Современные цифровые устройства для познания нашего аналогового мира используют аналого-цифровые преобразователи. О том, как это работает, я расскажу в этой статье.
Если непрерывный сигнал необходимо представить в цифровой форме, то аналоговую входную величину нужно преобразовать в соответствующее число. Эту задачу выполняет аналого-цифровой преобразователь (АЦП или ADC).
Теория
Давайте рассмотрим задачу, стоящую в преобразование сигнала. Для наглядности будем сравнивать наш некоторый аналоговый сигнал, пусть он выглядит вот так:и синусоидальный, который выглядит вот так:
Математическая функция, которая описывает синусоидальный сигнал:
Амплитуда - максимальное значение, которое принимает сигнал.
Угловая частота - скорость изменения фазы сигнала.
f - обычная частота сигнала, связанная с угловой следующим образом: .
S(t) – это некоторая математическая функция, которая описывает наш сигнал. Для неё нельзя подобрать простую популярную функцию, как для синусоидального сигнала. Поэтому оставим просто S(t). Однако в математике доказано, что почти любую функцию можно представить в виде суммы синусоидальных (sin и cos) сигналов, но с разными амплитудами и угловыми частотами. И чем сложнее функция, тем больше синусоидальных сигналов надо. В итоге получим:
Синусы и косинусы в этой сумме называют гармониками сигнала S(t) и они представляют собой спектр
сигнала S(t), а саму сумму называют рядом Фурье
. Это фундамент спектрального анализа, который широко применяется в современной технике. Спектр сигнала (набор sin и cos) удобно изображать в виде графика, например для синусоидального:
(зеркальная часть появляется только лишь из-за математических преобразований, физического смысла в этом нет никакого)
И для нашего сигнала:
Процедура аналого-цифрового преобразования непрерывных сигналов, которую реализуют с помощью АЦП, представляет собой преобразование непрерывной функции времени S(t), описывающей наш сигнал, в последовательность чисел S1,S2,S3,S4…, отнесённых к некоторым фиксированным моментам времени. Эту процедуру можно разделить на две самостоятельные операции. Первая из них называется дискретизацией
и состоит в преобразовании непрерывной функции времени S(t) в непрерывную последовательность S1,S2,S3,S4…. Вторая называется квантованием
и состоит в преобразовании непрерывной последовательности в дискретную S1*, S2*, S3*, S4*…
В основе дискретизации непрерывных сигналов лежит теорема отсчётов
(Теорема Уиттакера - Найквиста - Котельникова - Шеннона):
Если существует сигнал S(t), спектр которого не содержит частоты выше fmax, то он может быть полностью восстановлен, если известны отсчётные значения S(t), взятые через равные промежутки времени:
Согласно этой теореме для представления аналогового сигнала в цифровом виде нам нужны отсчёты. Но тут проблема: реальные сигналы имеют бесконечный спектр и у реальных сигналов нет . В данном случае нужно обрезать спектр сигнала при помощи фильтра, таким образом мы искусственно создаём . Обычно берётся в таком месте спектра, где уровень амплитуд гармоник не превышает 10% от максимального значения. называют верхней частотой
спектра. Также уместно говорить о – верхней угловой частоте спектра.
Применение дискретизации для нашего сигнала приводит к возникновению в системах обработки информации специфических высокочастотных искажений, обусловленных выборкой. Для уменьшения этих искажений необходимо либо увеличивать частоту дискретизации, либо брать больше. Однако, при этом увеличивается и информационная ёмкость сигнала. Часто это бывает лишним, и в любой практической задаче следует искать «золотую середину».
В конечном счёте нашему аналоговому сигналу будет соответствовать набор отсчётов, из которых сигнал может быть восстановлен вот так:
При квантовании сигнала также происходит потеря информации из-за конечного набора уровней сигнала, которые также влияют на информационную ёмкость оцифрованного сигнала.
Резюме:
- Сигналы можно изучать как во временной области, так и в частотной (спектр).
- Чтобы из аналогового сигнала получить цифровой, нужно сначала его дискретизировать, а потом квантовать.
- Для дискретизации сигнала нужно ограничить его спектр.
- Следует оптимально выбирать частоту дискретизации и количество уровней квантования.
- При дискретизации мы постоянно округляем аналоговое значение до ближайшего цифрового и в итоге имеем ошибки - шум дискретизации .
Технические характеристики АЦП:
Статические
Разрешающая способность - величина, обратная максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Разрешающая способность выражается в процентах, разрядах или децибелах и характеризует потенциальные возможности АЦП с точки зрения достижимой точности. Например, 12-разрядный АЦП имеет разрешающую способность 1/4096, или 0,0245% от полной шкалы.
Погрешность смещения нуля - значение входного сигнала, при котором выходной код АЦП равен нулю.
Погрешность полной шкалы - относительная разность между реальным и идеальным значениями предела шкалы преобразования при отсутствии смещения нуля.
Нелинейность - максимальное отклонение реальной характеристики преобразования D(U(t)) от оптимальной
Динамические
Максимальная частота дискретизации - это наибольшая частота, с которой происходит образование выборочных значений сигнала, при которой выбранный параметр АЦП не выходит за заданные пределы. Измеряется числом выборок в секунду.Время преобразования - это время, отсчитываемое от начала импульса дискретизации или начала преобразования до появления на выходе устойчивого кода, соответствующего данной выборке.
Практика
Классическая схема параллельного аналого-цифрового преобразования в упрощённом виде выглядит так:
Резисторами делится опорное напряжение в равных пропорциях. Отсчёты аналогового сигнала и части опорного напряжения подаются на компараторы, где происходит их сравнение. В случае совпадения на выходе компаратора имеем логическую единицу. Таким образом, получается код, который шифратор преобразует в необходимый формат.
- Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы.
- Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы.
- Kester Walt. The Data Conversion Handbook.
P.S. В статье подразумевается равенство понятий функция и сигнал.
P.P.S. Уровень статьи рассчитан на широкую аудиторию.
Теги: сигнал, спектр, шум квантования, квантование, дискретизация, компаратор, АЦП, аналог, цифра, шифратор, оцифровка, шаг квантования, ADC
Всем привет.
В сегодняшнем обзоре речь пойдет об аудио конвертере, преобразующем цифровой сигнал в аналоговый.
С развитием технологий наши привычки и потребности, к сожалению, никуда не деваются. Так и я, сменив старый телевизор на более прогрессивную модель, с грустью обнаружил, что в ней нет 3,5 мм разъема для подключения наушников или другой акустики. А поскольку до этого у меня к телевизору была подключена аудиосистема 2.1, лишенная цифровых разъемов и переставать ей пользоваться в дальнейшем я не планировал, так как ее звучание меня устраивало полностью, то само собой встал вопрос о способах ее подключения. Кроме того, иногда я подключаю к телевизору наушники, чтобы громкие звуки не будили других членов моей семьи.
Изучив возможные варианты, стало понятно, что самым простым и логичным способом решения моей проблемы станет покупка конвертера, способного превратить цифровой звук в аналоговый. Благо, проблем с такими преобразователями нет и каждый желающий может себе подобрать конвертер, оснащенный нужными разъемами.
Перед оформлением заказа, для того, чтобы максимально обезопасить сделку, было решено проверить продавца при помощи местного сервиса . Результаты проверки показали, что продавец надежный и ему можно доверять. Подробные данные, полученные в результате проверки можно посмотреть .
Посылка была отправлена достаточно оперативно и в пути провела примерно месяц. Информацию об отслеживании посылки любой желающий может посмотреть .
Поставляется преобразователь без какой-либо оригинальной упаковки, мой экземпляр пришел в обычном полиэтиленовом пакете. Несмотря на то, что кроме тоненького слоя пупырки содержимое посылки ничто не защищало, за время путешествия ее содержимое не пострадало. Итак, в комплекте поставки, помимо самого конвертера находились: инструкция, сетевой адаптер на 1А, кабель для подключения питания длиной около 1 метра, а так же кабель оптический кабель длиной 1,5 метра.
Такого комплекта достаточно для того, чтобы преобразователем можно было сразу пользоваться. Ничего докупать не придется.
Инструкция напечатана на английском языке, размер - листочек формата А5.
В принципе, ничего особо интересного тут нет. Если только технические характеристики преобразователя.
Сам конвертер представляет собой небольшую коробочку с несколькими разъемами с каждой стороны. На ее верхней части содержится информация о том, что же это такое и с какой стороны находятся разъемы работающие на "вход", а с какой на "выход". Размеры преобразователя довольно компактные - 50*40*26 мм., так что можно его закинуть за телевизор, где он не будет виден и не будет привлекать внимания.
С обратной стороны - всем хорошо известная надпись "Made in China", а так де парочка иконок и утверждение, что это оборудование соответствует требованиям директивы RoHS, ограничивающей содержание вредных веществ.
Сам преобразователь сделан качественно. Внутри ничего не болтается, не гремит. При сжатии корпус не трещит. Щелей, зазоров или чего-то подобного обнаружено не было. Постороннего запаха у пластика так же нет.
Итак, со стороны "входа" расположено 3 разъема: оптоволоконный Toslink, коаксиальный, а так же разъем для подключения питания. Забегая вперед скажу, что комплектный сетевой адаптер я сразу отложил в сторону. Преобразователь отлично работает от USB разъема в 1А, имеющегося в телевизоре. К тому же какая-никакая, а экономия электроэнергии, верь работает конвертер только при включенном телевизоре. 
Со стороны "выхода" так же имеется несколько разъемов: пара RCA "тюльпанов", 3,5 мм miniJACK, а так же индикационный светодиод, который информирует нас о состоянии преобразователя: во время его работы он светится красным.
Больше ничего интересного во внешнем виде конвертера нет, а значит можно переходить к его практическим испытаниям. Для начала воспользуемся комплектным кабелем Toslink и подключим конвертер к сети.
Видно, что красный диод, расположенный на преобразователе, засветился. Точно так же начал светиться красным цветом сам кабель, что свидетельствует о том, что все работает в штатном режиме. Подключив оптоволоконный кабель в преобразователь с другой стороны, а с другой воткнув в него 3,5 мм. разъем аудиосистемы, я сперва ничего не услышал:(Но потом до меня дошло, что необходимо выбрать нужный источник звука в настройках телевизора. После чего все заработало так, как и должно.
Теперь о самом главном - о том, что касается работоспособности. Конвертер работает отлично. Никаких шумов, хрипов, писков и прочих неприятных звуков услышано не было. Причем это в одинаковой мере относится как к звуку в наушниках, так и к аудиосистеме 2.1. Сам же звук громкий и четкий. Ничуть не хуже, чем был у меня до этого на старом телевизоре при подключении через штатный 3,5 мм. разъем. Что еще понравилось, так это то, что реализована возможность одновременного подключения нескольких гаджетов. То есть один может быть подключен через "тюльпаны", а второй через 3,5 мм. разъем. Так что не надо постоянно переключать провода.
Подводя итог всему, что тут было написано, могу сказать, что конвертер мне понравился и я считаю покупку удачной. Все работает именно так, как и должно. Никаких проблем с подключением или настройкой не было. Так что если у вас в телевизоре так же исключительно "цифровые" аудиоразъемы, то можете обратить свой взор на подобный товар - он снова поможет вам услышать звук в наушниках:) Хотя, если честно, то мне не сильно понятно стремление производителей избавиться от "аналоговых" выходов...
На этом, пожалуй, все. Спасибо за внимание и потраченное время.
Данный тип оборудования довольно трудно отнести к какому-то конкретному разряду аппаратуры. Кстати, именно поэтому рассматриваемые здесь конвертеры очень непросто отыскать в известных онлайн-маркетах: непонятно, в какой категории товара вести поиск - среди устройств захвата, среди тюнеров или среди конвертеров? В то же время, эти устройства ближе всех подходят под категорию конвертеров, поскольку единственная их задача - это именно преобразование одного типа сигнала в другой. А уж каким образом можно будет использовать устройства - дело сугубо личное, и зависит от задач и умений пользователя.
Конструкция и технические характеристики
Рассматриваемые конвертеры поставляются в одинаковых блистер-упаковках, и с первого взгляда ничем не отличаются друг от друга. Лишь неприметная надпись-обозначение модели поможет разобраться, какой именно перед вами конвертер.
Другое дело - обратная сторона упаковки. Тут и читать ничего не требуется, достаточно взглянуть на разъемы, виднеющиеся под прозрачной упаковкой.
Первое устройство, с обозначением модели ET110, предназначено для конвертации стандартного компьютерного RGB-сигнала, поступающего через интерфейс VGA (15-контактный разъем, называемый иначе D-sub) в стандартный на сегодня цифровой сигнал с направлением по HDMI-разъему. Видеовыходы D-sub имеются в видеокартах персональных компьютеров, ноутбуков, иных устройств генерации видеосигнала.
Второй конвертер, ET111, занят преобразованием древнего композитного сигнала в цифровой, который также выводится через порт HDMI. Такими «тюльпанами» снабжался абсолютно каждый видеомагнитофон, игровая приставка или видеокамера прежних поколений.
Наконец, третий конвертер, с индексом ET113 (интересно, а почему не 112?), как видно по его разъемам, оцифровывает компонентный YPbPr-сигнал, идущий по обычным коаксиальным кабелям с «тюльпанными» разъемами. Такие видеовыходы имеются у игровых приставок, некоторых видеомагнитофонов и медиаплееров, даже современных.
| ET110 | ET111 | ET113 |
|
|
|
Корпуса устройств изготовлены из пластика и состоят из двух половинок, накрепко сцепленных защелками. Для того, чтобы узнать расположение этих защелок, нам пришлось изрядно покорежить корпус одного из конвертеров. И все-таки разобрать аппараты удалось. Конструкция их оказалась чрезвычайно похожей, что и неудивительно, если учесть тот факт, что основной электронный компонент, оцифровывающий видео - это одна и та же микросхема производства .
| ET110 | ET111 | ET113 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
||
Наши устройства не являются банальными переходниками с перепаянными сквозными выходами, это вполне самостоятельные устройства, электроника которых работает по активной схеме, то есть требует питания. Для этого у каждого из рассматриваемых конвертеров имеется еще один «хвостик» - стандартный USB, который следует подключить к USB-порту телевизора или иного устройства. В крайней случае подойдет и обычная пятивольтовая батарея, так называемый powerbank, которых нынче расплодилось в избытке.
Основные технические характеристики конвертеров приведены в следующей таблице:
| Интерфейс | ET110 | ET111 | ET113 |
| Вход | |||
| Питание | USB 2.0 | ||
| Видеовход | D-sub 15 pin VGA кабель | композитный («тюльпан») | компонентный («тюльпаны») |
| Аудиовход | аналоговый джек 3,5 мм | аналоговый стерео (L/R, «тюльпаны») | |
| Входное разрешение |
|
|
|
| Выход | |||
| Максимальное разрешение | HDMI тип A, до 1080p60 или UXGA (1200×1600) |
||
| Прочие характеристики | |||
| Температура эксплуатации | от 0 до +40 °C | ||
| Наличие индикаторов | индикатор питания | ||
| Размеры | 102×33×16 мм | ||
| Масса (с разъемами) | 91 г | 65 г | 76 г |
Эти и прочие сведения можно увидеть на .
Подключение и эксплуатация
Из внешнего и тем более технического описания устройств становится совершенно понятно, каким образом следует подключать конвертеры. Тем не менее приведем здесь схемы типовых применений аппаратов.
| ET110 | ET111 | ET113 |
|
|
|
Как можно видеть, в каждой из схем конечным пунктом является цифровой телевизор или проектор. Но возникает вопрос: любой современный проектор или телевизор - за редчайшими исключениями - обязательно оснащен всеми видеовходами, как цифровым, так и различными аналоговыми, включая даже «компьютерный» D-sub. Из устройств отображения информации, лишенных аналоговых входов, автор может вспомнить разве что какие-то узкоспециализированные мониторы, навроде тех, которые устанавливаются на «башмак» видеокамер или фотоаппаратов. Что же мешает обычному пользователю подключить старый видеомагнитофон или ноутбук к современному телевизору напрямую, через имеющиеся в комплекте телевизора кабели, переходники? По какой причине он выберет подключение через отдельное обособленное устройство, которому, к тому же, еще и питание подавай?
За обычного пользователя ничего сказать не имеем, а вот с пользователем «необычным» все обстоит не так просто. Специфика раздела «Цифровое видео», в котором опубликована данная статья, требует вспомнить об устройствах захвата. Здесь-то и начинаются настоящие сложности: устройства захвата видео подразделяются не только на аппаратные или программные, стационарные или портативные. Одной из главных отличительных особенностей любого устройства захвата является тип сигнала, который это устройство в состоянии принять и преобразовать. Отыскать универсальное устройство, имеющее все необходимые входы и поддерживающее все возможные видеостандарты, чрезвычайно трудно. Особенно сейчас, когда устройства захвата оснащаются одним-единственным входом. И это, конечно же, HDMI. Таким образом, имея одно устройство захвата HDMI-сигнала и несколько разностандартных конвертеров, приводящих любое видео в цифровой стандарт, пользователь будет иметь возможность оцифровки абсолютно любого источника - VHS-магнитофона или камеры, игровой приставки прежних поколений, плеера Blu-ray или медиаплеера, ноутбука, старого персонального компьютера и так далее, вплоть до аппарата ультразвуковой диагностики.
Но достаточно теории, хотелось бы рассмотреть те немногие аспекты, которые вообще возможно здесь изучить. И первый из них, самый важный, касается задержки при обработке и передаче сигнала. Ведь рассматриваемые конвертеры могут быть использованы в качестве переходников между игровой приставкой и каким-то устройством отображения видеосигнала (телевизором, проектором). А какой фактор важен в игре, например в шутере или гонках и прочих симуляторах? Конечно, реакция игрока.
Играть мы не станем, играет пусть довольный потребитель, мы же вычислим задержку, которая, возможно, имеется при передаче сигнала. Рассматриваемые конвертеры работают по активной схеме, здесь любой входящий сигнал проходит полную обработку, конвертируясь в другой стандарт на лету. А на это, даже теоретически, требуется время.
Для начала соберем этакий спонтанный стенд для проведения теста. Подключим к телевизору ноутбук, используя его VGA(D-sub)-видеовыход, а в качестве конвертера сигнала задействуем устройство ET110. Именно по такой схеме, которая приведена выше в первом же примере. В результате ноутбук получил второй экран, куда выводится та же информация, что отображается на основном дисплее. Теперь запустим на ноутбуке воспроизведение специального видеоролика, имеющего частоту 60 кадров в секунду. Здесь, в ролике, находится вращающаяся стрелка, делающая один оборот в секунду, а также двигающийся по верхней шкале прямоугольник, который пробегает свой путь также за одну секунду. Остается провести видеосъемку получившегося тестового стенда, причем видеосъемка будет вестись с той же частотой 60 кадров в секунду. Вот и результат:
В данном ролике отчетливо видно, что задержка сигнала составляет 7 секторов из 60, то есть около 1/10 доли секунды. Много это или мало, не знаем - игровыми приставками никогда не увлекались. Однако в гонках, которые были запущены на большом экране с этого же ноутбука через данный конвертер, такая задержка никак не ощущалась. Возможно, мастера онлайн-шутеров и сумеют заметить какой-то раздражающий их лаг, но, честно говоря, не очень в это верится.
Следующий вопрос, он же заключительный в изучении таких простых (но в то же время сложных) устройств - это сохранение детализации при перекодировании сигнала. Устройство ET111, которое оцифровывает композитное видео, в этом плане изучать бесполезно. Ни о какой там детализации не может быть даже речи - этот древний стандарт слишком нещадно поступает с видеосигналом, в котором и пиксель неквадратный, и соотношение сторон кадра «неправильное», оверскан-области, не видимые на «трубочных» телевизорах, да еще и интерлейс приснопамятный, который вдвое снижает детализацию по вертикали. Пользуясь представившейся возможностью, мы произвели захват нескольких старинных VHS-кассет, подключив к композитному видеовыходу магнитофона конвертер ET111, и пустив сигнал в устройство захвата с единственным HDMI-входом. Качество (точнее, то, что может предоставить VHS) оказалось вполне на высоте, ничуть не хуже, чем во время прямого просмотра с магнитофона на телевизоре.
|
|
|
А вот остальные два устройства вполне даже интересно поизучать с точки зрения детализации - действительно ли данные конвертеры не шулерствуют с сигналом, не ужимают его, к примеру, в два раза, обрабатывая, и впоследствии растягивая до Full HD?
Проверить это предположение проще всего с помощью воспроизведения специального тестового видеофайла с последующим захватом видеопотока. В случае с ET110 воспроизводить файл будет ноутбук, а сигнал выведен черед его VGA-выход, пропущен через конвертер, и подан в устройство захвата. Во втором случае источником будет служить медиаплеер, оснащенный компонентными видеовыходами. Тестовый видеофайл содержит множество линий толщиной в один пиксель, которые расположены на таком же расстоянии друг от друга. Результаты захвата можно увидеть ниже.
Разная яркость кадров объясняется разным диапазоном видеовыходов (ноутбук имеет «компьютерный» диапазон яркости), а разную четкость объяснить также нетрудно: мы помним, что входящий в конвертер видеосигнал проходит полную обработку - вот они, результаты данной обработки, на стоп-кадрах.
Выводы
В каких же целях предполагается использовать эти недорогие устройства, являющиеся полноценными конвертерами аналогового сигнала различных форматов в один цифровой, поддерживаемый всеми без исключения современными устройствами отображения? Как уже говорилось, они могут потребоваться в случае отсутствия у телевизора нужного входа. Или даже в таких банальных ситуациях, как отсутствие необходимых переходников (один из телевизоров автора был получен в ограниченной комплектации, в результате чего все его аналоговые входы оказались недоступны по причине отсутствия специальных фирменных переходников).
Но все же вариант с захватом видеосигнала, имеющего самые разные стандарты, видится более убедительным. И даже предпочтительным, если учесть немалую стоимость разномастных устройств захвата. Конечно, идеальным выходом, который устроит всех, оказался бы конвертер сигнала, подобный одному из рассматриваемых, только имеющий сразу три типа входных разъемов - и VGA, и композитный, и компонентный. Но такое решение, видимо, совсем не входит в планы маркетологов.
ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь – нужен для преобразования аудиосигнала из цифрого формата в аналоговый; обычно, для передачи в усилитель или немедленного озвучивания.
Все современные форматы записи аудио используют цифровое представление. И треки на CD или blu-ray дисках, и mp3-файлы, и музыка с iTunes – все они хранятся в цифровом формате. И для того, чтобы воспроизвести эту запись, её надо преобразовать в аналоговый сигнал – эту функцию и выполняет цифро-аналоговый преобразователь. Встроенный ЦАП присутствует в любом устройстве, воспроизводящем музыку. Но часто бывает, что качество проигрывания одних и тех же аудиофайлов (или треков с одного и того же диска) на разных плеерах заметно отличается. Если при этом используются одинаковые усилители и наушники, значит, проблема в ЦАП плеера.
ЦАПы бывают разные: дешевые преобразователи с низким энергопотреблением (часто используемые производителями в мобильных устройствах) имеют низкое быстродействие и малую разрядность, что сильно сказывается на качестве звука.
Если у мобильного устройства есть цифровой выход (S/PDIF или USB), можно подключить к нему внешний ЦАП - это гарантирует высокое качество преобразования цифрового звука в аналоговый.
Кроме того, внешний ЦАП может оказаться очень полезным при прослушивании музыки, записанной в loseless-форматах (форматах записи аудио без потерь качества) с высокой дискретизацией, обеспечивающей максимальное подобие записи и оригинала. Поскольку распространяются такие записи, в основном, через Интернет, часто их прослушивают прямо с компьютера. Но качественная звуковая карта редко встречается на ноутбуках и планшетах, да и встроенные в материнскую плату десктопного компьютера звуковые карты не отличаются высоким качеством. И в этом случае весь смысл прослушивания loseless музыки теряется абсолютно. Ситуацию можно исправить, если на компьютере есть цифровой аудиовыход, например, S/PDIF. Подключив к нему ЦАП с частотой дискретизации и разрядностью не меньшей, чем у прослушиваемой записи, можно получить аналоговый сигнал высокого качества.
Еще один приятный бонус можно получить, приобретя ЦАП с поддержкой Bluetooth. Это позволит слушать отличную музыку на подключенных к преобразователю динамиках, не будучи «привязанным» к нему проводами. Для мобильного компьютера (планшета или ноутбука) это может оказаться очень удобным. Кроме того, с таким преобразователем вы сможете проигрывать музыку с других устройств, поддерживающих Bluetooth и легко переключаться между ними.
АЦП – аналого-цифровой преобразователь – нужен, наоборот, для преобразования аналогового аудиосигнала в цифровой формат. АЦП будет незаменим при оцифровке (переводе в цифровой формат) старых аналоговых записей: на грампластинках, аудио и видеокассетах. Также АЦП потребуется при записи в цифровом виде «живого» звука с микрофона. Плееры с функцией записи и компьютерные звуковые карты имеют встроенный АЦП, но если вам важно качество оцифровки, лучше доверить эту задачу специализированному устройству.
Несмотря на совершенно противоположные задачи, АЦП и ЦАП обладают некоторыми общими характеристиками, оказывающими большое влияние на качество преобразования.
Характеристики преобразователей аудиосигнала.
Для АЦП частота дискретизации определяет, с какой частотой преобразователь будет измерять амплитуду аналогового сигнала и передавать её в цифровом виде. Для ЦАП – наоборот, с какой частотой цифровые данные будут конвертироваться в аналоговый сигнал.
Чем выше частота дискретизации, тем результат преобразования ближе к исходному сигналу. Казалось бы, чем выше этот показатель, тем лучше. Но, согласно теореме Котельникова, для передачи сигнала любой частоты достаточно частоты дискретизации, вдвое большей частоты самого сигнала. С учетом того, что самая высокая частота, различимая на слух – 20 кГц (у большинства людей верхняя граница слышимого звука вообще проходит в районе 15-18 кГц), частоты дискретизации в 40 кГц должно быть достаточно для качественной оцифровки любого звука. Частота дискретизации audio CD: 44.1 кГц, и максимальная частота дискретизации mp-3 файлов: 48 кГц, выбраны как раз исходя из этого критерия. Соответственно, ЦАП, проигрывающий аудиотреки и mp3-файлы, должен иметь частоту дискретизации не менее 48 кГц, иначе звук будет искажаться.
Теоретически, такой частоты дискретизации должно быть достаточно, но практически иногда возникает надобность в большей частоте: реальный аудиосигнал не полностью отвечает требованиям теоремы Котельникова и при определенных условиях сигнал может искажаться. Поэтому у ценителей чистого звука популярны записи с частотой дискретизации 96 кГц.
Частота дискретизации ЦАП выше, чем у исходного файла, на качество звука не влияет, поэтому приобретать ЦАП с частотой дискретизации выше 48 кГц имеет смысл, только если вы собираетесь прослушивать с его помощью blu-ray и DVD-аудио или loseless музыку с частотой дискретизации, большей 48 кГц.
Если вы твердо нацелились на приобретение преобразователя с частотой дискретизации выше 48 кГц, то экономить на покупке не стоит. ЦАП, как и любое другое аудиоустройство, добавляет в сигнал собственный шум. У недорогих моделей шумность может быть довольно высокой, а с учетом высокой частоты дискретизации, на выходе такого преобразователя может появиться опасный для динамиков ультразвуковой шум. Да и в слышимом диапазоне шумность может оказаться настолько высокой, что это затмит весь выигрыш от повышения частоты дискретизации.
Разрядность – вторая характеристика, непосредственно влияющая на качество преобразования.
Разрядность ЦАП должна соответствовать разрядности аудиофайла. Если разрядность ЦАП будет ниже, он, скорее всего, просто не сможет преобразовать этот файл.
Треки audio CD имеют разрядность 16 бит. Это подразумевает 65536 градаций амплитуды – в большинстве случаев этого достаточно. Но теоретически, в идеальных условиях, человеческое ухо способно обеспечить большее разрешение. И если о разнице между записями с дискретизацией 96 кГц и 48 кГц можно спорить, то отличить 16-битный звук от 24-битного при отсутствии фонового шума могут многие люди с хорошим слухом. Поэтому, если ЦАП предполагается использовать для прослушивания DVD и Blu-ray аудио, следует выбирать модель с разрядностью 24.
Чем выше разрядность АЦП, тем с большей точностью измеряется амплитуда звукового сигнала.
При выборе АЦП следует исходить из того, какие задачи с его помощью предполагается решать: для оцифровывания «шумных» аудиозаписей со старых магнитофонных лент высокая разрядность АЦП не нужна. Если же вы планируете получить качественную цифровую запись со студийного микрофона, имеет смысл воспользоваться 24-битным АЦП.
Количество каналов определяет, какой звук сможет преобразовывать устройство. Двухканальный преобразователь сможет обрабатывать стерео и моно звук. Но для преобразования сигнала формата Dolby Digital или Dolby TrueHD понадобится, соответственно, шести- или восьмиканальный преобразователь.
Соотношение сигнал/шум определяет уровень шума, добавляемого в сигнал преобразователем. Чем выше этот показатель, тем более чистым остается сигнал, проходящий через преобразователь. Для прослушивания музыки нежелательно, чтобы этот показатель был ниже 75 дБ. Hi-Fi аппаратура обеспечивает минимум 90 дБ, а высококачественные Hi-End устройства способны обеспечить отношение сигнал/шум в 110-120 дБ и выше.
ЦАП должен иметь цифровой вход – это может быть S/PDIF, USB или Bluetooth. Выход у ЦАП аналоговый - «джек» (jack) или «тюльпаны» (RCA). У АЦП все наоборот – аналоговый вход и цифровой выход. Хорошо, если преобразователь имеет несколько различных входов и выходов – это расширяет возможности по подключению к нему различных устройств. Если же вход на преобразователе один, убедитесь, что аналогичный выход есть на устройстве, к которому предполагается его подключать.
Преобразователи аудиосигнала скорее относятся к студийному и домашнему оборудованию, поэтому питание большинства преобразователей производится от сети 220В. Но существуют и преобразователи, которые питаются от аккумуляторов и могут быть использованы автономно. Это может оказаться удобным при использовании преобразователя с мобильным устройством – ноутбуком, планшетом, смартфоном или плеером.
Некоторые преобразователи получают питание через разъем micro-USB, при этом получать (или передавать) аудиосигнал через этот разъем они не могут. Если вам важно, чтобы ЦАП мог читать аудиофайлы на USB-носителях, перед покупкой убедитесь, что USB на устройстве используется не только для питания.
Варианты выбора.
Если вам нужно устройство, с помощью которого можно будет оцифровать старые магнитофонные записи или записать на компьютер звук с микрофона, вам нужен аналогово-цифровой преобразователь. Цены на них начинаются от 1100 рублей.
Если вы желаете получить устройство для качественного проигрывания аудифайлов со смартфона с возможностью беспроводного соединения, выбирайте среди ЦАП с поддержкой Bluetooth. Такое устройство обойдется вам в 1400-1800 рублей.
Если же вы желаете услышать все богатство звука, записанного в loseless-формате с высокой частотой дискретизации и битностью 24, вам понадобится соответствующий ЦАП. Стоить он будет от 1700 рублей.