Technika konwersji cyfrowej R2R vs Delta Sigma

R2R kontra Delta Sigma, który jest lepszy

Często pojawia się polemika i opinie o wyższości starszych konwerterów twz multibitów nad najnowszymi delta sigma od AD / ESS / Woolfson Cirrus / AKM itp. U mnie problemy z satysfakcją z brzmienia systemu pojawiły się w 2004 roku, jak przesiadłem się na pierwszy odtwarzacz SACD. Był to Accuphase DP 77. Musiałem przecież mieć najnowszy i reklamowany standard wysokiej rozdzielczości w swoim systemie. Od tamtego czasu praktycznie cały czas byłem jednak niezadowolony. Często więc zmieniałem sprzęty i  kupowałem nowinki, głównie odtwarzacze i potem DAC z coraz wyższymi częstotliwościami próbkowania i bitami. A efekty były stale niezadowalające. Było tak aż do roku 2012, kiedy to złożyłem DAC Audio Note kit 2.1B i w końcu dźwięk odżył. Nie był taki spektakularny jak kiedyś z Sonic Frontiers, Accuphase DP 75 i Wadii 16, ale był zbliżony do starej „wilgotnej” prezentacji. Słuchałem w ciągu tych 8 straconych lat, najnowszej wersji DAC-ów delta-sigma – niektórych w cenach 5000-10000 USD i nie rozumiałem, dlaczego brzmią inaczej, jakby gorzej niż stare odtwarzacze CD i DAC za 1000-2000 USD. Stare technologie były inne, starsze produkty, które wspominam jako dobrze brzmiące, miały kości TDA1541 + SAA7220, PCM 1702, PCM 63, UA 20400, a potem Burr-Brown PCM1704. Niektóre z nich miały dodatkowo lampy na wyjściu i zerowe sprzężenie zwrotne. Ale to nie obecność lampy decydowała o tym wrażeniu odsłuchowym, bo niektóre produkty miały przeciętne op amp wewnątrz układu DAC, a mimo to brzmiały dobrze i chciało się ich słuchać.

Nowsze DAC, z którymi męczyłem się i przesłuchiwałem 10 lat, o architekturze delta-sigma  z kośćmi Crystal Semiconductor, Analog Devices, Woolfson, ESS Sabre 9018, AKM wszystkie miały wspólny charakter brzmienia, który można nazwać dźwiękiem „delta-sigma” (nudnym, nieangażującym).

Emocje głosu wokalisty, które w dobrych realizacjach się zmieniają, by stworzyć poczucie napięcia są znacznie mniej zauważalne w przypadku DAC delta-sigma. Wrażenie fizycznej obecności dźwięku, ciała, tekstury, wrażenie drewna i stali, masy fortepianu, fascynujące tonalne meandry skrzypiec, dzwoneczków, przeszkadzajek są zmniejszone lub nieobecne. Czasem w przypadku dobrych DAC z ESS 9018, 9038 PRO różnice są subtelne i wymagają szybkiego porównania z przetwornikiem cyfrowym TDA1541, PCM-63, PCM-1702 lub PCM1704, aby usłyszeć tą różnicę. Bo z pamięci, bez szybkiego przełączania trudno zrozumieć dlaczego delta-sigma wydaje się nam gorsza lub nudna. W większości DAC-ów delta-sigma strata jakości nie jest jednak subtelna, ale znacząca, a wykonawcy brzmią nudnie, jakby po prostu odrabiali pracę zamiast grać jak artyści. Chodzi o to, że po usłyszeniu dobrej implementacji R-2R, w porównaniu do dobrej implementacji Delta-Sigma, wiele osób preferuje przetwornik R-2R ze względu na doskonałą naturalną reprodukcję muzyki.

Po latach rozczarowań przyzwyczaiłem do tego dźwięku audiofilskiego delta-sigma z najnowszych DAC. Pomyślałem, że tak widać ma być, skoro wszyscy tak produkują. Dźwięk ma jasność, detal, wymiar i gładkość, niby wszystko jest na swoim miejscu, ale po powrocie do DAC z AD1865, TDA1541, PCM 63K, 1702, 1704 pojawia się eureka. Tego właśnie mi brakuje. Mnie tak na prawdę olśniło nie przy podłączeniu Audio Note kit 2.1B DAC, ale 2 lata później kiedy kolega przyniósł stary odtwarzacz CD Accuphase DP 75 i wówczas się stało. Powiedziałem tego mi brakowało ponad 10 lat. Cała żywość i kolor tonów nagle powróciła, a wykonawcy, instrumenty i sala oraz przestrzeń znów brzmią prawdziwie. Spowodowało to decyzję, że kupuję najlepszy w historii DAC Accuphase, czyli model DC 91, sprzed 20 lat, a potem nabyłem jeszcze genialny budżetowy chiński L1541DAC Gold na TDA1541 i SAA7220. Do kolekcji powrócił także Audio Note, ale tym razem w wersji DAC 3.1x Black Gate (ten oryginalny dac AN jest znacznie lepszy od kitów ANK, nawet 4.1LE lub Signature) , który traktuje jako benchmark 16 bitowego odtwarzania, bo jego zdolność odtwarzania 24 bitów jest tylko techniczna (na papierze) dzięki down-samplingowi. Wewnętrzna rozdzielczość scalaka PCM1704 jest 20 bitowa, tak jak PCM1702, ale akceptuje on po prostu 24 bitowe dane na wejściu. Także nie posiada wewnętrznej architektury 24 bitów, podobnie jak przetworniki AD1865 zastosowane w DACach Audio Note nie posiadają 24 bitów, a jedynie 18 wewnętrznej rozdzielczości.

Postanowiłem dlatego napisać ten artykuł i wyjaśnić skąd biorą się takie wrażenia.

Na wstępie jednak trochę historii o cyfrowym dźwięku od połowy lat 80-tych

Kiedy płyty CD zostały zaprojektowane w połowie lat 80-tych, zaimplementowano standard Redbook, który narzucał określony kod cyfrowy zapisany w bitach składających się z 1 i 0, które można przechowywać na nośnikach takich jak płyty CD. Specyficzny kod Redbooka opisuje analogowy przebieg muzyczny, a po konwersji bitów cyfrowych z powrotem na analogowy, jak ten kształt fali byłby dekodowany i odtwarzany. Brak było wówczas niedrogich chipów przetwarzania, które są dostępne dzisiaj, konwersja na cyfrową została wykonana przez drabinkę rezystorową. Bity zostały przesłane do prostej drabinki rezystorów zwanej R2R DAC (rezystor do rezystora – cyfrowy konwerter audio ).

Dla celów koncepcyjnych przyjrzyjmy się prostemu diagramowi drabinowemu R2R.

Każdy bit ma określone napięcie lub „wepchnięcie” do drabiny. Każdy bit (napięcie pulsacyjne) stanowi niewielką część oryginalnego sygnału analogowego fali sinusoidalnej. Bity są przesyłane do szczebli drabiny (D0-D7), wszystkie bity łączą poszczególne wartości w sieć rezystorów. Każdy z tych bitów jest wprowadzany do drabiny rezystora na poszczególnych szczeblach, powodując jej napięcie lub „popychanie”. Te pojedyncze bity z ich krótkimi impulsami napięcia wtapiają się w sieć rezystorów powodując nowe ciągłe napięcie, które ma być dokładną kopią oryginalnego sygnału analogowego, który jest odgrzebywany na górze i na dole drabiny. Aby precyzyjnie konwertować bity cyfrowe na analogowe, wartość każdego rezystora musi być dokładną poprawną wartością omową, wymagającą bardzo dużej precyzji przy wytwarzaniu drabiny. DAC drabinowy, taki jak oryginalny Philips TDA 1541, miał ograniczoną celność i był bardzo drogi. Jednak jego konstrukcja jest potencjalnie lepsza, ponieważ konwersja odbywa się za pomocą prostych rezystorów (pasywnych) bez przetwarzania.

W przetworniku R2R, rezystory sumujące są skalowane, przy czym pierwszy jest wartością R, kolejny 2R, a następnie 4R, a następnie 8R, a następnie 32R, 64, 128, 256 itd dla dowolnej liczby bitów. Większa liczba R jest najmniej znaczącym bitem. Najmniejsza wartość R jest najbardziej znaczącym bitem. Dokładność drabiny rezystancyjnej opiera się na tolerancji rezystorów. Wymagana jest bardzo niska tolerancja rezystancji wynosząca maksimum około 1%.

R2R DAC ma problemy z nieliniowością głównie z powodu obecnej tolerancji rezystora. Nieliniowość powoduje zniekształcenia. Może również powodować słyszalne zniekształcenia na styku zakresu ultradźwięków, które obniżają jakość dźwięku.

Jednak w przypadku nowoczesnej elektroniki istnieje możliwość uzyskania rezystorów o tolerancji 0,1%, 0,01%, a niektórzy stosują nawet 0,005% (np Denafrips Terminator).

Istnieje jednak wiele zmiennych, które należy wziąć pod uwagę, porównując 2 różne konwertery cyfrowo-analogowe. Na przykład w drabinowych przetwornikach cyfrowo-analogowych można zainstalować rezystory o różnej tolerancji. Może to prowadzić do nieliniowości i powodować różne zniekształcenia dźwięku. Nawet dla różnych egzemplarzy modelu tego samego urządzenia. Inny przykład: DAC PCM ma problemy z aliasami oversamplera, ale konkurencyjny przetwornik DSD ma gorszy filtr analogowy. Czy można przewidzieć, który z tych przetworników cyfrowo-analogowych brzmi lepiej? Prawdopodobnie nie. Więc technicznie niemożliwe jest porównanie dźwięku różnych typów DAC jako abstrakcyjnych jednostek. Ale możliwe jest porównywanie odsłuchowe dźwięku rzeczywistych instancji przetworników cyfrowo-analogowych, bez względu na przyjęte pryncypia konstrukcyjne. Jak widać wszystko opiera się na dobrej implementacji, w której te DAC-ki są tak dobre, jak dobrze są dostrojone i zaimplementowane.

Który chip i DAC R2R starej szkoły był najciekawszy ?

Absolutnie najbardziej muzykalny chip DAC, jaki kiedykolwiek powstał to Burr Brown PCM 63 (były różne warianty K i rzadszy P), o oficjalnej architekturze 20 bitów.

PCM 63 jest szczytem inżynierii dźwięku cyfrowego konwertowanego na analogowy. Niektórzy, tak jak ja, uwielbiają też TDA1541, który jest jeszcze bardziej muzykalny i bardziej łapiący za serce, przy odpowiedniej implementacji w trybie NOS (czyli nie w duecie z SAA7220). Jeśli natomiast chodzi o audiofilski przetwornik używający PCM 63K to za najlepszy uważam Accuphase DP 91, gdzie zastosowano aż 32 takie kości, po 16 na kanał. Bardzo dobrze grały także stare Wadia 16, 27i, Audio Note DAC 1, 2, 3 i 4 (te ze starym logo) z chipem PCM63 oraz EAD DSP 7000mk3 oraz 9000. Inny szczytowy produkt to DAC na podwójnym Ultra Analogu D20400A to Sonic Frontiers (SFD2mkII lub P3) lub Spectral 2000. Ultra Analog to w rzeczywistości stare multibitowe kości BB (prawdopodobnie 4szt  PCM1702) zatopione na większej płytce z innymi elementami. Najtańsze DACki ze scalakami Ultra Analog na rynku wtórnym w Polsce to często Parasound. Układy D20400A najczęściej były łączone z filtrem cyfrowym HDCD, co niestety ograniczało ich możliwości na nagraniach bez HDCD, czyniąc je mniej dynamicznymi. Dlatego niektórzy stosowali 2 filtry cyfrowe, dając możliwość wyłączenia HDCD poprzez przełączenie np. na filtr Yamahy jak Simaudio.

Przetworniki z Ultra Analog na pokładzie:

• AUDIO RESEARCH DAC1-20
• AUDIO RESEARCH DAC2
• AUDIO SYNTHESIS DA-X
• ARAGON D2A2
• CLASSE AUDIO DAC-1 (2x)
• CLASSE AUDIO CDP-1
• COUNTERPOINT DA10E-UA
• KINERGETICS RESEARCH KCD-55 Ultra
• KRELL KPS 25s
• MANLEY A TO D
• MANLEY JUNIOR 20 Bit
• MANLEY Reference 20 Bit (2x)
• MANLEY WAVE (2x)
• MARK LEVINSON No 30 (2x)
• MARK LEVINSON No 30.5 (2x)
• METAXAS MASDAC
• PARASOUND D/AC-2000 Ultra Analog
• PS AUDIO REFERENCE LINK II
• PS AUDIO ULTRALINK TWO
• RESOLUTION AUDIO Quantum
• SONIC FRONTIERS Processor 3 (2x)
• SONIC FRONTIERS SFCD-1
• SONIC FRONTIERS SFD-1 Mk II
• SONIC FRONTIERS SFD-2 Mk II (2x)
• SPECTRAL SDR-2000 (2x)
• THRESHOLD DAC2 (2x)

Zastosowane w odtwarzaczach scalaki PCM1702 były często później zastępowane przez PCM1704 o podobnej wewnętrznej 20 bitowej architekturze, ale ze zdolnością do przyjmowania na wejściu rozdzielczości 24bitów. Dzięki temu zabiegowi były wdrażane w końcu lat 90′ upgrade Wadii (litera x), Marka Levinsona model No 30.6 i No 360S i producenci mogli pochwalić się, że ich topowe DACki są dostosowane do DVD Audio 24 96.

PCM 63 łączy w sobie wszystkie zalety konwencjonalnego przetwornika cyfrowo-analogowego (doskonała wydajność w pełnej skali, wysoki stosunek sygnału do szumu i łatwość użytkowania) z doskonałą wydajnością. Dwa DACki połączone są w komplementarny układ, aby uzyskać wyjątkowo liniową moc wyjściową. Wewnątrz znajdują się dwa 20-bitowe przetworniki R2R ze wspólną rezystorową linią.

Jednak mimo tych zachwytów, w dobrej implementacji, najbardziej lubię jednak TDA1541 i AD1865, chociaż stary Audio Note DAC 3 z PCM63K też jest super muzykalny.

Powyżej dobrze brzmiący wariant scalaka TDA1541.

Problemem R2R jest mała głębia bitowa; chociaż (ledwo) akceptowalna dla medium konsumpcyjnego 16-bitowa rozdzielczość okazała się nieakceptowalna w studiu, ponieważ każda ścieżka mastera wielościeżkowego najpierw jest nagrywana oddzielnie, a później miksowana, na różnych poziomach głośności, a 16-bitowe systemy nie mają dodatkowej rozdzielczości do utraty przy ściszaniu, gdy ścieżka 1 ma wartość -3dB w dół, ścieżka 2 ma wartość -10dB w dół i tak dalej. Po zmiksowaniu pojawi się zniekształcony, zaszumiony lub mało rozdzielczy bałagan, gdy wszystkie zostaną połączone. Od drugiej połowy lat osiemdziesiątych praktyka studyjna przeniosła się najpierw do systemów 20-bitowych, a następnie na początku lat dziewięćdziesiątych do systemów 24-bitowych. Ponieważ trudno produkować drabinkowe DAC 24 bitowe, to obecnie niemal wszystkie konwencjonalne DAC-ki to delta-sigma.

Na papierze te stare drabinki rezystancyjne może i wydają się działać gorzej i oferują mniej efektywny zakres dynamiki (20-21 bitów), ale ludzkie ucho komentuje ich brzmienie jako „analogowe”. Przetworniki DAC wykorzystujące sieci rezystorów były drogie w produkcji, wiec księgowi firm elektronicznych postanowili, że potrzebna jest nowa architektura DAC. W końcu ważny jest zysk, a nie doskonała inżynieria czy muzykalność. Tak narodził się strumień bitów lub kształtujący szum DAC, czyli MASH. Samo słowo NOISE w opisie DAC powinno być wskazówką, że przetworniki MASH nie są muzykalne. W rzeczy samej, inżynierowie, którzy zaprojektowali PCM 63, musieli być zdegustowani chipami MASH DAC. Potrzeba niezwykle kosztownych manipulacji aby DAC-ki delta sigma, zbliżyć brzmieniowo do R2R. Dlatego tylko bardzo drogie DAC DS. mogą konkurować z udanymi, ale tańszymi rozwiązaniami R2R sprzed lat.

Jeszcze kilka lat temu nowe 24-bitowe DAC w technologi R2R kosztowały majątek, jak francuski Totaldac d1 lub amerykański MSB Technology Select DAC, wyjątkiem od tego były niedobitki produkowanych przetworników z wyczerpanych zapasów scalaków PCM 1704, jak chiński GD Audio. Były też ciekawe, bardzo tanie i dobre R2R DAC LITE Audio, ale już nieprodukowane. Scalaki PCM1704, których rzeczywista architektura jest „tylko” 20bitowa, znalazły się w kilku ciekawych konstrukcjach jak Sonic Frontiers SFD2 mkIII, wyprodukowanym w małej liczbie oraz w jednym z najlepszych na świecie odtwarzaczy CD z funkcją DACAa czyli Simaudio MOON Andromeda. Były także w 2 najlepszych DACach Marka Levinsona No 30.6 oraz No 360S. Dotąd nie mogę zapomnieć brzmienia Andromedy u jednego audiofila w Hiszpanii i co jakiś czas sprawdzam czy nie jest gdzieś do sprzedania w dobrej cenie, ale bardzo rzadko jest oferowany.

Potem pojawił się Meitner, Aqua Acoustic Quality, nowsze dzieła Lampizatora, ale ceny są bardzo wysokie. Na szczęście na rynku wtórnym można kupić w dobrych cenach używane starsze modele MSB Technology w cenach 1500-5000USD. które nadal świetnie brzmią i akceptują także 24 bity 192kHz.

Jednak w ostatnich latach R2R Multibit odrodził się i odniósł wielki sukces w pułapie urządzeń w średnich i niższych cenach, nawet poniżej 3000$, odkąd Schiit Audio wypuścił na rynek Yggdrasil DAC (aktualnie jest wersja 2), modne stały się także R2R DAC na elementach dyskretnych, kiedy wyczerpały się zapasy najlepszych starych 24 bitowych kości PCM 1704.

DAC R2R są obecnie licznie produkowane nie tylko przez drogie zachodnie niszowe wytwórnie audiofilskie, ale nawet przez wytwórnie z Dalekiego Wschodu: Holo Audio, GD Audio, Denafpris. Ciekawe gotowe moduły R2R produkuje duńska firma Soekris. Używa ich wielu audiofilskich producentów, od Lampizatora po producentów z Zachodu i Wschodu. Bardzo ciekawy jest Holo Audio Spring 2, szczególnie w najlepszej „zielonej” wersji za ok 2700EUR.

A teraz o delta-sigma, czym w rzeczywistości jest

Podstawowym powodem, dla którego wszyscy główni producenci używają Delta-Sigma zamiast R-2R, są koszty produkcji, realizacji i rozmiary. Mam wrażenie, że Delta-Sigma jest atrakcyjna dla producentów, głównie ze względów marketingowych: wsparcie „wysokiej rozdzielczości” do 768 kHz i 32-bitowe, DSD, DXD, DSD512. Trudno publicznie to porównywać z marnym „24 bitami i 96 kHz „, które producenci R2R często przekazują szeptem.

Istnieją też sprzeczne opracowania, część sugeruje, że R2R ma wyższą „rozdzielczość” niż Delta Sigma, a inne że wprost przeciwnie. Jest to zarówno mylące, jak i frustrujące.

Delta-sigma ma zmienną rozdzielczość w przeciwieństwie do stałej rozdzielczości R2R. Układ delta-sigma wymaga bardzo dużych nadpróbkowań, aby uzyskać sensowną rozdzielczość. Więc technicznie rzecz biorąc oba źródła mają rację, ale w innych okolicznościach. Poza tym nie jest praktyczne budowanie DACów R2R dla 24 lub 32 bitów, ponieważ potrzeba bardzo długiego łańcucha rezystorów. Przy 24 bitach setek, a przy 32 nawet tysięcy.

Delta-sigma nie ma idealnej liniowości, bo używa czasu i kodu, a nie rezystorów do tworzenia rozdzielczości. Dowolna liczba bitów rozdzielczości może być celowana, ale jej wydajność jest ograniczana przez szum, dryf, ograniczoną liniowość. Rozdzielczość zwykle zaczyna się od 16 bitów, choć obecnie częściej jest ustawiona na pracę z większą szybkością i wzrasta do 20 do 24, a niedawno wprowadzono 32-bitową.

Najbardziej niepokojące w przypadku konwerterów DS jest to, że podczas przetwarzania sygnału tracone jest oryginalne próbkowanie, ponieważ te DAC nie mogą obsłużyć więcej niż 5-6 bitów w sposób natywny. W związku z tym, że używają tak niewielu bitów, wytwarzają szum, dlatego muszą używać oversamplingu w celu zwiększenia szybkości transmisji bitów, a następnie zastosować agresywne techniki kształtowania szumów w celu przesunięcia szumu tuż poza słyszalny zakres. Proces ten może pójść jednak źle na wiele sposobów. Ponieważ DS są zasadniczo urządzeniami nisko-bitowymi, wydaje się, że potrzebują one coraz wyższych prędkości próbkowania, aby zrobić wszystko, co w ich mocy (włączając DSD), aby obejść podstawowe ograniczenia tej technologii. Delta Sigma to w rzeczywistości przetwornik cyfrowo-analogowy o niższej rozdzielczości niż R2R, ale osiąga wymaganą rozdzielczość muzyki przez nadpisywanie. Technologia DS, najpierw traci dane z oryginalnych próbek, obniżając każdą próbkę do 5-6 bitów, następnie DS nadpisuje brakujące dane o jakieś 2 ^ 8 lub 2 ^ 10 (256 do 1024 razy prędkość próbkowania z 44100), aby dodać dodatkowe 8-10 bitów wydajności, a następnie przystępuje do stosowania złożonych i niejasnych technik cyfrowej oceny szumów, aby oczyścić gigantyczny poziom szumu wprowadzonego przez wcześniejszy proces i „zamieść je pod dywan” przez przesunięcie ich nieco powyżej 20 kHz do miejsca, w którym słyszą to tylko zwierzęta. Na przykład ES9018 działa na poziomie 6 bitów + nadpisane bity.

Powinniśmy nie dać się marketingowi i na zawsze zapomnieć o „32-bitowych” DAC-ach, ponieważ żadna z technologii nie jest w stanie ich obsłużyć, zatrzymując się realnie na około 21-22 bitach, a najwyraźniej żaden standardowy cyfrowy plik audio nie zawiera więcej niż 24-bitowych danych.

To że dany DAC lepiej brzmi na ścieżce 24 bitowej vs 16 to często jest więc sprawa konstrukcji DAC, a nie tego że jest rzeczywiście więcej informacji, w paśmie słyszalnym, w sygnale po opuszczeniu przez niego samej sekcji cyfrowej przetwornika.

Delta Sigma jest najdokładniejsza na szczycie zakresu dynamicznego, ale traci rozdzielczość przy niskim poziomie sygnału (łagodniejsze dźwięki). Projekt Delta Sigma wymaga obszernego filtrowania analogowego. To dodatkowe filtrowanie analogowe wprowadza własny zestaw niedokładności, takich jak przesunięcie fazowe w sygnale wyjściowym. Można tak naprawdę powiedzieć, że DS jest konwertowaniem „stratnym”, ale nie jest to wprost porównywanie do mp3 do flaca lub czegoś w tym rodzaju.

To prawda, że ​​DS nie jest „stratny” w sensie plików MP3, ale w dużym stopniu odrzuca dane: w przypadku pliku 24 bit / 96 kHz np. ES9018 odrzuci 18 bitów, czyli 75% danych. I nawet jeśli DS może obejść tę utratę informacji przez oversampling, technicznie to wciąż może być postrzegane jako konwertowanie stratne.

W przypadku przetwornika R2R lub drabinkowego jest dużo mniej nieprzyjemnych artefaktów w obszarze wysokich częstotliwości. Przy częstotliwości 44 kHz przydatne jest filtrowanie pierwszego rzędu. Przy częstotliwości próbkowania wynoszącej 96 kHz nie jest ono wymagane. Ściśle mówiąc i zgodnie z oryginalnymi specyfikacjami jest, ale jego brak nie robi niczego niedobrego dla rzeczywistego słuchania muzyki. Jest to najczystsza muzyka w domenie czasowej, którą można usłyszeć. Wysokie tone są naturalne, pozornie miękkie, ale bardzo dokładne, a wokół dużo powietrza. Rozmieszczenie w przestrzeni i scena dźwiękowa są bardzo realistyczne, tj. jak na żywo.

Wielobitowe konwertery R-2R pobierają pełne próbki dostarczone przez bezstratny plik audio i konwertują je na poziomie sprzętowym przed przekazaniem sygnału do analogowego toru wyjściowego, bez nadpróbkowania (NOS). Ta technologia jest obecnie dość rzadka, a te DAC są droższe i wymagają ekstremalnej precyzji produkcji, gdy wchodzą w obszar granicznych 19-20-bitów rozdzielczości możliwych do uzyskania. Ostatnio nastąpiło ożywienie i kilu producentów wróciło do tych rozwiązań tzw NOS. Niektóre produkty używające konwerterów R2R to stara wersja Theta (np. DS Pro Generation V) i nowsza wersja Schiit multibit (np. Yggdrasil) lub Audio GD (np. Master 7 lub DAC-19). Jednak brzmienie nowych przetworników nawet drabinkowych R2R nie jest dla mnie tak angażujące jak dobrych starych 16 bitowych źródeł cyfrowych na scalaku TDA1541 lub starych DAC Audio Note na AD1865, w wersjach bez transformatorów wyjściowych.

III droga FPGA

Oczywiście na rynku pojawiło się trzecie rozwiązanie, które niedawno zyskuje na popularności i dobrze oprogramowane może konkurować brzmieniowo z R2R.  Są to konstrukcje oparte o zaawansowane procesowy sygnałowe, które pełnią jednocześnie rolę przetwornika – technologia FPGA  np chip Xilinx Artix 7. Tą technikę stosuje np dcs i Chord, a ten drugi w bardzo przystępnych cenowo DACach. W ich brzmieniu (tanie Chordy) jest trochę sztuczności i wystrzałowości, ale na pewno jest lepiej od delta sigma z tych przedziałów cenowych. Przetworniki oparte na technice FPGA nie są z założenia ani lepsze, ani gorsze od urządzeń przygotowanych na bazie popularnych scalaków dostarczanych przez największych producentów, bo wszystko zależy tutaj od umiejętności projektanta i algorytmu zaprogramowanego w takim procesorze. Wyzwanie jest więc większe niż w przypadku typowego przetwornika. Platforma FPGA tylko szeroko otwiera możliwości, niczego nie gwarantując. Nie dajmy się zwieść obietnicom producentów, że samo zastosowanie FPGA gwarantuje lepsze brzmienie. Na pewno jednak Audiofil nie jest już zdany wyłącznie na delta sigma i drabinkowe R2R.

Charakterystyka wydajności i ocena reputacji klasycznych układów dekodujących często jest postrzegana następująco:

W przeszłości głównymi producentami multibitów były Burr-Brown Corp, Analog Devices Inc., PHILIPS i SANYO, ale później PHILIPS i ADI przestawili się na 1BIT, a SANYO i BB nie widząc nic dobrego w tej technologii, wycofywali się z rynku.
1) zintegrowane układy DAC firmy BB to:
16BIT PCM56 był używany głównie w większości wysokiej klasy odtwarzaczy CD. Przetwornik z początkowego okresu zwracał większą uwagę na dźwięk. Sam w sobie jest stosunkowo wysokim punktem odniesienia. Jednak wczesne produkty nie zostały tak dobrze zapamiętane i niewiele osób o tym wie, więc w opiniach króluje TDA1541.

18BIT PCM58, który był szeroko stosowany na płytach cd klasy średniej, ma dobra wydajność i atrakcyjny dźwięk.
20BIT PCM63, to był najbardziej klasyczny układ DAC BB, z doskonałą wydajnością i parametrami oraz bardzo dobrym odczuciem w słuchalności. Jest to zawsze widoczne na wielu maszynach z minionej, złotej epoki CD wysokiej klasy. Szkoda, że został wycofany, obecnie wielu chętnie by go stosowało, tak jak stosuje AD1865, bo jest jeszcze dostępny.
20BIT PCM1702, jest to produkt wdrożony przez BB do zastąpienia PCM63. W specyfikacji ma jeszcze lepszą wydajność niż PCM63. To od strony parametrów, ale sonicznie nie daje powodów aby uznać, że jest lepszy. Można na pewno zaakceptować dźwięk PCM1702, wiele znakomitych przetworników go używało, ale osobiste oszacowanie wielu osób wskazuje na PCM63, ze względu na pogrubione i ciepłe brzmienie.

24BIT PCM1704 to ulepszony PCM1702, który używa tej samej wewnętrznej architektury co PCM1702 i w rzeczywistości posiada rozdzielczość 20 (19) bitów, tak jak 1702, Po prostu na wejściu akceptuje sygnał 24 bitowy, ale nie dekoduje go z rozdzielczością 24 bitów, a jedynie 20. Wyższa rozdzielczość i dynamika zapewniły mu naturalnie główną pozycję chipa CA dla modeli high-end.

PCM1702, PCM63 i PCM1704 wszystkie przyjmują unikalną strukturę COLINEAR firmy BB, która wykorzystuje dwa 19-bit przetworniki odpowiedzialne za pozytywne, jak i negatywne półcykle sygnały odpowiednio, a następnie wyprowadza na wyjściu prądowym DACa, a w dalszej części układu sygnał jest ponownie łączony. Ta struktura ma nie tylko wysoką dynamiczną charakterystykę dac wielobitowego, ale także robi to bardziej udanie.
Problem zniekształceń przy przejściu przez zero, który pojawia się zwykle na wielobitowych przetwornikach cyfrowo analogowych, został w ten sposób rozwiązany, zapewniając lepszą liniowość na wyjściu.
Istnieje również PCM67 BB o hybrydowej konstrukcji. Jest to dwukanałowy 18-bitowy układ. Zapewnia 18 bitową obsługę sygnału. Po wejściu sygnał 18BIT jest natychmiast podzielony na dwie części: 10BIT i 8BIT. Wyższe 10 bitów dzieli się następnie na dwie części podlegające wielobitowej konwersji. Dolne 8BIT jest konwertowane przez przetwornik 1BIT, a na końcu dwie części sygnału analogowego są dodawane razem na wyjściu. Ta konstrukcja wykorzystuje 1BIT, aby rozwiązać problem zniekształceń przy przejściu przez zero, przy zachowaniu wysokich dynamicznych zalet wielu bitów. Koncepcja ta jest niezwykle sprytna.

Większość układów DAC BB jest zwykle podzielona na trzy poziomy, a mianowicie: standardowy suffix P, suffix PJ wyższego poziomu oraz suffix PK najwyższego poziomu, który ma dokładnie taką samą strukturę wewnętrzną i nieco inną wydajność.

2) AD1862 Analog Devices.

Jest to 20-bitowy układ DAC produkowany przez Analog Devices. Stosunek sygnału do szumu AD1862 jest bardzo dobry. W przypadku podłączenia dwóch kondensatorów obejściowych stosunek sygnału/szumu może wynosić nawet 119dB, a rozdzielczość 20BIT. Ma również zakres dynamiczny 120dB. Typową aplikacją jest DENON DG2560.
AD1862 jest podzielony na dwie klasy: AD1862N i AD1862N-J…
3) PHILIPS TDA1541 i TDA1543
TDA1541 i TDA1543 są 16-bitowymi układami DAC. Często TDA1541 jest nazywany królem 16-bitowych chipów. Na pewno jest najbardziej analogowo brzmiącym.
Jego doskonałe wskaźniki wydajności THD + N, których nie może dogonić wiele 18-bitowych układów DAC. Szczególnie, że może być podłączony zewnętrznie, co sprawia, że jest ulubionym dla majsterkowiczów, którzy lubią sterować finalnym brzmieniem. Możliwości w zakresie rozdzielczości wysokich częstotliwości nie są jednak zbyt duże, ale ostatecznie nie to przesądza o dobrym brzmieniu.

MARANTZ i PHILIPS byli głównymi użytkownikami tego układu DAC, szczególnie MARANTZ używał go nawet na zaawansowanych odtwarzaczach CD.

TDA1543 jest również 16-bitowym DAC z tylko 8 pinami, można go uznać za bardzo prosty układ DAC., który posiada duże zniekształcenia w zakresie wysokich częstotliwości. TDA1543 występował w wersji TDA1543A. To są dwa różne modele. Przyjęty format danych jest inny i nie można ich bezpośrednio zastąpić. TDA1543A akceptuje 16-bitowe dane MSB i nie może zaakceptować formatu danych IIS. TDA1543 akceptuje tylko format danych IIS.

Istnieją 4 rodzaje TDA1541. Od niskich do wysokich wydajności/selekcjonowane to: TDA1541A, TDA1541A/R1, TDA1541A/S1, TDA1541A/S2, ich dane dotyczące wydajności są różne. Są odzwierciedlane głównie w zniekształceniach THD + N przy S/N i -60DB. Te 4 modele akceptują tylko format danych IIS.
4) SANYO LC7881 i LC78820, LC7881 ma 16 bitów, a LC78820 ma 18 bitów. Są to przetworniki starszej generacji z obszaru często produktów budżetowych. Chociaż LC78820 używały nawet odtwarzacze CD CEC – CEC891. Sanyo LC7881 był natomiast najczęściej używany w tanich urządzeniach, a jego wydajność nie była tak dobra jak PCM56.