R2R-DAC: Warum die Widerstandsleiter unterlegen ist — und trotzdem lebt

Wenn du auf Deutsch nach „R2R DAC“ suchst, ist das zweite Ergebnis ein Reddit-Thread. Die meistgewählte Antwort darin sagt sinngemäß: R2R-Wandler seien die Röhrenverstärker der digitalen Welt, objektiv schlechter, mit reichlich harmonischen Verzerrungen.

In meiner Kette steckt ein R2R-Wandler. Und die Reddit-Antwort hat, was die Messwerte angeht, recht.

Beides zusammen ist kein Widerspruch, sondern genau die interessante Stelle. Also nehme ich mir hier beides vor: warum die Leiter technisch unterlegen ist — das lässt sich ausrechnen, und ich rechne es vor — und was trotzdem für sie spricht, ohne dass ich dir dafür etwas über „analoge Wärme“ erzählen muss.

Was die Leiter tatsächlich tut

Ein Digital-Analog-Wandler hat eine einzige Aufgabe: aus einer Zahl eine Spannung machen, zigtausendmal pro Sekunde. Wie er das macht, ist die ganze Frage. Falls der Begriff für dich neu ist, fang besser bei den Grundlagen zum D/A-Wandler an; hier setze ich sie voraus.

Die R2R-Leiter ist die direkte Variante, und sie ist alt. Für jedes Bit gibt es ein Widerstandspaar im Verhältnis 1:2 — daher der Name. Ist das Bit gesetzt, steuert sein Zweig einen Strom bei; ist es das nicht, eben nicht. Die Widerstände sind so gestaffelt, dass jedes höhere Bit genau doppelt so viel beiträgt wie das darunter. Am Ende des Netzwerks addieren sich alle Beiträge zu einer Spannung.

Das ist bestechend einfach. Es gibt keinen Zwischenschritt, keine Rückkopplung, keine hohe Taktrate. Die Zahl steht an, das Netzwerk stellt die Spannung ein, fertig. Der Soekris dam1021, den ich hier nehme, weil sein Datenblatt öffentlich und detailliert ist, arbeitet zusätzlich sign magnitude: je eine Leiter für die positive und die negative Halbwelle, statt einer Leiter mit Vorzeichen-Offset.

Und genau in dieser Einfachheit steckt das Problem.

Die Leiter hat ein Genauigkeitsproblem — und man kann es ausrechnen

Der Widerstand für das höchstwertige Bit trägt die halbe Vollaussteuerung. Der für das zweithöchste ein Viertel. Und so weiter. Damit die Treppe sauber bleibt, muss jeder Widerstand seinen Beitrag genauer treffen, als die kleinste Stufe groß ist.

Daraus wird eine Rechnung. Für n Bit Linearität muss der Widerstand auf besser als 1/2ⁿ genau sein; will man auf ein halbes niederwertigstes Bit genau bleiben, auf 1/2ⁿ⁺¹. Umgekehrt sagt dir eine gegebene Toleranz also, wie viele Bit sie überhaupt hergibt.

Eigene Rechnung: Bits = log₂(1/Toleranz), für die ½-LSB-Spalte minus eins. Die Rechnung betrachtet den Fehler des höchstwertigen Widerstands, der die Linearität dominiert; reale Leitern haben zusätzlich Temperaturdrift und Alterung, beides macht es nicht besser.

Jetzt die Gegenrichtung, und die ist der eigentliche Punkt. Für 16 Bit bräuchtest du Widerstände mit 0,0015 % Toleranz. Für 24 Bit mit 0,000006 %. Solche Bauteile gibt es nicht zu kaufen, und zwar nicht, weil niemand sie bauen wollte.

Eine ehrliche 24-Bit-lineare Widerstandsleiter ist nicht herstellbar. Das ist keine Polemik gegen R2R, das ist eine Größenordnung.

Interessanterweise kursiert in englischsprachigen Foren genau diese Grenze: Oberhalb von etwa 14 Bit sei eine genaue R2R-Matrix beim heutigen Stand der Technik nicht zu machen. Meine Tabelle sagt für 0,005 % exakt 14,3 Bit. Zwei unabhängige Wege, dieselbe Grenze — das macht die Zahl belastbarer, als wenn ich sie irgendwo abgeschrieben hätte.

Der Hersteller bestätigt es in seiner eigenen Preisliste

Das Schöne am dam1021 ist, dass Soekris die Platine in zwei Genauigkeitsstufen verkauft und für beide unterschiedliche Messwerte angibt. Damit wird aus meiner Rechnung eine überprüfbare Behauptung.

Preise und Klirrwerte wörtlich von soekris.dk abgelesen (Stand September 2026). Die letzte Zeile ist meine Rechnung aus der Tabelle darüber, keine Herstellerangabe. Soekris schreibt dazu selbst: „Only the harmonic distortion get better with more precise resistors, and typically they will sound much the same as the resistors initially are better then specified. But the more precise resistors has smaller temperature drift and better long term stability.“

Genauere Widerstände, weniger Klirr, höherer Preis — und sonst ändert sich nichts an der Platine. Deutlicher kann ein Hersteller kaum bestätigen, dass die Widerstandsgenauigkeit die begrenzende Größe ist.

Bemerkenswert ist allerdings, wie der Satz weitergeht. Im selben Atemzug schreibt Soekris, beide Varianten klängen typischerweise „much the same“, weil die Widerstände in der Praxis ohnehin besser ausfielen als spezifiziert; der eigentliche Gewinn der teureren Bestückung liege in geringerer Temperaturdrift und besserer Langzeitstabilität. Das ist eine ungewöhnlich zurückhaltende Aussage für eine Produktseite — der Hersteller verkauft die genauere Variante also ausdrücklich nicht als die besser klingende. Über die Frage „hört man das?“ sagt dieser Halbsatz mehr als die Klirrtabelle darüber.

Zwei Dinge, die man an dieser Stelle gern durcheinanderbringt. Erstens: Im Datenblatt steht „28 bit resolution“. Das ist die interne Rechenauflösung des FPGA, nicht die Linearität der Leiter — Kopfrechnen mit Reserve, damit beim Filtern nichts abgeschnitten wird. Zweitens: Der Unterschied zwischen beiden Varianten ist bei −60 dB deutlich größer als bei Vollaussteuerung, 0,09 gegen 0,03 Prozent. Genau dort, im Leisen, schlagen Widerstandsfehler durch. Laut ist die Leiter gut; die Schwäche liegt in den feinen Pegeln.

Wie Delta-Sigma dem Problem ausweicht

Wenn viele exakte Stufen das Problem sind, dann bau eben fast keine. Das ist die ganze Idee hinter Delta-Sigma.

Was beim Wandler ankommt, ist in beiden Fällen dieselbe Bitfolge — vorausgesetzt, die Kette davor hat nichts daran gedreht, was bit-perfekt genau meint. Der Unterschied beginnt erst danach, bei der Frage, wie aus dieser Folge eine Spannung wird.

Statt 65.536 präzise abgestufte Spannungen zu erzeugen, nimmt so ein Wandler eine Handvoll Stufen — im Extremfall nur zwei — und schaltet zwischen ihnen mit einem Vielfachen der Abtastrate hin und her. Die Information steckt dann nicht mehr in der Höhe der einzelnen Stufe, sondern im Verhältnis, wie lange welche Stufe anliegt. Ein nachgeschaltetes Tiefpassfilter mittelt das zur eigentlichen Wellenform.

Der Trick dabei heißt Noise Shaping. Grob gerechnet wird der unvermeidliche Quantisierungsfehler nicht gleichmäßig über das Spektrum verteilt, sondern gezielt nach oben geschoben, in Frequenzbereiche weit über allem, was du hören kannst. Im Hörbereich bleibt dadurch sehr wenig übrig.

Und der entscheidende Vorteil: Zwei oder acht Spannungsstufen lassen sich beliebig genau aufeinander abstimmen. Das Genauigkeitsproblem der Leiter verschwindet einfach, weil es fast nichts mehr abzustimmen gibt.

Umsonst ist das nicht. Die Komplexität wandert ins Digitale, in den Modulator und die Filter. Es braucht eine sehr hohe Taktrate, eine saubere Analogstufe dahinter, und schlecht ausgelegte Modulatoren können bei bestimmten Eingangssignalen tonale Artefakte erzeugen. Nur: Diese Probleme sind lösbar, sie sind gelöst worden, und sie sind vor allem Rechenprobleme — nicht Fertigungsprobleme wie bei einem Widerstand.

Was die Messwerte sagen, und da wird es unbequem

Stellen wir die Zahlen nebeneinander. Links die diskrete Leiter, rechts ein verbreiteter Wandlerchip aus dem oberen Delta-Sigma-Regal.

Soekris-Werte von soekris.dk, ESS-Wert aus der Herstellerangabe zum ES9038PRO („THD+N −122 dB“). Umrechnung Prozent → dB von mir: dB = 20·log₁₀(Prozent/100). Die Zahlen sind nicht direkt vergleichbar: Soekris gibt THD an, ESS gibt THD+N an, die Messbedingungen sind nicht identisch, und beide Angaben stammen vom jeweiligen Hersteller, nicht aus einer unabhängigen Messung. Außerdem ist der ES9038PRO ein Chip, der dam1021 eine fertige Platine — ein Gerät mit diesem Chip erreicht die Chip-Zahl in der Praxis nicht.

Mit allen Vorbehalten bleibt eine Größenordnung stehen: rund 39 dB, also etwa Faktor 88 mehr Klirr. Das ist kein Messgleichstand, den man wegdiskutieren kann.

Wo die Leiter wirklich schwächelt: im Leisen

Die interessantere Zahl steht allerdings gar nicht in dieser Tabelle, sondern in der davor. Beim dam1021-12 steigt der Klirr von 0,007 Prozent bei Vollaussteuerung auf 0,03 Prozent bei −60 dB — das Vierfache. Bei der günstigeren Variante sind es 0,015 gegen 0,09 Prozent, also das Sechsfache.

Das ist kein Messfehler, sondern genau das, was die Rechnung von weiter oben vorhersagt. Der absolute Fehler einer Widerstandsleiter ändert sich mit dem Pegel kaum — er steckt in den Bauteilen, nicht im Signal. Wird das Signal kleiner, bleibt der Fehler also gleich groß und wächst im Verhältnis. Deshalb ist die Leiter laut gut und leise schlechter, und deshalb hilft die bessere Widerstandsgüte im Leisen auch mehr als bei Vollaussteuerung.

Und das ist die Stelle, an der es praktisch wird: Musik verbringt die allermeiste Zeit weit unterhalb der Vollaussteuerung. Die 0 dB im Datenblatt trifft ein Aufnahmepegel nur in Spitzen, der Durchschnitt liegt zig Dezibel darunter. Die Betriebsbedingung, unter der ein Wandler den größten Teil des Abends arbeitet, ist also der ungünstigere der beiden Messwerte — nicht der, mit dem geworben wird.

Was ich dir hier nicht liefern kann, ist die Gegenprobe: Wie sich ein Delta-Sigma-Chip bei −60 dB verhält, steht in den Datenblättern, die ich abgerufen habe, schlicht nicht drin. Dort steht eine Zahl für Vollaussteuerung, und dabei bleibt es. Ich vergleiche an dieser Stelle also bewusst nicht weiter — es ist ohnehin ein guter Reflex, bei einer einzelnen Datenblattzahl zuerst zu fragen, unter welchen Bedingungen sie entstanden ist.

Wie viel davon zählt? Benchmark Media hat dafür ein Kriterium formuliert, das ich mag, weil es bewusst streng ist. Sinngemäß: „If we want to listen at 80 dB, peaks will reach about 100 dB. At this playback level, the distortion must be lower than -100 dB (0.001%) to absolutely guarantee that it is inaudible.“

Der dam1021-12 liegt mit −83,1 dB rund 17 dB über dieser Marke. Der Chip unterschreitet sie um 22 dB.

Und jetzt der Satz, den ich mir hier nicht sparen will, weil der Artikel sonst genau in das Lager kippt, das er einordnen möchte: „nicht garantiert unhörbar“ heißt nicht „hörbar“. Benchmarks Schwelle ist ein absolutes Garantie-Kriterium — sie fragt, ab wann Verzerrung unter allen Umständen unter der Wahrnehmung liegt, nicht ab wann sie auffällt. Wer die Marke verfehlt, landet im Bereich „kommt darauf an“, nicht im Bereich „klingt kaputt“.

Dazu kommt ein zweiter Satz von Benchmark, der die Verhältnisse zurechtrückt: „In any audio system, the loudspeakers are often the largest source of distortion.“ Eine Zahl nennt Benchmark dafür nicht, also nenne ich auch keine. Aber die Richtung ist klar, und sie ist derselbe Gedanke wie beim Kabel: Es lohnt sich zu fragen, welches Glied der Kette wirklich begrenzt.

Warum ich trotzdem einen habe

Bei mir läuft ein Raspberry Pi mit einem Transport-Board obendrauf, und daran hängt ein Soekris dam1021. Ich habe die Kette selbst aufgebaut, und beim Strom bin ich zweigleisig gefahren: Der Pi bekommt ein reguliertes 5-V-Netzteil, das Transport-Board wird davon getrennt aus einer Bank mit Superkondensatoren versorgt, mit 3,3 V am sauberen Eingang.

Vor dem Soekris standen hier andere Wandler: zwei von Audiolab — der M-DAC und der teurere M-DAC+, beide mit ESS’ Sabre-Chipsatz und damit aus genau der Delta-Sigma-Familie, die weiter oben die Messwerte gewinnt — dazu ein SMSL, dessen Modell ich nicht mehr zusammenbekomme, und ein Denafrips Ares. Der Ares ist selbst eine Widerstandsleiter, kein Delta-Sigma-Gerät.

Und ja, ich habe eine Vorliebe: Von allen, die ich hier hatte, höre ich den Soekris am liebsten.

Nur ist das ein Geschmacksurteil und kein Befund, und ich will es auch nicht als einen verkaufen — was ein Vergleich leisten müsste, damit er zählt, habe ich an anderer Stelle aufgeschrieben. Der beste Einwand gegen meine eigene Vorliebe steht ohnehin in der Aufzählung darüber: Mein Favorit und der Ares sind beide Widerstandsleitern. Wenn ich innerhalb derselben Bauart einen Favoriten habe, kann die Bauart nicht der Grund dafür sein.

Was mich an dem Gerät hält, ist ohnehin etwas, das in keiner Messtabelle vorkommt: die Befriedigung, so ein komplexes Ding mit den eigenen Händen und dem eigenen Wissen aufgebaut zu haben. Sich in Netzteile einzuarbeiten, in Eingänge, in all die Einzelheiten — und am Ende zu hören, dass das Ganze funktioniert. Für meine Ohren klingt das Ergebnis schön, auflösend und räumlich. Das ist ein Satz über mich und meinen Abend, nicht über Physik, und genau so soll er hier stehen. Dieselbe Bastelei steckt inzwischen in fast allem, was ich über Streamer-Hardware schreibe.

Ein Detail, das ich ganz gern erzähle, weil es so schön gegen den Strich geht: Der dam1021 hat kein Display. Ich kann an diesem Gerät nicht ablesen, mit welcher Abtastrate es gerade läuft — ausgerechnet ich, der einen ganzen Artikel darüber geschrieben hat, was unterwegs mit der Abtastrate passiert.

Der Unterschied, der tatsächlich bleibt: das Filter

Wenn Leute Unterschiede zwischen Wandlern beschreiben, reden sie oft über die Wandlertopologie und meinen etwas anderes: das digitale Filter davor.

Jeder Wandler braucht ein Rekonstruktionsfilter. Wie steil es ist, wo es einsetzt und wie es mit dem Einschwingverhalten umgeht, ist eine Entwurfsentscheidung mit hörbaren Folgen — und sie ist unabhängig von der Frage, ob dahinter eine Leiter oder ein Modulator sitzt. Klassische steile Filter erzeugen ein Vor- und Nachschwingen um scharfe Transienten herum; sanftere Filter vermeiden das und lassen dafür mehr Spiegelfrequenzen durch.

Viele R2R-Boards, der dam1021 eingeschlossen, lassen dich zwischen mehreren Filtern umschalten oder ganz ohne Oversampling arbeiten — das ist, was in Foren NOS heißt, non-oversampling. Hier liegt ein reproduzierbarer, messbarer und tatsächlich diskutabler Unterschied. Nur ist es eben ein Unterschied der Filterwahl, nicht der Leiter. Ein Delta-Sigma-Gerät mit umschaltbaren Filtern bietet dieselbe Spielwiese.

Ich halte das für die nützlichste Erkenntnis in der ganzen Debatte: Das, worüber am meisten gestritten wird, ist meistens nicht das, worüber gestritten wird.

Für wen lohnt sich ein R2R-DAC?

Nach Messwerten: für niemanden. Wenn dein Ziel technische Perfektion für kleines Geld ist, kaufst du ein Delta-Sigma-Gerät und bist fertig.

Nach allem anderen gibt es genau zwei Gründe, die ich vertreten kann.

Der erste ist Neugier, und dazu stehe ich. Eine offene Platine, an der du Netzteil, Gehäuse und Takt selbst verantwortest, bringt dir mehr über digitale Wiedergabe bei als jedes fertige Gerät. Das ist kein Klangargument, es ist ein Lernargument.

Der zweite ist das Filter aus dem Abschnitt davor. Wenn du ohne Oversampling hören willst, sind diese Boards der direkte Weg dorthin.

Und weil das Thema in Foren fast nur in der Preisklasse zwischen anderthalb und dreizehn Tausend Euro verhandelt wird, hier die nüchterne Zahl zum Einstieg: Die günstigere dam1021-Variante steht mit 219 Euro in der Liste, die genauere mit 315. Dafür bekommst du eine nackte Platine. Gehäuse, Netzteil und Verkabelung kommen obendrauf, und zwar als Arbeit, nicht nur als Kosten. Wer das nicht will, ist mit einem fertigen Gerät besser bedient — und wenn du gerade erst anfängst, ist der Einstieg ins Streaming der sinnvollere erste Schritt.

Häufige Fragen

Klingt ein R2R-DAC wärmer als ein Delta-Sigma-DAC?

Das wird oft behauptet, und ich kann es weder bestätigen noch widerlegen. Ich habe über die Jahre mehrere Wandler beider Bauarten gehört, aber daraus folgt kein Beleg, und eine belastbare Studie dazu kenne ich nicht. Was sich sagen lässt: Ein R2R-Wandler produziert mehr harmonische Verzerrungen als ein moderner Chip, und harmonische Verzerrungen niedriger Ordnung werden in anderen Zusammenhängen durchaus als „warm“ beschrieben. Ob das hier die Erklärung ist oder ob die Erwartung mitspielt, ist damit nicht entschieden.

Was bedeutet NOS bei einem DAC?

Non-oversampling: Der Wandler bekommt die Daten in ihrer ursprünglichen Abtastrate und rechnet sie nicht auf ein Vielfaches hoch. Dadurch entfällt das digitale Rekonstruktionsfilter mitsamt seinem Ein- und Ausschwingen, und man handelt sich dafür mehr Anteile oberhalb des Hörbereichs ein. Das ist eine bewusste Abwägung, keine Verbesserung — und sie ist unabhängig davon, ob eine Leiter oder ein Modulator dahintersteckt.

Ist „Multibit“ dasselbe wie R2R?

Fast. Multibit heißt zunächst nur, dass der Wandler mehrere Bit gleichzeitig in eine Spannung umsetzt, statt einen schnellen Ein-Bit-Strom zu erzeugen. Eine R2R-Leiter ist die verbreitetste Bauform davon, aber nicht die einzige. In der Praxis meinen beide Begriffe im HiFi-Kontext meistens dasselbe Gerät.

Was mich an diesem Thema hält, ist nicht die Frage, welche Topologie gewinnt. Die ist beantwortet, und zwar nicht zugunsten der Leiter. Es ist die Frage, warum eine technisch unterlegene Lösung so hartnäckig weiterlebt — und an welcher Stelle in der Kette ihre Nachteile überhaupt sichtbar werden. Bei den höheren Auflösungen läuft übrigens eine sehr ähnliche Diskussion, nur mit größeren Zahlen auf der Verpackung.