Digital Analog Çeviriciler Bölüm III

İkinci Bölüme Ulaşmak İçin Tıklayın

Digital Analog Çeviriciler, Upsampling & Digital Filtering Bölümü

B- Upsampling & Digital Filtering Bölümü

Yandaki resim; Şekil 4 – Curve Fitting (Eğri Geçirme))

Öncelikle hemen belirtmek gerekir ki bazı NOS DAC kutularında bu kısım hiç yoktur. Örneğin DIY olarak yaygın bir şekilde TDA154X dac entegreleriyle DAC kutusu yapanlar upsampling ve digital filter çoğunlukla kullanmazlar. Ama esasen 16 bitlik çok eski bu dac entegreleri için dahi zamanında upsampling chip’leri yapılmıştır. Örneğin SAA7220 upsampling chip’i TDA1541 dac entegresiyle birlikte kullanılır ve word genişliğini arttırmadan 4x upsampling yapabilme özelliğine sahiptir. Buradan da TDA1541’in 176 Khz’e kadar digital data kabul ettiğini anlayabiliriz.

Upsampling & Digital Filtering yapan entegrelerin bir başka adı da interpolating digital filter’dır. Upsampling olayı aslında bir tür interpolasyondur. Bir nevi discrete noktalara yakın mesafelerden bir eğri geçirme işlemidir. Ama tabii bu işlem digital domain’de yapıldığından örnekleme sayısının arttırılması gibi de düşünülebilir. Basit olarak düşünürsek örneğin standard cd formatında 16bit 44Khz müzik datası içinde peşpeşe gelen iki değer 16 ve 32 ise bu iki değerin arasına (16+32) / 2 = 24 şeklinde bir değer ilave etme işlemi upsampling’dir. Bu işlemin sonucunda 88Khz’lik upsample edilmiş bir veri elde etmiş oluruz. Bu işlemde word genişliğini arttırmaya ihtiyaç olmamıştır çünkü 16 ve 32’nin toplamının yarı bölümü tam bir değer vermektedir. Ama şayet peşpeşe gelen bu iki değer 17 ve 32 olsaydı toplamın yarıya bölümü kesirli bir değer verecekti ve elde edeceğimiz değeri 16 bitlik bir word’e yerleştirdiğimizde yuvarlama yapıyor olacaktık. İşte bu yüzden pek çok upsampling chip’i upsample işlemini yaparken aynı zamanda word genişliğini de arttırır ki kesirli bir değerde yuvarlama yapılmasın ve hata oluşmasın. O yüzden pek çok DAC upsampling sonrasında cd’lerdeki standard 16 bitlik word genişliğini 18 bit 20 bit veya 24 bit’e taşır. Yine bu bilgiye dayanarak önceden üretilen Philips TDA1541 ve onun eşleğini SAA7220’nin 16 bit olmasından dolayı bu eski entegrelerde upsampling sonrasında yuvarlama hatalarının olabileceğini tespit edebiliriz. Diğer taraftan 16 bitlik dac chip’lerini paralel kullanarak çok daha geniş bit uzunluklarına ulaşma tekniklerinin olduğunu biliyoruz ama bu detaylara burada girmeyeceğim.

Burada belirtilmesi gereken önemli bir konu da upsampling & digital filter entegrelerinin dac entegresinden bağımsız düşünülemeyeceğidir. Upsamping sonrasında elde edilen sayısal müzik datasının word genişliği ve hızı mutlaka dac entegresiyle uyumlu olması gerekir. Örneğin upsampling sonrası 24 bit 192 Khz bir output elde ediliyorsa dac entegresinin de bunu kabul edebilir yetenekte olması gerekir. Dolayısıyla upsampling entegreleriyle dac entegreleri uyumlu olarak üretilirler.

Digital filtreleme konusuna gelirsek teorik olarak bir cd kaydı içinde 22Khz’in üstünde bir ses sinyali olmaması gerekir ama pratikte cd yapımı aşamasında veya okuma sırasında bu tür parazit sinyaller audio sinyalinin arasına karışabilmektedir. O yüzden kulağın duyamayacağı 22 Khz’nin üstündeki sinyallerin ortadan kaldırılması esastır. Digital ortamda oversampling sonrasında bu tür parazit sinyallerin filtrelenmesi analog ortama göre çok daha kolay yapıldığından hemen her upsampling chip’i aynı zamanda digital filter olarak da çalışır ve 22 Khz’in üstündeki sinyalleri yok eder.

Şekil 4’teki örnekte (yukarıda) 8x upsample sırasındaki Curve Fitting (eğri geçirme) işlemlerini görüyoruz. Curve Fitting işlemi upsampling’in ve hatta DAC’ın en önemli aşamalarından birisidir. Curve fitting digitalden analog’a çevrim öncesinde temel alınacak sayısal noktaları belirleyen aşamadır. Bu işlemin nasıl yapıldığı konusunda üreticiler pek fazla bilgi vermezler. Ama şekilde de göreceğimiz gibi 16 bitlik cd datasını first order curve fitting işleminden geçirirsek orijinalden oldukça uzak bir sinyal şekli elde ederiz. Order seviyesi arttıkça upsample edilmiş noktalardan oluşacak eğrinin orijinale yaklaştığını, 12th order curve fitting’de ise ideal eğrinin yakalandığını görüyoruz. 12th order teoride çok uygun gözükse de pratikte gerçekleştirilmesi son derece zordur.

Pek çok bilinen oversampling digital filter entegresi bilinen yöntemlerle interpolasyon yaparken bazı üreticiler bu aşamada kendilerine özel bazı farklı yöntemlerle upsampling yapar. Bunlardan bazıları Wadia, DCS, ARC v.s. gibi hi-end üreticilerdir. Örneğin Wadia’da 2x, 4x veya 8x upsampling’den çok daha yüksek bir oranla 64x olarak upsampling yapılmaktadır. 64x olarak yapılan upsampling yöntemi de yukarıdaki şekilde verilen 12th order curve fitting’e oldukça uygun yapıldığından neredeyse orijinale çok yakın bir sinyal elde edilmektedir.

Bana göre bu konu içinde bahsedilmesi gereken bir de JVC’nin Victor Company ile ortaklaşa geliştirdirdiği K2 processor bulunur. ‘Digital K2’ processor digital audio sinyalinin işlendiği her aşamada kullanılabilir. CD üretiminde, playback aşamasında upsampling sırasında v.s.. Özelliği digital sinyalin içindeki parazitleri ve jitter’ı özel bir teknikle düzeltiyor olmasıdır. Bu tekniğin patent’i JVC’e aittir ve paylaşılmamıştır. Şekil 5’de ‘Digital K2’ fonksiyonunu görebiliriz.

Şekil 5 – JVC Digital K2 Processor

Konuyu sonlandırırken tekrar konunun başına dönersek NOS DAC’lar oversampling yapan dac’lardan daha başarılıdır veya değildir diyemeyiz. Her iki tarafta da çok başarılı dac’lar mevcuttur. Örneğin TDA1541 ile yapılmış olan Zanden NOS DAC ses kalitesi son derece başarılıyken oversampling yapan Accustic Arts tube dac da çok başarılıdır.

Dördüncü Bölüme Ulaşmak İçin Tıklayın

Benzer Yazılar