В конце 80-х годов основатель CD постепенно выходит из игры. Но напоследок в Эйндховене еще успевают кое-что наколдовать — и это аукается нам по сей день.
Не прошло и пяти лет с момента создания компакт-диска, как аудиорынок оказался наводнен бюджетными CD-проигрывателями. Вполне очевидное развитие событий, ведь лазерные источники были призваны заменить виниловые. А среди них, в свою очередь, было полно дешевых LP-вертушек. Не будем забывать, что тогда, да и сейчас многие слушатели относятся к пластинке как большой открытке с музыкой, а не священному носителю с аудиофильским откровением.
Кроме того, в 80-х нужно было что-то предложить портативному сектору, в котором использование энергоемких ЦАПов из Hi-Fi-проигрывателей не представлялось возможным.
Как мы могли убедиться по прошлым обзорам, модели TDA1540 и TDA1541, как и вообще R2R-конвертеры, оказались довольно хлопотными штуками в производстве и настройке. Даже в недорогих CD-плеерах все эти резистивные матрицы приходилось обкладывать стабилизирующими конденсаторами и несколькими линиями питания.
В этом плане бюджетная версия Philips TDA1543 была не столь требовательной к обвеске. Правда, здесь уже не было знаменитой DEM-схемы автокалибровки Philips и характеристики чипа были паршивенькие. Собственно, вот вам и пример, как себя поведет мультибитный ЦАП, если не следить за ним должным образом. TDA1543 считался примитивным конвертером — как раз для того, чтобы ставить его в дешманскую технику вместо TDA1541.
Ирония судьбы, но спустя годы благодаря своей дешевизне и неприхотливости, даже TDA1543 обрел среди ряда самоделов своего рода культовый статус. Быть может, мы уделим этому феномену отдельный обзор. А пока что вернемся в 1987 год, когда Philips предъявил миру первый ЦАП, в котором аналоговый сигнал формировался принципиально иным способом.
Устройство, получившее название Bitstream, вообще не понимало 16-разрядные блоки аудиопотока PCM. Его интересовало только значение двоичного кода. Пришла на порог единица — окей, напряжение растет, а заходит ноль — напряжение уменьшается. Проще пареной репы.
Теоретически такой подход позволял спокойно вытащить из глубин младшие биты. Причем не только из CD-данных, но и на 20-, а потом и на 24-разрядном слове — безо всяких ошибок развесовки резисторов и прочей клюквы ЦАПов лестничного типа. Собственно, управлять однобитной схемой можно с помощью одного конденсатора: вкл/откл. Но не спешите радоваться — мы же знаем, во что это все вылилось.
Мультибитный преобразователь делением токовых показаний на своих R2R-матрицах вычерчивал звуковую волну прямо из PCM-потока. Более или менее удачно. Для процесса битстрим-декодирования необходимо дополнительное квантование — из текущей импульсно-кодовой модуляции (PCM) в модуляцию плотности импульсов (PDM). Или хотя бы в широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), как один из частных случаев PDM.
В результате во временной шкале потока с новой модуляцией длительность самих импульсов может сужаться чуть ли не до наносекунд. При декодировании подобная схема требует высокоскоростных ключей, верхние границы и точность работы которых оставались под вопросом.
Для точной побитовой конвертации 16-разрядного слова в бинарный код двойку следует возвести в 16-ю степень (т.е., 65 536 значения уровней ожидаемого аналогового сигнала), а затем умножить на частоту дискретизации 44 100 Гц. Получатся какие-то запредельные гигагерцы частоты дискретизации импульсов, которые никто не собирался обеспечивать. Да и не мог, по техническим причинам.
Так что, помимо увеличения частоты дискретизации в Bitstream до относительно «скромных» 11,2 МГц, должна была помочь еще и лошадиная доза псевдослучайного шума — дизеринга/нойзшейпинга, который берет все ошибки квантования на себя и выбрасывает их за пределы слуховых возможностей человека. И эта маскировка сработала!
Первым Bitstream-чипом Philips был SAA7320, но в CD-проигрыватели поступила его следующая версия SAA7321. Устойчивость сигнала на уровнях младших битов в таких ЦАПах была хороша. Слушатели на тестах не заметили принципиальной подмены способа звукоизвлечения и не особо скучали по прежним 16-битным плеерам, далеко не все из которых играли идеально.
Все нужные цепи апсепмплера, фильтра и формирователя шума были уже вшиты на одном чипе Bitstream. Да, над его архитектурой разработчикам пришлось покряхтеть, но как серийное изделие такая микросхема стоила в разы дешевле любой мультибитной матрицы.
Сборка Bitstream-новинки была возможна в автоматическом режиме без привлечения персонала настройщиков. Ей не требовался такой уровень контроля качества, который был необходим в производстве резистивных матриц. Так что вопрос считался практически решенным в пользу новой технологии. Короче говоря, тема светила выгодная — как экономически, ну и повод в рекламных материалах отчитаться о прогрессе цифровых технологий.
Вскоре к почину Philips с 1988 года присоединились все остальные Hi-Fi-производители со своими прочтениями битстрима: Technics (M.A.S.H — Multi-Stage Noise Shaping), JVC (P.E.M. — Pulse Edge Modulation), Sony (High Density Linear Converter) и т.д.
Чтобы не связываться с патентами Philips, вместо PDM применялась широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Получилось много цветистых аббревиатур, но никто не спешил хвастаться собственно «1-битным» декодированием.
Ведь что теперь сказать покупателям, которым совсем недавно уже успели наплести про 20-битную чудо-конвертацию? Просто так и начертать: «1-bit DAC»? Да еще и после измывательств над гениальным 14-битным изгоем Philips TDA1540. Это уже было того... совсем не того! Вот тут-то на помощь и пришли режимы математики цифровых фильтров.
Для уменьшения ошибок квантования разрядность пересчета в них установлена на высокие значения — 18 и 20 бит. Ну что же, тогда так и допишем в характеристиках CD-плеера: «20 bit digital filter», знай наших! Выходит, дураки работали в рекламном отделе Philips в 83-м году — не могли сразу сделать приписку для TDA1540, мол, у нас «28 bit digital filter» и теперь мы круче всех на районе. Покупатель же вообще не вникал, что 20 бит на цифровом фильтре и 20 бит на собственно лестничной матрице ЦАПа — это совершенно разные оперы по архитектуре и уровню технической сложности.
Поговорим в следующем материале о дальнейшей эволюции и реализации однобитных Bitstream-ЦАПов. Возможны ли там удачные решения — или же все пропало?
