TECNICA – DAC: Multibit/R2R/Ladder e Delta-Sigma

Vediamo se riesco a fare un po’ di chiarezza sulle due tipologie di conversione che vanno per la maggiore nel mondo audio. In realtà una va decisamente per la maggiore (Delta-Sigma) l’altra va per la maggiore, relativamente parlando, nel mondo dell’Hi-End essendo più semplice in termini teorici ma decisamente più complessa da implementare (è anche più “vecchia”).

I DAC Multibit/R2R/Ladder:

Piccola premessa: i primi DAC, di fatto, erano tutti esclusivamente di tipologia ladder, o R/2R, o Multibit, o altri tanti nomi strani ma che tutti significano esattamente la stessa cosa. Piccolo grande neo: molte componenti necessariamente precise per poter lavorare correttamente; moltissime e decisamente MOLTO più precise per poter lavorare correttamente a campionamenti elevati (sia in termini di bit che in termini di frequenza di campionamento).

Ma, in soldoni, come funzionano questi DAC?
In sostanza la conversione dell’informazione digitale di X bit veniva affidata ad una serire di porta logiche poste in parallelo ad un pettine di X partitori resistivi con caratteristca, appunto, R/2R (in realtà il primo ha caratteristica 2R/2R) per cui la tensione di uscita è direttamente, e istantaneamente, proporzionale all’ampiezza del campionamento in bit (avete presente il PCM? Ecco, questa modalità esegue la conversione 1/1 del segnale PCM). Se avete capito il concetto potrebbe anche sorgervi spontanea una domanda: ma quindi non c’è un chip adibito alla conversione? La risposta è, in caso di implementazione a componenti discreti della rete resistiva, NI.
Ci vuole comunque un’elettronica che interpreta il segnale digitale in ingresso (generalemente una serie di bit – in ambito audio sempre) e lo presenta alla circuiteria di “potenza” (che potrebbe anche essere integrata nello stesso processore) posta in parallelo alla rete resistiva in modo perfettamente sincrono sia in termini di profondità (numero di bit campionati) sia in termini di tempo e frequenza. Un conto è lavorare correttamente a 16/44.1 (non che sia facile) un conto è lavorare a 24/192 (o più come nel caso dei DAC prodotti da MSB – che però costano quasi come un monolocale).
Piccolo dettaglio: i convertitori basati su questa tipologia non possono, NON POSSONO, convertire segnali DSD. Non possono proprio fisicamente. Salvo conversioni in PCM effettuate a monte, la cosiddetta conversione DoP.

Infine i lati negativi: i DAC di questo tipo tendono ad avere un rumore di fondo maggiore, una dinamica (sulla carta) inferiore e, se implementati male, problemi di risposta in frequenza/fase dovuti alla non perfetta sincronia di pilotaggio dei rami della rete resistiva. In aggiunta a tutto ciò: un DAC di questo tipo non potrà MAI convertire il formato DSD senza preventive elaborazioni di segnale.

Lato positivo: quando implementati bene suonano meglio, meno “digitali” e meno freddi della controparte Delta-Sigma. Soprattutto, paradossalmente, in caso di segnali a “basso campionamento” in ingresso.

I DAC Delta-Sigma:

Qui la situazione si complica un po’ nel senso che da quanto ho capito la conversione, per i segnali PCM, non è diretta ma richiede qualche manipolazione del segnale che, in alcuni casi e a detta di alcuni addetti ai lavori – ma anche alle orecchie di molti appassionati – porta ad una sonorità più fredda e aspra per via del sovracampionamento applicato all’interno del chip di coversione (si, qui tutto si svolge mandatoriamente all’interno di un solo chip o di una architettura logica, comunque chiusa, di processo).

Di fatto la conversione operata all’interno di questi DAC è analoga a quella operata dagli amplificatori in classe D, o a qualsiasi altro sistema di tipo PWM, e che sta anche alla base della codifica DSD. In sostanza il campione ad N bit e X Hz viene trasporto in un segnale modulato in frequenza con modulante a frequenza molto maggiore di quella di campionamento. Questo segnale viene poi opportunamente filtrato in uscita per riportare il tutto al segnale audio di origine. Per quanto riguarda i segnali DSD, invece, il chip non fa nient’altro che riportare il segnale stesso alle sue frequenze di lavoro (demoltiplicando la frequenza di modulante) o, in alcuni casi ma non tutti, bypassando direttamente il segnale ai filtri di uscita senza apportare alcun tipo di manipolazione allo stesso.

Lato positivo: è più “semplice” lavorare su segnali ad alta risoluzione implementando sistemi di conversione PWM più spinti. Il tutto al costo, non indifferente, di dover necessariamente aggiungere stadi di filtraggio a regola d’arte onde evitare di andare a filtrare anche informazioni effettivamente presenti nel campionamento iniziale (anche in termini di fase e timing).

Di fatto entrambe le tecnologie, se spinte ai massimi livelli, hanno dei costi di progettazione non indifferenti per via della necessità di costruire dei sistemi di contorno tali da poter sfruttare appieno, appunto, l’alto livello di implementazione. A costi bassi, relativamente bassi, e a basse risoluzioni la tecnologia Multibit potrebbe avere un senso perché più sfruttabile e meno complicata da implementare correttamente.
Per avere una risposta univoca a questa domanda bisognerebbe provare con le proprie orecchie le due tecnlogie e trarre delle conclusioni, soggettive, su cui poi poter intavolare delle discussioni…