Antialias e frequenze non filtrate

[AntoninoLeone]

Ho notato in alcune prove di stereophile sui dac che alcune frequenze scappano dal filtro
Come mai ?
Se la pendenza è elevata non dovrebbero comparire no?

[MarioBon]

Non conoscendo lo specifico ma cerco di darti una risposta in generale.
I filtri anti-alias non sono tutti uguali.

Nella figura si vedono due filtri, a sinistra la risposta in banda passante è piatta, l'attenuazione molto ripida ma, fuori banda, il segnale non è attenuato. A destra la banda è rigorosamente limitata ma la risposta non è piatta.
Sta al progettista scegliere il tipo di filtro che ritiene migliore nella specifica situazione. Con il filtro Cauer è possibile che qualche cosa "scappi".
Nel CD2 di Unison si possono scegliere tre diversi filtri di ricostruzione di cui è di tipo Cauer. I tre filtri "suonano" in modo diverso. Non chiedermi quale suona meglio perchè si possono scegliere proprio per andare incontro al gusto di chi ascolta (e della particolare situtazione).

[TomCapraro]

Ho notato in alcune prove di stereophile sui dac che alcune frequenze scappano dal filtro
Come mai ?
Se la pendenza è elevata non dovrebbero comparire no?

Come anticipato da Mario ogni filtro utilizza una propria architettura composta da pendenza e vari coefficienti.
Debbo dirti però che quelle misure (di stereophile s'intende) tendono un po a rendere fuorviante l'aspetto fondamentale, ovvero: il funzionamento in condizioni effettive, che sarebbe con la musica.
Loro sovrappongono il responso di un tono a 19khz, che genera un intermodulazione a circa 25khz, con quello del rumore bianco.
Ecco, se osservi il responso del rumore noterai che oltre il passa basso non c'è alcun residuo, per cui se il tono sinusoidale puro rende "allarmante" la condizione di filtraggio, con i segnali verosimilmente musicali il problema non si pone.
Quando sono a casa ti posto un set di misure che ho effettuato, le quali hanno grande attinenza con l'argomento della discussione.

Considera anche che nei segnali puri eventuali riquantizzazioni/up-down non ditherate producono un pettine di armoniche spurie, quindi a differenza dei segnali registrati, la cui componente di rumore (pseudo dither) è presente per via dei microfoni, pre microfonici ect, i toni puri si comportano in modo palesemente diverso.

[TomCapraro]

Ecco qui le mie misure.
Non so quale situazione/condizione hai osservato, ma questa è sul piano "allarmistico" abbastanza grave.

Come ti dicevo tramite il tono a 19khz alcuni DAC producono un consistente contenuto di intermodulazione fuori banda (oltre il passa basso)
La linea blu appartiene al Rumore Bianco, e non provoca particolari problemi.

Lo vedi qui:



Sempre come ti dicevo, in base al tipo di segnale il filtro cambia completamente comportamento, quindi trattiene gli armonici di alias spuri.

Lo vediamo progressivamente tramite uno sweep, un rumore bianco e un rumore rosa.
Si nota chiaramente come l'effetto di alias sparisce del tutto.
Il rumore rosa è quello piu simile alla musica registrata, ed è quello che mette meno in "difficoltà" il filtro digitale.

[AntoninoLeone]

Grazie ad entrambi
Molto esplicativo

Forse rimane soltanto una gobbetta attorno ai 500khz ma non mi sembra influenzare troppo

[MarioBon]

E' vero che la musica è più simile ad un rumore rosa ed è anche vero che raramente un brano musicale presenta, sulle ultime due ottave, un livello energetico pari alle ottave centrali quindi il risultato, con segnali musicali, dovrebbe essere ancora migliore di quanto visto con il runore rosa.
Quello che segue è lo spettro (a terzi di ottava) del segnale musicate "tipico". Come si vede le ultime due ottave sono attenuate di almeno 5 dB. Questo, tra l'altro, riduce il fattore di cresta e quindi la possibilità di superare lo zero digitale.


Stiamo parlando del filtro di ricostruzione che viene posto in uscita ad convertitore D/A. Il filtro di ricostruzione è, a tutti gli effetti, un filtro anti-alias.
Se questa intermodulazione è presente all'uscita del sistema, deve nascere all'interno del filtro di ricostruzione perchè, se fosse generata prima dell'operazione di filtraggio, non apparirebbe all'uscita del filtro stesso. Il fatto che non avvenga "dopo" il filtro è dimostrato dal fatto che l'intermodulazione viene filtrata. Che sia intermodulazione è dimostrato dal fatto che dipende dal tipo di segnale applicato. Se non ci fosse sarebbe comunque meglio.

Per quanto riguarda le cause mi vengono in mente due possibilità. L'intermodulazione può essere causata
- dal numero finito di coefficienti del filtro
- dalla saturazione del filtro (superamento dello zero digitale)
- dalla non linearità della conversione

Questi dispositivi li conosco solo in teoria quindi chiedo a chi ha più pratica "sul campo".

Ci sarebbe poi un'altra domanda. Quando il segnale presente nel CD (o nel file) è stato convertito correttamente i problemi possono essere quelli visti. Cosa succede quando il segnale è già di suo saturato (tosato, limitata, clippato, ecc.)?
Una roba tipo questa:

[TomCapraro]

Grazie ad entrambi
Molto esplicativo

Forse rimane soltanto una gobbetta attorno ai 500khz ma non mi sembra influenzare troppo

Quella gobbetta non appartiene al residuo fuori banda non filtrato, è relativa al residuo della frequenza di commutazione in quanto l'apparecchio è alimentato tramite uno switching.

[TomCapraro]

Per quanto riguarda le cause mi vengono in mente due possibilità. L'intermodulazione può essere causata
- dal numero finito di coefficienti del filtro
- dalla saturazione del filtro (superamento dello zero digitale)
- dalla non linearità della conversione

Questi dispositivi li conosco solo in teoria quindi chiedo a chi ha più pratica "sul campo".

Ci sarebbe poi un'altra domanda. Quando il segnale presente nel CD (o nel file) è stato convertito correttamente i problemi possono essere quelli visti. Cosa succede quando il segnale è già di suo saturato (tosato, limitata, clippato, ecc.)?
Una roba tipo questa:

Relativamente all'oggetto (dac) è anche facile scoprirlo, sia per quanto concerne la causa, sia per quanto concerne la prova con un file tosato e sovramodulato (per come noto nel diagramma di Lissajous)

Il primo oscilloscopio/analizzatore che libera mio fratello lo porto a casa e lo collego per una prova (anch'io sono curioso e in archivio "manca" questa informazione)

[AntoninoLeone]

Grazie ad entrambi
Molto esplicativo

Forse rimane soltanto una gobbetta attorno ai 500khz ma non mi sembra influenzare troppo

Quella gobbetta non appartiene al residuo fuori banda non filtrato, è relativa al residuo della frequenza di commutazione in quanto l'apparecchio è alimentato tramite uno switching.

Ah capisco

[TomCapraro]

Dunque ho fatto delle prove, si evince che il filtro di questo DAC distorce e intermodula con i toni sinusoidali in prossimità del taglio passa-basso.

Di contro, con i segnali musicali sovramodulati e portati allo 0dBFS (verosimilmente come nel diagramma di Lissajous postato da Mario) non viene generata nè distorsione, nè intermodulazione, in compenso si eleva il rumore, ma che rimane spalmato su tutta la banda.

I grafici sono molto intuitivi, c'è descritto il tipo di segnale applicato.















Da notare, con il segnale a 14khz/15khz, che nonostante l'ampiezza raggiunga lo 0dBFS, le distorsioni scompaiono, segno che l'azione deleteria inizia da queste frequenze in poi, acuendosi progressivamente nella zona piu vicina al taglio, cosa che produce distorsione con il segnale a 0dBFS, e intermodulazione (non filtrata) con i segnali ad ampiezza ridotta.

Qui ho voluto bypassare il "problema" (che ai tempi avevo intuito azzeccandoci) ovvero praticando l'upsampling del tono, quindi portandolo a frequenza di 96khz (0dBFS) in modo che si potesse sfruttare un filtraggio con coefficienti e pendenza diversa.
Ecco, qualsiasi forma di distorsione e/o intermodulazione che scaturisce con il filtro a 44.1khz, tramite l'upsampling, viene annullata.