Если присмотреться к блок-схеме Цифро-Аналогового Преобразователя, то можно увидеть, что после распаковки входным ресивером входного сигнала SPDIF 4-х компонентный сигнал поступает на цифровой фильтр. Последний выполняет 2 функции:

1. Восстановление сигнала до близкого к исходному методом интерполяции

Примерно представить работу интерполяционного фильтра можно взглянув на картинку 1.
Из нее (картинки) сразу виден недостаток оцифровки с частотой Fs = 44,1 кГц. Сигнал на частоте 22кГц по сути, описывается всего одним значением! Для того, чтобы превратать сигнал в гармонический необходим процесс восстановления. Это производят интерполяцией при помощи цифрового фильтра – отсюда и название фильтра – интерполяционный. Причем, степень интерполяции – это известный термин Oversampling или передискретизация. Т.е в названии интерполяционный фильтр с 8-кратной передискретизацией содержиться информация: процесс восстановления будет производиться методом интерполяции с подставлением 8 значений уровня сигнала.

Ремарка: бытует мнение, что сигнал без цифровой фильтрации – это «панацея» и причина цифрового звучания из-за цифрового фильтра. Пожалуйста, на картинке 2 показан спектр сигнала с интерполяцией и без.

Все бы ничего, но процесс интерполяции все равно сопровождается обогащением выходного спектра широким неубывающим рядом гармоник, хоть уже и не в звуковой области. Поэтому хошь-не-хошь, а убрать за собой надо и здесь вторая функция фильтра.

2. Собственно цифровая фильтрация

Процесс цифровой фильтрации в понимании обыкновенных граждан можно сравнить с обыкновенной аналоговой фильтрацией и выглядит он в результате примерно так, как представлено на картинке 3.

И вот здесь хочется почесать подбородок и сказать «..нехорошо, Шурик!», а полоска то у нас всего ничего! Реально 22кГц уже на уровне -96 дБ, а даже заявляемые 20кГц зачастую всего лишь бумажная уловка. Фильтр обладает реальной крутизной и в «ноль» выходит на частоте примерно 18кГц. Но таковы реалии и ничего не попишешь.

Для любителей покопаться в параметрах наверное будет полезна картинка, поясняющая терминологию параметров цифрового фильтра.

Passband Ripple – неравномерность передаточной функции в рабочем диапазоне
Stopband Ripple – Уровень подавления в нерабочей полосе

У качественных фильтров, например Texas Instruments DF1704 Passband Ripple = 0,00005дБ, а Stopband Ripple (Attenuation) =115дБ. У PCM1794 DAC со встроенным фильтром величина Stopband Ripple и того больше – 132дБ.

Обычно в этой части спектакля предлагается антракт для осмысления,
возможности подкрепиться или вообще уйти незамеченным, чтобы не обидеть артистов.
Для зрителей с крепкими нервами и тех, кто всегда требует продолжения банкета, едем дальше.

Логика подсказывает, что:
1. Узкая полоса частот с крутым обрезанием (не путать с философским понятием) – это плохо;
2. Работа цифрового фильтра в непосредственной близи звукового диапазона приводит к неизбежному попаданию продуктов преобразования в звуковой диапазон (не говоря уже об неточности и ограничению уровня сигнала на высокой частоте;
3. Процесс интерполяции необходим, но может быть его можно минимизировать?
И вот тут мы упираемся опять в величину Fs, которая фигурировала на всех рисунках и является отправной точкой для построения АЧХ воспроизведения с учетом фильтрации и т.д.

Внизу приведен блок картинок который расположен в сравнительном порядке при работе фильтра с одинарным значением Fs (Single Speed) и учетверенным значением Fs (Quad Speed).

И теперь настало время упомянуть о том , что производитель при изготовлении предусмотрительно ввел опцию крутого (Sharp) и медленного (Slow) спада АЧХ цифрового фильтра, и привел иллюстрацию фильтрующих свойств в зависимости от комбинации параметров (Рис. 5).

Рис. 5б. Quad-Speed fast (sharp) Stopband Rejection

И еще один полезный результат:
цифровой фильтр – это только часть обязательной программы, а если учесть, что убирать продукты преобразования цифрового фильтра приходиться еще и активным аналоговым фильтром минимум 3-го порядка с применением операционных усилителей (опять же вблизи звукового диапазона), то результат повышения Fs – таит в себе заметные выгоды.
Теперь эта опция (аналоговая фильтрация) может вообще выродиться в пассивный фильтр 1-го порядка на достаточно высокой частоте. Т.е., он становится максимально прозрачным для звукового диапазона.

Ну, и заключительный аккорд, или «на коду», если так милее.
Процесс искусственного повышения частоты дискретизации Fs называется Upsampling.
В процессе звуковоспроизведения Upsampling не улучшает записанную фонограмму, он только улучшает работу цифрового фильтра и упрощает аналоговую фильтрацию.

Более того, если есть фонограммы записанные с Fs=96 кГц и выше, то надобность в нем автоматически отпадает!
Технически Upsampling –а добиваются введением в тракт Sample Rate Converter-а (SRC).

Итак, для усвоения, повторим термины, чтобы не запутаться.
Fs – F sampling, частота дискретизации – выборка с которой оцифровывают аналоговый сигнал (как правило 44,1 кГц в формате аудио CD, и 48 кГц в формате DVD-Audio).

Ремарка: DVD-Audio – это такой же PCM (Pulse Code Modulation) стандарт, как и аудио CD, только в процессе записи он снабжается DVD навигатором, для того, чтобы софт DVD проигрывателя разобрался что это за поток и смог выдать сопроводительную информацию на экран телевизора. С точки зрения звука (за исключением частоты Fs и емкости носителя) –это близнецы-стандарты с равными возможностями с точки зрения качества!

Oversampling (передискретизация) – параметр, характеризующий интерполяционные свойства цифрового фильтра. Чем выше значение Oversampling – тем более сложный, но качественный фильтр.
Upsampling – искусственное повышение часты дискретизации Fs.
Resampling – процесс искусственного изменения Fs, как в сторону повышения , так и понижения.

Послесловие: Идея построения Upsampling-а в тракте Цифро-аналогового преобразования не нова. Например, она реализована в DVD проигрывателе Philips SA963. Причем, с применением комплектующих достаточно высокого уровня. Так SR конвертер - это Analog Devices AD1895, 6-канальный ЦАП 7300 для DSD тракта – не что иное, как аналог Crystal CS4362, стерео - ЦАП-Analog Deviсes AD1955. Операционные усилители, тоже AD8022 (I/V конвертер) и AD8032 (аналоговый фильтр). Как видим по набору комплектующих, все сделано честно и грамотно. Единственный недостаток, если это можно назвать таковым, фирма не имеет права (или не считает нужным) отступать от стандартных вариантов построения тракта. Оставляя тем самым, нишу для экспериментов более мелким производителям.

Юрий Нечунаев, г. Киев