DACは20kHzをどうやって出す？
表題の DAC は Multi Bit や Multi Stage Single Bit DAC ではなく、Pulse Generator を 1 基 (Single Stage) しか持たない Single Stage Single Bit DAC の事で、質問は「Single Stage Single Bit DAC はどうやって 20kHz の連続波を最大出力 (2V？) まで発振しているのでしょうか？」というものです(^^;)。
最終出力が 3bit～6bit 精度 (8fs～64fs) 以上となる Pulse Generator を 8 段～4 段重ねて段間出力誤差を DEM (Dynamic Element Matching) 回路等で補正した CLCS (Cirrus Logics Crystal Semiconductor) CS43xx Series や TIBB (Texas Instruments Burr Brown) PCM1716 或いは dCS952 のような Multi Stage Single Bit DAC ならば解るのですが、Pulse Generator 1 基のみの Single Bit DAC ですと 1/44,100 秒または 1/48,000 秒内に 24bit 分となる 16,777,216 回 Pulse 発振しなければならず、駆動 Clock 周波数は 16,777,216fs の 800THz 前後 (16bit 分でも 65,536fs の約 3GHz) という実現不能なものになってしまいます。
Single Bit DAC に内蔵されている Pulse Generator の駆動 Clock は ESS (Electronic Speech Systems) Technology ES9018 Series でも 100MHz 以下となっており、比較的安定して駆動できる 50MHz 程度ですと 1,024fs 程でしかなく、1,024 回の Pulse 発振では 20kHz 信号を 10bit 分しか立ち上げることができません。
長年 Multi Bit の PHILIPS TDA1541AS1 DAC Chip 機を愛用してきて、普段使いにしている TIBB PCM1792A DAC Chip 機も上位 6bit が 63 基の Pulse Generator になっている事からこれに 256～768fs 8～9bit 精度の下位 bit 用 Single Bit DAC 出力が加算されると 20kHz でも 14～15bit 分の動きに遅延なく追従できると思って安心して愛用しているのですが、新たに入手した Single Stage Single Bit の Generator を並列動作させるものであるらしい ES9018 機でも 20kHz の Test Tone を Peak 値まで連続出力できてしまう事から今までの Single Bit DA (Digital Audio) に対する理解が崩壊してしまいました(^^;)。
DSD (Direct Stream Digital) のような Single Bit DA (Digital Audio) では Sampling 周波数が 64fs だと 64 は 2 の 6 乗である事から 11.025～22.05kHz または 12～24kHz では 6bit 精度、即ち 6bit × 6dB/bit＝36dB の Dynamic Range となり、20KHz 連続 Test DA 信号を Analog 変換すると最小出力 +36dB 以上の音が出せない理屈になってしまい、120dB もの理論 Dynamic Range を持つ 24bit DAC では理論上 Peak -84dB 以下というほぼ無音出力になってしまうと思っていたのが、実際は出てしまうんですよね(^^;)。
Single Bit DAC 嫌いでその動作原理をきちんと把握してこなかったことから実は 1MHz 程度の Sampling 周波数ながら 10KHz を数% の歪率で出力してしまう Class D Amp' IC Chip の複雑な Dithering 処理も不勉強でちんぷんかんぷんのまま Class D Amp' を利用しているですが(^^;)、実際に 20kHz Test Tone を最大出力 Level で連続出力できてしまう Single Stage Single Bit DAC のからくりも Dithering 処理の賜物なのでしょうか？
「44.1kHz の 64fs となる 2,822.4kHz Sampling の 1bit Digitizing では 2,822.4kHz の 1/4 から 1/2 までは 1bit＝6dB、以下 1 Octave 下がる度に 1bit＝6dB ずつ Dynamic Range が増加し、11.025kHz～22.05kHz では 6bit＝36dB、1kHz が含まれる 0.689Hz～1.378kHz では 60dB の Dynamic Range となる」は間違いなのでしょうか？
間違いではないとすれば Single Stage Single Bit DAC は何故 20kHz Test Tone を連続で最大出力 (2V？) まで出力できるのでしょうか？
何故 16,777,216fs でなくても 24bit 精度の 20kHz を、或いは 65,536fs でなくても 16bit 精度の 20kHz Test Tone を Single Bit DAC は最大出力値で連続出力できるのか?……この疑問を解決できる Single Bit DA 解説 Page を御紹介いただけると幸いですm(_ _)m。
![その他([技術者向] コンピューター) イメージ](https://gazo.okwave.jp/okwave/images/related_qa/c205_1_thumbnail_img_sm.png)
お礼
ありがとうございます。参考にさせて頂きます。選択肢の多さという点でBAに選ばさせて頂きます。