GIAHUY Audiolab SẢN PHẨM MỚI DAC 60th Anniversary MONG ƯỚC ĐƯA NHẠC SỐ LÊN DỈNH ANALOG!

ANALOG DAC 60TH EDITION ( tiếp theo)

Vậy tại sao lại phải cần OVER UPSAMPLING( nói chung cho cả các thuật toán liên quan đến upsampling như Dither,Interpolar..)
Khời thủy cho nhạc số Digital là định dạng Redbook(CD) với tần số lấy mẫu là 44.1khz và độ phân giải là 16bit
Tại sao lại 44,1 Khz và 16bit do cách đây 3-40 năm tốc độ và phạm vi xử lý digital có giới hạn . các máy tính chỉ xữ lý 16bit ( mỗi word là 16 bit) còn 44.1 khz là do theo định lý
Nyquist Sampling Theorem :
Nếu tần số lấy mẫu >2 x tần số cao nhất của sóng được lấy mẫu (Fs>2xFn) thì việc lấy mẫu mới chính xác ( trong audio Fn=20Khz) . các kỹ sư philips và sony chọn tần số lấy ẫu tiêu chuẩn là 44.1khz > 2x20khz
Nhìn vào vi dụ sau các bác sẽ hiểu định lý này dễ dàng



Như vậy có thể thấy nếu tần số lấy mẫu càng lớn (trong quá trình analog to digital ADC) thì sóng tạo được khi đổi từ digital ra analog (DAC) càng gần giống với mẫu . nếu tần số lấy mẫu< 2x tần số của mẫu thì qua 1trinh lấy mẫu bị sai
Tuy nhiên khi thu âm tại nhà sản xuất âm nhạc . sóng âm analog trước khi đưa vào lấy mẫu sẽ có những sóng có tần số > 20Khz ( các hài âm bậc cao , noise môi truờng) ..( vi dụ có xuất hiện các sóng lớn hơn 22.05 khz thì khi lất mẫu tần với tần số 44.1 khz thì tất cả sóng trên 22.05Khz sẽ bị lấy sai và tạo ra hiện tượng ALIAS( BÓNG MA) khi đổi tử digital ra Analog sóng analog này lại nằm trong vùng nghe được nên làm chất lượng âm thanh không giống như mẫu



Như vậy khi lấy mẫu tại nhà SX nguồi ta phải tiến hành lọc (filter) tất cả các tần số >20Khz trước khi đưa vào ADC để lấy mẫu gọi là antialias filter
Nhiều người trong đó có em tin rằng ngoài 20khz dù con người không nghe được , nhưng các sóng >20Kh trong qua trình thu sẽ tạo nên không gian ( Air) làm cho âm thanh nghe thật hơn vì trong tự nhiên ngoài các tần số ta nghe được còn nhiều tần số khác ta không nghe được nhưng vẫn tác động lên âm thanh . Bằng chứng lá các audiophile vẫn sử dụng các supertreble đắt tiền có dãi tần tái tạo lên đến 40khz .. và cảm thấy feel thật hơn khi có nó
Như vậy nhà SX muốn giữ được các sóng >20Khz cần phải tiến hành nâng tần số lấy mẫu lên ví dụ 88.2 khz tức là những sóng từ 20Khz -> 44.1khz sẽ không gây ra hiện tượng alias người ta chỉ cần lọc các tần số >44.1khz là không lo hiện tượng alias nữa
Như vậy việc nâng tần số lấy mẫu lên tại nhà SX âm nhạc được một công đôi việc : Vừa cho sóng âm chính xác hơn ( số điểm lấy mẫu tăng) vưa thu được các âm thanh có tần số > 20khz ( chất lượng âm thanh gần thật hon)
. Ngoài ra việc nâng số bi lấy mẫu lên vi dụ từ 16 bit -> 24 bit cũng giúp nhà SX có giá trị lấy mẫu chính xác hơn , sau này khi ra thành phẩm người ta có thể cắt bớt 4-8 bit ( các giá trị nhỏ nhất) để loại trừ noise dễ dàng

Em lưu ý đây là quá trình tạo bàn master tại nhà SX -> càng lấy mẫu cao âm thanh càng trung thực
hiện nay Master phổ biến là 24 bit 88.2 Khz , 24 bit 96khz và 24bit 192 khz như vậy quá trinh này tùy vào nhà SX âm nhạc việc tạo bản digital master sẽ hay hoặc dở tùy thuộc vào công nghệ thu âm và công nghệ làm bản digital master từ nguồn analog


Tuy nhiên tại thiết bị DAC hay chip DAC việc upsampling nghe thì tương tự nhưng nhằm mục đích khác
1. tập tin / file đem vào DAC là sản phẩm đã đóng gói của nhà SX . Nếu file có độ phân giãi 44.1khz 16 bit thì lượng thông tin chưa trong file cũng là 16bit 44.1khz không hơn không kém. Nếu File có độ phân giải 24 bit 192khz thì thông tin chứa trong nó cũng là 24 bit 192khz
2. Nếu vậy quá trình upsampling tại DAC ( hoặc trong chip DAC) chỉ có thể làm sai file gốc chứ không thể thêm được gì vào file gốc cả
3. Thế tại sao phải upsampling tại DAC ? mà nhà SX nào cũng quảng cáo nào là 8x upsamling , 32 bit ....
Nguyên nhân nằm ờ vấn đề sau
Trong quá trình Digital to analog (DAC) , để các giá trị sô rời rạc biến thành analog người ta cần lọc tần số lấy mẫu đi thuật ngữ gọi là Reconstruction Filter và tương tự khi thu âm quá trình lọc cũng phải bào đảm các tần số >22.05khz phải được lọc sạch để tránh hiện tượng các tần số cao sinh ra trong quá trình lấy mẫu không gây các sóng ảo (alias) bảo đảm các tần số từ 20-20Khz không bị biến dạng
Việc lọc hoàn toàn các tần số trên mức 22.05 khz trở lên ( thuật ngữ gọi là LOW pass Filter LPF) ờ mức 22.05khz là khó khăn trong việc dùng các bộ lọc analog( thụ động cũng như chủ động) lý do quan trọng là các bộ lọc LPF lọc ờ mức 22.05khz sẽ gây lêch pha (phase shifter) cho các tần số trong khoảng 20-20khz
Tùy vào mức độ lọc mà dãi tần bị ảnh hưởng khác nhau ví dụ lọc bằng các bộ lọc bậc 10th ( lọc sạch gần như brickwall) thì các tần số từ 200Hz đến 9khz bị ảnh hưởng nhiều nhất , lọc bậc thấp thì các tần số cao trong dãi nghe được tới 20Khz không phẳng ( tần số càng gần giá trị lọc càng giảm biên độ) nên đạc tuyến của DAC sẽ không phẳng và mất dãi cao


Giải pháp cho vấn nạn này là người ta sẽ upsampling ( gọi đúng tại quá trình DAC là Over sampling)
Tín hiệu digital trước khi đưa vào giãi mã DAC và dùng digital Filter lọc các noise cao hơn 20khz sau đó đưa tín hiệu đã oversampling vào DAC ( ví dụ upsampling lên 4 lần (44.1hzx4=176.4khz ) tại đầu ra người ta dùng các bộ lọc bâc thấp lọc ờ tần số gấp 4 lần cách lọc bên trên tức là lọc ờ muc 22.05x4=88.2 khz ( thông dụng là 80khz) để làm filter reconstruction thì sẽ ít ảnh hưởng phase của sóng trong khoảng 20hz-20khz nói là ít hơn nhưng cách này vẫn làm lệch pha tới 20khz là 30 độ

Vấn đề upsampling và digital filter + vần đề lệch pha theo tần số khi lọc để tái tạo âm thanh( filter reconstruction) ờ DAC chính là vấn đề làm cho chất lượng âm thanh của DAC bị biến dạng so với nguyên mẫu ( file được đóng gói phát hành từ nhà SX)

Vấn đề lọc upsampling và lọc digital gây sai số tương đối phức tạp và dùng nhiều thuật ngữ kỹ thuật trong DSP các bác muốn tím hiểu rõ hơn thì hãy đọc trang 111 em có phân tích kỹ các kỹ thuật lọc và sai số liên quan

https://vnav.vn/threads/giahuy-audi...Ớc-ĐƯa-nhẠc-sỐ-lÊn-dỈnh-analog.59969/page-111

Vấn đề lệch pha theo tần số thi minh họa bằng ví dụ sau
Ví dụ xét trong thời gian 1 s của file master âm nhạc không đơn thuần là sóng sine ở một tần số mà lá tập hơp của nhiều sóng có tần số khác nhau vi dụ có 100 hz của tieng trống , có 1 khz của giọng hát , có 4khz của violone.....
Khi giãi mã digital ra analog . Nếu sóng thu được ờ đầu ra DAC các tần số bị lệch pha ( lệch nhiều hay ít tùy theo tần số ) thì trong 1s đó tiếng trống 100Hz ít lệch pha , giọng hat lại bị lệch đi một chút , tiếng violine bị lệch nhiều hơn .... thì tổ hợp sóng âm thu được trong 1s sẹ bi biến dạng nghiêm trọng
nhìn minh họa sau các Bác sẽ thấy vấn đề lệch pha nghiêm trọng như thế nào


Đây là nói hai sóng cùng tần số bị lệch phase nếu mỗi tần số lệch phase khác nhau thì bức tranh còn lộn xộn hơn nữa
mà lệch phase khi lọc thì là điều hiển nhiên
ví dụ với mạch lọc bậc 1 RC

VỚI MẠCH LỌC LPF RC như trên 9 (lọc bậc 1)
ta có hai đồ thị của gain (db) và của (phase) theo tần số như sau



ta thấy ở đồ thị phase của sóng trong phạm vi không lọc ( pass band 0-20khz) vùng lệch phase có thể lệch từ 0 đến gần -45 độ và tần số càng cao thì lệch càng nhiều
như vậy qua trình lọc sau DAC sẽ ảnh hưởng nhiều khi có các âm thanh có tần số cao từ đó gây ra các hiệu ứng harsh chói đặc trưng của nhạc số ờ dãi trên
sorry các Bác bài này đọc hơi nhức đầu . tuy nhiên vì nó là nền tảng của nhạc số nên cần phân tich kỹ để có biện pháp thích hợp
( còn tiếp)