle of your waveform i.e. e.g. the
first peak might take up more of the period than second peak. and means
the higher your input signal the more unequal the duty cycle is, i.e.
duty cycle modulation as a function of amplitude.

Now you probably want to filter the signal before and after the
nonlinearity because you want specific frequencies to be distorted more
than others. Distorted low frequencies can sound "flatulent" and
distorted high frequencies sound really "fuzzy". Most likely what you
want is a band pass or high pass before and lowpass after adjusted to taste.

Problems with this:

Intermodulation,
basically beating of the sum and/or difference between all the
frequencies and harmonics you now have in your signal. Mostly apparent
when you play a chord. This happens in the analog domain too and your
filters will mostly take care of this.

Aliasing,
you may have introduced some frequencies higher than the nyquist. You it
hear mostly when you slide between notes or bend a note (you hear some
frequencies bend or slide in the opposite direction as the frequencies
wrap around). This actually depends on the order of your polynomial. If
your input signal contains no frequencies over fs/2n you can apply an
n-th order polynomial without aliasing.

If your waveshaping function is a polynomial you can bandlimit you
signal in a parallel filter bank with lopass filters with cutoffs at
fs/2n and apply up to an n-th order polynomial to you bandlimited
signals then sum the result and avoid all the aliasing! You can control
the gain of each polynomial term to make any desired polynomial waveshaper.

The problem is that usually you would use a polynomial section and then
clip the after the bounds of the section like in the 3rd order
polynomial example above. This means you no longer have a nice neat
polynomial and will introduce a bunch of aliasing. The solution to this
is to oversample i.e. stick zeros between the samples, bandlimit to
original fs/2, distort, bandlimit to original fs/2, then downsample by
tossing out every other sample. This gives you some space to alias and
then throws out the bad stuff. It won't completely eliminate the
aliasing but will get rid of some of it. How much you oversample is up
to you. People mostly seem to think 2 times oversampling is sufficient
as anything left is obscured by the distortion anyway. Oversampling
tends to be computationally expensive...

to sum up, you probably want:

pre-gain > pre-eq (bandpass) > nonlinear waveshaping function > post-eq
(lowpass) > post-gain
and you may wish to eliminate aliasing using the bandlimited polynomials
or by oversampling..."

-k

 

[knutinh]

http://music.columbia.edu/pipermail/music-dsp/2006-February/031850.html

"> On Tue, 28 Feb 2006, robert bristow-johnson wrote:
>
> >> One problem: Tube amplifiers are not time-invariant systems.
> >
> > other than 50 Hz or 60 Hz hum (from power supply ripple and maybe E&M
> > induction from a hummy environment), i am not sure what makes a tube
> > amplifier time-variant. would you please enlighten me?
>
> Interstage blocking distortion and cathode bias shifting. Both add memory to
> the nonlinearities and the time constant is quite long. Technically you could
> consider them to be filters (with nonlinearities inside their feedback
> loops), but it is often better to think of them as time-varying DC bias at
> various points in the circuit.

but that DC bias is defined by the input (and the system), no? is there an external source that defines it?

boy, i dunno, Antti. if you remove the P.S. ripple and make sure no one is twisting knobs on the box (and ignore the effect of aging and warm-up on the parts, i.e. the parts are already well-burned-in and warmed up), then let y(t) be the output of the tube amp (if you want, include the speaker and enclosure and put a nice SM-57 mic in front of it) due to some well defined input x(t), then if x(t-tau) is input to the same system, does it not respond with y(t-tau)?

if the result of delaying an input is that the output remains identical but delayed by the same amount, that is the only salient meaning of "time-invariant" that i know of.

--"

-k

 

[michell]

Hørbart eller ei, det eksisterer ingen NOS-konverter som er i nærheten av rådende krav for "high-resolution" audio.

For ordens skyld: Det er TDA1543 en finner i en rekke NOS-DACer som florerer her på forumet.

http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/T/D/A/1/TDA1543.shtml

THD på denne ligger mellom 75 og 80dB. (Se side 9 i databladet)

Selv har jeg en NOS-DAC med TDA1545. Noe bedre data, men fortsatt ikke "high resolution":

http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/T/D/A/1/TDA1545.shtml

 

[Ivar_Loekken]

I praksis viser det seg vel vanskelig?

Jeg har latt meg fortelle at en rørforsterker hverken er lineær eller tidsinvariant, slik at en noenlunde komplett modell må ha Volterra-filter eller noe lignende. Å sette opp parametrene er ingen smal sak...

Jeg tenkte på det harmoniske forvrengingsspektrumet fra en hifi-rørforsterker som brukes i det tilnærmet lineære området, å legge til en vilkårlig mengde n'te harmoniske eller bare etterligne den statiske transferkarakteristikken til et rør er en smal sak, det er bare å regne seg frem til et polynom av en eller annen orden. Hvis den er tidsvariant blir det med ett langt verre. Å lage en 100% autentisk replika av rørforsterker X er kanskje ikke så enkelt, men å etterligne rørlyd med svært god troverdighet lar seg fint gjøre. Som lydmannen sier er disse gitar-plugins svært gode.