Certi audiofili, vedendo la nostra scelta del convertitore PCM1792A o PCM1794A storcono il naso, facendo notare l’età del chip e che l’innovazione tecnologica è andata oltre.
Vediamo di fare chiarezza su questo punto, perchè la confusione, dettata a nostro avviso da un marketing efficace da parte della concorrenza di Texas, è ampia.
La tecnica dietro i DAC PCM179x
Intanto vediamo la tipologia di convertitore che impiega Texas Instrument nei suoi chip della famiglia PCM179x.
E’ una tipologia unica e proprietaria di DAC che spezza in due la conversione e tratta i bit in modo differente rispetto alla loro importanza.
Leggiamo, tradotta in italiano, la descrizione presente sul loro datasheet :
Il dispositivo PCM1794A utilizza l’architettura DAC advanced segment di TI per ottenere eccellenti prestazioni dinamiche e una migliore tolleranza al clock jitter. Il PCM1794A fornisce uscite di corrente bilanciate.
I dati di ingresso digitali, elaborati tramite il filtro digitale, vengono suddivisi in 6 bit superiori e 18 bit inferiori. I 6 bit superiori vengono convertiti in codice inverted complementary offset binary (ICOB). I 18 bit inferiori, associati al MSB, vengono elaborati da un modulatore delta-sigma del terzo ordine a cinque livelli, che opera di default a 64 fS. Un livello del modulatore corrisponde a 1 LSB del convertitore ICOB.
I dati elaborati dal convertitore ICOB e dal modulatore delta-sigma vengono sommati per generare un codice digitale con un massimo di 66 livelli, che viene poi elaborato tramite un algoritmo di data-weighted averaging (DWA) per ridurre il rumore dovuto al disallineamento degli elementi. I dati fino a 66 livelli in uscita dal DWA vengono quindi convertiti in un segnale analogico nella sezione a corrente differenziale segmentata.
Questa architettura supera le varie limitazioni delle tradizionali elaborazioni multibit, garantendo al contempo eccellenti prestazioni dinamiche.
Questo tipo di conversione è unico ed adottato da Texas nei sui migliori DAC.
Vediamo i vantaggi spiegati meglio.
La combinazione di un convertitore ICOB per i bit più significativi e un modulatore delta-sigma a cinque livelli per i bit inferiori è una scelta architetturale particolare.
L’idea alla base è di sfruttare i vantaggi di entrambe le tecniche:
- L’ICOB riduce la distorsione per i bit più significativi.
- Il modulatore delta-sigma migliora la risoluzione e riduce il rumore per i bit inferiori.
- Il data-weighted averaging (DWA) aiuta a minimizzare errori dovuti a mismatch nei componenti interni.
Dal punto di vista ingegneristico, il PCM1794A (e il PCM1792A) ha caratteristiche che lo rendono ancora oggi competitivi:
- Rapporto segnale-rumore (SNR) di -132dB (mono) e distorsione armonica totale (THD+N) di 0,0004% molto bassi, con valori di riferimento che pochi DAC moderni e commerciali superano facilmente.
- Uscita a corrente bilanciata, che consente di ottenere un’implementazione di alta qualità con I/V di livello professionale.
- L’architettura hybrid multibit/delta-sigma, che mira a combinare i vantaggi del multibit per linearità e bassa distorsione con quelli del delta-sigma per la riduzione del rumore quantistico.
Naturalmente, la qualità del suono non dipende solo dal DAC, ma anche dall’implementazione complessiva, dal filtraggio, dall’alimentazione e dalla progettazione dell’uscita analogica.
Si può dire quindi che la sua architettura ha ancora oggi caratteristiche di alto livello rispetto alle alternative.
Il PCM1792 è obsoleto?
Texas Instrument ha sostituito il PCM1792 con il leggermente migliorato PCM1792A, che è felicemente in produzione.
In tutta salute produttiva c’è l’intera famiglia : PCM1792A, PCM1794A, PCM1796A, DSD1792A, DSD1794A ecc. ecc.
Ma l’evoluzione tecnologica?
Bisogna distinguere tra il marketing ed il reale miglioramente tecnologico.
Bisogna chiedersi come una azienda con risorse enormi nella progettazione di semiconduttori e con un fatturato annuo di 15,6 miliardi di US$ (2024)1 non decida di realizzare prodotti simili agli ESS o AKM (se non addirittura comprarsi le aziende) che sono i principali player del settore DAC per hifi. Aziende minuscole rispetto a Texas, ad esempio ESS ha fatturato 7,5 milioni di US$ nel 2023 2.
Vediamo ad esempio i chip DAC a 32 bit, hanno un senso?
“Suonano” meglio?
Perché i DAC a 32 bit sono inutili a nostro parere nella pratica?
- La risoluzione effettiva è ben inferiore a 32 bit
Anche i migliori DAC sul mercato, come ESS ES9039PRO o AK4499EX, hanno un rapporto segnale-rumore (SNR) e una distorsione armonica totale (THD+N) che nella pratica non supera i 21-22 bit di risoluzione reale.- Un DAC da 24 bit teoricamente ha un SNR massimo di 144 dB (6 dB per bit).
- Nella realtà, i migliori DAC in commercio arrivano intorno ai 125-130 dB di SNR, corrispondenti a circa 21-22 bit reali.
- Un DAC a 32 bit avrebbe bisogno di un SNR di 192 dB… impossibile da ottenere con la tecnologia attuale.
- Le registrazioni e i file audio non arrivano a 32 bit
- La maggior parte della musica è registrata a 16 bit (CD) o 24 bit (studio).
- Anche i formati hi-res (come DSD e PCM 192 kHz/24 bit) non sfruttano nemmeno i 24 bit pieni perché il rumore elettronico e l’ambiente di registrazione coprono gli ultimi bit.
- Aggiungere 32 bit serve solo a far credere che ci sia un miglioramento quando nella realtà non cambia nulla.
- Limitazioni fisiche dell’elettronica
- I convertitori digitali-analogici sono soggetti a rumore termico, instabilità dei componenti e jitter del clock.
- Anche in condizioni ideali, un DAC che fosse veramente a 32 bit avrebbe bisogno di un’amplificazione e di un sistema audio completamente esente da rumore fino a -192 dB, cosa impossibile anche nei laboratori più avanzati.
- Marketing e numeri gonfiati
- I produttori sanno che “32 bit” sembra meglio di “24 bit”, quindi lo usano come leva commerciale.
- Anche se il DAC interno lavora a 32 bit, la risoluzione effettiva è molto più bassa.
- Molti DAC utilizzano una sovracampionatura interna a 32 bit per il processamento digitale (filtro, volume, dithering), ma la parte analogica non può raggiungere quella risoluzione.
Conclusione
Un buon DAC a 24 bit ben progettato (con alimentazione pulita, basso jitter e una buona sezione analogica) è più che sufficiente per qualsiasi utilizzo pratico e anche professionale. I DAC a 32 bit sono più un’operazione di marketing che un reale progresso tecnologico.