Il DAC Convertus è stato presentato su queste pagine un paio di anni or sono. Ha rappresentato un chiaro successo, dato l'elevato numero di autocostruttori che si sono messi in contatto con noi.
Nonostante ciò, sono sempre stato ben conscio di almeno un limite tecnico importante, che per la verità era abbastanza ben nascosto da non essere rilevato dalla maggioranza degli ascoltatori, ma allo stesso tempo sufficientemente evidente da permettermi di riconoscere il Coonvertus durante i test di confronto alla cieca.

Il problema

Il segnale in uscita da un DAC senza sovracampionamento (zero oversampling) risulta modellato "a scalini", con un passo dopo ogni conversione. Infatti non c'è un filtro all'interno del DAC, e il filtro esterno d'uscita è molto morbido.
In questo modo il segnale d'uscita resta allo stesso livello per tutto il tempo fra la conversione di un campione ed quella del successivo, e al momento della conversione passa velocemente al nuovo livello per rimanerci fino a quando arriva il campione ancora successivo.
Questo è un effetto desiderato, ottenuto memorizzando l'ultimo campione all'interno del chip e usandolo per pilotare il convertitore D/A, e conservandolo fin quando non è disponibile un nuovo campione completo.

Purtroppo questo comportamento produce una considerevole variazione nella risposta in frequenza. Questo fenomeno prende il nome di filtraggio sinx/x, e comporta un livello di uscita nullo alla frequenza Fc e a tutte le fequenze superiori multiple di Fc.

Come si può constatare il suo effetto è sensibile già a 20Khz e consiste in una risposta in frequenza che cala di alcuni dB.

So bene che alcuni di voi diranno che sono un idiota. Alcuni di voi hanno costruito filtri speciali per simulare proprio questo effetto con i CD player standard, e io temo ci siano almeno un paio di produttori industriali che fanno lo stesso.
Ma dal punto di vista tecnico questo è un problema, e io lo affronto come tale. La ricerca di una soluzione iniziò ancor prima della pubblicazione del primo articolo.
Ero alla ricerca di una soluzione che garantisse un modulo più piatto della risposta in frequenza, nessuna alterazione della sua fase e che non fosse troppo complessa da implementare.
Date le opposte premesse, veramente non mi aspettavo di trovare una soluzione.
Ma lo studio del problema mi permise di riuscire ad individuarne una, anche se essa significava portare alle estreme conseguenze le teorie di Kusunoki (o forse anche più in là...).

La soluzione

Voglio essere molto chiaro. La soluzione proposta è tale che applicata in alcuni casi può essere peggiore del problema. Essa può inoltre essere pericolosa per i vostri diffusori. Ma ho condotto test con quattro differenti catene, includendo preamplificatori e finali di potenza sia a stato solido sia a valvole, e anche alcuni altri amici (grazie Ruggero) hanno effettuato test senza riscontrare problemi. Nel mio sistema uso sempre la nuova versione, ma c'è comunque il rischio che qualcuno di voi possa trovare problemi.

Date in particolare una occhiata al nostro GENERAL DISCLAIMER.

D'altra parte il costo della modifica è veramente basso (meno di 20Euro) e inoltre c'è uno switch che permette all'utente di eliminare il suo effetto così che chiunque può provarla senza affrontare una grossa spesa e decidere autonomamente ed in qualsiasi momento se usarla o meno.

L'idea è veramente semplice. L'effetto di filtro causato dai circuiti di sample-and-hold (campionamento e mantenimento) non dipende dal periodo di campionamento, ma dal periodo di mantenimento (che è il tempo per cui il segnale resta costante): minore è il periodo di mantenimento, maggiore sarà la frequenza di taglio.
Considerando il caso limite si raggiunge un periodo di mantenimento nullo, che è il caso tipicamente considerato dalla teoria del campionamento, in cui non c'è alcuna caduta nella risposta in frequenza a Fc/2. In pratica è impossibile raggiungere questo punto: la teoria è basata sul segnale impulso unitario, che è un segnale con energia unitaria e durata nulla, non riproducibile in pratica. Ma è possibile approssimare questa situazione riducendo la durata del periodo di mantenimento ad una frazione delperiodo di campionamento, che è esattamente quello che succede nel caso della decimazione (vedi TNT-Convertus part 1).

Per semplicità il fattore di decimazione del Convertus Decima è stato fissato a 2. I "cespugli" attorno alle righe principali nelle figure contrali sono per lo più segnali "fantasma", alias creati dallo strumento utilizzato per eseguire le misure a causa della sula frequenza di oversampling limitata.

C'è qualche contropartita? Sì, e pure pesante.

Prima di tutto, il segnale decimato contiene un'importante componente di alias attorno a Fc.
Questa componente è un'immagine del segnale audio, ed il suo livello è solo pochi dB inferiore rispetto al livello del segnale audio (!!!), e di livello molto più alto rispetto al Convertus normale.
Questo segnale di alias non è udibile o almeno è sperabile che non venga interpretato come musica dal nostro cervello, dato che è a 44.1KHz (almeno questa è l'assunzione di Kusunoki secondo la quale non è necessario un filtro antialias a causa del limitato intervallo di frequenze udibili dall'orecchio umano, ma non tutti concordano con essa), ma potenzialmente può creare ogni tipo di problema negli altri componenti del sistema.
Nella maggior parte dei sistemi probabilmente potrebbe causare al più un incremento drammatico della distorsione, ma potrebbe anche distruggere i tweeter, se li raggiunge, dato che contiene una energia quasi eguale a quella dell'intero segnale, mentre i tweeter sono dimensionati per una frazione ridotta del totale.
Quindi state molto attenti e verificate bene quanto succede al resto del vostro sistema, se usate il Convertus decima.

Secondo, l'energia del segnale audio decresce drasticamente: in teoria si perdono 6dB, ma in pratica l'effetto sembra essere più pesante.
Nel caso in cui la sensibilità della catena usata sia bassa, potrebbero esserci difficoltà a raggiungere il livello di normale ascolto (notare ad ogni modo che ciò protegge i tweeters).

Terzo, il fatto che l'intensità apparente del segnale audio è ridotta porta a ruotare la manopola del volume verso destra.
Tuttavia il valore di picco del segnale è assolutamente lo stesso, quindi l'amplificatore rischia la saturazione, rendendo il primo problema ancora peggiore.

La realizzazione

L'approccio corretto per implementare la decimazione consiste nel modificare il flusso dei segnali dal ricevitore al DAC: ciò permette di usare tecniche di digital signal processing senza effetti di corruzione del segnale analogico.

Sfortunatamente questo approccio è piuttosto complesso da implementare: il DAC infatti deve lavorare a frequenza n*Fc, mentre lo stream d'ingresso è a frequenza Fc, per cui è necessario un cambio di velocità dei dati.
Ciò richiede una meccanismo di interfaccia complesso che deve includere un registro a 16 bit con ingresso in serie ed uscite in parallelo, caricato con un clock a 44.1KHz il cui contenuto è periodicamente trasferito in modo parallelo ad un registro con ingressi paralleli ed uscite seriali da cui il segnale è estratto con un clock a una frequenza maggiore.
Ho pronto un progetto digitale, ma non l'ho ancora implementato e, ovviamente, ancora non testato, per cui non lo presento adesso.
E non sono sicuro che lo farò in seguito....

C'è un'altra possibile soluzione, comunque, che, anche se non garantisce lo stesso livello di pulizia dell'uscita, permette di raggiungere lo stesso risultato con un minor sforzo.
Ciò si ottiene processando il segnale all'uscita del DAC.

Si, lo so, sembra una follia... ma ho impiegato circa un anno per farlo funzionare, e adesso funziona davvero bene!!!

In questa soluzione il segnale audio di uscita si deve ottenere commutando fra l'uscita DAC normale ed il valore medio dell'uscita DAC stessa.
è possible ottenere ciò usando 4 switch bilaterali 4066 (bisogna scegliere la versione alta velocità HCT).
Gli switch possono essere visti come relè. Si usano due switch per ogni canale, uno è chiuso quando l'altro è aperto e viceversa, dato che i segnali di controllo sono uno la negazione dell'altro.
L'uscita del 1543 è connessa all'ingresso di uno switch, mentre il suo valore medio, ottenuto tramite un semplice filtro RC passa basso, è connesso all'ingresso dell'altro switch. Le uscite degli switch sono collegate insieme e allo stadio d'uscita che è seguito dallo stesso filtro passa basso del Convertus normale.

Adesso è necessario un clock a frequenza Fc. Fortunatamente è disponibile l'LRCK/WS. Il suo livello è 5V, comunque, mentre per il 4066 useremo 8V di alimentazione, per cui occorre traslarlo attraverso il C227 e il VR203.

Per derivare da questo tutti gli altri clock, sono state usate alcune porte NAND (4011). Ciò permette anche di abilitare o disabilitare la decimazione tramite lo switch SW201.
Infatti se lo switch è chiuso, l'uscita del U206A è sempre alta, U206B bassa e U206C alta: in questo modo solo gli switches del 4066 che connettono i pin 1-2 e 8-9 sono chiusi e il segnale del DAC è presente in uscita.
Se lo switch è aperto, invece, l'uscita del U206A commuta tra alta e bassa secondo LRCK; quando è alta si ha la situazione precedente, quando va bassa U206B va alto e U206C basso, e un questo caso solo gli switches del 4066 che connettono i pin 3-4 e 10-11 sono chiusi, e in uscita è presente il livello medio fisso.

Tutti i componenti sono stati montati su una piccola scheda con l'usuale piano di massa dal lato componenti; i componenti sono connessi con corti fili solid core sul lato posteriore, come al solito (vedere le nostre istruzioni di montaggio ) per ulteriori dettagli.
Ho usato lo stesso genere di componenti usati per il resto del Convertus: nulla di speciale a parte un Cerafine sul 4066 come bypass di alimentazione. Tutti i componenti integrati sono montati su zoccoli di alta qualità, anche se in teoria sarebbe meglio evitarli del tutto.

Lo stadio di uscita attivo, un semplice source follower a JFET, non è un'opzione: è l'unica strada per ottenere l'alta impedenza necessaria per ottenere un buon valore medio all'uscita del filtro RC passa basso. Inoltre esso migliora velocità e dinamica; quindi suggerirei la sua implementazione anche se non siete intenzionati a implementare il circuito di decimazione.
Lo stadio è stato direttamente aggiunto sulla scheda del fitro di uscita.

Il filtro di uscita è stato riprogettato adattandolo alla nuova situazione in modo da ottenere una risposta in frequenza piatta con ridotte rotazioni di fasi fino a 20KHz. I condensatori (carta e olio e Wima) di disaccoppiamento dell'uscita sono stati eliminati e sostituiti con capacitori a film di alta qualità.
Comunque anche il vecchio filtro e i condensatori d'uscita lavorano molto bene nella nuova situazione; se decidete di conservalrli l'unica modifica richiasta al Convertus è di sezionare la connessione tra R204-R205 e L201-L202 per inserire i nuovi circuiti.

Beh, a dire il vero, all'atto pratico io ho anche letteralmente sezionato in due la vecchia scheda completamente montata... con un seghetto a mano, sapete... giusto per mantenere i circuiti ben allineati in fila indiana. Sono leggermente integralista, sapete...

In questo modo tutte le connessioni tra la nuova scheda ed i vecchi circuiti del Convertus sono costituiti da fili solid core di lunghezza molto breve.
Qualsiasi connessione più lunga, principalmente le alimentazioni, sono state realizzate con coppie twistate di filo solid core, con un filo connesso al corrispondente V+ e l'altro a massa. è necessaria una particolare attenzione per la connessione del clock LRCK: esso è il solito doppino twistato solid core ma il secondo filo è connesso a terra solo sulla nuova scheda.

Nello schema sono indicate tutte le connessioni; ogni scheda è circondata da una linea rossa tratteggiata.
Quando c'è un filo non collegato da un lato, esso è esattamente così, per evitare loop di massa.
Ovviamente, se preferite la possibilità di ripristinare l'uscita del Convertus standard, è possibile aggiungere quattro switch per effettuare il bypass del circuito di decimazione.

Altre modifiche

Durante il lungo periodo di test del Convertus Decima sono stati apportati altri cambiamenti, e ci sono anche alcune correzioni agli schemi pubblicati.

Prima di tutto, c'è il famoso problema delle resistenze delle alimentazioni R301/302/402/403, tutte con il valore sbagliato di 3.9K sia sugli schemi che sulla lista dei componenti: il valore corretto è 390ohm, come, apparentemente, chi ha provato a completare il progetto ha scoperto da solo, almeno lo spero....

Secondo, l'alimentazione (V+A) del DAC è stata parzialmente riprogettata per ottenere una migliore regolazione.
Il nuovo schema sembra essere molto più silenzioso, e presenta solo un inconveniente: la costante di tempo del filtro RC al gate del MOS è ora di 155sec, per cui un ragionevole power up completo si raggiunge solo dopo 13 minuti... La mia unità infatti non ha alcun interruttore di alimentazione, ed è quindi costantemente accesa.

La calibrazione

La calibrazione dell'alimentazione V+A dovrebbe essere effettuata seguendo le istruzioni fornite nell'articolo originale.
Comunque qui l'operazione è leggermente più complessa, o meglio richiede un po' più di tempo: infatti occorre raggiungere un valore di tensione tra 8.0V e 8.8V all'alimentazione del chip del DAC, ma dato che la costante di tempo del regolatore di tensione è intorno ai 155sec, a seguito di una nuova regolazione occorrono circa 15 minuti per arrivare ad un valore finale stabile. Occorre perciò prestare molta attenzione e mantenere la tensione V+A sotto continuo controllo finchè non si è stabilizzata, in modo da poter correggere immediatamente la regolazione nel caso in cui la tensione salga troppo.

Notare che, avere V+A regolata a 7V o V+A regolata a 8V comporta una grande differenza nel suono: con una tensione maggiore la dinamica migliora notevolmente (questo si riflette anche sulle misure della distorsione che scendono dallo 0.7% allo 0.1%con 1KHz a 0dB).
NON SUPERARE I 9V per nessuna ragione.

Il processo di calibrazione del circuito di decimazione è semplice.
Accendere l'unità (PRESTARE MOLTA ATTENZIONE!!! POTREBBERO ESSERCI PARTI ESPOSTE AD ALTA tensione!!!) e connetterla alla meccanica. Anzitutto regolare VR203 a metà corsa; misurare il valore medio del voltaggio sul pin 2 di U206 per controllare che sia centrato tra massa e V+A.
Nel caso disponiate di un oscilloscopio, controllate che il pin 3 di U206 commuti correttamente quando SW201 è aperto e rimanga alto quando questo è chiuso; se possedete un tester analogico posizionate il selettore in modo Dc e controllate la tensione del pin 3 di U206: esso dovrebbe misurare circa 4V quando SW201 è aperto e 6V quando è chiuso.

Il suono

I maggiori difetti del Convertus stavano nelle alte frequenze e nella dinamica: la seconda non era di certo abbondante, le prime apparivano non molto rifinite e/o leggermente arretrate; questo apparentemente dipende anche dalla meccanica, e in alcune situazioni il problema potrebbe non essere così rilevante.

Una soluzione adottata da molti è quella di usare un altro modello di convertitore (e infatti ne ho anche io un paio che mi aspettano ansiosamente...), ma il problema sinx/x affligge qualsiasi DAC zero-oversampling, per cui tale problema resta aperto [nda: dato che nel frattempo un convertitore con il TDA1541 è giunto in fase di test, posso confermare che anche con questo il problema del calo alle alte frequenze è altrettanto evidente all'ascolto. Con buona pace di chi non lo sente...]

Il nuovo Convertus Decima affronta e risolve questo problema. Ma a parte l'aspetto tecnico e i limiti della soluzione, il suono migliora realmente??

Dipende da cosa ci si aspetta e dai propri gusti. Io uso normalmente la versione Decima. Ogni volta che torno alla versione originale ripasso velocemente alla versione decimata. C'è più dettaglio, definizione e precisione. Le frequenze altissime sono leggermente più evidenti e spumeggianti.

Un gruppo di amici su una versione preliminare (e non controllata..) hanno notato comunque una maggior fatica d'ascolto e uno di loro sostiene che il dettaglio è leggermente artificiale. Non posso essere completamente in disaccordo, ma ci sono alcuni elementi da prendere in considerazione.

Primo, il circuito del Decima è progettato per recuprare una lacuna nel contenuto in alta frequenza del segnale. Personalmente credo che ogni incremento nelle alte frequenze possa rendere l'ascolto più affaticante, ma qualsiasi audiofilo sa che questa non è una buona ragione per usare il controllo dei toni per ridurle.
D'altra parte, io spesso trovo fastidiosa la quantità di alte frequenze nella musica dal vivo.....

Secondo, le frequenze altissime rappresentano l'area più critica nei CD, quella in cui si trovano i difetti peggiori (suono "digitale", tagliente). Il Convertus Decima espone semplicemente i difetti del CD in modo più trasparente, mentre la versione originale tende a nascondere il problema filtrando parte dell'informazione.

Tanto per completezza, i miei amici riportano anche maggior rumore e una leggera perdita di dinamica. Non sono daccordo. Dal punto di vista elettronico il "rumore" (segnale indesiderato) è molto alto, ma è tutto esterno alla banda audio: nei test di ascolto non ho trovato differenze sostanziali.
Ho in effetti notato uno strano problema di rumore, ma non era un problema di progettazione: nelle pause delle tracce parlate dell'Ultimate Demonstration Disk sul canale sinistro si sentivano dei rumori tipo "crack"; il rumore è sparito solo quando ho sostituito tutti i chip 1543 con un altro set, per cui penso che fosse un difetto di uno dei chips.

Per quanto riguarda la dinamica, gli ascolti del panel di amici sono avvenuti usando una versione preliminare senza stadio di uscita attivo, per cui penso che il problema adesso sia da cosiderare risolto. Comunque anche con quella versione non ho potuto rilevare grandi differenze; tenete anche conto del fatto che i diversi livelli di uscita rendono molto difficile organizzare un corretto test d'ascolto ed inoltre il suono è decisamente più brillante, per cui se si prova ad avere lo stesso livello apparente di suono, il contenuto sulle basse frequenze del Decima è certamente ridotto in confronto al Convertus normale, e questo potrà risultare in un apparente minore impatto.

Alla fin fine, dovete decidere voi. Ma se possedete già un Convertus o un altro DAC zero-oversampling, penso che provare questa soluzione valga certamente la spesa e il disturbo.

• Vai agli schemi e lista componenti - Parte II
• Vai alle istruzioni di montaggio - Parte III

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