Philips CD-Player der ersten Generationen

Autor

Beitrag

Frosch1
Neuling

#1 erstellt: 25. Mai 2021, 13:24

Hallo, liebe Leute,
nachdem ich meinen Account hier für recht viele Jahre habe ruhen lassen (hatte sogar meinen Benutzernamen vergessen ;-)), möchte ich mich mit einem Thema an die Experten wenden, mit dem ich alleine nun nicht mehr weiterkomme. Es handelt sich um das frühe 14 (16) bit-Konvertierungssystem der ersten Philips CD-Player (100,104, 204, 304 etc.). Recherchiert man nach diesen Typen im Netz stolpert man kurz über lang über dieverse sog. NOS-Umbauten, bei denen das Oversampling (SAA7030) entfernt wird und der DAC (TDA1540) direkt und unter Umgehung des Digitalfilter-Chips mit 44,1kHz, 14 bit Daten gefüttert wird. Hierfür muss der SAA7000 (Concealment and Interpolation of Errors) auf 14 bit umgestellt werden. Das Hauptargument ist, dass aufgrund des Frequenzgangs des menschlichen Gehöres keine elektronische (digitale oder analoge) Filterung nötig ist, um die sog. Spiegelfrequenzen (Aliasing) aus dem Spektrum herauszuholen. Ob das stimmt oder nicht, lasse ich mal dahingestellt. Mir geht es um das Verständnis des originalen Konversions-Systems. Ich habe mich hierzu sogar an die (kostenpflichtige) Philips-Originalliteratur herangetraut. Mein Hauptinteresse besteht im Verständnis des Digitalfilters (im SAA7030 enthalten), der auch gleichzeitig für das Oversampling verantwortlich ist. Ein Blockbild des 'transversalen Digitalfilters' ist in einigen Sekundärliteraturlinks (z.B. DutchAudioClassics) enthalten und kann dort studiert werden. In diesem Diagamm wird gezeigt, wie die 176,4 kHz Daten erzeugt und die entsprechenden (zunächst) 28 bit Worte gefüllt werden. Hat sich das schon jemand genauer angeschaut ? Aus den 16 bit Daten werden durch Multiplikation mit 12 bit Wörtern (Koeffizienten Ci) die 28 bit Wörter generiert und mit 176,4 kHz zum Noise-Shaper geschickt. Genau an dieser Stelle (Koeffizientenmultiplikation und nachherige Addition) wird festgelegt, wie die künstlich erzeugten Daten ausschauen, ob es einfach nur Wiederholungen sind oder Interpolationen. Die Aussagen im Internet widersprechen sich in diesem Punkt, insbesondere die der NOS-Umbauer, von denen ich glaube, dass die Mehrheit von ihnen das Philips-Oversampling-Verfahren gar nicht genau verstanden haben ! Interessanterweise schweigt sich auch die Originalliteratur aus, wenn es um die genaue Benennung der Koeffizienten Ci geht. Mit schwant, das mag ein Firmengeheihmnis sein. Dummerweise hängt nur von diesen letztlich ab, was der Digitalfilter wirklich tut. Er sollte ja ein digiatler Tiefpass sein, um die Alias-Frequenzen zu kappen. Nur hätte ich gerne auch das Spektrum dieses Filters wirklich verstanden... Aber das, wie gesagt steckt in den geheimgehaltenen Koeffizienten drin.
So nun meine Frage an diejenigen unter Euch, die die Puste hatten, mein Geschreibsel bis hierhin zu verfolgen: Weiß jemand von Euch hier Genaueres ? Nochmal: Klar ist, der Filter interpoliert die overgesampelten Daten und es handelt sich um einen Tiefpass, aber hier ist leider (für mich) Ende der Fahnenstange. Könnt ihr helfen ?
Besten Dank für Eure Geduld,
Stefan

Ingor
Inventar

#2 erstellt: 27. Mai 2021, 10:29

Da bist du natürlich sehr tief eingestiegen. Man macht ja Oversampling um mit einem möglichst flachen Analogfilter auszukommen, da die störenden Frequenzen nicht mehr bei 22 kHz anfangen, sondern eben erst bei dem vierfachen Wert. Zudem gewinnt Philips durch das Oversampling und das anschließende noise-shaping durch Subtraktion der 14 Bits von den 28 Bits über eine Delay-libne den Fremdspannungsabstand, den ein 16 Bit D/A Wandler hat. Die 12 Bit, die in der Oversamplingschaltung multipliziert werden sind nach meinem Verständnis feste Werte, eben die Koeffizienten. Und der Prozess der Multiplikation wird 24 mal gemacht, jeweils verzögert und am Ende gemittelt. So steht es im Buch Digital Audio.
Dort steht auch, dass das Filtern des Ausgansgsignals vor allem deshalb notwendig ist, damit nachfolgende analogen Komponenten nicht gestört werden und ihrerseits Störungen produzieren, die das Audiosignal stören können. Das Weglassen des digitalen Filters bewirkt aber in jedem Fall eine deutliche Verschlechterung des Fremdspannungsabstandes, da das Noise Filter fehlt und nun nur noch 14 Bit genutzt werden. Ich wieß, damit konnte ich dir deine Frage nicht beantworten, aber vielleicht einen Denkansatz geben.

Frosch1
Neuling

#3 erstellt: 31. Mai 2021, 23:08

Hi Ingor und alle Anderen,
danke Dir sehr für Deinen ausführlichen Kommentar. Ich antworte so spät, da ich mir in den letzten Tagen noch etwas Sampling-Theorie angetan habe. Um es auf einen ganz kurzen Nenner zu bringen:

1) Das primäre Oversampling (= Upsampling) geschieht bei 4x durch einfügen von drei Null-Samples zwischen den von der CD gelesenen Original-Samples. Das Fourierspektrum (Frequenzspektrum) sieht nach dieser Operation praktisch genauso aus, wie das ursprüngliche, d.h. es entstehen Images des eigentlichen Frequenzbands um jedes ganzzahlige Vielfache der ursprünglichen Samplingfrequenz (44,1kHz).
2) Der Unterschied ist jedoch, dass wenn man nun einen geeigneten digitalen Tiefpass auf das gesampelte Signal losläßt, sich dessen Passbänder nicht bei n * 44,1kHz sondern bei n * 176,4kHz
(neue Sampling-Frequenz) wiederholen. Dazwischen sperrt der Filter und erzeugte dadurch eine breite Lücke im Frequenzband, die es erlaubt, einen recht flachen analogen Tiefpass (3. Ordnung) zu benutzen, um die Images bei 176,4kHz auszublenden.
3) Der erwähnte digitale Tiefpass ist als Interpolationsfilter ausgelegt. Er ersetzt die o.e. Null-Samples durch je ein rechnerisch interpoliertes Sample, wobei das Ausgangssignal dann ein 28bit-Signal ist, was dem Noise-Shaper zugeführt wird und in diesem auf 14bit runtergekocht wird. Vor dem abschließenden analogen Tiefpass befindet sich noch eine Hold-Funktion, die eine (analoge) Treppenfunktion erzeugt. (Dieser Hold-Filter hat selbst noch eine gewisse Low-Pass-Filterwirkung (|sin(x)/x|).)

Die ganze Geschichte, d.h. das Sinal-Processing, ist eine ziemlich trickige, um nicht zu sagen geniale Angelegenheit. Von der Fehlerkorrektur vor dem Oversampling ganz zu schweigen:

- kein wie immer auch geartetes Aliasing
- praktsich kein frequenzabhängiger Phasengang (0,5°) !
- Rauschverhalten analog zu einem 16 bit DAC
- Einziges 'Problem': Filter Pre-Ringing durch den digitalen Tiefpass (Interpolationsfilter)

Wenn ich das richtig verstanden habe, kann es nur eine einzige sinnvolle Begründung für die allerort angepriesenen NOS (Non-Oversampling) - Umbauten der alten Philips-Player geben und das ist die Vermeidung des Pre-Ringing. Leider weiß ich nicht, wie ausgeprägt das überhaupt in der frühen Philips-Architektur ausfällt und ob man es tatsächlich hören kann. Die Argumentation hier ist ja, dass dieses Phänomen zur einem unnatürlichen Klangbild führt, aber wie stark ist der Effekt ? Dem steht eine ganze Latte von Nachteilen der NOS-Umbauten entgegen:

- Aliasing (auch im Audioband !)
- hochfrequente Signalkomponenten, die zwar unhörbar sind, aber durch Intermodulation in der nachfolgenen Kette zu Verzerrungen im Audioband führen
- nur(!) 14-bit Auflösung mit entsprechend erhöhtem Rauschpegel
- ?

Ich habe im Moment einen originalen CD204 bei mir, vielleicht versuche ich an einen zweiten mit NOS-Umbau zu kommen und dann schaun (hören) wir mal !
Viele Grüße
Stefan

[Beitrag von Frosch1 am 31. Mai 2021, 23:11 bearbeitet]

Frosch1
Neuling

#4 erstellt: 04. Jun 2021, 19:01

So, ich möchte diesen etwas leblosen Fred jetzt nicht künstlich in die Länge ziehen, Euch aber mitteilen, dass sich meine Anfangsfrage mehr oder weniger erledigt hat. Alleine schon deshalb, um meine Gedanken zu ordnen. Wie schon gesagt, Hintergrund der ganzen Sache ist die Frage nach der Sinnhaftigkeit von NOS-Umbauten der alten Philis-Spieler, die auf dem TDA1540 basieren. Neben allem schon dargelegten, denke ich inzwischen, dass auch das Hauptargument der NOS-Umbauer entkräftet werden kann, nämlich die Vermutung, dass der verwendete Digitalfilter durch sein Pre-Ringing den Klang versaut, da er eine unnatürliche (acausale) Komponente in die Audiowelle einfügt. Hier war ja die Frage nach dem konkreten Aufbau des Filters inkl. der Werte der Filterkoeffizienten (s.o.). Lustigerweise finden sich dese tatsächlich nirgendwo, obwohl das 1540er Konversionssystem ansonsten hervorragend im Netz dokumentiert ist. Ich denke aber inzwischen, dass es hierauf auch nicht ankommt. Bei dem Digitalfilter, der die im Rahmen des Oversampling eingefügten Nuller interpoliert, handelt es sich um einen FIR-Filter mit linearem Phasengang. Obwohl man hierbei theoretisch mit Pre-Ringing rechnen muss, ist dieser Effekt in der Praxis aber wohl vernachlässigbar. Es gibt hierzu eine schöne Seite:

http://archimago.blo...estable-digital.html
Der linearphasige FIR-Filter ist sogar derjenige mit der exaktesten Reproduktion der Wellenzüge. Ok, was bleibt ist der Phasensalat des Noise-Shapers. Hiervon habe ich viel zu wenig Ahnung, um irgendetwas sinniges sagen zu können. Weiß jemand von Euch, was der mit der Phase tut ? Allerdings kann das Ganze nicht wirklich schlimm sein, denn der gesamte Player bringt es lt Datenblatt auf eine Phasendrehung von gerade einmal 0,5°, d.h. im Prinzip gar nichts. Da es m.E. ansonsten keine weiteren Elemente gibt, die auf die Phase wirken, kann es somit auch nicht so sein, dass der hervorragende Wert durch eine Kompensation erreicht wird, was mglweise nicht optimal für den Klang sein könnte (?). Der abschließende analoge Filter 3. Ordnung (Bessel glaube ich) ist auch völlig unschädlich, da sein -3db Punkt irgendwo jenseits des Audiobands liegt. die genaue Frequenz habe ich gerade nicht im Kopf.
So, Strich drunter: Mir erschließt sich auf theoretischer/technischer Ebene nicht, warum die Umbauten auf Non-Oversampling irgendeinen Klanggewinn mit sich bringen sollten. Natürlich sind Messwerte und Technik nicht alles, gerade im Audiobereich und ich habe von Menschen gelesen, die sogar am Klang verschiedene digitale Filter unterscheiden können. Wetten das ??? ;-)
Also das subjektive Klangerleben ist schon eine sehr subjektive Angelegenheitmbis hin zu der Möglichkeit, dass sogar die Hinzugabe von vorher nicht vorhandenen Frequenzen 'anregend' auf's Ohr wirken mögen. Vielleicht also doch mal ein NOS-umgebauter CD204 o.ä. ? Einfach mal zum Vergleichshören ? Eins ist aber jetzt klar, mein 'neuer' Uraltplayer, ein fabrikneu aussehender CD204 bekommt jetzt eine Revision bei einem Lötartisten und darf seinen SAA7030 getrost behalten.
Viele Grüße ins Forum,
Stefan

MusikRadler
Ist häufiger hier

#5 erstellt: 06. Jun 2021, 17:06

Hallo Stefan,

ich finde diesen "leblosen Fred" eigentlich ganz interessant. Zu meiner Schande muss ich gestehen, dass ich mit der Wandlertechnik nie wirklich befasst habe, obwohl das sicherlich reizvoll wäre.
Ich wünsche Dir mit Deinem "neuen" CD 204 jedenfalls viel Freude.
Ich selbst habe einen CD 104 und einen CD 304 MKII. Der letztgenannte Player gefällt mir, was Auflösung, Bühne, Dynamik und eigentlich das ganze Klangbild betrifft sehr sehr gut. Vor knapp zwei Wochen habe ich ihm neue Kondensatoren gegönnt und seitdem läuft er schon viele Stunden zuverlässig. Dem CD 104 steht diese Revision noch bevor.

Viele Grüße,
Boris

grautvOHRnix
Hat sich gelöscht

#6 erstellt: 06. Jun 2021, 18:41

Der leider hier im Forum nicht mehr anwesende @pelmazo hatte hierzu
schon 2009 wortgewandt und technisch fundiert etwas geschrieben:

https://pelmazosblog.blogspot.com/search?q=nos

Frosch1
Neuling

#7 erstellt: 07. Jun 2021, 10:03

Besten Dank für den Link. Den kannte ich schon. Mir war es ein Anliegen, die Seite einmal - und zwar OHNE Polemik auf der einen und HighEnd-Geschwurbel auf der anderen Seite - rein physikalisch zu beleuchten. In diesem Punkt kenne ich mich nämlich ein wenig aus.
Danke trotztdem !
Stefan

sohndesmars
Inventar

#8 erstellt: 07. Jun 2021, 10:29

Moin Stefan,

ich nehme mal an, dass du den Fred hier kennst:

http://www.hifi-foru...074&postID=last#last

Der Mattias, alias Rolf_Meyer hat da so seine Ansichten bezüglich alter DACs, TDA1541 sind ihm wohl bekannt. Seine Intention ist z.B. das Vermeiden der Filter am Ende, um Phasenverschiebungen zu vermeiden.

Leider ist der Mattias kein so höflicher Diskutant wie du, aber eine Diskussionsgrundlage vermag ich trotzdem zu erkennen.

Ingor
Inventar

#9 erstellt: 08. Jun 2021, 16:00

Für mich gibt es in dieser Diskussion noch einen ganz anderen Ansatz. Da ich annehmen kann, dass Philips nicht daran interessiert ist unnötige Bauteile, für viel Geld zu entwickeln, zu produzieren und dann einzubauen, gehe ich davon aus, dass allein das Grund genug dafür ist, dass man die Filter nicht weglassen kann. Zwar gibt es manchmal Bauteile, die eingebaut wurden um z.B. die FTZ Bestimmungen einzuhalten und die unter bestimmten Umständen den Frequenzgang beschränken, aber dazu gehören diese aufwändigen Schaltungen sicher nicht.

sohndesmars
Inventar

#10 erstellt: 09. Jun 2021, 07:59

Philips war lange Zeit sehr inovativ, immerhin Miterfinder der CD (zusammen mit Sony). Leider haben sie sich nun völlig aus dem UE-Geschäft herausgenommen. UE geht wohl in China einfach deutlich billiger. Die Filter sind aber grundsätzlich notwendig, weil es beim Auftreffen der Ausgangssignale auf nichtlineare Kennlinien unweigerlich zu Alaisingeffekte und andere Verzerrungen kommt, die vorher im unhörbaren Bereich über 20kHz waren und nun runter in den Hörbereich "gespiegelt" werden.

Frosch1
Neuling

#11 erstellt: 09. Jun 2021, 18:38

Ingor (Beitrag #9) schrieb:

Das ist (war) auch mein erster Gedanke und Philips bzw. die Vordenker hatten auch sicher recht. Auf der anederen Seite glaube ich, dass das Weglassen der Filter u.U. gar keinen so großen Schaden anrichtet. Bei der Aufnahme ist es recht unkritisch, da die Dichte der Frequenzen > Nyquist sehr klein sein wird, soll heißen, kaum Frequenzen > 20 kHz, woher auch, vielleicht ein paar wenige Oberwellen und Rauschen. Diese werden gespiegelt und gehen mit kleiner Amplitude im allgemeinen Hochton-Salat unter. Bei der Wiedergabe werden IMO die (wiederum ohne Filter) ungedämften Ultraschall-Anteile weitestgehend von der nachfolgenden Elektronik und dem Ohr (!) unterdrückt. Im Prinzip ist an der Argumentation der NOS-Verfechter schon etwas dran, aber Hi-Fi im eigentlichen Sinne ist das meines Erachtens nicht mehr. Möglicherweise ist der Klang tatsächlich in gewisser Weise 'offener' und 'direkter', sich aber nicht 'authentischer'. Soweit zur Theorie bzw. wohl eher zu meiner Anschauung der Sache. Trtotzdem würde ich eine solche 'ausgeräumte Kiste' mal gerne hören, just for fun. Es ist immer wichtig, die Neugierde zu behalten, sonst gäbe es überhaupt keine neuen Entdeckungen und das gilt auch für die 'ernsthafte Physik'.
Viele Grüße,
Stefan

[Beitrag von Frosch1 am 09. Jun 2021, 18:39 bearbeitet]

Frosch1
Neuling

#12 erstellt: 09. Jun 2021, 18:56

sohndesmars (Beitrag #8) schrieb:

Moin Stefan,
Der Mattias, alias Rolf_Meyer hat da so seine Ansichten bezüglich alter DACs, TDA1541 sind ihm wohl bekannt. Seine Intention ist z.B. das Vermeiden der Filter am Ende, um Phasenverschiebungen zu vermeiden.

Kurz meine Auffassung zum Thema Phasenverzerrungen. Ich denke, hier muss man zwei Dinge trennen, die meist in einen Topf geschmissen werden:
1) Lineare Phasengänge
2) Nichtlineare Phasengänge
IMO sind nur die unter 2) für den Klang gefährlich. Wichtig sind in diesem Zusammenhang die 'Gruppenlaufzeiten' oder äquivalent die Gruppengeschwindigkeiten, also die Ausbreitungsgeschwindigkeiten einer Gruppe von Frequenzen, die zusammen einen Puls ausmachen. Ich bin kein Filterprofi, jedoch erinnert mich die Sachlage sehr an das Phänomen der Dispersion, das i.A. aus der Optik bekannt ist. Hier hängt bei dispersiven Medien (Filtern) die Gruppengeschwindigkeit von der Frequenz des Lichts ab, was zu einer unterschiedlichen Brechung z.B. am Prisma führt.
Lineare Phasengänge führen zwar auch zu verschiedenen frequenzabhängigen Phasen, aber diese sind ungefährlich, da es sich um konitnuierliche Effekte handelt, die das Timing nicht versauen. Ein solcher linearer Phasengang tritt im Übrigen schon dann in Erscheinung, wenn man alleine die Wellen ein paar Meter durch die Luft als Medium führt (Ich bin wieder bei der Akustik). D.h. man bekommt eine unterschiedliche Phasenverschiebung schon dann, wenn man seinen Hörplatz um eine gewisse Distanz nach hinten oder nach vorme verlagert ! Um es ganz kurz auf den Punkt zu bringen: Sobald die Mukke den LS verlassen hat, gibts (linearen) Phasen-Salat und ich habe noch niemanden getroffen, der sich darüber beschwert hat. Soll heißen, ein lineare FIR-Filter (Oversampling-Filter) macht kein Problem und wenn der abschließende Analogfilter nicht von zu hoher Ordnung ist (was man ja durch das Oversampling vermeiden kann), ist auch dieser harmlos !
Liege ich falsch mit dem physikalischen Hintergrund ? Würde gerne Eure Meinung hierzu hören.
Nochmals Grüße,
Stefan

sohndesmars
Inventar

#13 erstellt: 10. Jun 2021, 15:05

Nun ja, der Vergleich Licht mit Schall ist oft problematisch. Schall ist bewegte Teilchen, im HIFI-Fall Luft. Licht ist eine elektromagnetische Welle. Ja, Dualität Welle/Teilchen (Photonen), schon klar. Frequenzabhängige Gruppenlaufzeiten sind aber tatsächlich ein Problem. Im Falle von ADC, DAC und digitalen Filtern aber relativ alte Probleme, die mittlerweile selbst für viel höhere Frequenzen (Video, Broadcasting....) hinreichend gelöst sind. Warum ausgerechnet bei Niederfrequenz jetzt solche Probleme relevant sein sollen, erschließt sich mir nicht.

Frosch1
Neuling

#14 erstellt: 10. Jun 2021, 16:53

sohndesmars (Beitrag #13) schrieb:

An dieser Stelle hat das nichts mit dem Wellen-Teilchen-Dualismus zu tun. Licht wird hier als elektromagnetische WELLE aufgefasst, sonst gäbe es Begriffe wie 'Phase', 'Frequenz', 'Gruppenlaufzeit' etc. überhaupt nicht. Ein nichtlinearer Filter zieht ein Wellenpaket mit der Zeit auseinander, genauso wie dies ein nicht monochromatischer Lichtpuls auf einem Glasfaserkabel tut. Im Falle der Schallwiedergabe ist diese Eigenschaft sehr problematisch, da sie die Ortbarkeit von Pulsen und damit das Timing in der Musik verschmiert. Ich denke, das steht außer Frage. Wovon ich sprach, ist, dass die Phasenverschiebung in linearen Systemen keinen Effekt machen sollte, da sie sich eben gerade nicht auf die Pulsformen auswirkt.
Grüße
Stefan
Noch ein Nachtrag: Die von Dir zitierte Hochfrequenz ist ebenfalls eine elektromagnetische Welle (auf dem Kabel) !

[Beitrag von Frosch1 am 10. Jun 2021, 17:42 bearbeitet]

Suche: