DE
COMPACT DISC
Philips ontwikkelde de basis van de huidige Compact Disc en Sony sloot
zich in de laatste jaren van die onwikkeling aan toen Matshushita niet
geinteresseerd bleek. Philips had een omzetter ontworpen met 14 bit
quantisatie die met de gekozen samplingfrekwentie van 44.1 kHz. werkte.
Sony drong er op aan dat de quantisatie met 16 bits zou plaatsvinden
omdat er anders veel kritiek op het hoorbare resultaat zou komen, uiteraard
met name van de audiofielen en de fervente muziekliefhebbers die aan
het eind van de jaren 70 een fenomenale weergave van de analoge bronnen
tot hun beschikking hadden:
- een
hoge resolutie over de hele audioband,
- een
uitgebreid frekwentiebereik,
- een
zeer goede transientweergave,
- een
goede dynamiek,
- een
extreem laag ruisniveau en
- een
minimale vervorming.
NOISESHAPING
Een quantisatie van 14 bits levert 16384 pulsen per seconde op (2¯14).
Bij 16 bits is dat al 65536 pulsen (2¯16). Om aan het criterium
van 16 bit te voldoen paste Philips o.a. de techniek van oversampling
met noiseshaping toe waardoor met een 14 bit werkende decoder een theoretische
dynamiek van 16 bit werd bereikt. Dat nam niet weg dat de noisehaping
goed was te horen in de eerste Philips-spelers en dat met name de hoge
frekwenties een niet gestoken signaal opleverden maar enigszins diffuus
klonken. Later werd de werking van de noiseshapers verbeterd. Maar er
bleef altijd verschil tussen een met noiseshaping behandelde datastroom
en een niet met noiseshaping behandelde datastroom.
LOW
BIT
De ontwikkeling van snellere processoren maakte het ontwerpen van zogenaamde
low-bit converters mogelijk die aanvankelijk bedoeld waren voor de portable
digitale apparatuur: spelers en kleine DAT-recorders. Ze waren praktischer
omdat in die omzetters een preciese afregeling van de bits niet nodig
was. De preciese multibit omzetters waarbij elke bit heel nauwkeurig
geconstrueerd en afgeregeld is bleef de toon aangeven voor de stationaire
CD-spelers en DAT-recorders in studio en huiskamer. Er zijn 2 vormen
van low-bit conversiesystemen, dat van Matsushita en het systeem van
Philips. Matshushita's conversie is gebaseerd op de zogenaamde Pulse
Width Modulation.
PULSE
DENSITY
Philips ontwikkelde een eigen conversie gebaseerd op de Pulse Density
Modulation. Beide fabrikanten gingen de nieuwe omzetters ook toepassen
in de machines voor thuis. De eerste spelers lieten meteen al de verbeterde
sinusgolf zien bij zeer zachte signalen waar juist de multibit omzetters
een geveltrapje lieten zien. De verbeterde sinusgolf was echter geen
dunne, fijn gebogen lijn maar een dikke, enigszins wollige sinus die
allerlei manipulatie en onzuiverheden deed vermoeden. Een noiseshaper
is eigenlijk een filter dat niet met een al te steile helling mag werken,
anders dringen er zijband modulaties in het signaal binnen. Omdat er
oversampling wordt toegepast (256x) waardoor de frekwentie van 44.1
kHz. genegeerd wordt en een veel hoger frekwentiebereik gesuggereerd
wordt, kan een niet steile filtering goed zijn werk doen en wordt het
gebied tot 20.000 Hz. in tact gelaten: praktisch geen faseverschuiving.
Een steile filtering die bij een multibit omzetter nodig is ontbreekt
bij de low bit omzetters.
VERSCHILLEN
Er zijn opvallende verschillen tussen de preciese multibitter en de
low bit omzetter. En ze zijn voor fijngevoelige oren ook hoorbaar. Wanneer
geluisterd wordt naar een opname van een symfonieorkest of een ensemble
via een multibitter, dan valt op dat er ruimte tussen de instrumentalisten
is. Je kunt als het ware tussen de stoelen de podiumvloer nog zien.
Denon, Accuphase en veel high-end merken als Mark Levinson en Theta,
pasten multibit omzetting toe. De multibit omzetters moeten precies
afgeregeld worden om de harmonische vervorming laag te houden en om
een rechte frekwentiekarakteristiek te verkrijgen, zaken die verband
houden met een accurate nuldoorgang. Dan gaat het om de zogenaamder
MSB (Most Significant Bit). De mate van oversampling (4x, 16x, 32x,
want ook de multibitters maken hier gebruik van) bepaalt de zuiverheid
van het uiteindelijke signaal. Persoonlijk vind ik 8x oversamplen gehoormatig
optimaal. Dan wordt de samplingfrekwentie naar 3.528 MHz. getransponeerd.
16x kan ook nog maar 32x en hogere oversampling geeft voor mij een hoorbaar
kwaliteitsverschil.
MULTIBITTER
EN MULTIBITTER
Luisterend naar een preciese multibitter laat bovendien "zien" dat de
instrumentalisten voor, naast en achter elkaar zitten. Bij een multibitter
die ook nog noiseshaping heeft (zoals bij Philips en Marantz) lijkt
het echter alsof je slechts over de hoofden van de instrumentalisten
kijkt. De ruimte tussen de musici is minder evident. Het is mij bovendien
meerdere malen opgevallen, dat bij een low bit omzetting, bij weergave
via fase reine luidsprekers, de musici gezeten in een halve cirkel laat
"zien". Bovendien zijn attaques in de muziek die een sterke dynamiek
hebben juist een gradatie in klank weeker. Door hoge oversampling in
combinatie met de noiseshaping zijn de hoogste frekwenties vriendelijker,
maar minder strak en "schoon". Het voordeel van deze opzet is wel dat
door deze bewerking het trillen (ringing) van de filters minimaal is
of geheel afwezig is, en dat een betere transient gesuggereerd wordt.
VERDERE
ONTWIKKELING
Toen Pioneer Electronics in 1994 een Wide Band DAT-Recorder lanceerde
met een sampling frekwentie van 96 kHz. en 16 bit quantisatie waren
de technici van Philips meteen geinteresseerd in het apparaat en werd
het na de persconferentie snel naar Eindhoven gebracht. De interesse
was in de eerste plaats gewekt vanwege de betere resolutie die bereikt
werd, maar ook vanwege het feit dat Pioneer twee Philips bitstream (1-bit)
converters met 16 bit quantisatie en 48 kHz. samplingfrekwentie achter
elkaar plaatste zodat de inzet van een preciese multibit omzetter, die
voor zulk een hoge bitrate en frekwentie erg kostbaar is, vermeden kon
worden. Met bitstream bleek dus meer mogelijk. Dank zij de ontwikkeling
van supersnelle processoren kon bitstream verder ontwikkeld worden tot
de Direct Stream Digital die aan de Super Audio CD ten grondslag ligt.
SUPER
AUDIO CD
In Positive Feedback (Vol. 8, No. 2) wordt de digitale ontwerper Ed
Meitner geinterviewd door Mike Pappas. Meitner was nauw betrokken bij
de implementatie van de Super Audio CD. Meitner beticht de technici
ervan dat ze in de tachtiger jaren niet goed geluisterd hebben daar
ze zo door de techniek van de CD gegrepen waren dat ze er met enthousiasme
mee aan de slag wilden en dat ze nu het bijzondere van de DSD niet zien.
Voorts beweert Meitner dat "minder" altijd beter is dan "meer". Hij
heeft het dan over de circuits en buffer-versterkers in de spelers die
discreet opgebouwd dienen te zijn omdat opamps en andere IC's de grote
energieën die uit de gigantische datastroom voortkomen niet aankunnen.
Wie de complexiteit van de op elkaar volgende bewerkingen van het signaal
nagaat die in de Super Audio CD plaatsvinden, ziet dat Meitner zichzelf
tegenspreekt.
HIGH
END
Om de DSD van de Super Audio CD te verdedigen zegt Meitner in het telefoongesprek
met Pappas onder meer dat er zeer prijzige high-end DAC's zijn die ook
low-bit omzetters gebruiken.
Ik vind dat dit nog geen argument om de multibitters af te wijzen. Integendeel.
Het argument van de dure 1-bit DAC's (zoals die enkele jaren geleden
door Threshold en Audio Research op de markt werden gebracht) is geen
bewijs dat de 1-bit technologie beter is dan de bewerking van de datastroom
door multibit omzetters. Ik heb ook de dure 1-bitters gehoord. Persoonlijk
zweer ik bij de preciese multibit omzetting zoals die toegapst wordt
door Denon, Accuphase, PS Audio en andere, high-end, fabrikanten. En
persoonlijk zou ik aan een Super Audio CD de voorkeur hebben gegeven
als het formaat op Puls Code Modulatie was gebaseerd maar dan met een
hoge sampling frekwentie en een hoog aantal bits waarbij preciese multibit
omzetting gebruikt zou kunnen worden. In de jaren tachtig had Mitshubishi
al een digitale spoelenrecorder met een samplingfrekwentie van 96 kHz.
en 32 bit omzetting. Dus het moet vandaag de dag mogelijk zijn.
Overigens: dat echter de Super Audio CD net als de Compact Disc een
staaltje van vernuft is, betwijfelt niemand.
GIGANTISCH
De Super Audio CD bereikt door oversampling een conversie die met 2.8224
MHz. plaatsvindt, zo geeft de technische informatie aan. Dat betekent
een verbeterde resolutie in vergelijking met de PCM formaten. Omdat
het bij de SACD om DSD gaat en niet om PCM is het bereik niet de helft
van 2.8224 MHz. maar ligt de grens tot boven de 100 kHz. (110.25 kHz.?).
DSD bitstream heeft nog 2 voordelen: een lage harmonische vervorming
en een bijna perfecte lineariteit. Maar ook ten aanzien van deze twee
aspecten staan de multibitters van de PCM-formaten hun mannetje. De
vernuftige technologie van Accuphase bijvoorbeeld laat dat niet alleen
in theorie duidelijk zien maar in werkelijkheid ook perfect horen: een
karakteristiek die recht is binnen -/+ 0.3 dB.
De
meeste producers en tecnici werken dagelijks in het domein van de popmuziek
en zijn gewend aan digitale muziekinstrumenten. De enige ware referentie
waarmee een conversietechniek getest kan worden zijn akoestische instrumenten.
Wanneer bezocht u voor het laatst de concertzaal en luisterde naar een
symfonieorkest? Klinkt de klankrijkdom van het live-concert door het
symfonieorkest nog in uw oren na, dan weet u dat SACD uw oren om de
tuin probeert te leiden.
R.A.B.
September 2000
