Цифро-аналоговые преобразователи
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — это устройство для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал по величине, пропорциональной значению кода. Цифро-аналоговые преобразователи предназначены для преобразования цифровых кодов в аналоговые величины, например, напряжение, ток, сопротивление и т. п. ЦАП применяются для связи цифровых управляющих систем с устройствами, которые управляются уровнем аналогового сигнала. Также, ЦАП является составной частью во многих структурах аналого-цифровых устройств и преобразователей.
Принцип преобразования заключается в суммировании всех разрядных токов (или напряжений), взвешенных по двоичному закону и пропорциональных значению опорного напряжения. Другими словами, преобразование заключается в суммировании токов или напряжений, пропорциональных весам двоичных разрядов, причем суммируются только токи тех разрядов, значения которых равны логической 1. В двоичном коде вес от разряда к разряду изменяется вдвое. Наиболее распространены две схемы суммирования токов — параллельная и последовательная.
Основные понятия
ЦАП характеризуется функцией преобразования. Она связывает изменение цифрового кода с изменением напряжения или тока. Функция преобразования ЦАП выражается следующим образом
,
Uвых — значение выходного напряжения, соответствующее цифровому коду Nвх, подаваемому на входы ЦАП.
Uмах — максимальное выходное напряжение, соответствующее подаче на входы максимального кода Nмах
Величину Кцап , определяемую отношением 
, называют коэффициентом цифроаналогового преобразования. Несмотря на ступенчатый вид характеристики, связанный с дискретным изменением входной величины (цифрового кода), считается, что ЦАП являются линейными преобразователями.
Если величину Nвх представить через значения весов его разрядов, функцию преобразования можно выразить следующим образом
,
i — номер разряда входного кода Nвх; Ai — значение i-го разряда (ноль или единица); Ui – вес i-го разряда; n – количество разрядов входного кода (число разрядов ЦАП).
Вес разряда определяется для конкретной разрядности, и вычисляется по следующей формуле
,
где UОП -опорное напряжение ЦАП.
Параллельная схема суммирования токов
На рисунке 1 приведена схема параллельного суммирования токов.
Рис. 1 — Параллельная схема суммирования токов
Ключи S переключаются при уровне логической 1, тем самым подключая резисторы к источнику опорного напряжения. Через резисторы протекает соответствующий весу разряда ток. Сопротивление резисторов прогрессивно изменяется в два раза от разряда к разряду.
При высокой разрядности сопротивления резисторов должны быть согласованы с высокой точностью. Особо жесткие требования предъявляются к резисторам старших разрядов, поскольку разброс тока в них не должен превышать тока младшего разряда. Вообще же, разброс сопротивления в n-м разряде должен быть меньше, чем:
Отсюда следует, что разброс сопротивления, к примеру, в третьем разряде не должен превышать 12,5%, в 10-м разряде — уже 0,098%.
Такая схема обладает целой множеством недостатков. К примеру, при различных входных кодовых состояниях потребляемый от источника опорного напряжения (ИОН) ток будет также различным, что несомненно повлияет на величину выходного напряжения ИОН. Кроме того, сопротивления весовых резисторов могут отличаться в тысячи раз, а это затрудняет реализацию таких резисторов в полупроводниковых ИС. Помимо этого, сопротивления резисторов старших разрядов могут быть соизмеримы с сопротивлением замкнутого ключа, а это приведет к погрешностям преобразования. И еще, в разомкнутом состоянии к ключам прикладывается довольно высокое напряжение, а это затрудняет их построение.
Последовательная схема суммирования токов
Последовательная схема суммирования токов позволяет устранить недостатки параллельного суммирования токов. В настоящее время по этой схеме строят большинство ЦАП. Структура последовательной схемы суммирования токов приведена на рисунке 2.
Рис. 2 — Последовательная схема суммирования токов
В такой схеме задание весовых коэффициентов осуществляется с помощью резистивной матрицы постоянного сопротивления. Основным элементом матрицы является делитель R-2R, показанный на рис. 3. При этом должно выполняться условие: если делитель нагружен на сопротивление нагрузки, то его входное сопротивление также должно быть равно сопротивлению нагрузки.
Рис. 3 — Элемент матрицы постоянного сопротивления
Поскольку ключи S соединяют нижние выводы резисторов с общей шиной питания, источник опорного напряжения работает на постоянную нагрузку, следовательно, его значение стабильно и не изменяется при любом входном коде ЦАП, в отличие от предыдущей схемы. Кроме того, резисторы 2R соединяются с общей шиной через низкое сопротивление замкнутых ключей S, напряжения на ключах небольшие (в пределах нескольких милливольт), что значительно упрощает построение ключей и схем управления ими, а также использовать опорное напряжение в широком диапазоне да еще и разнополярное. В качестве ключей используются МОП-транзисторы. Поскольку выходной ток в таком преобразователе изменяется линейно, то имеется возможность умножения аналогового сигнала на цифровой код, если вместо опорного напряжения использовать аналоговый сигнал. Такие ЦАП называютсяперемножающими (MDAC). Примером применения перемножающего ЦАП может служить цифровой регулятор громкости на 572ПА1. Вместо опорного напряжения подается входной сигнал.
Для последовательной схемы требования к точности резисторов намного меньше, чем для параллельной. Для ЦАП, имеющих высокую разрядность, необходимо согласовывать сопротивления ключей с разрядными токами. Особенно это важно для старших разрядов. Это обстоятельство снижает точность. Кроме того, такие ЦАП имеют низкое быстродействие из-за большой емкости МОП-ключей.
Помимо вышерассмотренных (и наиболее употребительных) схем существуют ЦАП на источниках тока, обладающие более высокой точностью. В таких ЦАП весовые токи формируются не резисторами небольшого сопротивления, а транзисторными источниками тока, имеющими высокое динамическое сопротивление. Примером может служить отечественный ЦАП 594ПА1.
В качестве переключателей тока могут также использоваться биполярные дифференциальные каскады. Транзисторы работают в активном режиме, а это позволяет сократить время установления.
Все, что вам необходимо знать о ЦАП
Как ни досадно, нельзя не признать, что цифроаналоговые преобразователи – один из самых игнорируемых широкой публикой Hi-Fi-компонентов. Хороший и правильно подключенный ЦАП способен резко повысить качество звучания. Если хотите убедиться в этом, читайте наш материал.
Что такое ЦАП? Что он делает?
Звуки, которые мы постоянно слышим – дорожный шум, работающие инструменты, плачущий ребенок в транспорте – представляют собой акустические волны, которые распространяются в воздушной среде к нашим ушам в аналоговой ипостаси.
Аналоговые записи издавались на виниловых дисках и кассетах, однако нежелательный шум и ненадежность этих носителей стимулировали поиск новых форматов. Появление CD открыло дорогу для цифровой революции.
Цифровое аудио кардинально отличается от аналогового. Цифровые музыкальные файлы обычно создаются при помощи импульсно-кодовой модуляции (PCM) в процессе измерения амплитуды аналогового сигнала через равные интервалы времени.
Жизнь в цифре
Значение амплитуды представлено двоичным числом (1 или 0), а длина этого числа называется разрядностью, выраженной в битах. Величина, обратная временному интервалу измерений, является частотой дискретизации.
Например, при записи стандартного CD выборка делается 44 100 раз в секунду. Каждый из «срезов» измеряется с точностью до 16 бит, и результаты измерения сохраняются в 16-разрядном цифровом формате. С другой стороны, при записи трека в Hi-Res-аудио длина «среза» увеличивается до 24 бит, а выборка делается аж 192 000 раз в секунду.
У цифровых аудиоданных могут быть самые разные частота дискретизации, разрядность, форматы кодирования и сжатия – однако независимо от конкретных параметров именно ЦАП должен придать этим данным смысл, максимально точно переведя их из двоичного формата в исходную аналоговую форму.
Зачем нужен отдельный ЦАП?
Сегодня почти любой цифровой компонент оснащен собственным ЦАП, однако далеко не все ЦАП созданы равными. Начнем с того, что они могут поддерживать не все типы файлов.
Плохие модели могут привносить в звучание нежелательный шум из-за непродуманного проектирования печатных плат или вызывать искажения в связи с джиттером.
Джиттером называются ошибки синхронизации. Точная синхронизация цифрового музыкального потока, определяемая генератором тактовых импульсов, жизненно важна для качества воспроизведения, и если ее не удается обеспечить из-за конструктивных недостатков, качество страдает.
Проблема джиттера может возникнуть при любом перемещении цифрового сигнала по плате, но особенно серьезной становится при передаче сигнала между устройствами. В последние годы широкое распространение получили асинхронные ЦАП, именно по этой причине перехватившие у компьютеров обязанности по синхронизации.
Тактовые генераторы, применяющиеся в компонентных ЦАП класса High End, точнее и стабильнее, чем у обычных ПК, и звук в результате получается существенно лучше.
Все зависит от исходного материала
Разумеется, чтобы получить от ЦАП максимально возможный результат, необходимо позаботиться о качестве исходного материала. Не рассчитывайте на чудо, предлагая ему MP3-файлы с битрейтом 128 кбит/с. На самом деле, более качественное декодирование сжатого сигнала может еще сильнее подчеркнуть его недостатки. Для компонентных ЦАП оптимальные результаты обеспечивает контент CD-качества и выше. Обычно музыка с подобным разрешением записана в PCM-форматах без потерь – FLAC, WAV или ALAC (Mac), а также DSD.
DSD и PCM
DSD, или Direct Stream Digital – альтернатива PCM. Этот формат изначально был разработан для архивирования, а позднее применялся для записи Super Audio CD (SACD), продвигавшихся Sony и Philips в конце 90-х и начале 2000-х. Это намного более нишевый формат; в отличие от PCM, его разрядность составляет всего один бит, зато частота дискретизации намного выше – 2,8 МГц у DSD64 и 5,6 МГц у DSD128.
Споры о том, какая система кодирования лучше, продолжаются до сих пор. Мы лишь скажем, что убежденным сторонникам DSD следует внимательно проверять списки характеристик: не все ЦАП поддерживают этот формат.
ЦАП какого типа вам подойдут?
Спектр форм-факторов и габаритов этих устройств огромен, они различаются по функциональности и по числу входов, так что ваш выбор будет зависеть от конкретных потребностей и величины бюджета.
Компактные USB-ЦАП обеспечивают мобильность и удобство по разумной цене. Это могут быть устройства не больше стандартной USB-флэшки (например, AudioQuest DragonFly Black) или карманные аппараты, подключаемые отдельным USB-кабелем (такие как Oppo HA-2 SE).
Чаще всего они получают питание от компьютера, не требуя отдельного источника. Подключений у них обычно немного – выход для наушников и, возможно, линейный выход для активных АС или Hi-Fi-системы.
Стационарные ЦАП
Если вам нужно больше разъемов и не требуется носить ЦАП с места на место, настольное USB-устройство – такое как Audiolab M-DAC – может оказаться более подходящим. Подобные модели обычно более габаритны и требуют подключения к источнику питания, зато помимо USB-порта оснащены еще несколькими цифровыми или аналоговыми входами.
Если собираетесь использовать наушники, обратите внимание на наличие соответствующего выхода.
Наконец, некоторые ЦАП предназначены для работы в составе большой домашней аудиосистемы. У них обычно больше входов (в частности, таких редких, как AES/EBU) и функций. Они могут поддерживать весь спектр форматов Hi-Res-аудио или обеспечивать беспроводную трансляцию со смартфона или планшета посредством Bluetooth. Некоторые даже оснащены регулятором громкости и могут выступать в роли предусилителей.
Подготовлено по материалам портала «What Hi-Fi?», январь 2019 г. www.whathifi.com
Поделитесь статьёй: 
Как выбрать ЦАП
Ежедневно мы используем хотя бы один цифровой преобразователь, даже не задумываясь об этом.
Устройства, которые способны преобразовать цифровой аудиосигнал в аналоговый и передать его в аудиосистему или на наушники, содержат в своей конструкции ЦАП или цифро-аналоговый преобразователь. Звуковые карты, цифровые проигрыватели, компьютеры, смартфоны, студийное оборудование — во всех случаях в схеме присутствует тот или иной ЦАП. Рассмотрим подробнее, что это.
Что такое ЦАП и как он работает
Цифро-аналоговый преобразователь — это устройство, конвертирует цифровой сигнал в виде двоичного кода в аналоговый, в виде тока, напряжения или заряда.
В смартфонах, компьютерах и плеерах преобразователь — это микросхема со стереовыходом на разъеме ⅛” или RCA.
Более сложные преобразователи — это уже автономные устройства с возможностью подключения к компьютерам или аудиосистемам, большим количеством каналов и разъемов. Преобразователи отличаются друг от друга качеством и точностью передачи сигнала.
Любой ЦАП работает с двоичным кодом. Устройство преобразует код в электрический сигнал: единица соответствует наличию напряжения, при нуле напряжения нет. После этого электрический сигнал поступает на акустическую систему, где и превращается в звуковые колебания.
Характеристики
ЦАП во многом определяет параметры всей аудиосистемы и непосредственно влияет на качество получаемого аудиосигнала.
Основные параметры уровня качества записи в цифровом формате: частота дискретизации (измеряется в Гц), разрядность (измеряется в бит) и битрейт (измеряется в кбит/с). Эти характеристики будут главными в выборе ЦАП.
Частота дискретизации
Частота дискретизации определяет, как цифровые данные будут конвертироваться в аналоговый сигнал. Чем выше частота дискретизации, тем результат преобразования будет ближе к исходному сигналу.
Для корректного воспроизведения аналогового сигнала из цифровой формы необходимо, чтобы частота дискретизации была в два раза выше, чем максимальная частота в спектре сигнала.
Подкованные в технических науках могут найти обоснование явлению в теореме Котельникова.
Это означает, что для воспроизведения слышимого человеком звукового диапазона частот 20-20 000 Гц необходимая частота дискретизации будет составлять до 40 000 Гц.
Соответственно, частота дискретизации Audio CD составляет 44.1 кГц, а mp3-файлов — 48 кГц.
ЦАП, проигрывающий такие файлы, должен иметь частоту дискретизации не менее 48 кГц, иначе звук будет искажаться. При обработке некомпрессированных форматов частота дискретизации должна быть еще выше. Она может доходить до 96 кГц, 192 кГц, и более. Основные используемые значения: 44,1 кГц, 48 кГц, 88,2 кГц, 96 кГц, 192 кГц.
Разрядность
Указывает, какое количество бит или значений двоичного кода содержится в одном семпле. Для 16 бит это будет 216 = 65 536 значений. Чем выше разрядность, тем точнее будет воспроизведен аналоговый сигнал. Основные используемые значения: 16 бит, 24 бит и 32 бит.
Битрейт
Битрейт показывает, какое количество цифровой информации проходит за единицу времени. Чем он выше, тем качественнее будет сигнал. Максимальное значение для mp3 составляет 320 кбит/с. Для Audio CD (16-бит, 44.1 кГц) уже будет составлять 1411,2 кбит/с. Значение для некомпрессированного формата FLAC будет составлять около 36,864 кбит/с.
Количество каналов
Бытовые устройства обычно оснащены двумя каналами, что позволяет передавать стерео- и моносигналы. Для профессиональных систем может потребоваться большее количество каналов, например, четыре, шесть или восемь.
Соотношение сигнал/шум
Это соотношение чистого сигнала и собственного уровня шума преобразователя. Чем выше значение этого показателя, тем более чистый звук и больший динамический диапазон будет воспроизводить устройство. Для обычного прослушивания музыки желательно не менее 75 дБ, для высококачественных систем и звукозаписи — от 90 дБ.
Как выбрать преобразователь
Сначала нужно определиться с задачами и ценой. Если задача — слушать просто музыку, подойдут портативные или настольные модели. Для студии их уже не хватит, но с бытовыми задачами они справятся.
Компактные модели имеют возможность подключения и питания по USB напрямую или через кабель. Размер может быть сопоставим с USB-накопителем или небольшим внешним блоком. Интерфейс линейного аудиовыхода чаще всего — в виде разъема 1/8” (стерео) или RCA.
Настольные модели оснащены различными видами цифровых входов, USB для подключения к компьютеру и отдельным источником питания. Аналоговые выходы могут быть представлены в нескольких вариантах, балансных и небалансных. Может присутствовать отдельный усилитель для наушников.
Для профессиональной студийной работы используют модели с возможностью как цифро-аналогового преобразования, так и аналогово-цифрового. Такие модели больше размером, ставятся в рэковую стойку, оборудованы большим количеством разъемов и чипами очень высокого качества.
Бюджет
Он будет напрямую зависеть от качества компонентов, наличия определенных интерфейсов, входов, выходов и других дополнительных возможностей. Цена самых простых моделей с цифровым входом и линейным стереовыходом может начинаться от нескольких тысяч. Модели с возможностью подключения по USB будут стоить дороже, так как имеют схема в этом случае усложняется.
Качество звука
ЦАП нужен не только чтобы преобразовать цифровой сигнал в аналоговый, но и сделать максимально приближенным к цифровому оригиналу.
Компьютеры обычно оснащены преобразователями низкого качества. Внешний ЦАП в этом случае берет на себя эту задачу и делает выходной сигнал намного качественнее. Характер звучания преобразователей при этом должен оставаться максимально чистым и нейтральным.
Возможности для подключения
Цифро-аналоговый преобразователь должен иметь хотя бы один цифровой вход, например S/PDIF, или возможность подключения к компьютеру по USB/Thunderbolt/Firewire. S/PDIF может быть Coaxial (коаксиальным) или Optical (оптическим). Цифровых разъемов может быть несколько.
Аналоговые выходы компактных моделей, как правило, оснащены разъемами ⅛” и RCA. Настольные модели оборудуются балансным стереовыходом XLR или 1/4”, и дополнительными небалансными RCA. Студийные устройства могут быть оснащены большим количеством аналоговых выходов.
Учитывайте при выборе конвертера, что его характеристики должны соответствовать или быть выше параметров аудио, с которым девайс будет работать. Иначе могут возникнуть искажения или ЦАП в принципе свои функции выполнять не будет.
Но помните и о субъективном восприятии. Попробуйте отслушать несколько ЦАП, и обратите внимание на то, какой из них субъективно будет звучать привлекательнее. Подходящие технические параметры и субъективно приятное звучание — сочетание, которое укажет на нужную покупку.
С профессиональными устройствами несколько сложнее: помните, что главное в профессиональной технике — нейтральность и чистота в передаче аудио.
ЦАП или цифро-аналоговый преобразователь от «А» до «Я»
Цифровая стереосистема не может обойтись без цифро-аналогового преобразователя (ЦАП’а, DAC’а) – компонента, преобразующего двоичный код в аналоговый сигнал. На сегодня именно digital-направление в Hi-Fi/High End развивается быстрее всего – надеемся, что данная мини-энциклопедия ЦАП’ов послужит надежным подспорьем при выборе техники себе домой.
Что такое ЦАП?
Цифровая музыка записывается хранится в файлах, существует как поток цифровых данных, либо размещается на физических носителях (CD, SACD) — в виде двоичного набора данных. Скажем, компакт-диск записан с измерениями 44 100 раз в секунду (44,1 кГц), каждое из которых сохраняется с точностью 16 бит. Hi-Res треки щеголяют уже разрядностью 24-32 бит, частотой дискретизации 192-768 кГц. Сигнал же, который поступает на предварительные, интегральные или усилители мощности, должен быть аналоговым – то есть, состоящим из тока, напряжения, заряда. Цифро-аналоговый преобразователь – это мостик между «прерывистым» (дискретным) потоком данных в цифре и непрерывными аналоговыми сигналами.
Как работает цифро-аналоговый преобразователь
Большинство ЦАП’ов получают на вход сигнал в импульсно-кодовой модуляции (PCM, что расшифровывается, как pulse-code modulation) или плотностно-импульсной модуляцией (PDM, Pulse Density Modulation), используемой в однобитном потоке данных формата DSD (Direct Stream Digital). Также устройство может принимать сжатые сигналы (скажем, MP3) или пакетные системы данных (например, MQA). Задачей цифро-аналогового преобразователя, все равно, в итоге является перевод «нулей и единиц» в непрерывную аналоговую форму.
Характеристики ЦАП’а
Помимо сугубо профессиональных или нормативных ТТХ, таких, как напряжение питания, статическая характеристика преобразования, статическая нелинейность, смещение нуля и монотонность, в бытовой технике принято обращать внимание на следующие важные характеристики устройства:
— разрядность – то есть, количество уровней аналогового сигнала, которое может воспроизводить ЦАП. Для N разрядного ЦАП число уровней аналогового сигнала равно 2N (включая значение для нулевого кода);
— частота дисктеризации – максимальная частота, с которой можно изменять входной код ЦАП, получая при этом корректный результат на выходе;
— соотношение «сигнал/шум» или SNR — отношение амплитуды восстанавливаемого гармонического сигнала к сумме амплитуд всех остальных гармоник в спектре выходного сигнала, кроме кратных;
— типы поддерживаемых форматов данных.
Форматы цифровых данных
Как уже упоминалось, цифровые данные (в виде файла или потока трансляции) могут быть различных форматов. Главным тут является тип этих данных по отношению к возможным потерям – таким образом, можно сформировать три основные группы digital-представлений:
— форматы без сжатия данных или «сырые» — сюда относятся WAV, AIFF, RAW, DSD, DXD;
— форматы со сжатием без потерь (APE, FLAC, MQA, WavPack, Monkey’s Audio и другие);
— форматы со сжатием с потерями (MP3, AAC, Vorbis и прочие).
Наилучшими, конечно, являются «сырые» данные. Сжатие без потерь теоретически приближено к ним, но такой подход забирает часть мощностей системы на декодирования – из-за этого в Ultra High End системах принято оперировать именно форматами без сжатия.
Что мы слышим?
Человек номинально слышит звуки в диапазоне от 16 до 20 000 Гц, но предел в 20 000 Гц достаточно условен, с возрастом слух немного снижается – так, большинство взрослых людей распознают звуки только до 16 000 Гц. Тем не менее, частоты в 20 000 Гц, 25 000 Гц и даже выше могут ощущаться через органы осязания. По сути, прослушивая музыку, мы получаем комплексное воздействие на почти все наши органы чувств – отсюда и критически важная значимость в точности передачи всех параметров исходного материала. И реальная работа по улучшению саунда у супертвитеров колонок, которые расширяют полосу воспроизведения.
Виды цифро-аналоговых преобразователей
ЦАП’ы делятся на две большие группы по типу преобразования. Первая из них – последовательные цифро-аналоговые преобразователи, в них входящий сигнал преобразуется в аналоговый сигнал поразрядно, а для всех разрядов используется одна и та же схема. Такой подход гарантирует компактность, но требует повышения разрядности – так как скорость преобразования обратно пропорциональна ей. В сегменте последовательных ЦАП’ов могут использоваться:
— широтно-импульсные модуляторы: источник тока или напряжения включается на время, а полученная импульсная последовательность фильтруется;
— циклические ЦАП’ы;
— конвейерные ЦАП’ы;
— и, наконец, столь хорошо знакомые всем аудиофилам цифро-аналоговые преобразователи передискретизации – например, дельта-сигма ЦАП’ы.
Передискретизация оказалась настоящим спасением для подобных схем, так как она позволила использовать ЦАП с меньшей разрядностью для достижения большей разрядности (ничего себе парадокс). Импульсный сигнал с модулированной плотностью импульсов, формируемый отрицательной обратной связью (которая также является фильтром ВЧ, отсекающим шумы квантования), в дельта-сигма ЦАП’ах гарантирует исключительную линейность, а сама система обеспечивает необходимую скорость переключения (сотни тысяч раз в секунду). Чем выше частота передискретизации у таких схем, тем ниже требования к фильтрации НЧ и лучше подавление шумов квантования. И, наконец, дельта-сигма ЦАП’ы весьма дешевы – вот и все секреты их массового распространения!
Вторая группа ЦАП’ов – параллельные цифро-аналоговые преобразователи. Их принцип основан на суммировании токов, сила каждого из которых пропорциональна весу цифрового двоичного разряда (суммируются только токи разрядов, значения которых равны единице).Эти преобразователи дороже, так как основываются на резистивных матрицах – которые сложны в производстве. В параллельных ЦАП’ах применяются схемы с весовыми источниками тока, весовыми резисторами и многозвенные цепные схемы.
Параллельные ЦАП’ы использую следующие архитектуры (способы формирования итогового аналогового сигнала):
— бинарные, в которых соотношение двух соседних взвешивающих элементов равно 2, а веса элементов, формирующих выходной сигнал, в нормированном виде, будут равны 1, 2, 4, 8, 16 и так далее, система управляется бинарным кодом;
— унитарные — соотношение двух соседних взвешивающих элементов равно единице, а управление системой ведется унитарным кодом;
— Фибоначчи – в данном случае сигнал формируется в системе счисления Фибоначчи;
— сегментные – в них цифровой код разделяется на группы, которые обрабатываются независимо.
Вне зависимости от архитектуры, параллельные цифро-аналоговые преобразователи используют элементы, взвешивающие аналоговый сигнал – конденсаторы, резисторы или источники тока. Как правило, применяются конденсаторы, резисторы и транзисторов в роли резисторов, а также транзисторы в режиме насыщения (источники тока).
Параллельные цифро-аналоговые преобразователи разделяются на два типа:
— взвешивающие (каждому биту цифрового сигнала соответствует резистор или источник тока) – достаточно быстрые, но менее точные, так как для функционирования требуется набор различных прецизионных источников или резисторов; их разрядность ограничена восемью битами;
— лестничные (R2R-схемы) – в них значения создаются в матрице (токов или напряжений) постоянного импеданса, набранной из резисторов с сопротивлениями R и 2R.
Использование идентичных элементов существенно повышает точность и увеличивает разрядность – она может достигать 22 бит.
Зачем в аудиосистеме отдельный ЦАП?
Принятое и однозначно правильно решение – использовать в стереосистеме Hi-Fi/High End отдельный цифро-аналоговый преобразователь. Действительно, во многих современных интегральных или предварительных усилителях уже есть модуль (или он может быть использован опционально, при конфигурировании устройства при покупке) ЦАП’а. Да еще и, как правило, этот ЦАП будет использовать современный чип с отличными параметрами! Однако, главное в преобразователе – питание и независимость всех схем, а не примененная микросхема (об этом мы расскажем ниже). Поэтому, только отдельный цифро-аналоговый преобразователь обеспечит в вашей системе наилучшие параметры.
Если же рассуждать о преобразовании сигнала в целом, то проблему следует разделить на две части:
— отсутствие поддержки форматов данных – недорогие устройства могут «не уметь» работать с современными сигналами, скажем РСМ 32/768 или DSD256, что доставит неудобства в функционировании;
— набора фирменных «родовых болячек» цифрового звука – прежде всего искажений из-за потери синхронизации (эффекта джиттера, дрожания сигнала) – несоблюдения временных интервалов.
Для устранения первого момента многие производители используют современные преобразующие чипы, для нивелирования второго – работают над улучшением тактования сигнала, вводя прецизионные «часы» — задающие тактовые генераторы.
DSD или PCM?
Если говорить сигналах с разрешением выше, чем у CD, то однозначного ответа при выборе Hi-Res контента нет. Все зависит от мастеринга записи и от параметров самого преобразователя. Формат DSD (Direct Stream Digital) был разработан компанией Sony в противовес PCM и изначально использовался в студиях и при записи дисков Super Audio CD (SACD). Его файловые возможности сегодня, по мнению ряда аудиофилов, превышают параметры, которые выдает даже высокобитрейтный РМС (24-32/768) — широтно-импульсная модуляция (ШИМ) с одноразрядным кодированием на сверхвысоких частотах иногда может выглядеть лучше. Ряд производителей использует в своих ЦАП’ах схемы с автоматическим переводом всех входящих потоков в DSD-формат, другие, напротив, предпочитают только РСМ-сигналы, считая их более «правильными».
Как выбрать ЦАП?
Определитесь с параметрами приема сигналов, которые вам нужны. В принципе, наверное, сейчас нет смысла приобретать устройство с поддержкой только форматов РСМ 16/44 – Hi-Res уже прочно вошел в нашу жизнь.
Тип преобразователя – самый сложный выбор. На рынке бытовало мнение, что только R2R-системы способны обеспечить настоящее High End качество, однако, в последнее время ряд производителей выпустил революционные устройства на базе обычных дельта-сигма микросхем (например, Lampizator Pacific). Так что, тут все зависит от конечной схемы ЦАП’а — именно она определяет звучание.
Далее, если предполагается использовать стриминг с потоковых музыкальных сервисов, следует обратить внимание на поддержку формата MQA, ориентированным как раз на такие трансляции. Если ваша медиатека состоит из большого числа файлов в DSD – конечно же, цифро-аналоговый преобразователь должен поддерживать такой формат.
В целом, нет смысла гнаться далее за параметрами основной преобразующей микросхемы – многие производители используют старые классические чипы и добиваются от них феноменального звучания. Главное в ЦАП’e – система организации питания, часы и вся прочая «обвязка», которая, по сути, и формирует звук.
На какие параметры ЦАП’а еще обратить внимание?
Подключение ЦАП’а к компьютеру
Софт-плееры для цифро-аналоговых преобразователей
Стриминг музыкального сигнала, стримеры и музыкальные серверы
Кабели для подключения ЦАП’ов
Недостатки современных ЦАП’ов
Как купить ЦАП?
На что обратить внимание при эксплуатации цифро-аналогового преобразователя?
ЦАП’ы достаточно долго прогреваются – хорошие параметры эта техника начинает обеспечивать не менее, чем через 30-40 часов работы, а оптимальные – через 200 часов работы. Будьте готовы к этому. В процессе эксплуатации не следует допускать перегрева устройства – располагать технику в проблемных для теплоотведения местах. Для улучшения звучания на верхнюю панель ЦАП’а можно положить утяжеляющий груз. Собственно, на этом хитрости заканчиваются.
Примеры цифро-аналоговых преобразователей в различных ценовых категориях
Parasound Z-dac v2 (53 400 руб.) основан на схемах Texas Instruments TAS1020B (USB Streaming Controller), Analog Devices AD1895 (Sample Rate Converter) и Analog Devices AD1853 (D to A Converter).
Chord Electronics Qutest (135 400 руб.) – в устройстве применена схема Xilinx Artix 7 (XC7A15T) FPGA, аппарат поддерживает РСМ 32/768 и DSD512.
Mytek Brooklyn DAC+ (275 000 руб.) использует чип Sabre 9028 Pro 32/384 и поддерживает DSD до DSD256.
MSB Reference (3 199 999 руб.) – пример высокотехнологичного устройства: 4 гибридных мультибитных модуля c эффективyым разрешением 28,5 бит на канал (384 кГц), цифровой фильтр Shark DSP 80 бит, сверхстабильный тактовый генератор Femto 140 Clock.
Audio Note Fifth Element (12 300 300 руб.) – один из самых дорогих ЦАП’ов в мире, построенный на базе классического R2R-чипа Analog Devices AD1865N, ламп 1 x 5814a, 1 x 6463, 1 x EF800, 1 x 6X5 и полностью серебряных трансформаторов.