Welchen Messwerten soll man trauen?

Einleitung

Jeder möchte natürlich das beste Gerät zum niedrigsten Preis. Und in der Tat kann man preiswerte DACs mit besten technischen Daten kaufen. Am besten verlässt du dich nicht auf die Herstellerangaben, sondern suchst im Internet nach neutralen Messwerten.

Selbst wenn du etwas von Messkoryphäen findest, kannst du dich nicht blind darauf verlassen. Denn das führt zum nächsten Problem: Wird das Richtige gemessen? In diesem Artikel geht es exemplarisch um einen DAC, der die besten Messwerte hatte und trotzdem gravierende Probleme aufwies.

Messungen

Audio Science Review

Im Audio Science Review (ASR) Forum werden regelmäßig Messwerte von Audio Hardware veröffentlicht. Etwas Humor ist immer dabei. Wenn zum Beispiel der kopflose Panther abgebildet ist, weißt du schon wie der Test ausgegangen ist. Jeder kann die Ergebnisse und Beiträge lesen, das Forum ist kostenlos. Jeder kann sein Audio-Equipment kostenlos vermessen zu lassen!

Die Koryphäe

Der sogenannte CFO (Chief Fun Officer) heißt Amir Majidimehr und ist wohl in der Seattle Area im Bundesstaat Washington beheimatet. Er hat einen beeindruckenden Lebenslauf:

• Unix-„Kernel“-Entwickler (Betriebssystem) 
• Entwicklung von Motherboards, Audio-Subsysteme, Netzteile, LCD-Displays bei Sony
• Leitung des Entwicklerteams bei Abekas Video Systems und Pinnacle
• Leitung der Digital Media Division bei Microsoft

Das Mess Equipment von Audio Precision und Klippel (ASR vermessen Lautsprecher! | Audio Science Review (ASR) Forum) ist beeindruckend. Ich denke man kann davon ausgehen, dass Amir mit den Messgeräten umgehen kann und weiß wovon er spricht.

Messwerte SMSL DO100 (Stereo-DAC)

Als Beispiel nehme ich den SMSL DO100 DAC. Die Firma Foshan ShuangMuSanLin Technology Co., Ltd. (SMSL) wurde 2009 gegründet und hat ihren Sitz in Shenzhen, China. Im DAC sind gleich zwei ESS Technology ES9038Q2M D/A Chips verbaut. Für USB wurde die XMOS-Lösung der 2. Generation verwendet. Der DAC kann natives DSD512 und PCM 768 kHz / 32 Bit verarbeiten.

Ich werde nachfolgend nur einige Messwerte zeigen. Die vollständige Messreihe kann hier nachgelesen werden: SMSL DO100 Review (Stereo DAC) | Audio Science Review (ASR) Forum

SINAD

SINAD steht für „Signal-to-Noise and Distortion Ratio“ und ist eine wichtige Metrik zur Bewertung der Audioqualität. Diese Kennzahl misst das Verhältnis zwischen dem Nutzsignal, also dem gewünschten Signal, und unerwünschten Signalanteilen wie Rauschen und Verzerrungen.

Mit 120 dB ist der SINAD hervorragend.

Mehrtontest

Der Mehrtontest mit einer Sampling Rate von 192 kHz klopft 32 verschiedenen Frequenzbereiche auf Verzerrungen ab, die in diesem Fall sehr gering sind.

Anti-Aliasing-Filter

Bei einem DAC sollen natürlich auch die Spiegelfrequenzen wirksam bedämpft werden. Grundlage ist das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem. Dabei wird das Originalsignal mit einer Rate abgetastet, die mehr als doppelt so hoch wie die höchste im Signal vorkommende Frequenz ist. Wird das Abtasttheorem durch eine zu niedrige Abtastrate verletzt, so werden Frequenzanteile, die ursprünglich höher waren als die halbe Abtastrate (Nyquist-Frequenz), als niedrigere Frequenzen interpretiert, da für diese eine Unterabtastung stattfindet. Dieses unerwünschte Phänomen wird Alias-Effekt genannt.

Der Nutzer kann zwischen 7 Filter wählen, die unterschiedlich abrollen und maximal bis -100 dB dämpfen. Die Filter sind beim HQPlayer wesentlich besser, z. B. rollen sie steiler ab und dämpfen bis -200 dB. Das eingeschränkte Filterdesign ist jedoch bei den meisten DAC-Chips so.

Gesamtbewertung

Die weiteren Messwerte um die Linearität, Jitter, etc. fallen auch sehr gut aus, so dass Amir diesen DAC empfiehlt:

Dies ist eine einwandfreie Leistung von SMSL. Jeder Test wird mit Bravour bestanden und lässt keinen Raum für jegliche Beanstandung. Wenn man bedenkt, dass diese State-of-the-Art-Leistung zu relativ geringen Kosten angeboten wird, ist das eine ziemliche Leistung. Es gibt keine Ausrede mehr, sich nicht für volle Transparenz zu entscheiden, Leute.

Es ist mir eine Freude, das SMSL DO100 zu empfehlen.

SMSL DO100 Review (Stereo DAC) | Audio Science Review (ASR) Forum

Signalyst

Die norwegische Firma Signalyst bietet verschiedene HQPlayer Versionen und sogar eine eigene DAC Platine an. Signalyst selbst betreibt kein Forum, sondern nutzt für Ankündigungen und den Support sehr intensiv Foren. Hier ist eine Auswahl:

• Neueste Themen zu Audio Gear Talk/HQ Player – Roon Labs Community
• HQ Player – Seite 1217 – Software – Audiophile Style

Die Koryphäe

Jussi Laako ist meines Wissens Mathematiker und hat ebenfalls einen sehr interessanten Lebenslauf:

• Systemingenieur bei Soft Oy 1997 – 2004
• Leitender Spezialist bei Nokia 2004 – 2011
• Leitender Linux-Softwareentwickler Intel Corporation 2011 – 2018

Insbesondere seine Arbeiten bei Intel machen ihn zu einem Experten im Computer Audio Design.

Messwerte SMSL DO100 (Stereo-DAC)

Im Forum S.MS. L D300 Nativer DSD-DAC Test mit Messungen – Seite 3 – DAC – Digital-Analog-Wandlung – Audiophiler Stil (audiophilestyle.com) ist ein Forent auf Auffälligkeiten beim SMSL DO100 gestoßen, welche Jussi Laako (Miska) wie folgt beantwortet hat.

SINAD

In diesem Test des SMSL DO100 hat ein Forent PCM 44,1 kHz (rot) mit DSD256x48 (blau) verglichen. Erwartungsgemäß liegt das Grundrauschen von DSD mit rund -145 dB deutlich unter PCM 44,1 kHz, allerdings kommt es bereits ab 40 kHz zu einem massiven Anstieg des Rauschens.

Lt. Jussi Laako ist dieses Verhalten bei vielen ESS-Chips typisch, wenn der ASRC (Asynchronous Sample Rate Conversion) aktiv ist. Die ASRC ist ein Prozess, der dazu dient, verschiedene digitale Audiosignale mit unterschiedlichen Abtastraten miteinander zu synchronisieren.

Der Chip sollte stattdessen ASRC deaktivieren und IIRC (Intelligent Inference of the Reconstruction Clock) nutzen. Die IIRC-Technologie ist eine Art von Algorithmen und Schaltungen, die zur Reduzierung von Jitter (zeitlichen Verzerrungen) bei der Rekonstruktion des analogen Signals aus dem digitalen Datenstrom verwendet werden. Damit würde der Chip im sogenannten „128fs-Takt“-Modus mit synchronen Takten laufen. Stattdessen läuft im DAC z.B. ein fester 100-MHz-Takt.

Dasselbe Problem führt auch dazu, dass der Chip bei bestimmten Eingangsdaten (PCM-Eingängen) zu einer enormen Rauschspitze um 1 MHz im Ausgang neigt.

1 kHz Testton Frequenzvergleich

Beim Testen des SMSL DO100 mit DSD 256×48 ist ein weiteres Problem aufgetreten. Alles sieht großartig aus, außer dass die tatsächliche Frequenz des Testtons am Ausgang bei Verwendung von 48k-basierten Raten nicht 1 kHz beträgt. Stattdessen sind es bei 1 kHz * 44,1 / 48 = 0,918 kHz:

S.MS. L D300 Nativer DSD-DAC Test mit Messungen – Seite 3 – DAC – Digital-Analog-Wandlung – Audiophiler Stil (audiophilestyle.com)

Es ist lt. Jussi Laako eine typischer Implementierungsfehler der XMOS USB Audio Class Engine mit dem Referenzcode. Dieser schaltet die Takte nicht um und bleibt stattdessen immer bei der 44,1-Familienclock mit DSD-Eingängen. Der DAC spielt damit etwas langsamer und das ist bei bekannten Stücken natürlich hörbar.

Interpretation

Wie kommt es zu den unterschiedlichen Messergebnissen?

Amir Majidimehr spult bei den Messungen immer das gleiche Programm ab. Es wird stur PCM für den Test genommen und er kommt so beim SMSL DO100 zu hervorragenden Testergebnissen.

Der HQPlayer wurde extra für das PCM zu DSD Upsampling entwickelt, weil das die Delta-Sigma-DACs sowieso machen, nur mit eingeschränkter Qualität. Siehe mein Bericht: Wie arbeitet ein DAC und was kann Upsampling bewirken? Der HQPlayer von Jussi Laako ermöglicht ein geradzahliges Upsampling. Bei einer Quellrate von 44.1 kHz wird beispielsweise geradzahlig auf DSD256 (44.1 x 256 = 11,2896 MHz) hochgerechnet. Bei einer Quellrate von 48 kHz entsprechend geradzahlig auf DSD256x48 (48 x 256 = 12,288 MHz).

Bei DSD256x48 sind beim SMSL DO100 folgende Probleme entstanden:

1. Der fehlerhafte DAC-Chip führt zu einem erhöhten Rauschen.
2. Die fehlerhafte XMOS-USB-Implementierung führt zu einer Drift und verlangsamt den DAC.

Fehlervermeidung

Zur Fehlervermeidung ermöglicht der HQPlayer eine Deaktivierung von 48 kHz-Inhalten, so dass dann bei 48 kHz Quellraten immer ungeradzahlig auf DSD hochgerechnet wird.

SMLS bietet auf seiner Homepage Updates an, womit eventuell Fehler behoben werden: SMSL Audio Official -Professional audio product manufacturer (smsl-audio.com)

Zusammenfassung

Foren wie Audio Science Review (ASR) müssen sich natürlich auf einen gewissen Standard des Messverfahrens einigen, damit die Messergebnisse dauerhaft vergleichbar sind. Auf der anderen Seite sind Quellraten von 48 kHz und DSD nicht selten, so dass eine Erweiterung des Testverfahrens zu empfehlen ist.

Dieses Beispiel zeigt sehr schön die Grenzen der Messungen auf. Erst durch die Verwendung anderer Testinhalte konnten die Fehler aufgedeckt werden. Ein erhöhtes Rauschen und die Drift bei 48 kHz Inhalten sind völlig unakzeptabel. Deshalb ist es bei deiner Recherche immer wichtig, unterschiedliche Informationsquellen anzuzapfen. Dies gilt natürlich für alle Geräte.

Letztendlich soll aber immer dein Ohr entscheiden. Denn für mich ist völlig klar, dass nicht alles gemessen wird und (noch) nicht alles gemessen werden kann, was wir hören und wie es unser Gehirn umsetzt.