ในปี 2006 ผู้ผลิตอุปกรณ์เครื่องเสียงของอังกฤษ ชื่อแบรนด์ว่า Cambridge Audio ได้ทำการเปิดตัวเครื่องเล่นซีดีในอนุกรม Azur ซึ่งเป็นอนุกรมสูงสุดออกมารุ่นหนึ่ง ชื่อรุ่น Azur 840C ออกมา ซึ่งเป็น เครื่องเล่นซีดีที่มีช่องอินพุตสำหรับรองรับสัญญาณ digital จากภายนอกได้ด้วย
คุณสมบัติเด่นของ Azur 840C ที่ออกมาในตอนนั้นนอกจากจะเป็น cd player + external DAC ในตัวที่มี digital input มาให้ครบ ทั้ง optical, coaxial สำหรับซีดี ทรานสปอร์ตแล้ว ภาค DAC ใน Azur 840C ยังได้บรรจุการทำงานของวงจร Upsampling ด้วยเทคโนโลยีที่ชื่อว่า Q5 ATF (Adaptive Time Filtering) มาให้ด้วย ซึ่งสมัยนั้นถือว่าเป็นอะไรที่โดดเด่นมากสำหรับเครื่องเล่นซีดีในระดับกลางสูง
และนั่นเป็นครั้งแรกที่วงการเครื่องเสียงไฮไฟฯ รู้จักกับเทคโนโลยี Adaptive Time Filtering (ATF)
ความเป็นมาของ Q5 Adaptive Time Filtering (ATF)
เมื่อปี 2006, Matthew Bramble ซึ่งตอนนั้นดำรงตำแหน่ง Technical Director ของบริษัท Audio Partnership ซึ่งเป็นเจ้าของแบรนด์ Cambridge Audio กำลังค้นหาวิธีพัฒนาเครื่องเล่นซีดีของ Cambridge Audio รุ่น Azur 840C ให้มีความโดดเด่นมากที่สุดในขณะนั้น เนื่องจากเวลานั้น เครื่องเล่นซีดีเริ่มจะเข้าสู่ช่วงขาลง วงการไฮไฟฯ กำลังเริ่มต้นเบนเข็มบ่ายหน้าไปสู่การเล่นไฟล์เพลงบนคอมพิวเตอร์และสตรีมมิ่งกันมากขึ้น แต่ความนิยมในการใช้เครื่องเล่นซีดีก็ยังคงมีอยู่
ในยุคนั้น ผู้ผลิตชิป DAC หลายๆ เจ้าได้ทำการพัฒนาชิป DAC ของตัวเองให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น สามารถรองรับการแปลงสัญญาณดิจิตัลได้สูงถึง 24bit/192kHz ซึ่ง Matthew Bramble ก็ได้นำชิป DAC คุณภาพสูงเหล่านั้นมาใช้ในเครื่องเล่นซีดีที่เขาพัฒนาขึ้นมา แต่ทว่า ในขณะนั้น ไฟล์เพลงที่มีความละเอียดสูงถึงระดับ 24/192 ยังไม่แพร่หลาย เพื่อให้ชิป DAC สามารถทำงานออกมาได้ประสิทธิภาพสูงสุด แมทธิว บรามเบิ้ลจึงเลือกเอาเทคนิค Upsampling มาใช้
ที่จริงแล้ว ผู้ผลิตชิป DAC แต่ละเจ้าก็ได้ออกแบบฟังท์ชั่น Upsampling บรรจุมาให้ในชิป DAC ด้วยแล้ว เรียกกันทั่วไปว่าฟังท์ชั่น Sample Rate Conversion (SRC) รวมถึงวงจร digital filter ที่ต้องใช้คู่กับการทำ Upsampling ด้วย ทว่า บรามเบิ้ลมองว่า ผู้ผลิตเครื่องเล่นซีดีส่วนใหญ่ในขณะนั้นต่างก็ใช้ฟังท์ชั่น Upsampling ที่ติดมากับชิป DAC เหมือนๆ กัน ซึ่งเขาต้องการสร้างความแตกต่างและต้องการให้ได้คุณภาพเสียงที่สูงกว่านั้นขึ้นไปอีก
แมทธิว บรามเบิ้ลกับทีมวิศวกรของ Audio Partnership เลือกใช้ชิป DAC ของ Analog Devices เบอร์ AD1955 ที่ประมวลผลด้วยความละเอียดสูงถึง 24bit แยกแชนเนลละตัวสำหรับภาค DAC ของ Azur 840C แต่ไม่ได้ใช้ฟังท์ชั่น Upsampling ที่ให้มาในชิป DAC ตัวนั้น ซึ่งวิธีการที่จะสามารถทำได้ก็คือ อาศัยความสามารถของโปรแกรมเมอร์ที่เก่งๆ มาช่วยออกแบบเขียนซอฟท์แวร์ที่ใช้ในการทำ Upsampling ขึ้นมาเอง เขาเริ่มต้นออกค้นหาและนั่นคือจุดเริ่มต้นที่ทำให้เขาค้นพบบริษัท Anagram Technologies ที่ประเทศสวิสเซอร์แลนด์
แมทธิว บรามเบิ้ลกับทีมโปรแกรมเมอร์ของ Anagram Technologies ทำงานร่วมกันในการออกแบบซอฟท์แวร์ที่ใช้ในการทำ Upsampling ขึ้นมาจนสำเร็จ โดยให้ชื่อว่า “Q5 Upsampling” และได้นำซอฟม์แวร์นี้ไปเขียนลงบนชิป DSP ขนาด 32bit ของ Analog Devices ที่ชื่อว่า “Black Fin” ก่อนจะขายสิทธิ์ในการใช้งานให้กับ Audio Partnership นำไปออกแบบเครื่องเสียง
หลักการทำงาน
สัญญาณเพลงที่เข้ามาทางอินพุตจะถูก “จัดเรียงแซมเปิ้ลสัญญาณใหม่” (resampling) ด้วยการแทรกข้อมูล (interpolated) เข้าไปในสัญญาณเดิมด้วยเทคนิค Q5 Upsampling ที่เขียนขึ้นมาโดย Anagram Technologies ซึ่งมีความแม่นยำมากกว่าการ resampling ด้วยวงจร sample rate converter ที่แถมมาในชิปสำเร็จทั่วไป
จากภาพข้างบนนี้ ด้านซ้ายมือเป็นการ upsampling สัญญาณอินพุตขึ้นไปที่ระดับ 192kHz (เส้นสีน้ำเงินคือสัญญาณอินพุตออริจินัล ส่วนเส้นสีแดงคือสัญญาณที่แทรกเพิ่มเข้าไป) หลังจากทำการอัพแซมปลิ้งขึ้นไปแล้ว สัญญาณเสียงที่ได้ออกมาก็คือเส้นที่ลากเชื่อมไปตามจุดสี่เหลี่ยมสีแดง ซึ่งจะเห็นว่า เบี่ยงเบนไปจากเส้นกราฟของสัญญาณออริจินัลที่เป็นเส้นสีดำมาก
ส่วนภาพทางขวา เป็นลักษณะของการทำ Upsampling ด้วยโปรแกรม Q5 Upsampling ของ Anagram Technologies ซึ่งทำการอัพฯ ขึ้นไปถึงระดับ 384kHz คือสูงกว่าทั่วไปอีกหนึ่งเท่าตัว (เส้นสีน้ำเงินคือสัญญาณอินพุตออริจินัล ส่วนเส้นสีเขียวคือข้อมูลที่แทรกเข้าไป) หลังจากทำการอัพแซมปลิ้งขึ้นไปแล้ว จะเห็นว่า สัญญาณเสียงที่ได้ออกมาจากการลากเส้นเชื่อมต่อจุดสี่เหลี่ยมสีเขียว จะมีลักษณะของสัญญาณออกมา “ใกล้เคียง” กับลักษณะสัญญาณออริจินัลที่เป็นเส้นสีดำมาก
เมื่อสัญญาณดิจิตัลอินพุตถูกอัพแซมปลิ้งขึ้นไปถึง 384kHz แล้ว ก่อนจะส่งให้กับชิป DAC ที่รองรับ sampling ได้แค่ระดับ 192kHz จำเป็นต้องหาวงจร digital filter มาทำการตัดกรองสัญญาณดิจิตัลที่อัพฯ ขึ้นไปลงมาอยู่ที่ระดับ 192kHz ก่อนส่งให้ชิป DAC ทำการแปลงเป็นสัญญาณอะนาลอกออกมา ซึ่งวงจร digital filter นี้ก็มีความสำคัญมากต่อคุณภาพเสียงที่ได้ออกมา ทาง Anagram Technologies ได้ทำการเขียนวงจร digital filter ขึ้นมาใช้กับเอ๊าต์พุตที่ผ่านขั้นตอนอัพแซมปลิ้งด้วย Q5 Upsampling ด้วย
เทคโนโลยี Q5 Upsampling + วงจรดิจิตัลฟิลเตอร์ Adaptive Time Filtering (ATF) ได้ถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์เครื่องเสียงประเภทดิจิตัลเพลเยอร์ของ Cambridge Audio ต่อมาจนถึงปัจจุบัน โดยผ่านการพัฒนาปรับปรุงประสิทธิภาพให้ดีขึ้นเรื่อยๆ /
********************
