Лого www.inmu3.ru
Автоакустика

Цифро-аналоговый преобразователь или как сделать звук лучше на компьютере?

  • ЦАП и с чем его едят.

  • Немного о форматах

ЦАП и с чем его едят.

Заумных слов и определений о ЦАПе (цифро-аналоговом преобразователе) сказана уйма, но сходу, так вот понять, зачем же эта штукенция нужна - не так уж и просто. Поэтому, сегодня просто о сложном (ну, или не очень просто..). ЦАП берёт, и преобразовывает двоичный сигнал вашего компа в сигнал, понимаемый Вашими музыкальными колонками, то есть - в аналаговый электрический сигнал, который те, в свою очередь, превращают в аналоговый звук. Чё эт? - резонно спросите вы - мои колонки и мой компьютер и без него друг-друга не плохо понимают. Понимают, потому что компьютер и сам своего рода переводчик, его звуковая карта через порт подключения колонок к компьютеру посылает, уже преобразванный в аналоговый, бывший цифровым сигнал. Но штука в том, что звуковая карта переводчик - так себе. Преобразует один сигнал в другой с некоторыми искажениями. Есть, конечно, внешние звуковые карты, которые справляются с этим лучше встроенной, и стоят не дорого, но у них спектр задач весьма широк - обеспечивать работу звуковой клавиатуры, студийных микрофона и наушников, или электрогитары... Да, внешняя звуковая карта, как и интегрированная, это и ЦАП и АЦП (аналого-цифровой преобразователь) в одной коробке. Только внешняя поддерживает подключение большего количества устройств, у неё меньше задержка обработки и более качественное преобразование.

О преобразовании - это сложнейший процесс, осуществляемый определённым алгоритмом (кодеком), но если в двух словах: АЦП получает сигнал, разделяет его на мельчайшие частицы, нумерует их двоичной системой, склеевая из неё уже упорядоченную дорожку координат - цифровой сигнал, который "слышит" наш копьютер, планшет, или смартфон. Склеевать может в разных форматах, но выделяются форматы с потерями (техническими искажениями из-за недостаточной точности и количества координат), среди которых и всеми нами любимый mp3, и форматами без потерь. Без потерь - это условно, так как звук в идеале, то есть полнейшую его копию, передать - невозможно (нет той точности и достаточного количества координат во временном отрезке). Но форматы без потерь (flac, dsd) делают это настолько качественно, что даже самый придирчивый меломан едва ли заметит разницу. При условии хорошей акустики, разумеется. Об акустике пространне можно узнать здесь. Цифро-аналоговое преобразование - задача не менее сложная. Здесь уже нужно всё сделать в обратном порядке. Дорожку цифровых координат нужно раскодировать из двоичной системы в аналоговый электрический сигнал, посылаемый на динамик, из которого уже льётся непрерывный аналоговый сигнал - звук, который мы с Вами слышим.

График цифрового и аналогового сигналов

Для супер-крутого понимания всей этой темы: для начала прочитаем графики на рисунке. Предлагаю прочесть его немного нестандартно, слева - направо. Первым, на левом верхнем графике, мы видим аналоговый сигнал или сам звук. Он льётся непрерывной звуковой волной по горизонтальной и вертикальной оси. Он не может иметь точечного выражения. Если его рисовать точками, то их бесконечное количество всё равно будет сливаться в единую линию. Он имеет настолько высокую частоту, что просто непрерывен. Второй, правый верхний график, давайте представим как цифровой сигнал в формате dsd или flac. Мы видим некоторое количество точек координат, которые довольно точно описывают волну, представленную на предыдущем графике, как по вертикальной, так и по горизонтальной оси. Горизонтальная ось выражается в герцах, вертикальная - в уровнях разрядности - битах (8 бит - всего 256 варианта указания координат, 16 бит - уже 65536 варианта координат и 24 бит - немыслимые 16777216 варианта координат). Достаточно хорошим качеством звука считается качество формата Audio-CD, в нем записывались компакт-диски. В нём 44100 герц при разрядности в 16 бит.

Немного о форматах

Для того, чтобы мы слышали непрерывное звучание, у этих точек координат должна быть очень большая плотность в единицу времени - секунду. Из этих точек тоже должна получиться непрерывная для нашего восприятия волна. Чем больше точек координат мы имеем в цифровой записи - тем больше двоичного кода. Плотность этого кода в секунду времени именуется битрейтом (не путайте с битовой разрядностью!). Бит здесь выступает выражением общего количества координат по двум осям в информационном виде. А у форматов MPEG и mp3 битройтом еще называют ширину канала сжатия звука. В любом случае, чем он больше (шире) - тем лучше качество звука. К примеру, mp3-формат способен содержать в себе битрейт от 32 килобит в секунду (32 тысячи бит) до 320 кбит/с. При этом, звук в аж целых 32 тысячи бит, по времени воспроизводимых в секунду, будет весьма слабого качества, так как этой частоты указанния координат не достаточно. Звук течет с некоторой хаотичностью, мы слышим его с шумами. 320 кбит/с - для нашего уха слышатся уже очень хорошо. Но это не предел качества. Формат flac течёт с частотой до 1411,2 кбит/с, а dsd аж с 5644,8 кбит/с! И это еще далеко не предел, есть форматы звучания с более чем 10-ю мегабитами (1 Мбит = миллион бит) в секунду! Но для нашего слуха, звучание форматов flac, dsd и других форматов без потерь (с очень точным указанием координат волны и высокой частотой) является идеальным. Если кто-то запутался, не перечитывайте, просто представьте - аналоговый звук, который слышим мы с Вами - непрерывен. Цифровой сигнал - это карта, которая указывает звуку путь, куда ему нужно бежать. Чем она точнее - тем более качественно звук проделывает по ней путь. Вернемся к графику. На левом нижнем мы увидим как выглядит звуковая волна в цифровом виде, кодированная в двоичную систему координат. На правом нижнем - искаженная волна, с неточными координатами. Такое случится, если АЦП и/или ЦАП закодируют/раскодируют сигнал недостаточно качественно.

Цифро-аналоговый преобразователь

ЦАП

Из вышесказанного, думаю, задача ЦАПа вырисовывается довольно ясно. Кодируем аудио зачастую не мы, если только Вы не музыкант и не записали песню сами в звукостудии. А вот раскодировать, то есть преобразовать обратно в аналаговый сигнал, приходится нам самим, силами и средствами установленных в нашей технике звуковых карт. А они, как говорилось в начале, переводчики - так себе. Могут запросто допускать ошибки в чтении координат. То есть, уводить наш звук в "чужую степь". С форматом mp3 они еще мало-мальски справляются, а вот с форматами без потерь - беда.

ЦАПы, помимо качественного прочтения уже имеющихся координат, могут добиваться улучшенного преобразования разными способами. Могут искусственно увеличивать частоту дискретизации (количество герц в секунду) и повышать разрядность, то есть, сами дорисовывают карту координат, могут формировать последовательности импульсов разбивая сигнал на отдельные биты. Как ЦАП будет преобразовывать сигнал зависит от его архитектуры, современные - с широтно-импульсной модуляцией, и последовательность импульсов сформируют и все точки координат сосчитают вовремя, и дорисуют что-нибудь, если нужно. Но нам с Вами главное знать, для чего конкретно нам нужен цифро-аналоговый преобразователь. Если нам нужен мобильный и компактный ЦАП - лучше выбирать из моделей подключаемых по USB и расчитанных на работу как с ПК, так и со смартфонами. Можно так же приобрести качественный Hi-res плеер, который будет сам себе ЦАП и компьютеру сможет помочь с преобразованием. Если же у Вас серьезная акустическая апаратура звук на которую подаётся с компьютера - Вам подойдут многовункциональные и мощные настольные преобразователи.