Parallel und Delta/Sigma Wandler

Bei Parallelwandlern findet die Filterung zur Signalrekonstruktion im analogen Bereich nach dem Wandler statt, während beim Delta-Sigma-Wandler der Löwenanteil dieser Filterung im digitalen Bereich passiert.

Ein Zwischending sind Parallelwandler mit Oversampling. Da passiert ein gewisser Teil der Filterung im Digitalbereich, was den analogen Teil des Filters einfacher macht. So gesehen ist der Delta-Sigma-Wandler die Extremform des Oversampling-Wandlers, wo man zusätzlich noch das Spektrum des Quantisierungsrauschens so formt daß die Rauschenergie im Audiobereich möglichst klein wird.

Delta-Sigma-Wandler produzieren daher recht viel hochfrequentes (also unhörbares) Rauschen, profitieren dabei aber von der digitalen Chiptechnik, die mit geringen Kosten viel Leistung Funktionalität bietet. Deswegen waren zu Anfang der Wandlertechnik die Parallelwandler üblich, und mit fortschreitender Miniaturisierung der Digitalchips wurden die Delta-Sigma-Wandler immer attraktiver.

Der klassische Parallel-DAC aus der Frühzeit des CD-Players ist ein R-2R-DAC:
Wikipedia: R2r-Netzwerk
Er setzt das gesamte Datenwort auf einmal um. Allerdings kann es durch unvermeidliche Toleranzen selbst bei lasergetrimmten Widerstandswerten zu Sprüngen in der Übertragungsfunktion beim Übergang von ...0111... auf ...1000... kommen (Störung der Monotonie). Besonders kritisch ist das beim MSB, weil sich just bei halber DAC-Ausgangsamplitude der Nulldurchgang unseres Audiosignals befindet und dadurch nennenswerte Verzerrungen entstehen können. Deswegen findet man bei hochwertigeren Audio-DACs dieser Art normalerweise Pins für die externe MSB-Feinjustage. Innovative Konzepte mit interner Kalibrierung wie der TDA1545A kamen wohl zu spät, um noch etwas ausrichten zu können.

Zu diesem Zeitpunkt hatten nämlich Delta-Sigma-DACs mit 1-Bit-Wandler die Parallelwandler schon fast vollständig verdrängt.
Wikipedia: Delta-Sigma-Modulation
Diese sind garantiert monoton und bieten sich sehr für eine Integration des ohnehin nötigen Digitalfilters an, bergen aber andere Tücken. So können durch Phasenrauschen (jitter) des Taktsignals leicht Aliasing-Komponenten in den hörbaren Bereich heruntergemischt werden. Deswegen sind frühe 1-Bit-DACs sehr jitteranfällig. Erst durch den Einsatz taktsynchron laufender Switched-Capacitor-Filter (die zuerst noch hinreichend verzerrungsarm gemacht werden mußten) konnte ab ca. 1994 dieses Problem beseitigt und die Jitteranfälligkeit auf das Niveau eines Multibit-DACs gedrückt werden. (Siehe z.B. The Audio Critic #21.) Sonst gäbe es heute keine gut klingenden MP3-Player für <50€, Punkt.

Ein zweites Problem sind die nicht unerheblichen Mengen an Ultraschallkomponenten, weil ja das Rauschen mittels Noise-Shaping aus dem hörbaren Bereich herausgeschaufelt werden muß. Diese sind u.U. nicht ganz leicht loszuwerden und können in folgenden Komponenten für Ärger sorgen. Außerdem sind so Rauschabstände wie bei heutigen Top-DACs kaum erzielbar - spätestens bei etwa 110 dB ist Schluß.

Ein weiteres Problem: Ein reiner 1-Bit-Wandler hat für die eigentlich nötige Menge an Dithering zu wenig Stufen. Siehe Lipshitz-Paper.

Aus diesen Gründen verwendet man heute Delta-Sigma-DACs, die eine Reihe von Wenigbit-Wandlern (à 4 oder auch 6 Bit) verwenden. Hier taucht zwar prinzipiell das Problem der Nichtmonotonizität wieder auf, allerdings sind die Widerstandswerte bei dieser geringen Auflösung weit leichter beherrschbar, zudem sorgt ein zufälliges Auswürfeln des zu verwendenden Wandlers für eine Umwandlung in Rauschen. (Bei Wolfson gibt es da z.B. nette Papers.) Spätestens seit etwa 5-6 Jahren haben sich diese im hochwertigeren Audio-Bereich definitiv durchgesetzt.

Man tut wohl am besten daran, sich an den heute verfügbaren DACs zu erfreuen. Eine weitergehende Einarbeitung kann ob der zugrundeliegenden Komplexität schnell zu Kopfschmerzen führen.

Es gibt übrigens bei AD einen Wälzer zum Thema Wandler in elektronischer Form.

Danke für die Antworten.

Hab folgendes entdeckt und werde mich jetzt mal mit dieser Lektüre beschäftigen:

http://books.google....elta%20sigma&f=false