Grimm Audio MU2 – Een Major DAC herontwerp

De Major DAC

Het hart van de Grimm MU2 zal voor velen de d/a-converter zijn. Al moeten we zeggen: de voorversterker is ook vreselijk goed… Zo goed dat wij durven te stellen dat u geen voorversterker nodig hebt met de MU2.

Maar even terug naar de d/a-converter. Grimm zou Grimm niet zijn als ze het anders zouden aanpakken. Onder de kap zit geen NOS-dac, geen standaard AKM of ESS… er zit een “1.5” bit dac in. Deze hebben de heren in Eindhoven de ‘Major DAC’ genoemd.

Deze ‘Major DAC‘ is een soort aangepaste versie van DSD, aangezien er niet met twee maar drie ‘levels’ gewerkt wordt. Er is een 0, een 1 en een soort 1,5.

0 is 100% van de tijd 0. Een 1 is 50% van de tijd 0 en 50% van de tijd 1. En de “1,5” is 100% van de tijd 1. Het is dus een zeer basale PWM-constructie (pulse width modulation). De reden dat Grimm voor deze vorm van conversie heeft gekozen, is om van de modulatieproblemen van 1-bit DSD af te komen. Maar laten we even een kleine stap terugdoen.

De ontwikkeling van deze ‘1.5-bit dac’ is gedaan door Pieter Meijer en Gertjan Groothulze. Dat is niet ‘even gedaan’. Het heeft zo’n drie jaar geduurd. De reden dat Grimm niet voor multibit is gegaan is dat het praktisch onmogelijk is om een volledig lineair karakter te krijgen. Boven de 18 bit resolutie komen is erg lastig.

Bitstream – DSD – heeft weer als nadeel dat het hoge spectrum niet geheel lineair meeloopt met de signaalsterkte. Bovendien is stabiele clocking bij DSD bijzonder belangrijk: de frequenties zijn heel erg hoog namelijk. Net als het in toom houden van de hoogfrequente output. Deze ruis kan een belasting vormen voor versterkers en speakers.

Nu is er nog wel een tussenvorm: dacs die intern met een 5bit architectuur werken. Echter is hier ook een zeer hoge (soms nóg hogere) interne frequentie nodig dan bij DSD én krijgen we te maken met zeer complexe noise shaping, wat weer meer processing nodig heeft. Dat kost geld, wat veelal resulteert in suboptimale uitvoering: uitzonderingen daargelaten.

De oplossing van Grimm zit dus in het 1.5-bit ontwerp. Deze PWM techniek hangt een beetje tussen DSD en de 5-bitters in.

Het 1.5-bit ontwerp heeft nog steeds te maken met een ongelooflijk hoge ruisvloer (je gaat terug van bijvoorbeeld 24 of 16 bits naar ‘1.5’, wat de ruisvloer verhoogt met ongeveer 6dB per bit). Daarom moet er nog steeds extreem gefilterd worden om van de ruis af te komen.

Grimm gebruikt een 11e order noise shaper. Dat is akelig steil. En – schatten wij in – deze heeft daardoor ook veel processorkracht nodig,. Dat kan echter prima met de krachtige FPGA in de MU2. Bovendien werkt de noise shaper – volgens Grimm – volledig foutloos en compleet lineair.

De FPGA met noise shaper en oversampling stuurt het signaal vervolgens de converter in. Grimm heeft voor een FIR-DAC gekozen. Deze bestaat uit 16 dac cellen per kant. Deze stuurt vervolgens het analoge signaal de pre-amp in waar ook het volume te reglen is.

(Een “FIR DAC” verwijst in dit geval naar een DAC die een Finite Impulse Response (FIR) filter integreert. Het FIR-filter wordt vaak gebruikt om een digitaal signaal vorm te geven voordat het wordt omgezet in een analoog signaal. Deze integratie is gunstig in toepassingen waar nauwkeurige controle over de frequentierespons belangrijk is. En dat is dus zeker het geval bij de MU2.) 

Het geheel is geklokt met Grimm clocks. Uiteraard de beste die ze in huis hebben. Elke klok – weten we – wordt apart gemeten voordat ze op de PCB’s komen. Het is dus écht met de hand geselecteerd.

Te goed om waar te zijn… toch?

Dit verhaal klinkt wellicht als te goed om waar te zijn. Zo dachten wij er ook een beetje over. Immers: de audiowereld is al meer dan 40 jaar bezig met het digitaliseren van audio. Als dit het ei van Columbus is, moet dat toch al door een groot bedrijf gevonden zijn?

Feit is: grote bedrijven zijn vaker met marge bezig. Niet (meer) met innovatie. Tenzij het veel geld oplevert natuurlijk… maar dan praten we indirect weer over marge.

Technologieën als de Major DAC leveren anno nu niet meer genoeg geld op voor grote bedrijven… zo simpel is het. En zo kan het dat een – relatief – klein bedrijf als Grimm met een dergelijk ontwerp kan komen. Ook wel weer mooi toch?