Jak wybrać filtr w przetworniku cyfrowo-analogowm

Kiedyś mało kto zdawał sobie w ogóle sprawę, że w odtwarzaczu takim czy innym jest DAC, który ma jakiś filtr. Włączało się odtwarzacz mp3 i on grał. Tak samo telefon, komputer, odtwarzacz taki czy inny, odbiornik satelitarny itd. - po prostu się ich używało. Teraz jest inaczej, chociaż trudno powiedzieć, że lepiej. DAC może mieć prawie dziesięć filtrów, do wyboru. I w ten sposób został wykreowany problem. Który filtr wybrać?

Zatem słucha się muzyki, następnie wybiera inny filtr niż ten akurat aktywny i stara się wyłapać jakąś różnicę. Coś się zmieniło? Lepiej jest czy gorzej? Dlatego, że nie za bardzo tą różnicę słychać aktywuje się następny i znów jest to samo, czyli jakby tak samo. W odsłuchu jakoś różnicy nie ma, ale za to na papierze jest ogromna. No ale który filtr jest najlepszy? Który najładniej gra? A może żadnej różnicy nie ma?

W urządzeniu, które służy za przykład podobno najlepszy jest filtr pierwszy na liście wyboru. Zacznijmy jednak od innego, z samego jej końca, żeby mieć punkt odniesienia.

Rys. 1. Filtr nazywany "ściana z cegieł". Sałnd musi się o tą ścianę roztrzaskiwać, co można wywnioskować z rysunku. W praktyce jednak żadnych złych rzeczy nie słychać.

 

Brickwall filter to całkiem zwyczajny i bardzo dobry filtr, a to co widać na pierwszym rysunku to odpowiedź na impuls.

Ten impuls to tylko jedna próbka. Skoro taki sygnał jest podany do DAC-a, to jego odpowiedź jest jak najbardziej odpowiednia. Jedna próbka odpowiada sygnałowi, który wykracza poza zakres częstotliwości, na których DAC ma pracować. Przetwornik DA powinien mieć podany sygnał ograniczony do pewnej częstotliwości, a ten tu impuls to tak naprawdę częstotliwości bez górnego limitu.

Żaden dźwięk nie narasta i nie wygasa z nieskończoną szybkością, a tym właściwie taki impuls jest i trzeba dodać, że odpowiada tu poziomowi 0 dBFS. Zwyczajny sygnał testowy mający jakieś odniesienie do rzeczywistych dźwięków zapisanych do domeny cyfrowej miałby np. kilkanaście próbek o rosnącej wartości, żeby w końcu móc dojść do zera dB. Tak samo z wygasaniem. Gdyby taki sygnał, czyli nie wykraczający poza zakres pracy przetwornika podać na wejście, to na wyjściu nie dostanie się żadnych zafalowań, a przetworzony sygnał nie będzie miał praktycznie żadnych zniekształceń.

Ale można zrobić też filtr taki, który zachowa się inaczej. Oczywiście w odniesieniu do tego sztucznie wygenerowanego i nienaturalnego impulsu składającego się z jednego jedynego sampla. Ten inaczej reagujący filtr zwie się "Optimal transjent". Impuls jest tym transjentem, a filtr daje optymalną odpowiedź.

Rys. 2. Filtr, który nie powoduje zafalowań ani przed, ani po impulsie.

Ten filtr nie jest najlepszy od strony technicznej, jak to poniżej można zobaczyć, zresztą chyba w ogóle nie można powiedzieć, że jest dobry, ale ponoć najładniej gra. Pamiętamy jednak, że usłyszeć różnice czy też różnicę czemuś jest bardzo trudno.

Tylko dlaczego ten pięknie nazwany filtr nie zafalowuje sygnału? Odpowiedź jest na rysunku 3. I jeszcze na piątym.

Rys. 3. Filtr, który jakoś nie za bardzo filtruje.

Powyższy rysunek trzeba analizować jednocześnie z kolejnym czyli 4. Rysunki pokazują dwa różne filtry z których jeden nie zafalowuje impulsu, ale nie filtruje, a drugi zafalowuje, ale filtruje.

Rys. 4. To nie jest Brickwall filter, ale magazyn nie dał wszystkich wykresów, bo by ich było strasznie dużo. Jednak wykres dla filtru Brickwall wyglądałby dość podobnie.

Rysunek 5. pokazuje jeszcze raz, ale przy zastosowaniu innego sygnału testowego, że Optimal transjent nie filtruje. Strzałka pokazuje to czego być nie powinno, bo to są "lustzranki" sygnału testowego, którym są dwie częstotliwości z jej lewej strony.

Rys. 5. Filtr optimal transient Także i tu niczego nie filtruje. Prawie.

 

Porównanie z następnym rysunkiem pokazuje różnicę pomiędzy filtrem, który jakoś niechętnie filtruje, albo prawie wcale nie, a takim, który filtruje normalnie.

Rys. 6. Brickwall filter pozostawia zdecydowanie mniej śmieci. Jeśli ktoś wam powie, że to i tak mało, to pokażcie mu rys. 5.

Wiadomo, że dobry wzmacniacz ma małe zniekształcenia intermodulacyjne, ale bywają też trochę gorsze pod tym względem. Jeśli się taki gorszy wzmacniacz ma, to niewykluczone, że te intermodulacje od nieodfiltrowanych ultradźwiękowych pozostałości będą słyszalne. DAC o którym mowa faktycznie jest częścią przedwzmacniacza. Czy te ultradźwięki wpłyną ja brzmienie będzie zależeć o końcówki mocy.

 

Rys. 6. Chociaż w praktyce różnicy nie słychać, to ona jednak jest.

 

Pomijając intermodulacje okazuje się, że filtr, który jest przedmiotem naszych zainteresowań może wpłynąć na brzmienie. Widać to na rys. 6. Spadek na wysokich tonach jest wyraźny. Ale tak jest na papierze. W rzeczywistości można go przeoczyć jeśli muzyka zawiera mało tych najwyższych częstotliwości, a słuchacz już ich tak dobrze nie słyszy.

W każdym razie dla osób, którym już zanikają wysokie tony ten "najlepszy" filtr będzie najgorszy. Wszystkie pozostałe będą lepsze. Zatem filtr wybiera się raczej na podstawie charakterystyki częstotliwościowej i tego, jak dobrze tłumi on ultradźwiękowe śmieci. A odpowiedź na impuls nie ma żadnego znaczenia poza teoretycznym.