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
