Philips TDA1543 DAC (L1543DAC 16x)

[Rainer]

Hallo zusammen,

Digitaltechnik war zwar noch nie meine Stärke und R2R(Multibit) vs. ΔΣ(1Bit) ist ein altes kontrovers diskutiertes Thema in der Hifi-Welt. 

Dennoch krame ich mal einen alten Hut raus, der in den letzten 3 Jahren (u.a. gepuscht durch die YT-Kanäle von Christian Schwarzbeck und IamMad) wieder aus der Versenkung geholt wurde. 

Der L1543 DAC aus China verwendet 16 Stück parallel geschaltete TDA1543A Chips von Philips.
Die Idee mehrere dieser R2R Wandlerchips parallel zu schalten, entstand etwa um die Jahrtausendwende. Es gibt einen Haufen Informationen dazu im Netz.





Soweit mir bekannt, ist dieser DAC ca. 2017 auf ebay und Aliexpress aufgetaucht. Man könnte ihn als spätere Low Cost Alternative des beliebten TeraDak Chameleon bezeichnen:

https://6moons.com/audioreviews/teradak/chameleon.html

Kommerzielle Markenprodukte findet man ansonsten selten. Die englische Firma CAD bietet jedoch diese Wandlertechnik + Laufwerk/Streamer zum Preis eines Kleinwagens an:

https://www.blackforestaudio.de/cms/uplo...it_F40.pdf

Vor über 5 Jahren hatte ich schon mal den chinesischen L1543DAC für längere Zeit, verkaufte ihn aber schließlich.

Seitdem scheiterte ich (nicht zum ersten Mal  ) bei dem Versuch, anhaltenden Hörgenuß mit verschiedenen modernen 1 Bit Wandlern zu bekommen. Schließlich bin ich wieder zurück zur alten R2R Technik gekommen.

Während bereits ein TDA1543 ohne Oversampling Musik mit einer beeindruckend analogen Leichtigkeit umwandelt, bieten mehrere parallel angeordnete genügend Ausgangsstrom, um an einem einfachen Widerstand  bereits 1 Vrms Ausgangsspannung zu erzeugen. Ausreichend, um direkt einen Verstärkereingang anzusteuern ohne den qualitätsmindernden Einfluß von zusätzlichen Ausgangsstufen mit Röhren oder OpAmps. Angeblich soll es sich aber erst ab 12 Stück klanglich wirklich lohnen.

Durch NOS und Parallelbetrieb dieser alten R2R Wandlerchips erspart man sich gleich mehrere Faktoren, die für den typischen Digitalklang moderner Wandler verantwortlich sind:

• Zum einen das Oversampling (bis zu 768 kHz) 
  
• den Digitalfilter, welcher durch Interpolation ein künstlich "geglättetes" Abbild des ursprünglichen 44kHz/16Bit Treppenstufen-Signals erzeugt 
  
• zwei nachgeschaltete Operationsverstärker-Stufen, einer zur I/V Umwandlung und der nächste für den Tiefpass (LPF), um das Samplingrauschen am Ausgang rauszufiltern.
  

1 Bit Wandler sind inzwischen rein meßtechnisch überlegen, weitaus preiswerter zu fertigen, aber hörakustisch m.E. bis heute fragwürdig. Hauptsächlich aus Kostengründen werden sie uns vom Marketing der Halbleiterindustrie seit den 90ern als "Goldstandart" verkauft. Und ich könnte mir auch gut vorstellen, daß ihr tendenziell anstrengender Sound einer der Hauptgründe ist, warum Vinyl wieder massentauglich wurde.

Ja, sie sind inzwischen sehr präzise, linear, transparent und hochauflösend, wirken aber vergleichsweise steril und merkwürdig künstlich, als hätte man der Musik ihren natürlichen Fluß und ihre innere Kohärenz geraubt. Selbst ein preiswerter Plattenspieler mit derselben Aufnahme auf Vinyl holt einen sofort viel emotionaler ab.

Man darf auch nicht außer Acht lassen, daß die werbewirksamen hervorragenden Meßwerte der Wandler von ESS Sabre oder AKM üblicherweise mit reinen Meßsignalen ermittelt werden. Wie nachteilig sich der ΔΣ Verarbeitungs-Prozeß auf eine echte Musikaufnahme mit ihrem teils sehr komplexen Obertonspektrum auswirkt, wird dabei nicht erwähnt.

Die Firma Audio Optimum hat sich hier (natürlich nicht ganz uneigennützig  ) technisch sehr ausführlich mit der unbequemen Wahrheit o.g. Problematik auseinandergesetzt.

Zurück zum L1543DAC...

Leider wurde das Platinenlayout im Laufe der Jahre kostensenkend verändert. Wer einen kontrollierten anstatt "dicken" Baß möchte, sollte die Chips zusätzlich einzeln mit Elkos von mind. 10uF entkoppeln, wie es beim urprünglichen Layout vernünftigerweise mal der Fall war:



Bekannt ist auch, daß die TDA1543 Chips aus China in der Regel keine echten Philips sind. Wie auch, wenn die Produktion vor ca. 25 Jahren eingestellt wurde. Als Nachteil sehe ich das nicht. Solange sie zuverlässig funktionieren und überzeugend klingen bin ich dankbar dafür, denn ohne Nachgemachte würde dieser DAC gar nicht existieren.

Es gibt noch weitere Kleinigkeiten. Trafobrumm (einfach zu beseitigen), gelegentlich ein defekter Chip, der gewechselt werden muß, zu dunkle LED's (bei meinem), grenzwertige Verpackung u. weiteres, was ich bei einem Preis von 142€ (ohne USB Card) incl. Versand aber nicht anders erwarte.

Empfehlen würde ich das Gerät nur Leuten mit Basteltalent. 

Der Klang ist schön räumlich, vorwärts, schnell, druckvoll und gleichzeitig mit natürlicher Wärme, analog und fliessend. Stimmen und Instrumente werden einfach mit realistischen Farben abgebildet ohne den geringsten Anflug der typisch harten metallischen Blendung gerade in den oberen Mitten und Höhen, wie ich es von ΔΣ kenne.
Erinnert mich an eine gute Bandmaschine, die man entspannt über Stunden hören kann. 
Besonders für PC-Audio wird man schwer etwas vergleichbares finden.

Gruß
Rainer

[Rainer]

Hallo,

ich habe noch einige Modifikationen nach längerer Zeit durchgeführt. 

Die Elna Silmic II Kondensatoren zur Entkopplung der 16 TDA-Chips wurden durch Nichicon ES 10V/47uF ersetzt. Silmic bremst an der Stelle die Dynamik und Geschwindigkeit zu sehr aus. 



Die Polyester-Eingangskoppelkondensatoren am CS8416 sind durch FKP Impulskondensatoren 10nF/63V ersetzt. Wima oder Ero ist egal. Ich hatte noch ERO auf Lager.
In der PLL-Schleife sind jetzt ebenfalls hochwertige Film/Folie und Silver Mica verbaut für minimalen Jitter in der Taktrückgewinnung.

Ausserdem empfehle ich die TDA1543 Sektion über einen LDO Regler mit 5V zu betreiben und den 9V Trafo durch einen 6V zu ersetzen. Das reduziert die immense überflüssige Verlustleistung am Kühlkörper um fast 3 Watt. 

Wer sich den Aufwand gönnt, erhält einen DA-Wandler, der sich nicht nur für PC-Audio in punkto echten analogen Charakters und vollkommen natürlich-entspannter weiträumiger Musikalität schwer von irgendeinem anderen Konzept zu einem akzeptablen Preis erreichen lässt. Alles andere, was ich hier über die Jahre probierte reicht da mit grossem Abstand nicht ran.

Einer der grössten Faktoren für sterilen Klang sind nach meiner Erfahrung Operationsverstärker. In meiner jetzigen Kette steckt nicht ein einziger mehr. Gott sei Dank!

Gruß
Rainer

[LowFi]

Respekt @Rainerwas Du da so werkelst , da ziehe ich meinen Hut vor Dir !

[Rainer]

Danke Georg!

Als Bastler freute ich mich immer über jede Anregung im Netz, vor allem in Foren wie Diyaudio, wo sich Leute mit interessanten Komponenten oder Schaltungen abseits des Mainstreams beschäftigen. Die KI ist auch wertvoll für technische Fragen.

Nach meinen Wandler-Experimenten der letzten Jahre kann ich den Ausführungen von Audio Optimum (von 2016) nur beipflichten, auch wenn es ein vernichtendes Zeugnis für Delta/Sigma Wandler darstellt:

NOS-DAC

"Fazit: Ein 16Bit-NOS-Wandler mit präzisem R-2R-Leiternetzwerk liefert in jedem Zeitintervall
von 22,7μs einen Ausgangsstrom, der jeweils 65536 diskrete Werte annehmen kann,
während ein Delta-Sigma-Wandler (1Bit-Wandler) nur 2 diskrete Ausgangswerte liefert. 

Auch bei gerade noch technisch machbarer Zerstückelung des Zeitintervalls kann ein 1Bit-Wandler
nicht die Klangqualität eines echten 16Bit-Wandlers erreichen. Nur wenn der 16Bit-Wandler
unsinnigerweise mit Oversampling und Digitalfilter betrieben wird, kann ein Delta-Sigma-
Wandler vergleichsweise etwas weniger unangenehm klingen. 

Neuerliche Versuche, Delta-Sigma-Wandler mit nicht nur 2, sondern mit 16 bis 256 diskreten Ausgangswerten zu bauen,
führen auch nicht zum Ziel. Das nachzuweisen, würde an dieser Stelle zu weit gehen.
Schon der modifizierte Revox B225 im 14Bit-NOS-Betrieb übertrifft die DS-Wandler mit
vorgeblicher "24Bit-Auflösung" im Hörtest deutlich.

TDA1540 / TDA1541 / TDA1543

In fast allen kommerziellen CD-Spielern (bis auf die Sony-Geräte) der 1980er und 1990er
Jahre waren diese drei DA-Wandler-ICs verbaut und wurden nie richtig eingesetzt (bzw.
immer mit Oversampling betrieben), bis die Produktion eingestellt wurde. In der Zwischenzeit
überschwemmten die billigen Delta-Sigma-Wandler den Massenmarkt und die Entwicklung
lief immer weiter in die falsche Richtung. Echte Multibit-DA-Wandler mit präzisem R-2R-
Leiternetzwerk gibt es – bis auf ein paar Ausnahmen – heute nicht mehr für den Audio-
Bereich, sondern nur noch für die professionelle Messtechnik. Nach dem derzeitigen Stand
der Technik wird eine echte 18Bit-Genauigkeit erreicht:

http://www.linear.com/product/LTC2757

Alles, was angeblich darüber hinausgeht, wird nur von unseriösen Werbesprüchen
behauptet, die sich solange verbreiten, wie sie geglaubt werden oder geglaubt werden
wollen. Bis heute gibt es keine Musikaufnahme mit einer echten 18Bit-Auflösung, auch nicht
in den Aufnahmestudios! Bis es soweit ist, kann das Motto nur lauten: Back to the roots!"

[ProgNose]

Hallo Rainer,

hochinteressantes Projekt und danke, dass du uns wieder teilhaben lässt. Ich finde insbesondere die Ausführungen zu den Unterschieden von Ein- und Multibit-Wandlern spannend. 

Ist die Ein Bit-Technologie wirklich noch so unausgereift? Immerhin verwenden sehr renommierte und bestens beleumundete Hersteller wie z. B. RME mit dem hochgelobten Adi diese Technik. 

Auf Multibit-Wandler wiederum setzt z. B. Audio Note UK, die ja dafür bekannt sind, dass sie jeden Baustein in ihren Produkten gnadenlos nur nach bestmöglichen Klang auswählen. So kommen in ihren CD-Spielern 16- und 18-Bit-Wandler ohne Oversampling zum Einsatz, so auch der Philips TDA 1543.

Als Laie finde ich das alles mal wieder äußerst verwirrend. Letztendlich muss ich mich auf meine Ohren verlassen und für „ernsthaftes“ Musikhören landet, soweit vorhanden, das jeweilige Album als LP auf dem Plattenteller. 

LG Tom

[Rainer]

Hallo Tom,

RME kann keine Multibit-Wandler nutzen. Sie benötigen die direkten Schnittstellen von modernen Delta/Sigma Wandlern von ESS Sabre und AKM für ihre umfangreiche Equalizer-Software zur Raumkorrektur, die sie einzigartig dafür entwickelt haben. Ich nehme mal an, daß ihre Ingenieure durchaus den Kompromiß in der reinen Klangqualität zwischen echten Multibit Wandlern und Delta/Sigma Wandlern kennen, aber sie haben keine andere Wahl als Delta/Sigma Wandler von AKM oder ESS Sabre zu verwenden. 

Ein Delta/Sigma (1 Bit) Wandler bietet nur eine "Rekonstruktion" des originalen Signals, während ein echter 16 Bit Wandler eine digitale 1:1 Übertragung des analogen Signalspannungsverlaufs ohne Artefakte direkt umsetzt. Das Problem sind einzig die hohen Produktionskosten für Multibitwandler, da das Widerstandsnetzwerk im Chip nur äusserst geringe Toleranzen haben darf. Das kostet selbst in modernen Produktionsanlagen viel Geld und hohe Ausschußraten, weshalb man in den 90ern nach einer kostengünstigeren Alternative suchte. 

"Wandlerverfahren

Klassische DA-Wandler-ICs arbeiten mit präzisen R-2R-Leiternetzwerken und geschalteten Stromquellen, die ein 16Bit-Datenwort in einem Schritt in einen proportionalen Gesamtstrom umwandeln. 

Der Fertigungsprozess dieser ICs ist aufwändig und teuer, weil von der kleinsten Stromquelle für das niedrigstwertige Bit (LSB) bis zur Stromquelle für das höchstwertige Bit (MSB) stets ein exaktes Verhältnis der Ströme von 1:2 eingehalten werden muss und somit für die größte Stromquelle nur eine maximale relative Abweichung von plus minus 0,0015% zulässig ist. 

Als der Massenmarkt noch nicht gesättigt war, konnte man sich diesen Aufwand leisten. Heute ist der Massenmarkt mit Billig-CD- und Billig-DVD-Spielern gesättigt, die Gewinnmargen sind klein und von den relativ geringen Stückzahlen für den High-End Markt können die Halbleiterhersteller nicht existieren. Also wurde eine billigere Lösung gefunden, die sich zugleich an eine unkritische Kundschaft besser verkaufen lässt:

Der Delta-Sigma-Wandler. Dieser muss keine 65536 verschiedene Ausgangsstromwerte in einem Schritt liefern können, sondern braucht nur mit sehr hoher Frequenz zwischen Null und Eins hin und her zu schalten. Die rekonstruierte analoge Ausgangsspannung ergibt sich als Mittelwert aus sehr vielen Nullen und Einsen durch einfache Tiefpassfilterung. Im Prinzip ist das nichts anderes als ein Pulsbreitenmodulator, bei dem aber die Pulsbreite nicht kontinuierlich (analog), sondern diskret (digital) ist. Und weil die Pulsbreite diskret ist, muss ein Delta-Sigma-Wandler mit einer viel höheren Frequenz getaktet werden, um annähernd die Signalverarbeitungsqualität eines kontinuierlichen Pulsbreitenmodulators zu erreichen."

Im Grunde ist es ähnlich wie mit Class D Verstärkern. Es ging in den 90ern um Kostensenkung, weil der Massen-Markt explodierte. Klangqualität wurde zweitrangig und mit blumigen Marketingtricks wurden die "scheinbar" neuen Technologien an die Kundschaft verkauft. Das etwas mit den neuen Technologien nicht stimmte, offenbarte dann der neue Vinylboom ab 2007. Musikliebhaber wurden sich des "Digitalklangs" überdrüssig.

Man landet immer automatisch in einem Wespennest, sobald man sich die grossen kapitalintensiven Industrien mal genauer anschaut...

Gruß
Rainer

[ProgNose]

@Rainer: Ich hatte mich bisher bei der A/D-Wandlung nicht besonders für die Technik dahinter interessiert, aber jetzt bin ich durch deinen Bericht hier doch etwas angefixt und habe begonnen, mich etwas mehr damit auseinanderzusetzen. 

Bisher hatte ich angenommen, dass die Einbit-Technologie der Multibit-Variante klanglich überlegen sei. So klingt z. B. mein alter Mission Cyrus dAD7 CD-Player mit seinem 18-Bit Analog Devices Wandler an meinem iFi DAC mit Delta/Sigma-Chip von Burr Brown wesentlich besser. Seltsam. Aber vielleicht ist auch irgendwas technisches am Player nicht mehr in Ordnung. Oder liegt es am 8-fachen Oversampling? Jedenfalls ist der Unterschied unüberhörbar.

Zum Streamen von High-Res Formaten, insbesondere DSD, führt wohl kein Weg an der Delta/Sigma-Wandlung vorbei, oder? Also wäre ein Wandler, der sowohl Ein- als auch Multibitwandlung beherrscht, die beste Lösung, wenn man darüberhinaus noch CD hören will und sich keine zwei DACs hinstellen will. Da scheint es nicht sehr viele Geräte zu geben die das können, und wenn dann im eher hochpreisigen Bereich.

Wie auch immer, ich würde zu gern mal einen dieser DACs mit Philips TDA 1543 bei mir hören und mit meinem iFi Einbitler vergleichen. Vielleicht ergibt sich irgendwann mal eine Gelegenheit. Ich werde deine Tüftelei weiter aufmerksam verfolgen. 

LG Tom

[Rainer]

Hallo Tom,

da die pdf von Audio Optimum schon 10 Jahre alt ist, habe ich mich nochmal auf den neuesten Stand hin informiert. Da hat sich tatsächlich inzwischen etwas getan:

1. Der Studiostandard für Aufnahmen: 24 Bit

Für die reine Audioaufnahme (Recording) über Audiointerfaces und Wandler ist 24 Bit der absolute Industriestandard.

• Warum? Im Vergleich zum veralteten CD-Standard (16 Bit) bietet 24 Bit einen theoretischen Dynamikumfang von 144 dB (statt 96 dB).

• Der Vorteil: Tontechniker erhalten dadurch enorm viel "Headroom" (Aussteuerungsreserve). Das Quantisierungsrauschen sinkt so tief, dass selbst sehr leise Passagen rauschfrei aufgenommen und später lauter gedreht werden können. Ein Übersteuern der analogen Wandler wird damit bei der Aufnahme verhindert, ohne dass man zu nah am Rauschen pegeln muss.

2. Der Standard für Mixing & DAWs: 32 Bit Float

Moderne Digital Audio Workstations (DAWs wie Pro Tools, Logic, Cubase oder Ableton) arbeiten intern standardmäßig mit 32 Bit Float (Gleitkomma), manche sogar mit 64 Bit Float. Immer häufiger unterstützen auch moderne Feld- und Studio-Recorder die Aufnahme direkt in diesem Format.

• Warum? Im Gegensatz zu Festkommawerten (16/24 Bit) nutzt 32 Bit Float eine Gleitkomma-Berechnung.

• Der Vorteil: Der Dynamikbereich ist rein rechnerisch so gigantisch (über 1500 dB), dass internes Übersteuern unmöglich wird. Wenn Signale beim Zusammenmischen digital über 0 dB hinausgehen ("Clipping"), verzerrt das Signal innerhalb der DAW nicht. Man kann die Lautstärke am Master-Regler einfach wieder herunterziehen, und das Audiosignal ist absolut intakt und sauber.

Windows 11 nutzt ebenfalls 32 Bit Float, weshalb ich hier weder ASIO noch WASAPI über Winamp zum Laufen bekam nach dem Update. 

Moderne Studiogeräte arbeiten alle mit der Delta/Sigma Architektur. Nicht, weil sie "besser" ist, sondern weil der technische Aufwand für eine echte 24 Bit R2R -Architektur unvertretbar hoch wäre:

"Historische Wandler-Architekturen (wie klassische Multibit-Wandler oder R-2R-Widerstandsnetzwerke) wären physikalisch gar nicht in der Lage, echte 24 Bit bei Audio-Geschwindigkeiten fehlerfrei aufzulösen, da die Bauteiltoleranzen im Inneren des Chips dafür astronomisch präzise sein müssten."

Aber ob rein rechnerische 24 Bit hin oder her ändert nichts an der physikalischen Realität:

"Obwohl die Wandler als 24-Bit-Wandler deklariert sind und ein 24-Bit-Datenwort in deine DAW schicken, erreichen selbst die besten Studio-Wandler der Welt (z. B. von Burr-Brown, ESS Sabre oder AKM) physikalisch keine echten 24 Bit Rauschfreiheit.

• Das thermische Rauschen der analogen Bauteile (Widerstände, Transistoren) setzt eine Grenze.

• Die besten modernen Studio-Chips erreichen einen Dynamikumfang von ca. 120 dB bis 130 dB.

• Rein rechnerisch entsprechen 120 dB einer Auflösung von etwa 19 bis 20 Bit an echten, rauschfreien Daten (ENOB – Effective Number of Bits). Die restlichen 4 Bits transportieren quasi nur noch das ununterbrochene, natürliche physikalische Grundrauschen der Elektronik."

Mein rein subjektives bedeutungsloses Fazit der letzten 10 Jahre ist, daß mich alle Delta/Sigma Wandler - auch die neuesten AKM einschliesslich Hybride (wie BurrBrown PCM1794) - nach längerer Hörzeit von einigen Wochen... Monaten nur noch nervten mit ihrer künstlich-sterilen Präsentation auch RME ADI II.

Wer seit Jahren nichts anderes mehr als Delta/Sigma Klang gewöhnt ist und damit zufrieden ist, sollte lieber der Einfachheit halber dabei bleiben.
Burr Brown gefiel mir auch besser als AKM, ESS und AD. Und ich höre ja nur 16Bit/44kHz Dateien.

Gruß
Rainer

[LowFi]

Moinsen Rainer ...Auch wenn Dein letzter Beitrag nicht an mich gerichtet war so fand ich ihn äußerst informativ und interessant. Thanx a lot !

[mannitheear]

Hallo Rainer,

könnte dein Fazit damit zusammenhängen dass du mit MP3 hörst? Vielleicht können die Multibit Wandler aus irgendeinem Grund das besser rendern?

LG
Manfred