デジタルからアナログへの変換については多くの論争があり、R2Rラダーの信奉者は流れるようなアナログサウンドを指摘し、デルタシグマチップの支持者は精度とダイナミクスについて語ります。このガイドでは、デジタル信号をアナログ信号に変換する現代のアーキテクチャのすべての技術的ニュアンスを解説します。
Holo Audio May KTE DACの完全レビューはこちらにあります。
R2Rラダーの仕組み
R2R、またはラダーネットワークは、デジタルからアナログへの変換の「直接的」な方法です。2つの値の抵抗器のネットワークが、入力ワードの各ビットがスイッチを制御して、合計に基準電圧の定義されたシェアを加えるように配置されています（最上位ビットは半分を寄与し、次は4分の1、次は8分の1、そして続きます）。信号は出力に即座に現れ、中間変換はありません。したがって、すべてのビットが同時に処理されるため、別名 - マルチビット設計DACとも呼ばれます。
精度の限界
R2R マトリックスがどれだけ正確に機能するかは、その抵抗器の精度によって決まります。最上位ビットの寄与が最下位ビットの寄与を圧倒しないためには、最上位抵抗器の値はNのビット深度に対して2のN乗で割ったよりも良く保たれなければなりません。
最高の生産精度の抵抗器は、0.01–0.005%のオーダーの公差を持ち、これは約13–14の正直なビットに相当します。それ以上は、個別選別、レーザートリミング、または偏差の補償を伴うマトリックスのキャリブレーションによって達成されます。
温度と時間に関連する問題
抵抗器には温度係数があるため、ユニットが温まるにつれてその値が変動し、工場でのキャリブレーションが正確でなくなります。したがって、ハイエンドR2Rユニットに特有の2つの設計対策 - 基準の温度安定化とマトリックスの定期的な自己キャリブレーションがあります。抵抗器は長期的にも変動するため、このタイプのユニットは使用後数年で再キャリブレーションが必要になることがあります。
デルタシグマ変換はどのように機能するのか？
デルタシグマは、R2Rとは根本的に異なる方法で問題を解決します。振幅の高精度を目指すのではなく、アーキテクチャはビット深度を速度と交換します。信号は通常64または128倍オーバーサンプリングされ、その後少数のレベルに量子化されます - 限界ケースでは、1ビットに。粗い量子化はかなりの量子化ノイズを生成しますが、ここで重要なメカニズムが登場します - ノイズシェーピング。モジュレーターのフィードバックループは、量子化ノイズがオーディオバンドから高周波数に押し出されるように配置されており、出力のアナログフィルターによって除去されます。
その結果、20 kHzまでのバンド内で非常に低いノイズレベルと非常に高い線形性が得られます。なぜなら、1ビットまたは数ビットの量子化器の線形性は自明に保証されるからです - このチップには値が変動する抵抗器がありません。
ニュアンス
超音波ノイズ。移動したエネルギーは消えず、20 kHz以上に存在します。不十分なフィルタリングではDACの出力段に負荷をかける可能性があります。
アイドルトーン。一定または非常に静かな入力信号では、モジュレーターは周期的なパターンを形成し、スペクトルに離散成分を生成する傾向があります。現代の設計は、これに対抗するためにディザを追加し、モジュレーターの次数を増やします。
デジタルフィルターへの依存。オーバーサンプリングにはデジタルフィルターが必要で、その特性はデバイスの音に影響を与えます。したがって、ほとんどの現代ユニットには切り替え可能なフィルターがあります。
ハイブリッド設計
今日、トップクラスのDACのかなりの割合が、上記の2つの方式だけでなく、ハイブリッド設計を使用しています。
デジタルフィルターは非常に重要
フィルターがシステムの時間領域での動作を決定するため、その影響は変換方式自体の影響に匹敵することがあります。
線形位相フィルターのプリリングは、自然界には存在しない現象です - 耳はその源の前に発生する音に遭遇することはありません。これはデジタルオーディオに対する多くの苦情の大部分を説明します。反論は、プリリングの振幅が非常に低く、可聴帯域の端に集中していることです。
どのパラメータが測定可能か？
ほとんどのパラメータにおいて、デルタシグマ変換ははるかに優れた仕様を提供します。R2Rは唯一、アイドルトーンが存在しないという構造的な利点があります。
それでも、ライブリスニングでは、多くのオーディオファイルがR2R DACを好みます。なぜですか？
エラーの特性。ラダーの非線形エラーは、調和次数が上がるにつれて減衰するスペクトルを生成します。デルタシグマのエラーは、信号に依存するノイズフロアの変調として現れます。耳は後者を不自然さとして読み取ります。
デジタルフィルターの不在、または簡略化されたもの。多くのR2Rユニットはオーバーサンプリングなしで動作し、アーキテクチャに帰属されるものは実際にはプリリングの不在です。
アナログセクションと電源。離散ラダーに基づいて構築されたユニットはほぼ常に高価であり、そのためより真剣な出力段と電源を持っています。
考慮すべきこと
各アーキテクチャ内の品質のばらつきは、アーキテクチャ間の違いよりもはるかに大きいです。未調整のラダーを持つ不適切に実行されたR2R設計は、半分の価格の適切に構築されたデルタシグマユニットよりも悪い音を出します。そしてその逆も同様です。
DACの音の特性を形成するものは何か？
アナログ出力段。出力インピーダンス、負荷下での動作、ユニット自身の歪みスペクトルを決定します。
電源。デジタルセクションとアナログセクションのための別々のレール、そして調整の質。
クロッキング。重要なのは、絶対的なジッターの数値ではなく、その安定性とスペクトル特性です。
デジタルフィルター。時間領域の動作を決定し、トランジェントで聴こえます。
変換アーキテクチャ自体。その寄与はフィルタリングやその他と同等です。
どのDACを選ぶべきか？
チェックリスト
メーカーに-60、-90、-110 dBでの線形性データを求める。これはコンバーターを比較するための最も情報量の多いパラメータです。
出力インピーダンスを確認する。500 Ωを超える数値は、一部のプリアンプで問題を引き起こす可能性があります。
記載された出力レベルを確認する。ユニット間のレベル不一致は、直接的なリスニング比較を信頼できなくします。
デジタルフィルターの選択肢があるか確認する。
R2R設計の場合、ラダーの自己キャリブレーションと基準温度の安定化が提供されているか確認する。
受け入れるデジタル入力のビット深度でユニットを比較しない。
比較する際に音圧をレベルマッチする。0.3 dBの違いは優れた品質と見なされます。
広範なリスニングの後に最終決定を下す。