디지털-아날로그 변환에 대한 논쟁이 많습니다 - R2R 사다리의 열성 팬들은 유동적이고 아날로그적인 사운드를 강조하는 반면, 델타-시그마 칩의 지지자들은 정확성과 다이내믹스를 이야기합니다. 이 가이드에서는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 현대 아키텍처의 모든 기술적 뉘앙스를 살펴봅니다.
Holo Audio May KTE DAC에 대한 전체 리뷰는 여기에 있습니다.
R2R 사다리가 작동하는 방식
R2R, 즉 사다리 네트워크는 디지털-아날로그 변환의 “직접” 방법입니다. 두 가지 값의 저항기로 구성된 네트워크는 입력 단어의 각 비트가 스위치를 제어하여 총 전압에 정의된 비율을 추가하도록 배열됩니다(가장 중요한 비트는 절반을 기여하고, 다음은 4분의 1, 다음은 8분의 1, 그리고 계속해서 그렇게 됩니다). 신호는 중간 변환 없이 즉시 출력에서 나타납니다. 따라서 모든 비트가 동시에 처리되기 때문에 다른 이름인 - 멀티비트 설계 DAC로 불립니다.
정확도의 한계
어떻게 가장 중요한 비트의 기여가 가장 덜 중요한 비트를 압도하지 않도록 하기 위해서는 가장 중요한 저항의 값이 N 비트 깊이에서 2의 N 제곱으로 나눈 것보다 더 나은 정확도를 유지해야 합니다.
최고의 생산 정밀 저항기는 0.01–0.005%의 허용 오차를 가지며, 이는 대략 13–14 비트의 정직한 비트에 해당합니다. 그 이상의 정확도는 개별 선택, 레이저 트리밍 또는 편차 보정을 통한 매트릭스 보정으로 달성됩니다.
온도 및 시간 관련 문제
저항기는 온도 계수를 가지기 때문에, 장치가 따뜻해짐에 따라 저항 값이 변동하고 공장 보정이 더 이상 정확하지 않게 됩니다. 따라서 고급 R2R 장치의 두 가지 설계 조치 - 기준의 온도 안정화 및 매트릭스의 주기적인 자기 보정이 필요합니다. 저항기는 장기적으로도 변동하므로 이러한 유형의 장치는 사용 수년 후에 재보정이 필요할 수 있습니다.
델타-시그마 변환은 어떻게 작동합니까?
델타-시그마는 R2R과 근본적으로 다른 방식으로 문제를 해결합니다. 진폭의 높은 정확성을 추구하는 대신, 아키텍처는 비트 깊이를 속도와 교환합니다. 신호는 일반적으로 64배 또는 128배의 비율로 여러 번 오버샘플링되고, 그 후 소수의 레벨로 양자화됩니다 - 극단적인 경우에는 단일 비트로. 이러한 거친 양자화는 상당한 양자화 잡음을 생성하지만, 여기서 핵심 메커니즘인 잡음 형성이 작용합니다. 변조기의 피드백 루프는 양자화 잡음이 오디오 대역에서 고주파로 밀려나도록 배열되어 있으며, 여기서 아날로그 필터에 의해 제거됩니다.
그 결과 20 kHz까지의 대역에서 매우 낮은 잡음 수준과 매우 높은 선형성이 나타납니다. 왜냐하면 1비트 또는 몇 비트 양자화기의 선형성은 자명하게 보장되기 때문입니다 - 이 칩에는 값이 변동할 수 있는 저항기가 없습니다.
뉘앙스
초음파 잡음. 이동된 에너지는 사라지지 않고 20 kHz 이상에 존재합니다. 필터링이 불충분하면 DAC의 출력 단계에 부하를 줄 수 있습니다.
유휴 톤. 일정하거나 매우 조용한 입력 신호에서 변조기는 주기적인 패턴을 형성하여 스펙트럼에 이산 성분을 생성하는 경향이 있습니다. 현대 설계는 이를 해결하기 위해 디더를 추가하고 변조기의 차수를 증가시킵니다.
디지털 필터에 대한 의존성. 오버샘플링은 디지털 필터를 필요로 하며, 그 특성은 장치의 사운드의 일부가 됩니다. 따라서 대부분의 현대 장치에서 스위치 가능한 필터가 있습니다.
하이브리드 설계
오늘날 많은 고급 DAC는 위에서 설명한 두 가지 방식뿐만 아니라 하이브리드 설계를 사용합니다.
디지털 필터는 매우 중요합니다
시스템의 시간 영역에서의 동작을 결정하는 것은 필터이므로, 그 영향은 변환 방식 자체와 비슷할 수 있습니다.
선형 위상 필터의 프리링킹은 자연계에 존재하지 않는 현상입니다 - 귀는 소스 이전에 발생하는 소리를 만날 수 없습니다. 이는 디지털 오디오에 대한 불만의 큰 부분을 차지합니다. 반론은 프리링킹의 진폭이 매우 낮고 가청 대역의 가장자리에 집중되어 있다는 것입니다.
어떤 매개변수가 측정 가능한가요?
대부분의 매개변수에서 델타-시그마 변환은 훨씬 더 나은 사양을 제공합니다. R2R 는 유일하게 유휴 톤이 없다는 구조적 장점을 가지고 있습니다.
그럼에도 불구하고, 라이브 청취에서 상당수의 오디오파일은 R2R DAC를 선호합니다. 왜 그럴까요?
오류의 특성. 사다리에서의 비선형성 오류는 고조파 차수가 상승함에 따라 감소하는 스펙트럼을 생성합니다. 델타-시그마 오류는 신호에 따라 달라지는 잡음 바닥의 변조로 나타납니다. 귀는 후자를 비자연적으로 인식합니다.
디지털 필터의 부재 또는 단순화된 필터. 많은 R2R 장치는 오버샘플링 없이 작동하며, 아키텍처에 귀속되는 것은 사실상 프리링킹의 부재입니다.
아날로그 섹션과 전원 공급 장치. 이산 사다리로 구축된 장치는 거의 항상 더 비쌉니다. 따라서 더 심각한 출력 단계와 전원 공급 장치를 갖추고 있습니다.
유의해야 할 사항
각 아키텍처 내의 품질의 차이는 아키텍처 간의 차이보다 몇 배 더 큽니다. 잘못 실행된 R2R 설계의 조정되지 않은 사다리는 반값의 능숙하게 제작된 델타-시그마 장치보다 더 나쁘게 들립니다. 그리고 그 반대도 마찬가지입니다.
DAC의 음향 특성을 형성하는 것은 무엇인가요?
아날로그 출력 단계. 출력 임피던스, 부하 하의 동작 및 장치 자체의 왜곡 스펙트럼을 결정합니다.
전원 공급 장치. 디지털 및 아날로그 섹션을 위한 별도의 레일과 조정 품질.
클로킹. 중요한 것은 절대 지터 수치가 아니라 그 안정성과 스펙트럼 특성입니다.
디지털 필터. 시간 영역 동작을 결정하며, 순간적인 변화에서 들립니다.
변환 아키텍처 자체. 그 기여는 필터링 및 나머지와 동등합니다.
어떤 DAC를 선택해야 하나요?
체크리스트
제조업체에 -60, -90 및 -110 dB에서의 선형성 데이터를 요청하세요. 이는 변환기를 비교하는 데 가장 유용한 매개변수입니다.
출력 임피던스를 확인하세요. 500 Ω 이상의 수치는 일부 프리앰프와 문제를 일으킬 수 있습니다.
명시된 출력 레벨을 확인하세요. 장치 간의 레벨 불일치는 직접 청취 비교를 신뢰할 수 없게 만듭니다.
디지털 필터 선택 여부를 확인하세요.
R2R 설계의 경우, 사다리 자기 보정 및 기준 온도 안정화가 제공되는지 확인하세요.
수용하는 디지털 입력의 비트 깊이로 장치를 비교하지 마세요.
비교할 때 음압을 레벨 매칭하세요. 0.3 dB의 차이는 우수한 품질로 간주됩니다.
광범위한 청취 후에 최종 결정을 내리세요.