В электронике, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, D/A, D2A или DAC) является прибором, который преобразует цифровые данные (обычно двоичного) в аналоговый сигнал (ток, напряжение, или электрический заряд ). А вот  аналого-цифровой преобразователь (АЦП) выполняет обратную функцию.  В отличие от аналоговых сигналов, цифровые данные могут быть переданы, перенесены и вы можете хранить их без повреждений, хотя должны будут потом эти данные воспроизводиться в более высококачественном оборудовании.

Какой ЦАП лучше?

ЦАП необходим для преобразования цифрового сигнала в аналоговый для получения точного высококачественного звука на наушниках или через усилитель на динамиках.

ЦАП и АЦП

ЦАП и АЦП, являются весьма удобной технологией, и данные приборы значительно способствовали цифровой революции.  Для примера, рассмотрим обычный междугородный телефонный звонок. Голос вызывающего абонента, преобразуется в аналоговый электрический сигнал от микрофона, а аналоговый сигнал преобразуется в цифровой поток с помощью АЦП.  Цифровой поток затем разделяется на пакеты, где они могут быть смешаны с другими цифровыми данными, не обязательно аудио.  Цифровые пакеты отправляются к месту назначения, но каждый пакет может принять совершенно иной маршрут и не может даже прийти к месту назначения в правильном порядке и ко времени.  Цифровые данные затем должны быть собраны в поток цифровых данных.  ЦАП преобразует в аналоговый звук  электрический сигнал, который приводит в действие звуковой усилитель, который, в свою очередь, приводит в действие громкоговоритель, который, наконец, воспроизводит звук.

Есть много характеристик влияющих на звук ЦАП: физические размеры, энергопотребление, разрешение, скорость, точность, стоимость и т.д.  Из-за сложности и точности подобранных компонентов (чип-микросхема, ОУ, конденсаторы, кварцевые генераторы и т.д) звук ЦАП может быть разный с разной «комплектухой», даже при одинаковых ЦАПах.

Работа АЦП — это неоднократное измерения амплитуды (громкости) входящей волны звука электрического давления (электрическое напряжение), и вывод этих измерений как длинный список бинарных байтов. Таким образом, математическая «картинка» создается от формы волны.  Не беспокойтесь о битах и ​​байтах. Для наших целей, это просто цифры.

Так что же, этот сигнал мы записываем и пытаемся воссоздать?  Единая форма волны в нашем примере является аналогом или скопирована как результат на всех частотах от всех инструментов, которые произошли в воздухе в студии звукозаписи, и, естественно, объединенных в воздухе и пришли в одну точку микрофона в определенном порядке как один аналоговый звук естественным образом, который обрабатывается в нашей барабанной перепонке, чтобы услышать его.  Это несчетное большое количество частот от всех инструментов и их гармоник и полученных от отражений комнаты (звуковой сцены), естественно объединены в воздухе и, естественно, «закодированы» как комплекс сигнала, и является оригинальной правдой о музыке на тот момент который мы пытаемся точно скопировать.

Частота дискретизации была определена и АЦП сделала свое дело, и данные теперь просто образовались в большой файл из чисел, впрочем, они могут быть изменены в бесчисленных форматах, а затем ​​переносятся, копируются по всему миру и, наконец, представлены в вашей комнате для прослушивания, для вашего ЦАП.

Бит будет идеальный если целостность файла будет сохранена, т.е. те же самые числовые значения, которые были созданы в АЦП — представлены вашему ЦАП.  Если это так, то данные будут с идеальным битом.

Воспроизведение ЦАП (DAC)

ЦАП работает так — читает цифровые данные из файла и пытается воссоздать копию оригинального аналогового сигнала, записанного когда-то.

Где еще используют ЦАП?

ЦАП обычно используется в музыкальных плеерах для преобразования цифровых потоков данных в аналоговые аудиосигналы. ЦАП также используется в телевизорах и мобильных телефонах для преобразования цифрового видео в аналоговые видеосигналы, которые подключаются к экрану для отображения черно-белых или цветных изображений.  Они используют ЦАП для скорости/разрешения видео.

ЦАП часто используется для преобразования конечной точности временных рядов данных на непрерывно различном физическом сигнале.

Типичный ЦАП преобразует абстрактные цифры в конкретной последовательности импульсов, которые затем обрабатываются с помощью восстанавливающего фильтра, с помощью той или иной формы интерполяции, которая заполняет данными между импульсами.  Другие методы ЦАП (например, методы, основанные на дельта-сигма модуляции ) продуцируют импульсные плотности в модулированный сигнал, который затем может быть отфильтрован по аналогии с получением плавного изменения сигнала.

В соответствии с Теоремой Котельникова, ЦАП (DAC) может восстановить исходный сигнал от выборочных данных при условии, что его пропускная способность соответствует определенным требованиям (например, полосы сигнала с полосой пропускания меньше частоты Найквиста).

Впрочем, в идеальном ЦАП отсутствует фильтр.  Но, в основном фильтр в ЦАП, в конечной полосе пропускания устройства сглаживает переходную характеристику в непрерывную кривую.

Большинство современных аудио сигналов сохраняют в цифровой форме (например, МР3, flac и компакт-диски) и для того, чтобы быть услышанным через динамики они должны быть конвертированы в аналоговый сигнал.

Наиболее распространенные типы электронных ЦАП:

Типы ЦАП и как они работают

ЦАП — это схема, которая преобразует цифровые данные в непрерывный аналоговый электрический эквивалент звука, который должен быть воспроизведен на высококачественной аппаратуре или наушниках.

Амплитуда представляет собой цифровой номер, который происходит на основе частоты дискретизации (например, 44 100 раз в секунду).  Этот процесс очень похож на бесконечную конвейерную ленту с пустыми кувшинами на нем, движущихся по заправочной станции.  Размер кувшина фиксируется, и со скоростью они проходят мимо, что и определяется частотой дискретизации.  Цель ЦАПа заполнить каждый кувшин точно по уровню, указанного в музыке.

Существуют три методики, используемые для достижения этой цели:

• Delta Sigma,
• Ladder,
• MSB Sign Magnitude Ladder.

 ЦАП Delta Sigma (Один бит)

Каждый образец или кувшин заполняется на нужном уровне со многими измерительными чашками, чтобы его налить /наполнить и достичь целевого уровня.

«Один бит»  — это мерный стаканчик либо полный, либо пустой.  С 64 разовой передискретизацией, чашка только 1/64-й от объема кувшина.  Это довольно плохая чашка и она не приблизилась к тому, чтобы быть достаточно точной.  Чашка должна была бы быть 1 / 16,777,216 от объем кувшина, чтобы быть точной. Фильтрация здесь важна. 

ЦАП Ladder (Лестница)

Ladder ЦАП отличается тем, что вместо одного мерного стакана (или бита), целый ряд чашек доступных, от очень маленьких, до очень больших.

Любую комбинацию чашки можно использовать для заполнения каждого кувшина точно по уровню.

Фильтрация не требуется, но точность определяется совокупной погрешностью всех используемых чашек.

ЦАП MSB Sign Magnitude Ladder

MSB Sign Magnitude Ladder ЦАП как Ladder ЦАП, изысканный и обрабатывает двумя способами.

Потому как чашки, как правило, на 1/2 полны, когда заканчивают, и начинают с очень точных 1/2 заполненных чашек вместо пустых.  Оттуда мы снова используем широкий спектр измерительных чашек добавляя или отнимая по каждой чашке.

Так как каждый сосуд заполняется точно, фильтрация не нужна.  Потому как наш слух наиболее чувствителен к звуку низкого уровня наш ЦАП является наиболее точным около 1/2 полным, где мы используем самые маленькие и самые точные измерения чашек.

А как насчет передискретизации ЦАП? 

Синхронное повышение дискретизации MSB просто означает добавление еще банок между существующими банками и перемещает их быстрее вниз на линию.  Глядя на многие банки до и после новых пустых, рассчитывает, как полные.

ЦАП Ladder (Лестница)

технически, привлекательна потому что это, как пассивный процесс (нулевой обработки любого вида, да, я знаю сам, преобразования является процессом), что означает, что нет никакого активного отбора проб и средних обработок, только простые резисторы, которые не имеют ограничения по скорости.  MSB Ladder (лестница) является самым точным.  Резистор быстрее — более 5 МГц.

Он имеет уровень шума в 160 дБ.  И это гораздо более точные и самые высоко-прецизионные ЦАП, реализованные в современном мире.

Широтно-импульсный модулятор

это простейший тип ЦАП.  Стабильный ток или напряжение переключается в нижний аналоговый фильтр с длительностью, определен цифровым кодом ввода. Этот ЦАП часто используется для управления скоростью электродвигателя, но есть много других приложений использующие этот ЦАП.

Оверсемплинг ЦАП или ЦАП интерполяции

такие как дельта-сигма ЦАП, использовать технику преобразования плотности импульса. Методика передискретизации позволяет использовать ЦАП с более низким разрешением внутри.  Простой 1-битный ЦАП часто выбирают потому, что он по своей сути линейный. ЦАП работает с импульсной плотностью модулированных сигналов, созданных с использованием фильтра низких частот — в технике это называется дельта-сигма модуляции.

Это приводит к эффективному фильтру высоких частот, действующий в обработке сигнала-шума, таким образом это называется ограничение шума.  Шум квантования при таких высоких частотах будет удален или значительно ослаблен путем использования аналогового фильтра нижних частот на выходе.

Большинство ЦАП с очень высоким разрешением (более 16 бит) относятся к этому типу из-за их высокой линейности и низкой стоимости.  Более высокие темпы передискретизации могут не иметь в своей спецификации выходного фильтра низких частот.  Скорость выше (например, 192 кГц) и 24 бит достижимы с дельта-сигма ЦАП.

Двоичный ЦАП, содержит отдельные электрические компоненты для каждого бита ЦАП, подключенный к суммирующей точке.  Эти точные напряжения или токи подводят к выходному правильному значению.  ЦАП является одним из самых быстрых способов конверсии, но страдает низкой точностью, требуемой для каждого отдельного напряжения или тока.  Такие компоненты высокоточные и дорогие, так что этот тип преобразователя обычно ограничивается 8-битным разрешением и менее.

R-2R ЦАП

является бинарным, взвешенных ЦАП, который использует повторяющий каскадную структуру значения резистора R и 2R.

Это улучшает точность из-за относительной простоты изготовления равно подобранные резисторы (или источники тока).

Циклический ЦАП

который последовательно строит вывод в течение каждого цикла.  Отдельные биты цифрового входа обрабатываются каждый цикл.

Гибридные ЦАП

которые используют комбинацию вышеуказанных методов в одном преобразователе.  Большинство ЦАП интегральных схем относятся к этому типу для получения низкой стоимости, высокой скорости и высокой точности в одном устройстве.

Большинство ЦАП, показанных в этом списке, полагаются на постоянное напряжение, чтобы создать своё выходное значение.  С другой стороны, умножая ЦАП (DAC) принимает переменное напряжение входного сигнала для их преобразования.  Это ставит дополнительные ограничения конструкции от пропускной способности схемы преобразования.

Общие гармонические искажения и шум в ЦАП (THD + N)

Он выражается в виде процента от общей мощности нежелательных гармонических искажений и шума.

Динамический диапазон в ЦАП

Измерение разности между наибольшим и наименьшим сигналом ЦАП может воспроизвести, выраженные в децибелах.

Другие измерения, такие как фазовые искажения и джиттер, также может быть очень важны для высокого качества звука.

Линейный PCM аудио для дискретизации обычно работает на основе каждого бита резолюции, эквивалентной 6 децибел амплитуды (2x увеличение объема или точности).

Нелинейные кодировки PCM (A-закон / μ-закон, ADPCM, NICAM) попытка улучшить свои эффективные динамические диапазоны с помощью различных методов — логарифмические размеры шагов между выходным сигналом сильных представленных каждого бита данных (торговля большее искажение квантования громкие сигналы для лучшей производительности тихих сигналов)

Заключительное слово о ЦАПах

Оригинальный способ Sony и Philips заключается в преобразовании цифровой информации ЦАП Ladder (лестница), немного резисторов, что при подключении выглядели лестницей (отсюда и название).  Но для Philips это было очень трудно построить, потому что было трудно получить резисторы достаточно точные, так как оригинал 1541ЦАП (DAC) был неточен. Но, тем не менее, он звучал лучше, чем следующие поколения, Дельта Сигма ЦАП.

Я надеюсь, статья «Какой ЦАП лучше?» была интересной и помогла кому-то. Пожалуйста, оставляйте комментарии ниже, чтобы я мог вернуться к вам.

Не бойтесь меня и добавляйтесь в ВК, Ютуб, Одноклассники

Если вы хотите узнать больше об этой теме, и быть в курсе, пожалуйста, подпишитесь на наш сайт.

Не забывайте сохранять нас в закладках! (CTRL+SHiFT+D) Подписывайтесь, комментируйте, делитесь в соц.сетях. Желаю удачи в поиске именно своего звука!

На нашем сайте Звукомания есть полезная информация по звуку и видео, которая пригодится для каждого, причем на каждый день, мы обновляем сайт «Звукомания» постоянно и стараемся искать и писать только отличную, проверенную и нужную информацию.