Wo ist der OpAmp-Thread?

[hreith]

Hi Frank,

"Jitter im Digitalbereich wirkt sich nicht aus..."
=> auch so eine Verallgemeinerung ohne Angabe des Definitionsbereiches.
Vollständig müsste es heißen ... sofern er unter xyz ps bei dieser oder jender Verteilung bleibt. Wird er größer kann es zu Datenfehlern kommen.

"..Von diesem Speicher wird dann quarzgenau ausgelesen, so dass am Ausgang gar kein Jitter entsteht!"
=> gar kein Jitter ist technisch nicht möglich da jeder Taktgenerator und jede Stufe ein gewisses Phasenrauschen hat. Man kann sagen, dass der Jitter statistisch unter xyz ps bleibt, man kann aber nicht sagen, dass es keinen geben würde.

Es ging in dem Zusammenhang aber NICHT um Jitter im Digitalbereich sondern um den Jitter, der sich auf das Audiosignal auswirkt. Also auch dann zu Veränderungen am Audiosignal führt, wenn keine Datenfehler in der Übertragung auftreten.

[Frank Schölch]

Den Definitionsbereich habe ich angegeben: die theoretische Grenze liegt bei der halben Dauer eines Pegels. Daraus ableitbar: entsprechend einer Viertel Periodendauer des Signals. Unterstellen wir eine gewisse Ungenauigkeit der Abtastung, so dass diese z.B. nicht in der Mitte des Plateaus erfasst, sondern z.B. zwischen 1/3 und 2/3, so haben wir immer noch eine zulässige Abweichung von 16% der Periodendauer So ungenau wäre ein CD Player selbst dann nicht, wenn der Takt von einem RC-Oszillator abgeleitet würde. Wer's nicht glaubt: Oszilloskop anschließen!

Es ging darum, dass verschiedene Player an ihrem Digitalausgang verschieden klingen. Der Player ist jedoch ein Übertragungsglied zwischen CD und Wandler. Wenn sich beweisen lässt, dass diese Übertragung fehlerfrei funktioniert, so ist damit zwangsläufig auch bwiesen, dass die Klangunterschiede eingebildet sind.

Der Beweis geht so:
-Digitale Überspielung der Musik in einen PC
-Vergleich der Binärdateien mittels Befehl FC
-Sind die Dateien abgesehen vom Anfang und Ende (Zeitversatz der Titel) identisch, so sind diese binärkompattibel.
-Als einziger Diskussionspunkt bleibt dann noch Jitter. Denn binäre Kompatibilität ohne Jitter bedeutet identisches Signal.

Den Jitterbeweis habe ich oben geführt: der Wandler tastet das Signal nicht an den Flanken ab, sondern im eingeschwungenen Pegel. Damit ist Jitter zwischen Disc und Wandlereingang kein Thema mehr.

Die EINZIGE Stelle wo Jitter entstehen kann ist folglich der Wandler. Und dort letztlich der Mutterquarz (bzw. PLL) zur Erzeugung des Takts für die Synchronisation und den Wandler.

Da die Player jedoch auf diesen Schaltungsteil nicht einwirken können, ist der Beweis allgemeingültig geführt.

Das schafft Verbindung zu einem bekannten Witz:

-Warum schütten die Ostfriesen Pfeffer auf den Fernseher?

->Damit das Bild schärfer wird!!!

[ChPuls]

Die Puffer im CD-Playern kannte ich schon, also kann Jitter wirklich nur im Wandler relevant werden. Ich denke aber Jitter wird überbewertet. Mit den OPVs muss es schon messtechnisch etwas Deutlicheres sein. Eine andere Messmethode muss her wie schon oben geschrieben (kein reiner Sinus sondern Musik, Eingangsignal und Ausgangssignal invertiert zueinander auf einen Oszi geben und schauen oder was anderes) .

[hreith]

Hi Frank,

der Begriff Jitter wird in Bezug auf unterschiedliche Effekte benutzt.
Bezüglich des Einlesens der Daten hast du die Verhältnisse ja beschrieben - nur ist das eben nicht die problematische Stelle.
Problematisch sind die niederfrequenten Schwankungen des Taktes - also in erster Näherung der Teil des Jitter, der in den NF-Bereich fällt.

Sind Laufwerk und Wandler getrennt, dann werden beide gerne per SPDIF verbunden. Der Wandler muss dabei seinen Takt aus dem SPDIF-Signal regenerieren. Schwankt nun dieses vom Laufwerk gelieferte Signal, dann schwankt auch der daraus generierte Takt am Wandler und genau das ist der Jitter, der von interesse ist.

Der Jitter, der mit den üblichen Messmethoden im Audiosignal gemessen wird, ist kein HF-Jitter der zu Datenfehlern führen könnte. Es ist niederfrequenter Jitter, leichte Schwankungen im Taktsignal des DAC. Zu betrachten sind nun die Umstände, die zu einem Schwanken des Taktes am DAC führen können. Ein Teil davon ist eben vom Eingangssignal (dem SPDIF-Signal) abhängig und genau darüber hat das Laufwerk einen Einfluß auf das Spektrum am Analogausgang des DAC selbst wenn die Daten bitidentisch sind.

Besonders einsichtig sind die Verhältnisse, wenn die Quelle (also der SPDIF-Sender) ein PC ist der seinen Takt zur Übertragung des SPDIF-Signales aus einem Takt mit Clock Spreading ableitet. Dann enthält das SPDIF-Signal eben genau die Modulation des Taktes und genau diese ist dann auch mehr oder weniger deutlich am DAC des Wandlers und folglich im analogen Ausgangsspektrum nachzumessen.

@all

Wer dazu was lesen möchte, kann ja mal unter
http://www.hifi-forum.de/index.php?a...5&postID=82#82
schauen

Hi Christian,

der typische Aufbau in einem (etwas älteren, einfachen) cdPlayer und der von getrennten Laufwerks-Wandlereinheiten ist unterschiedlich. Bei den einfachen Playern hat man einen Quarztakt im Bereich des Wandlers. Von diesem abgeleitet wird ein zwischen Laufwerk und Wandlereinheit sitzender FIFO ausgelesen. Gefüllt wird der FIFO vom Laufwerk. Die Geschwindigkeit des Laufwerkes wird dabei in Abhängigkeit des Füllstandes vom FIFO geregelt. Ist dieser fast leer, dann wird die Auslesegeschwindigkeit erhöht, ist er fast voll wird sie entsprechend reduziert.
Der Wandler arbeitet aber immer mit seinem Taktsignal, welches bei sauberem Aufbau fast unabhängig vom Treiben des Laufwerkes bleibt.

Bei getrennten Laufwerks-/Wandler-Einheiten und einer Kopplung per SPDIF muss der Wandler aber seinen Takt aus dem vom Laufwerk gelieferten Signal ableiten. Er kann also nicht einfach einen eigenen Quarztakt benutzen.

"Ich denke aber Jitter wird überbewertet. Mit den OPVs muss es schon messtechnisch etwas Deutlicheres sein."
==>
Nein. Sofern die Schaltung sauber aufgebaut und dimensioniert ist, sind beide Einflüsse sehr gering.

"..auf einen Oszi geben und schauen.."
==>
kannst du gerne als Zeitvertreib machen, sehen wirst du wohl nichts. Aus einem sichtbaren Signalverlauf eines komplexen Signales auf ein gehörtes Ergebnis mit Abweichungen unter 0.1% zu schließen ist praktisch unmöglich. Zumindest ist mir niemand bekannt, der diese übermenschliche Fähigkeit besitzen würde.

[hreith]

Nochmal zum Jitter:

Beispiel:
Ein "1bit-DAC" moduliert ein 44.1kHz-PCM-Signal in ein PDM-Signal mit 256 Breiteneinheiten.
Eine Einheit ist also ca 88ns lang.
Wir stellen uns ein Signal aus 255 x 0 und 1 x 1 vor.
Nun hat der Takt einen Jitter und unsere 1 ist um z.B 200ps länger.
Damit wird das "analoge" Ausgangs-Signal des Wandlers um 0.23% größer sein.
Aufgrund des Taktjitter würde der Wandler als nur noch eine Genauigkeit bis ca -52dB erreichen, was einem 9 bit-Wandler entspricht.

Das Beispiel ist extra krass gewählt um das Prinzip zu zeigen. In der Praxis kann die effektive Genauigkeit von Audio-Wandlern durch Taktjitter auf bis zu 12bit verschlechtert werden. Und das, obwohl die Daten bitidentisch sind.

Hier das Spektrum um den 11kHz-Testton am Ausgang eines Audio-DAC. Zu sehen ist ein Jitter von 20ns der durch die USB-Übertragung verursacht und nicht vom DAC ausgeglichen werden konnte.

[Frank Schölch]

Es gibt nur einen Begriff des Jitters, nämlich Fluktuatuionen in der Phasenlage. Über die Frequenz dieser "Phasenmodulation" sagt das erstmal noch nichts aus.

Das grundlegende Verständnis liegt hierbei im Blockschaltbild bzw. Funktionsprinzip der Kette.

Das CD Laufwerk produziert recht breitbandigen Jitter (siehe Eyepattern), weil:
-Die Drehzahl des Spindelmotors recht grob nachgeregelt wird (Niederfrequenter Jitter)
-Die optische Abtastung wie auf dem Eyepattern sichtbar keine scharfen Flanken liefert, so dass der Komparator mal etwas früher, mal etwas später schaltet (Hochfrequenter Jitter)
-Die Disc auch nicht 100% homogen erstellt ist (breites Spektrum an Jitter)

Die Daten des Laufwerks werden entsprechend oben beschriebenem Verfahren an den eingeschwungenen Pegeln abgetastet und in einen Puffer abgelegt. Bei dieser Abtastung ist das signal ungestört, der Jitter sorgt also nicht dafür, dass die Daten falsch gelesen werden. Datenfehler durch verkratzte CDs lassen wie hierbei unbeachtet, dies wäre der Übersichtlichkeit halber separat zu diskutieren. Wenn der Puffer sich zunehemend füölt, wird das Laufwerk gedrosselt. Leert sich der Puffer, so wird das Laufwerk beschleunigt. Das Prinzip ist ähnlich "Anti Shock", nur dass der Puffer bei "Anti Shock" viel größer ist uns bis zu 30 sec. Musik speichert.

Es sollte ersichtlich sein, dass in diesem Puffer nun korreket die auf der CD gespeichter Daten liegen auch wenn oft von audiophilen laufwerken wie z.B. Philips Schwenkarm CDM4 zu hören ist. Ab dieser Stelle wird nun das Signal von einem Controller an den internen D/A-Wandler oder den SPDIF Ausgang gesendet. Der Takt zur Steuerung dieser Logik wird von einem Quarzoszillator gewonnen. Allein dieser Oszillator ist somit verantwortlich für den Jitter des GESAMTEN CD Players.
Es ist völlig irrelevant, ob somit spezielle Audio CDs benutzt wurden, ob es ein LG oder ein Optiarc Brenner war, oder ob Originale oder Kopien gelesen werden. Der Takt / Jitter stammt einzig von diesem Oszillator. Dieser Oszillator bestimmt im Übrigen auch die Abspielgeschwindigkeit und Tonhöhe. Lötet man einen anderen Quarz ein, ändert sich die Wiedergabe entsprechend.Je nach Marketing lässt sich dieser Oszillator natürlich beliebig gestalten:

-Simpler CMOS-Inverter mit Billigquarz und 15pF Keramikkondensatoren
-Mutterquarz und PLL Taktsynthese für flexiblen Einsatz
-2 Quarze mit Mischer, wobei die Differenzfrequenz genutzt wird
-Extra stabilisierte Betriebsspannung für den Oszillator
-Vibrationsgeschützte Montage des Quarzes im CD Player
-usw. usf.

Der Vibrationsschutz zusammen mit der stabilisierten Spannung ist in vielen Geräten als Standard zu finden und wäre notfalls von Hand nachrüstbar. Nach dieser Überlegung ist es hoffentlich nachvollziehbar, dass am SPDIF-Ausgang ein korrektes, sehr Jitterfreies Signal zur Verfügung steht bzw. dass der interne Wandler ebenfalls mit entsprechender Taktqualität arbeitet.

Nahmen wir an, das SPDIF Signal wirn nun über ein recht langes Kupfer-Kabel zum externen Wandler geführt. Durch das Tiefpassverhalten des Kabels wird das Signal nun im Ein/Ausschwingverhalten ähnlich P-T1 verzerrt, zusätzlich können stehende Wellen und Brumm zu Störspannungen führen. Dies sorgt nun seinerseits wieder dafür, dass am Eingang des nachgeschalkteten SPDIF-Wandlers der Komparator die Flanken mal etwas früher und mal etwas später erkennt. Also entsteht hier Jitter. Im Gegensatz zum Laufwerk existiert hier aber eine konstante Frequenz, die vom sendenden Gerät ja quarzgenau eingeprägt wurde. Die weitere Verfahrensweise ist klar: das Signal wird mittig am konstanten Pegel abgetastet und in einen Puffer geschrieben. Damit ist der Jitter verschwunden. Von diesem Puffer geht es nun wieder zum D/A Wandler. Je nach Gerät kommen dabei 2 verschiedene Methoden zum Einsatz:

-die Wandlung erfolgt mit fester Frequenz, nach Synchronisation rastet der Wandler somit auf einer festzen Frequenz ein. Wenn durch größere Taktabweichungen der Puffer sich leert oder er überläuft, werden Samples interpoliert oder übersprungen. Dies ist unhörbar, weil dieses Ereignis nur in großen Zeitabständen von vielen Sekunden oder gar Minuten vorkommt.

-der Takt der Wandlung wird an die Frequenz des Senders angepasst. Hier könnte Gefahr drohen, tut es aber nicht. In Abhängigkeit von der Puffergröße bleibt nämlich beliebig viel Zeit, den Takt anzupassen. Da das sendende Signal zudem quarzgenau ist, ist kein ständiges Nachregeln erforderlich.

->Der Mittelwert der Sendefrequenz ist konstant und die frequenzmodulierend wirkende Störung wird durch den Puffer ausgeglichen.

->Der Jitter an den Flanken wird durch die Abtastung am eingeschwungenen Pegel ausgeglichen.

Somit wird der Puffer gefüllt, der Takt synchronisiert und ab da geht es mit konstantem Tempo jitterfrei weiter.

Das beispiel mit dem 1 Bit DAC hinkt ebenfalls: kein 1 bit DAC für 44kHz Audio ist mit 44kHz getaktet. Diese DACs arbeiten generell mit sehr hohem Oversampling. Dabei mittelt sich Jitter aus dem Nutzsignal wieder heraus!

[hreith]

Hi Frank,

du kannst wunderbar den Nicht-Jitter erklähren - nur hat das mit der realen Welt nichts zu tun. An real existierenden Geräten kann man eben teilwese beträchtlichen Jitter nachmessen. Und an real existierenden Geräten kann man den Jitter am DAC über das SPDIF-Signal beeinflussen.

Wir reden hier ja teilweise um Schwankungen im ps-Bereich und die sind schon durch kleinste Schwankungen der Versorgungsspannung unvermeidlich. Es ist ja nicht so, dass Jitter ein extra erzeugtes Feature wäre (ist es nur beim Clock Spreading). Es ist ein Dreckeffekt den man halt beachten muss um ihn ausreichend gering halten zu können. Es nutzt doch nichts wenn man die Augen verschließt und behauptet, man wäre dann unsichtbar. Man muss die Problemstellen angehen und die Technik so auslegen, dass sie in der Praxis nicht stören.

Das Beispiel zum 1bit-DAC sollte als Beispiel dienen um prinzipiell zu zeigen, wie eine Schwankung des Taktes das Ausgangssignal beeinflussen kann auch wenn der Takt im langzeitlichen Mittel stabil ist. Ich denke, das werden die Leser auch so verstanden haben. Eine Schwankung des Taktes am Wandler kann das Audiosignal eben genauso wie jede andere Ungenauigkeit beeinflussen. Aufgabe ist es, diese Schwankung ausreichend gering zu halten - was auch immer das für den einzelnen bedeuten möge.

Techniker haben schon vor langer Zeit die Problemebereiche ausreichend beschrieben, es existieren extra erzeugte Testsignale (1/4fs mit -3dB + 1/192fs im LSB) um den Effekt gerade bei der SPDIF-Übertragung im Extrem zu erzeugen um ihn dann eben an genau dieser Extremstelle erfassen zu können.

[Frank Schölch]

Wunderbar ist daran, dass oben erklärt ist, wie das im Detail funktioniert, und wie es sich in der realen Welt praktisch auswirkt. Nämlich garnicht!

Dies lässt sich tatsächlich an realen Geräten nachweisen, indem z.B. absichtlich die Frequenz des Quarzes im Laufwerk moduliert wird. Hierzu wird anstelle des Quarzes ein Widerstand 50 Ohm eingelötet und ein Funktionsgenerator, z.B. Agilent 33220A angeschlossen. So lässt sich z.B. ein Sweep einspeisen, wobei natürlich der Mittenwert der Frequenz dem Takt des Ursprungsquarzes entsprechen muss. Sonst spielt die Musik zu schnell oder zu langsam. Übertreibt man es mit der Modulation, so bricht die Wiedergabe ab.

Am Analogausgang des Players ist diese Modulation nachweisbar, am SPDIF auch. Nicht aber am Ausgang des externen DACs oder in einer WAV-Datei, die am PC über die Soundkarte mitgeschnitten wurde. Hier gilt eine Ja/Nein Entscheidung. Es geht, oder es geht nicht.

Wer solchen Aufwand nicht treiben möchte, der kann ja mal 2x ein Stück mit SPDIF auf den PC überspielen und dabei 1x mit etwas an den Quarz des Players klopfen. Beide Dateien werden identisch sein.

Schwankungen der Betriebsspannung sind kein Problem: die Oszillatoren sind wselbst bei Billiggeräten mit Keramikkondensatoren abgeblockt und Störungen schon durch die induktive Wirkung des Layouts können Störungen im Bereich von ps garnicht auftreten.

Ich stimme zu, dass die Problemstellen in der Technik schon bei der Entwicklung dse geräts beachtet werden müssen. Dies ist leicht möglich durch Einsatz von Quarzoszillatoren in Verbindung mit FIFO Pufferspeichern. Diese Methode ist absolut ausreichend und daher auch Standard.


Das Beispiel beim 1 Bit DAC zeigt eben sehr schön, wie sich Störeffekte aufheben. Hohes Overseampling und ein simpler Tiefpass am Ausgang - und schon ist der Jitter irrelevant.

[hreith]

Hi Frank,

dann wünsche ich dir weiterhin viel Spaß in deiner realen Welt - meine ist offensichtlich eine andere.

[Frank Schölch]

Vielleicht eine andere, aber hoffentlich keine hoffnungslose Welt! Kontinuierliches Lernen ist die Lösung.

Tip: Nicht blind auf das Halbwissen der HiFi Seiten/ Magazine verlassen, sondern stets tiefgründig die Gesamtsysteme betrachten. Vielleicht auch den Wandler nochmals ganz genau vermessen und sollte sich der Jittereffekt echt bestätigen auch mal den Hersteller über den Designfehler informieren.

[hreith]

Hi Frank,

mein Halbwissen habe ich nicht aus den HiFi-Magazinen.
Ich habe Nachrichtentechnik und Informatik studiert, habe über 10 Jahre Computer für industrielle Anwendungen (Maschinenprüfstände, Medizintechnik, AKWs ...) entwickelt . ...
Man wird so alt wie eine Kuh und lernt doch jeden Tag dazu.
Ich wäre sehr froh, wenn ich schon die Hälfte des Wissens erreicht hätte.

[Frank Schölch]

Brücke von Nachrichtentechnik hin zu Embedded Control und wieder zurück zur Nachrichtentechnik ist durchaus naheliegend. Damit sollte es nach kurzer Einarbeitung sicher gelingen, den widerspenstigen Wandler in den Griff zu bekommen oder auch eine fehlerhafte Messung zu erkennen.

[hreith]

Hi Frank,

neben deinem Fachwissen habe ich Hochachtung vor deinem Selbstbewustsein

[raphael]

Brücke von Nachrichtentechnik hin zu Embedded Control und wieder zurück zur Nachrichtentechnik ist durchaus naheliegend. Damit sollte es nach kurzer Einarbeitung sicher gelingen, den widerspenstigen Wandler in den Griff zu bekommen oder auch eine fehlerhafte Messung zu erkennen.

Das ist doch ein Scherz, oder?

[Frank Schölch]

Das ist kein Scherz, z.B. macht ein Studienkollege von mir eine Promotion bei Analog Devices. Der Übergang Embedded-Control zu Audio ist ebenso fließend wie zur Leistungselektronik, wo hochdynamische, prädiktive Regelungen im DSP oder neuerdings FPGA implementiert sind. Daher halte ich es -logische Vorgehensweise vorausgesetzt- durchaus für realistisch, auch nach 10 Jahren anderweitiger Beschäftigung dieses Paradoxon aufzulösen. Es bleibt ja nur ein Meßfehler oder ein grober Designfehler im Wandler.