Czy mój telefon ma DAC? objaśniając dziś daki i wzmacniacze w smartfonach

Często otrzymujemy to pytanie, a teraz, gdy tak wiele telefonów nie ma już gniazda słuchawkowego, jest jeszcze bardziej powszechne: czy mój telefon ma przetwornik cyfrowo-analogowy? Czym dokładnie jest DAC i co on robi? Co ze wzmacniaczem?

Zobaczmy, czy uda nam się znaleźć odpowiedzi i, co ważniejsze, zastanowić się, jak to wszystko działa i dlaczego potrzebujemy tego DAC-a z jego zabawną nazwą i jak wzmacniacz sprawia, że ​​brzmi on lepiej lub gorzej.

Więcej: stan dźwięku w smartfonie: DAC, kodeki i inne terminy, które musisz znać

Co to jest przetwornik cyfrowo-analogowy?

Zdjęcie dzięki uprzejmości LG.

DAC pobiera sygnał cyfrowy z wejścia i przekształca go w sygnał analogowy na wyjściu. Cyfrowy sygnał audio jest łatwy do wyjaśnienia, ale trudniej jest go objąć. To sygnał elektryczny zamieniony na bity. Bity mają wzorzec, który ma określoną wartość w każdym punkcie, i im więcej razy próbkowano oryginalny sygnał, tym dokładniejszy jest ten wzorzec i te wartości.

Sygnał analogowy jest tym, co wyobrażasz sobie w głowie, gdy myślisz o fali. Jest to ciągły sygnał, którego amplituda zmienia się wzdłuż osi czasu.

Dźwięk jest konwertowany na kopię cyfrową, ponieważ łatwiej jest go skompresować, a rzeczy elektroniczne, które kochamy, takie jak nasze telefony, nie mogą przechowywać sygnału analogowego tak jak taśma. Nie potrafią też odczytać jednego z nich na wypadek, gdybyś myślał o podłączeniu napędu taśmowego do telefonu. Sygnał cyfrowy bardzo różni się od sygnału analogowego, a najłatwiejszym sposobem na zrozumienie tego jest przydatny mały schemat.

Sygnał cyfrowy podąża za bardzo sztywnymi i wyliczonymi liniami, podczas gdy sygnał analogowy jest bardziej swobodny. Wynika to z czasów próbkowania; dłuższe czasy próbkowania byłyby bliżej siebie wzdłuż dolnej osi (CZAS) i tworzyłyby płynniejszy sygnał cyfrowy o kształcie zbliżonym do analogu. Prawa oś mierzy amplitudę fali dźwiękowej. Kiedy zobaczysz sygnał między trzecim a czwartym czasem próbkowania w naszym przykładzie, możesz zobaczyć, jak dwa sygnały są różne, co oznacza, że ​​wytwarzany dźwięk będzie inny.

Fizyka i ograniczenia związane z byciem człowiekiem oznaczają, że nie jest to tak ważne dla odtwarzania, jak się wydaje. Ale jest to bardzo ważne dla pracy w studio i zachowania oryginalnej jakości nagrania. Konwersja jest bardzo złożoną procedurą, a DAC wykonuje wiele pracy. Ważne jest, aby rozpoznać, dlaczego cyfrowy plik audio może brzmieć inaczej niż nagranie analogowe.

Wzmacniacz

Wzmacniacz robi tylko jedną rzecz - napędza sygnał analogowy (wzmacniacze, o których i tak mówimy), więc jest bardziej intensywny i będzie głośniejszy, gdy wyjdzie z głośnika. Sygnał analogowy to po prostu prąd. Podnoszenie energii elektrycznej jest naprawdę bardzo łatwe i wykorzystujesz to, co stanowi transformator (uspokój inżynierów, to musi być proste), aby przejąć dane wejściowe, pobrać trochę energii z innych źródeł i zwiększyć wartość wejściową. Przekształca źródło.

Zbudowanie wzmacniacza jest łatwe. Budowanie dobrego wzmacniacza nie jest.

Kilka szczegółów może pokazać łatwą część. Aby wzmocnić zmienny sygnał - jak każdy rodzaj dźwięku - używasz trójprzewodowego komponentu zwanego tranzystorem (lub jego odpowiednikiem w układzie scalonym). Trzy połączenia nazywane są bazą, kolektorem i emiterem. Doprowadzenie słabego sygnału między bazą a emiterem tworzy bardziej intensywny sygnał na emiterze i kolektorze, gdy jest zasilany z zewnętrznego źródła. Oryginalny sygnał jest przymocowany do podstawy, a głośnik do kolektora. Możesz zrobić to samo z lampą próżniową, ale to nie zmieści się w twoim telefonie.

Najtrudniejszą częścią tego wszystkiego jest zachowanie oryginalnej częstotliwości i amplitudy. Jeśli wzmacniacz nie może odtworzyć częstotliwości sygnału wejściowego, jego pasmo przenoszenia nie jest dobrze dopasowane, a niektóre dźwięki są wzmacniane bardziej niż inne i wszystko brzmi źle. Jeśli amplituda wejściowa (nazwijmy tę głośność) wzrośnie do poziomu, który nie może się równać na wyjściu (tranzystor może wyprowadzić tylko tyle mocy), głośność wzmacniacza wyłączy się, a dźwięk zacznie się trzeć i zniekształcać. Wreszcie, jeśli słuchasz podczas nagrywania (zwykliśmy to nazywać rozmową telefoniczną), wzmacniacz musi uważać, aby nie zwiększyć sygnału wystarczająco wysoko, aby mikrofon mógł go odebrać, lub otrzymasz informację zwrotną. Nie dotyczy to tylko wyjścia, które można usłyszeć, ale samego sygnału. Elektryczność = magnetyzm.

Wzmacniacz wysokiej jakości może złagodzić wszelkie powstałe zniekształcenia.

Kiedy mówisz o dużych wzmacniaczach używanych na scenie, w miksie jest wiele innych rzeczy, takich jak przedwzmacniacze lub wzmacniacze wielostopniowe, a nawet skomplikowane konfiguracje wzmacniaczy operacyjnych, które mogą wpływać na dźwięk. Ale małe wzmacniacze mają swoje własne trudności, jeśli chcesz zrobić dobry. Nie można wzmocnić sygnału analogowego bez wpływu na wzmocnienie (głośność), wierność (wierne odtwarzanie dźwięku) lub wydajność (zużycie baterii). Stworzenie dobrego wzmacniacza do telefonu jest trudne. O wiele trudniejsze niż używanie dobrego przetwornika cyfrowo-analogowego, dlatego widzimy telefony z dobrym 24-bitowym przetwornikiem cyfrowo-analogowym, które nadal brzmią słabo w porównaniu z telefonem takim jak LG V30, który ma również świetny wzmacniacz.

Głębia bitowa i częstotliwość próbkowania

Nie słyszymy cyfrowego dźwięku. Ale nasze telefony nie mogą przechowywać analogowego dźwięku. Więc kiedy gramy naszą muzykę, musi ona przejść przez DAC. Nasz mały schemat powyżej pokazuje, jak ważne jest próbkowanie sygnału analogowego tyle razy, ile jest to rozsądnie możliwe, podczas konwersji go na plik cyfrowy. Ale to, jak „głęboka” próbka, robi różnicę.

Bez zbytniego technicznego, im dokładniejsza ma być każda próbka, tym większa głębia bitowa musi być użyta. Głębia bitowa jest reprezentowana przez liczbę, która może wprowadzać w błąd. Różnica wielkości między 16 a 24 i 32 jest większa niż myślisz. Dużo więcej.

Kiedy dodajesz jeden bit, podwajasz ilość wzorców danych.

Trochę może przechowywać tylko dwie wartości (0 i 1), ale można je liczyć, tak jak w przypadku „zwykłych” cyfr. Zacznij liczyć od 0, a trafisz 9; dodajesz kolejną kolumnę do liczby i otrzymujesz 10. Używając bitów, zaczynasz od 0, a kiedy trafiasz 1, dodajesz kolejną kolumnę, aby otrzymać 00, która staje się liczbą 2-bitową. Dwubitowa liczba może mieć cztery różne wzorce danych lub punkty (00, 01, 10 lub 11). Dodając pojedynczy bit, podwajamy liczbę punktów danych, a 3-bitowa liczba może mieć osiem różnych wzorów danych (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 lub 111).

Nie martw się Skończyliśmy z matematyką. Ważne jest, aby zrozumieć, co tak naprawdę reprezentuje głębia bitowa. 16-bitowy sygnał ma 65 536 oddzielnych punktów danych, 24-bitowy sygnał ma 256 razy więcej danych z 16 777 216 punktów na próbkę, a 32-bitowy sygnał ma 4 294 967 294 punktów na próbkę. To 65 536 razy więcej danych niż plik 16-bitowy.

Częstotliwości próbkowania są mierzone w hercach, a 1 herc oznacza jeden raz na sekundę. Im więcej razy próbkujesz plik, tym więcej oryginalnych danych możesz przechwycić. Kodowanie dźwięku w jakości CD rejestruje dane z prędkością 44 100 razy na sekundę. Kodowanie w wysokiej rozdzielczości może realistycznie próbkować z prędkością 384 000 razy na sekundę. Kiedy przechwytujesz więcej danych z większą głębią bitową i robisz to więcej razy na sekundę, możesz dokładniej odtworzyć oryginał.

Budowanie dobrego przetwornika cyfrowo-analogowego i wzmacniacza nie jest jedyną skomplikowaną częścią tego procesu - kodowanie dźwięku wykorzystuje miliony obliczeń co sekundę.

Te same czynniki mają również znaczenie dla przesyłanego strumieniowo dźwięku (który jest cyfrowy), ale przesyłany strumieniowo dźwięk stanowi kolejną warstwę komplikacji, ponieważ jego jakość zależy również od przepływności - bitów przetwarzanych na jednostkę czasu. Mierzymy to w ten sam sposób, w jaki mierzymy prędkości Internetu: kbps (kilobity na sekundę). Wyżej jest lepiej. Ważny jest również kodek używany do kompresji cyfrowego sygnału audio, a bezstratne kodeki, takie jak FLAC lub ALAC, przechowują więcej danych cyfrowych niż kodeki stratne, takie jak MP3. Dużo pracy wymaga, aby dźwięk dochodził przez głośnik lub słuchawki.

Liczby w świecie rzeczywistym

Wspomnieliśmy wcześniej, że kodowanie nagrania do przechowywania (jako master) jest nieco inne niż kodowanie go do odtwarzania. Maszyny i komputery nie słyszą, a to wszystko gra liczbowa. Kiedy kodujesz i dekodujesz sygnał audio, robisz dużo matematyki. Im więcej informacji wykorzystasz do obliczenia amplitudy sygnału, tym dokładniejsze będą obliczenia. Ale nasze uszy nie są komputerami.

Nawet doskonały słuch nie pomoże Ci usłyszeć żadnej korzyści z 32-bitowego systemu audio. W każdym razie na razie.

Plik audio jest wypełniony „dźwiękami”, których nie słyszymy. Większość danych w kodowaniu 32-bitowym nie ma sensu podczas słuchania, a zbyt wysoka częstotliwość próbkowania może w rzeczywistości brzmieć gorzej, ponieważ wprowadza zbyt dużo szumu elektrycznego. Uwzględnia to przy tworzeniu cyfrowego pliku audio, który zawiera odpowiednią ilość informacji, podobnie jak konstrukcja przetwornika cyfrowo-analogowego. Ale jak wszystkie rzeczy, wyższe liczby wyglądają lepiej dla ludzi, którzy je sprzedają. Wiedza o tym, jak i dlaczego to wszystko działa, jest naprawdę fajna, ale ważniejsza jest wiedza, czego potrzebujesz.

Cyfrowy plik audio zakodowany w 24-bitach i 48 kHz oraz przetwornik cyfrowo-analogowy, który może je konwertować, oferuje najlepszą jakość, jaką słyszymy. Wszystko wyższe to placebo i narzędzie marketingowe.

Fizyczne ograniczenia naszych ciał i sposób, w jaki działają nasze obecne technologie oznaczają, że dane gromadzone na głębokości nieco większej niż 21-bitów i próbkowane częściej niż 42 kHz są granicą „doskonałego” słyszenia. Ważne jest, aby mieć cyfrową kopię nagranego dźwięku z bardzo dużą szybkością przesyłania danych, na wypadek przełomu technologicznego, ale pliki, których dziś słuchasz, i sprzęt, który je odtwarzają, mają rozsądny pułap. Ale ten przełom nigdy nie nastąpi w przypadku sprzętu, którego używamy dzisiaj, więc 32-bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy w Twoim telefonie LG V30 to duża nadwyżka mocy.

Zobaczmy jeszcze raz ten przetwornik i wzmacniacz

DAC to komponent audio, który służy do przekształcania cyfrowych plików audio przechowywanych w naszych telefonach w sygnał analogowy. W grę wchodzi wiele skomplikowanych obliczeń matematycznych, które próbują uczynić kopię kopii dźwiękiem zbliżonym do oryginału, ale większość danych audio jest czymś, czego nie słyszymy. Możesz nawet pogorszyć sytuację, jeśli spróbujesz zrobić zbyt wiele podczas kodowania pliku.

Aplikacja odtwarza plik. DAC konwertuje go na analogowy. Wzmacniacz wzmacnia sygnał. I ser stoi sam.

Sygnał analogowy jest podawany do wzmacniacza, który zwiększa intensywność sygnału, dzięki czemu staje się głośniejszy. Ale zwiększanie głośności bez powodowania, że ​​brzmią źle, jest bardzo trudne. Kiedy robisz to na czymś tak małym jak telefon, który ma również ograniczoną moc baterii, staje się to szczególnie skomplikowane. Wzmacniacz może (i zwykle ma) większy wpływ na to, jak brzmi to dla naszych uszu, niż DAC.

Wyjście analogowe z przetwornika cyfrowo-analogowego i wzmacniacza jest czymś, co mogą odtwarzać nasze słuchawki i nasze uszy mogą słyszeć, ale nasze telefony nie mogą poprawnie go przechowywać, więc potrzebny jest plik cyfrowy. Na wypadek, gdyby inżynier gdzieś dokonał znaczącego przełomu w cyfrowym kodowaniu i dekodowaniu dźwięku, oryginalne dzieła są przechowywane z astronomicznymi ilościami danych, z których większość zostaje wyrzucona podczas kodowania pliku, który brzmi najlepiej.

Wszystko, czego potrzebujesz, to przetwornik cyfrowo-analogowy, który może konwertować pliki 24-bitowe / 48 kHz, wzmacniacz wzmacniający sygnał bez dodawania zniekształceń i szumów oraz pliki wysokiej jakości do odtwarzania.

Uff

Czy mój telefon ma przetwornik cyfrowo-analogowy i wzmacniacz?

Czy to w ogóle wydaje jakieś dźwięki? Jeśli tak, to ma przetwornik cyfrowo-analogowy i wzmacniacz.

Rozmawialiśmy o tym, dlaczego nagrany dźwięk jest konwertowany wcześniej na kopię cyfrową, ale co z sygnałem analogowym? Dlaczego jest wyjątkowy i dlaczego musimy przekonwertować dźwięk z powrotem na analogowy? Z powodu presji.

Każda elektroniczna rzecz, która może odtwarzać dźwięki, ma przetwornik cyfrowo-analogowy.

Jednym ze sposobów pomiaru sygnału analogowego jest jego intensywność. Im bardziej intensywna (dalej od punktu zerowego w kształcie fali) każda częstotliwość w sygnale, tym głośniej będzie odtwarzana przez głośnik. Głośnik wykorzystuje elektromagnes i papier lub tkaninę, które poruszają się, aby przekształcić sygnał w dźwięk. Sygnał analogowy utrzymuje cewkę w ruchu, a papierowe lub tkaninowe elementy przepychają powietrze, tworząc falę ciśnienia. Kiedy ta fala ciśnienia dociera do naszych bębenków bębenkowych, wydaje dźwięk. Zmieniaj intensywność i częstotliwość fal ciśnienia, a będziesz tworzyć różne dźwięki.

Wygląda to prawie jak magia, a naukowcy, którzy wymyślili, jak nagrywać i odtwarzać dźwięk, byli na całkiem „sprytnym poziomie”.

DAC i wzmacniacz mogą żyć długo i szczęśliwie w słuchawkach lub kablu.

Niektóre telefony mają lepszy przetwornik cyfrowo-analogowy i wzmacniacz niż inne, a telefony bez gniazda słuchawkowego nie muszą używać kombinacji przetwornika cyfrowo-analogowego / wzmacniacza do wysyłania dźwięku do pary słuchawek. Wszystkie telefony mają je do obsługi dźwięków systemowych i połączeń głosowych, ale przetwornik cyfrowo-analogowy i wzmacniacz mogą również znajdować się w słuchawkach, a nawet w kablu łączącym słuchawki z portem USB. USB-C może wysyłać analogowe i cyfrowe wyjście audio, a zarówno zwykłe słuchawki (z adapterem) mogą być używane do odtwarzania analogowego dźwięku z portu, a słuchawki z własnym przetwornikiem cyfrowo-analogowym mogą odbierać cyfrowe audio do dekodowania i konwersji.

Prawdopodobnie masz słuchawki z przetwornikiem cyfrowo-analogowym i wzmacniaczem, ponieważ właśnie tak działa Bluetooth.

Dźwięk Bluetooth

Przetwornik cyfrowo-analogowy i wzmacniacz muszą znajdować się w linii między odtwarzanym plikiem cyfrowym a uszami. Nie ma innego sposobu, abyśmy mogli usłyszeć jakiekolwiek dźwięki. Kiedy używamy Bluetooth do słuchania muzyki lub filmu (a nawet rozmowy telefonicznej), wysyłamy sygnał cyfrowy z naszego telefonu do naszych słuchawek Bluetooth. Tam jest konwertowany w locie (to znaczy streaming audio) na sygnał analogowy, kierowany przez głośniki i przenoszony przez powietrze jako fala ciśnienia do twoich uszu.

Bluetooth dodaje kolejną warstwę komplikacji do miksu, ale wciąż jest zaangażowany przetwornik cyfrowo-analogowy i wzmacniacz.

Jakość przetwornika cyfrowo-analogowego i wzmacniacza podczas korzystania z Bluetooth jest równie ważna, jak w przypadku połączenia przewodowego, ale inne elementy również mogą wpływać na dźwięk. Zanim dźwięk zostanie przesłany przez Bluetooth, zostaje skompresowany. To dlatego, że Bluetooth działa wolno. Mniejszy fragment pliku jest łatwiejszy do wysłania niż większy, a kompresja dźwięku ułatwia przesyłanie strumieniowe. Gdy część skompresowanego pliku audio zostanie odebrana przez słuchawki, należy go najpierw zdekompresować, a następnie wysłać we właściwej kolejności przez przetwornik cyfrowo-analogowy i wzmacniacz w słuchawkach. Istnieje kilka różnych sposobów kompresji, rozdrabniania, przesyłania i ponownego składania dźwięku przez Bluetooth przy użyciu różnych kodeków audio Bluetooth. Niektóre przynoszą lepszy plik cyfrowy (większa głębia bitów i częstotliwość próbkowania) niż inne do DAC i wzmacniacza słuchawek, ale gdy te dane dotrą, słuchawki Bluetooth działają dokładnie tak samo, jak wewnętrzny DAC i wzmacniacz.

Podsumowanie i co ważne

Istnieje wiele sposobów na przekazanie muzyki z utworu pobranego telefonem do uszu. Ale każdy z nich wymaga DAC-a i wzmacniacza.

Nie musisz być audiofilem, aby słuchać muzyki. Liczy się to, jak to dla ciebie brzmi.

Wysokiej klasy komponenty audio mogą przetwarzać więcej danych audio i oferować lepiej brzmiący dźwięk, ale wszystko w życiu ma kompromis. Przetwornik cyfrowo-analogowy, który może konwertować więcej niż 16-bitowy dźwięk, jest droższy w zakupie i wbudowaniu w telefon, ponieważ jest również bardziej wrażliwy na zakłócenia innych części. To samo dotyczy wzmacniacza - szczególnie potężnych wzmacniaczy, które mogą napędzać słuchawki o wysokiej impedancji. Nawet same pliki audio mają wadę, ponieważ pliki dźwiękowe „hi-res” mogą być dość duże i zajmować więcej miejsca lub szybsze połączenie.

Naprawdę nie musisz nic o tym wiedzieć, aby polubić dźwięk telefonu. I to jest klucz - to Ty decydujesz, co brzmi dobrze. Nie pozwól, aby dyskusja na temat tego, co jest najlepsze lub co jest nie tak z Bluetooth, wpływa na to, co słyszysz, zwłaszcza jeśli jesteś zadowolony z tego, jak to brzmi.