Советы пользователю. на заметку

Многие пользователи ПК и ноутбуков желают заставить звучать свои устройства более качественно. Встроенными звуковыми картами такого эффекта не добиться. И здесь на сцену выходят внешние устройства начального уровня, которые способны конвертировать и выпускать высококачественный звук. Бюджетный ЦАП - весьма полезная штука, если владелец ПК является аудиофилом. Однако аудиофильские ЦАПы не могут быть бюджетными. Это скорее для любителей качественного звука. Как бы то ни было, стоит рассмотреть самые популярные модели, чтобы выбрать лучший аудиопроцессор. Дело это непростое. Сами увидите.

Зачем нужны ЦАПы

Дело в том, что встроенная звуковая карта никак не может обеспечить достойное звучание (особенно с высокого класса). Хоть в большинстве встроенных "звуковушек" и показывается частота дискретизации 192 кГц, а глубина - 32 бита, это далеко не так. А вот внешний ЦАП вполне способен обеспечить такое качество звука. Но стоит такое устройство тоже прилично. Хотя есть и очень дешевые модели, которые подключаются к ПК или ноутбуку при помощи USB-разъема. Такие устройства выглядят оптимальным решением для среднестатистического пользователя. Но аудиофилам и профессиональным музыкантам такой аудиопроцессор никак не подойдет.

Однако не ЦАПом единым... Для обеспечения качественного звучания важен не только аудиопроцессор. Имеют огромное значение и другие компоненты системы: компьютер, акустика и остальное. Для того чтобы успешно использовать USB-ЦАП, нужно иметь соответствующий ПК. Об этом сейчас и поговорим.

Выбор ПК

На корпус аудипроцессора может повлиять любая вибрация и любое излучение. Поэтому компьютер должен работать максимально тихо. В идеале - бесшумно. Беда в том, что большинство "ящиков" этого делать не умеют. Они ревут всеми своими кулерами, как "Феррари" на форсаже. Поэтому для работы с ЦАП лучшим вариантом будет ноутбук. В идеале - ультрабук (они более тихие). Гипотетически системный блок тоже можно заставить работать бесшумно, но самому делать это категорически не рекомендуется, ибо можно ухудшить охлаждение компонентов, и вся система накроется. Ноутбук - оптимальное решение. Теперь можно выбрать бюджетный ЦАП с качественным звуком.

Arkam irDAC

Этот миниматюрный внешний ЦАП сложно назвать бюджетным. Его цена скорее приближается к стоимости моделей среднего уровня, но он того стоит. В нем реализована беспроблемная конвертация звука по стандарту 24/192, он имеет кучу разъемов для подключения стереосистемы и наушников и взаимодействует с компьютером через USB. Гаджет снабжен даже пультом дистанционного управления. Но он выглядит так, будто его на толкучке покупали. Официально Arkam заточен под устройства Apple. Но он отлично справляется и с дургими девайсами. Все бы ничего, но несколько расстраивает отсутствие балансных выходов для подключения пассивных мониторов. За такую цену могли бы включить и их в комплект.

Как бы то ни было, Arkam irDAC представляет собой лучший бюджетный ЦАП с усилителем. Хоть и без поддержки балансных выходов и DSD. Но это не страшно. Многие модели начального уровня ограничены в дополнительных опциях. И этот аудиопроцессор - не исключение.

Cambridge Audio DacMagic Plus

Это настоящий комбайн для любителей качественного цифрового звука. В этом устройстве есть все (за исключением поддержки DSD): балансные выходы, стандарт 24/192, усилитель для наушников и многое другое. Причем стоит он намного дешевле, чем наш предыдущий "пациент". Бюджетный ЦАП от Cambridge обещает пользователям высококачественный саунд без каких-либо существенных материальных затрат. Правда, при условии, что остальные компоненты системы тоже должного уровня. Без этого добиться хорошего звучания будет невозможно.

Среди всего того, что сейчас предлагают на рынке, аудиопроцессор от Cambridge является оптимальным решением. Балансировка качества и цены почти идеальная. Приобретя этот бюджетный ЦАП Dac, жалеть точно не придется. У вас всегда будет почти профессинальный саунд.

ASUS Xonar Essence STU

Это один из самых дешевых аудиопроцессоров на современном рынке. Однако он обладает всеми положенными опциями. Есть даже балансные выходы с фантомным питанием. А это большая редкость для устройств такого класса. Формат аудио - 24/192. Плюс поддержка DSD. Сей бюджетный ЦАП Китай выпускает, но от этого он не становится хуже, ибо в Поднебесной научились-таки делать качественную технику. Беда только в том, что найти сие творение от ASUS не очень легко. Это страшнейший дефицит. Ибо спрос на него просто нечеловеческий.

Тем не менее этот аудиопроцессор относится к одним из самых лучших решений для обустройства домашней студии. По желанию можно подключить или студийные однополосные мониторы. Последний вариант может дать весьма интересные результаты. Поскольку этот USB-ЦАП довольно дешев, позволить его себе может почти каждый. Но не нужно забывать и о качественной акустике.

Denon DA-300USB

Миниатюрный ЦАП для домашнего использования не оставит никого равнодушным. Этот бюджетный ЦАП вполне способен удовлетворить желания даже аудиофила. Он обладает всеми опциями, положенными хорошему аудиопроцессору: высокоомный усилитель для наушников, все необходимые разъемы, поддержка DSD, формат 24/192, привлекательный внешний вид. Что еще нужно для счастья? Но самое главное - его цена. Он еще дешевле, чем продукт от ASUS, но при этом не уступает ему в качестве и функционале. Для соединения с ПК используется USB-разъем. Впрочем, это стандартная фишка аудиопроцессоров начального уровня.

Это устройство может использоваться и как бюджетный ЦАП для наушников. Он отличается от переносных аудиопроцессоров только тем, что взять его куда-то с собой трудновато. Но зато качество звука намного лучше. А еще он прекрасно впишется в любой интерьер благодаря своему уникальному дизайну. Все строго и по классическим канонам.

TEAC UD-301

Это безусловный лидер. И не только по качеству звука. Он обладает полным набором интерфейсов для подключения акустичесих систем. К услугам пользователя здесь имеются балансные выходы, разъемы RCA, коаксиальный и оптический разъемы. В общем, все то, что необходимо высококачественному профессиональному устройству. И цена ненамного выше, чем у предыдущего кандидата. Этот "монстр" станет достойным украшением любого интерьера и обеспечит первоклассное звучание. Также есть поддержка DSD. А это, согласитесь, дорогого стоит. Бюджетный ЦАП такого уровня - редкость. Поэтому не стоит даже раздумывать.

Правда, если уж покупать устройство такого уровня, то следует озаботиться соответствующими колонками. Аудиофильское "золотое правило" гласит, что акустическая система должна быть раза в полтора дороже, чем используемый аудиопроцессор. Только тогда раскроется весь его потенциал.

Звуковая карта vs Бюджетный ЦАП

Многие думают, что если поставить в ПК звуковую карту продвинутого уровня, то она с легкостью заменит любой ЦАП. Это утверждение не имеет права на жизнь. Дело в том, что адекватная карта, способная выдать то, на что способен даже самый бюджетный ЦАП, стоит очень много. Из чисто практических соображений не стоит увлекаться таким нонсенсом. Да и не стоит забывать, что в звуковой карте из-за ее конструкции нет и не может быть никаких дополнительных разъемов (типа балансного).

Так что сравнение "звуковая карта vs бюджетный ЦАП" совершенно бесполезно. Даже из-за конструктивных особенностей отдельные аудиопроцессоры предпочтительнее. Не говоря уже о цене и качестве звука. Так что не стоит гнаться за встраиваемыми вариантами - они все равно не будут лучше. Только хуже. И дороже. Даже полупрофессиональные решения стоят баснословных денег.

Немного о DVD

В бюджетных проигрывателях иногда устанавливают очень даже неплохие аудиопроцессоры. Однако использовать такие устройства в качестве ЦАПа крайне сложно. Не говоря о том, что полноценного функционала даже дешевого процессора от них добиться сложно. на бюджетных ДВД, конечно, обеспечивают качественный звук, но они сильно урезаны в функционале. А для многих это оказывается решающим фактором.

Таких устройств хватает для воспроизведения фильмов. С музыкой они тоже неплохо справляются. А вот хоть как-то подключить к такому девайсу адекватную акустическую систему не представляется возможным. Не говоря уже о студийных мониторах, которым необходим балансный разъем. Однако, с другой стороны, для домашнего использования такой системы вполне должно хватить.

Немного о CD

Это вообще отдельная тема. Качественный CD-проигрыватель не может быть бюджетным. Он должен обладать технологией гашения вибрации и компенсации ошибок чтения. В противном случае качество звука будет отвратительным. Поэтому если не знаете, что выбрать - бюджетный CD-проигрыватель или дешевый DVD-ЦАП, лучше отдайте предпочтение последнему. Да и формат CD уже безнадежно устарел. На стандартном проигрывателе невозможно будет прослушать Hi-RES-стерео. А вот на DVD - запросто.

И к тому же DVD представляется более универсальным решением, чем даже самый крутой CD-проигрыватель. Ибо при желании на последнем можно и кино посмотреть. А вот с обычным проигрывателем компакт-дисков такого точно не получится. И все же лучшего решения, чем бюджетный аудиопроцессор, нет. Главное - оснастить его

Заключение

Выбор аудиопроцессора - дело довольно непростое. Среди многообразия моделей выбрать хороший бюджетный ЦАП непросто. Но есть и довольно интересные решения за адекватные деньги. Важно только помнить, что аудиопроцессор - это только верхушка айсберга. Поскольку без акустической системы соответствующего уровня все ваши старания не увенчаются успехом. Не будете же вы слушать звук с ЦАПа на пищалках от Genius? Рассчитывайте свои желания согласно финансовым возможностям. А выбрать что-нибудь достойное среди всего многообразия труда уже не составит. Есть огромное количество хороших аудиопроцессоров начального уровня в ценовом диапазоне до пятидесяти тысяч рублей.

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) — предназначены для преобразования цифровых сигналов в аналоговые. Такое преобразование необходимо, например, при восстановлении аналогового сигнала, предварительно преобразованного в цифровой для передачи на большое расстояние или хранения (таким сигналом, в частности, может быть звук). Другой пример использования такого преобразования — получение управляющего сигнала при цифровом управлении устройствами, режим работы которых определяется непосредственно аналоговым сигналом (что, в частности, имеет место при управлении двигателями).

{xtypo_quote}К основным параметрам ЦАП относят разрешающую способность, время установления, погрешность нелинейности и др.{/xtypo_quote}

Разрешающая способность — величина, обратная максимальному числу шагов квантования выходного аналогового сигнала. Время установления t уст — интервал времени от подачи кода на вход до момента, когда выход-ной сигнал войдет в заданные пределы, определяемые погрешностью. Погрешность нелинейности — максимальное отклонение графика зависимости выходного напряжения от напряжения, задаваемого цифровым сигналом, по отношению к идеальной прямой во всем диапазоне преобразования.

Как и рассматриваемые , ЦАП являются «связующим звеном» между аналоговой и цифровой электроникой. Существуют различные принципы построения АЦП.

Схема ЦАП с суммированием весовых токов

На рис. 3.88 приведена схема ЦАП с суммированием весовых токов.

Ключ S 5 замкнут только тогда, когда разомкнуты все ключи S 1 …S 4 (при этом u вых = 0). U 0

— опорное напряжение. Каждый резистор во входной цепи соответствует определенному разряду двоичного числа.

По существу этот ЦАП — инвертирующий усилитель на основе операционного усилителя. Анализ такой схемы не представляет затруднений. Так, если замкнут один ключ

S1, то u вых = −U 0 R oc / R

что соответствует в первом и нулям в остальных разрядах.

Из анализа схемы следует, что модуль выходного напряжения пропорционален числу, двоичный код которого определяется состоянием ключей S 1 …S 4 . Токи ключей S 1 …S 4 суммируются в точке «а», причем токи различных ключей различны (имеют разный «вес»). Это и определяет название схемы.

Из вышеизложенного следует, что u вых = − (U 0 R oc / R) · S 1 − (U 0 R oc / (R/2)) · S 2 - − (U 0 R oc / (R/4)) · S 3 − (U 0 R oc / (R/8)) · S 4 = = − (U 0 R oc / R) · (8S 4 + 4S 3 + 2S 2 + S 1)

где S i ,i = 1, 2, 3, 4 принимает значение 1, если соответствующий ключ замкнут, и 0, если ключ разомкнут.

Состояние ключей определяется входным преобразуемым кодом. Схема проста, но имеет недостатки: значительные изменения напряжения на ключах и использование резисторов с сильно отличающимися сопротивлениями. Требуемую точность этих сопротивлений обеспечить затруднительно.

ЦАП на основе резистивной матрицы R — 2R

Рассмотрим ЦАП на основе резистивной матрицы R — 2R(матрицы постоянного сопротивления) (рис. 3.89).

В схеме использованы так называемые перекидные ключи S 1 …S 4 , каждый из которых в одном из состояний подключен к общей точке, поэтому напряжения на ключах невелики. Ключ S 5 замкнут только тогда, когда все ключи S 1 …S 4 подключены к общей точке. Во входной цепи использованы резисторы всего с двумя различными значениями сопротивлений.

Из анализа схемы можно увидеть, что и для нее модуль выходного напряжения пропорционален числу, двоичный код которого определяется состоянием ключей S 1 …S 4 . Анализ легко выполнить, учитывая следующее. Пусть каждый из ключей S 1 …S 4 подключен к общей точке. Тогда, как легко заметить, напряжение относительно общей точки в каждой следующей из точек «a»…«d» в 2 раза больше, чем в предыдущей. К примеру, напряжение в точке «b» в 2 раза больше, чем в точке «а» (напряжения U а, U b , U c и U d в указанных точках определяются следующим образом:

Допустим, что состояние указанных ключей изменилось. Тогда напряжения в точках «a»…«d» не изменятся, так как напряжение между входами операционного усилителя практически нулевое.

Из вышеизложенного следует, что:

u вых = − (U 0 R oc / 2R) · S 4 − ((U 0 /2) R oc / 2R) · S 3 - ((U 0 /4) R oc / 2R) · S 2 − ((U 0 /8) R oc / 2R) · S 1 = − (U 0 R oc / 16R) · (8S 4 + 4S 3 + 2S 2 + S 1)

где S i , i = 1, 2, 3, 4 принимает значение 1, если соответствующий ключ замкнут, и 0, если ключ разомкнут.

ЦАП для преобразования двоично-десятичных чисел

Рассмотрим ЦАП для преобразования двоично-десятичных чисел (рис. 3.90).

Для представления каждого разряда десятичного числа используется отдельная матрица R − 2R (обозначены прямоугольниками). Z 0 …Z 3 обозначают числа, определенные состоянием ключей каждой матрицы R − 2R. Принцип действия становится понятным, если учесть, что сопротивление каждой матрицы R, и если выполнить анализ фрагмента схемы, представленного на рис. 3.91. Из анализа следует, что

Без ЦАП нет музыки, если ваши музыкальные файлы хранятся в цифровом виде. Вы можете не знать, как они устроены, но большинство из нас ежедневно пользуется, по крайней мере, одним цифро-аналоговым преобразователем, более известным как ЦАП или DAC (Digital to Analogue Converter).

Они встраиваются в такие устройства как компьютеры, планшеты, смартфоны. ЦАП –фундаментальная основа декодирования привычной цифровой музыки, превращения ее обратно в аналоговый сигнал, который способно услышать человеческое ухо.

Любому, являющемуся источником цифрового сигнала устройству – будь то CD или Blu-ray плеер, DAB (цифровое радио), ТВ приставка, игровая консоль или музыкальный плеер, требуется ЦАП, чтобы конвертировать последовательность нулей и единиц обратно в аналоговый сигнал, прежде чем отправить его на воспроизведение.

Традиционные усилители не усиливают, а громкоговорители не воспроизводят цифровой сигнал и ваши уши не могут его услышать. Они воспринимают лишь звуковые волны. Без ЦАП ваша коллекция цифровой музыки бесполезна. Это простой набор «0» и «1», который необходим лишь для работы цифровых устройств. Короче говоря, ЦАПы играют большую роль в процессе воспроизведения цифровой музыки.

Однако, cерьезной проблемой является то, что встраиваемые в большинство представленных выше устройств микросхемы ЦАП зачастую могут быть не достаточно высокого уровня и не всегда могут обеспечить максимально возможное качество цифрового оригинала. В связи с чем, возникает мысль о необходимости замены ЦАП, с тем чтобы преобразить музыкальный архив цифровой музыки и действительно получить максимальную отдачу от вашей аудио системы.

Звуки, которые мы слышим ежедневно, будь то музыка, речь, шум большого города или журчание ручья передаются виде в звуковых волн и попадают в наши уши в виде непрерывно меняющегося аналогового сигнала.

Одним из первых способов для хранения аналоговых записей стали прообразы нынешних виниловых пластинок, а позже появились магнитофонные ленты, но нежелательный шум при воспроизведении и хрупкость этих форматов требовали что-то новое. И этой новинкой стал компакт-диск (CD), изобретенный Sony и Philips в 80-х годах прошлого века и совершивший цифровую революцию в процессе хранения музыкальных записей.

Цифровое аудио очень отличается от аналогового. Цифровые музыкальные файлы, как правило, создаются методом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) или PCM в английской аббревиатуре, и создаются путем постоянного, строго периодического измерения амплитуды аналогового сигнала.

Затем,значение амплитуды кодируется ​​в виде двоичного числа (набор 1 и 0), а разрядность этого числа часто называют битовой глубиной. Временной интервал между измерениями определяется частотой дискретизации.

При записи стандартного компакт-диска измерения проводятся 44100 раз в секунду (44,1 кГц). Каждое измерение записывается для хранения в двоичном формате с точностью до 16 бит. При записи аудиотреков с высоким разрешением используется разрядность до 24 бит, с частотой дискретизации 192 кГц или с более высокими значениями.

Вообще говоря, цифровые аудио данные могут кодироваться с различной разрядностью и частотой дискретизации, а затем в различные форматы файлов с разной степенью сжатия для уменьшения объема. Но независимо от того, как они создаются, работа ЦАП заключается в том, чтобы распознать все это и максимально точно перевести из двоичного формата с тем, чтобы максимально (насколько это возможно) приблизиться к аналоговому оригиналу.

Зачем нужен отдельный ЦАП?

В действительности, почти каждое современное цифровое аудио устройство имеет встроенный ЦАП, но также, очевидно, что не все ЦАП одинаковые. Преобразователи невысокого класса могут вносить нежелательные шумы из-за ограниченных возможностей используемой микросхемы. Они не могут поддерживать все скорости передачи данных, не говоря уже о появлении дополнительных искажений из-за потери синхронизации (эффект джиттера или дрожание).

Потеря синхронизации определяется, как временная задержка. Точные временные интервалы (тайминги) чрезвычайно важны в процессе приема потока цифровой музыки и, если они не выдерживаются (как правило, из-за плохо разработанной цифровой тактовой схемы) страдает качество звука.

Проблемы, связанные с потерей синхронизации могут возникать при передаче цифрового сигнала и они особенно опасны, когда сигнал передается между двумя устройствами. Поэтому в последние годы получают распространение асинхронные ЦАП, которые используют собственный источник тактовой частоты.

Генераторы тактовых частот в наиболее высококачественных ЦАП, как правило, обладают более высокой стабильностью, чем те, что устанавливаются в среднего класса ПК, так что звук будет соответственно лучше (при прочих равных условиях).

Исходный материал определяет качество

Конечно, чтобы получить максимальную отдачу от нового ЦАП, начинать нужно с подбора хорошего исходного материала. Не стоит ждать чудес, если вы посылаете на преобразователь музыку в формате MP3, 128 Кбит/c . В действительности, улучшенное декодирование такого чрезмерно сжатого аудио сигнала может сделать какие-либо звуковые недостатки даже еще более очевидными.

Оптимальный результат, с качеством на уровне CD и выше, можно получить при воспроизведении сжатых без потерь файлов типов FLAC, WAV или ALAC (Mac) в формате PCM или же в DSD.

DSD или PCM?

Формат DSD или Direct Stream Digital, является альтернативой PCM и был изначально разработан для Super Audio CD (диски SACD) Sony и Philips в конце 90-х годов.

Этот гораздо более редко встречающийся формат значительно отличается от PCM (импульсно-кодовой модуляции). Здесь для кодирования применяется широтно-импульсная модуляция (ШИМ), используется лишь одноразрядное кодирование, но со значительно более высокой частотой дискретизации – 2,8 МГц для DSD64 и 5,6 МГц для DSD128.

Споры о том, какие системы кодирования лучше продолжают бушевать и по сей день. Поэтому достаточно просто отметить, что если вы убежденный сторонник музыки в формате DSD, стоит убедиться в том, что ЦАП, который вы выбираете, поддерживает DSD, что бывает не всегда.

Какой ЦАП выбрать?

ЦАПы бывают разных форм и размеров, отличаются по функциональным и интерфейсным возможностям. Так что вам нужно в первую очередь понять, как вы будете его использовать. И выбрать с учетом стоимости, в которую хотите уложиться.

Компактные ЦАП для порта USB отличаются портативностью при разумной цене, они удобны в использовании. Размер варьируется от стандартного, вставляемого в порт USB модуля до блока карманного размера, который подключается через отдельный кабель USB.

Чаще всего, такие ЦАПы не требуют отдельного источника питания, получая необходимую электроэнергию от порта USB. Такие ЦАПы имеют, в значительной степени, простой набор интерфейсов. Есть гнездо для наушников и, возможно, будет линейный выход для подключения активных акустических систем или другой аудиотехники класса Hi-Fi.

Если вам нужно больше вариантов подключения и нет необходимости в носимом преобразователе, следует выбрать настольный блок. Они, как правило, больше по размеру и требуют отдельный источник питания, но часто предлагают несколько дополнительных цифровых и аналоговых аудио входов, наряду с USB для подключения к компьютеру. Обратите внимание на наличие усилителя для наушников, если он вам необходим, так как не все преобразователи имеют его.

Наконец, есть ЦАПы, которые специально разработаны для использования в составе большой домашней аудиосистемы. Они, как правило, имеют еще больше входов, включая такие малоиспользуемые, как AES / EBU, и отличаются расширенным набором возможностей, поддерживают весь спектр музыкальных форматов высокого разрешения или обеспечивают соединение через Bluetooth для передачи музыки в потоковом виде с вашего смартфона или планшета.

А некоторые даже имеют собственный регулятор громкости, поэтому они могут быть использованы также и в качестве предварительного усилителя.

Заключение

Несмотря на всю кажущуюся абсурдность двойного преобразования из аналога в цифру и из цифры обратно в аналоговую форму, нам не дождаться виниловой революции и придется довольствоваться цифровым звуком. Уж слишком удобна цифровая форма хранения и передачи аудиозаписей, как для домашнего использования, так и в профессиональной аппаратуре.

Конечно, цифровой звук является лишь копией с аналогового оригинала. Копией, которая еще в прошлом веке казалась несовершенной и использовалась в сугубо утилитарных, узкопрофессиональных целях. Но качество звучания лучших образцов сегодняшней аудиотехники даже на слух меломана приближается к лучшим аналоговым образцам. Далеко не последнюю роль в этом играют цифроаналоговые преобразователи, позволяющие выжать максимум возможного из музыкальных записей в форматах высокого разрешения.

Схемы применения цифро-аналоговых преобразователей относятся не только к области преобразования код - аналог. Пользуясь их свойствами можно определять произведения двух или более сигналов, строить делители функций, аналоговые звенья, управляемые от микроконтроллеров, такие как аттенюаторы, интеграторы. Важной областью применения ЦАП являются также генераторы сигналов, в том числе сигналов произвольной формы. Ниже рассмотрены некоторые схемы обработки сигналов, включающие ЦА-преобразователи.

Обработка чисел, имеющих знак

До сих пор при описании цифро-аналоговых преобразователей входная цифровая информация представлялась в виде чисел натурального ряда (униполярных). Обработка целых чисел (биполярных) имеет определенные особенности. Обычно двоичные целые числа представляются с использованием дополнительного кода. Таким путем с помощью восьми разрядов можно представить числа в диапазоне от -128 до +127. При вводе чисел в ЦАП этот диапазон чисел сдвигают до 0...255 путем прибавления 128. Числа, большие 128, при этом считаются положительными, а числа, меньшие 128, - отрицательными. Среднее число 128 соответствует нулю. Такое представление чисел со знаком, называется смещенным кодом. Прибавление числа, составляющего половину полной шкалы данной разрядности (в нашем примере это 128), можно легко выполнить путем инверсии старшего (знакового) разряда. Соответствие рассмотренных кодов иллюстрируется табл. 1.

Таблица 1

Чтобы получить выходной сигнал с правильным знаком, необходимо осуществить обратный сдвиг путем вычитания тока или напряжения, составляющего половину шкалы преобразователя. Для различных типов ЦАП это можно сделать разными способами. Например, у ЦАП на источниках тока, диапазон изменения опорного напряжения ограничен, причем выходное напряжение имеет полярность обратную полярности опорного напряжения. В этом случае биполярный режим наиболее просто реализуется включением дополнительного резистора смещения R см между выходом ЦАП и входом опорного напряжения (рис. 18а). Резистор R см изготавливается на кристалле ИМС. Его сопротивление выбрано таким, чтобы ток I см составлял половину максимального значения выходного тока ЦАП.

В принципе, аналогично можно решить задачу смещения выходного тока и для ЦАП на МОП-ключах. Для этого нужно проинвертировать опорное напряжение, а затем сформировать из -Uоп ток смещения, который следует вычесть из выходного тока ЦАП. Однако для сохранения температурной стабильности лучше обеспечить формирование тока смещения непосредственно в ЦАП. Для этого в схему на рис. 8а вводят второй операционный усилитель и второй выход ЦАП подключают ко входу этого ОУ (рис. 18б).

Второй выходной ток ЦАП, согласно (10),

или, с учетом (8)

(23)

(24)

(25)

Это в случае N=8 с точностью до множителя 2 совпадает с данными табл. 6, с учетом того, что для преобразователя на МОП-ключах максимальный выходной ток

Если резисторы R2 хорошо согласованы по сопротивлению, то абсолютное изменение их величины при колебаниях температуры не влияет на выходное напряжение схемы.

У цифро-аналоговых преобразователей с выходным сигналом в виде напряжения, построенных на инверсной резистивной матрице (см. рис. 9), можно более просто реализовать биполярный режим (рис. 18в). Как правило, такие ЦАП содержат на кристалле выходной буферный усилитель. Для работы ЦАП в униполярном включении свободный вывод нижнего по схеме резистора R не подключают, либо подключают к общей точке схемы для удвоения выходного напряжения. Для работы в биполярном включении свободный вывод этого резистора соединяют со входом опорного напряжения ЦАП. ОУ в этом случае работает в дифференциальном включении и его выходное напряжение с учетом (16)

(26)

Перемножители и делители функций

Как уже указывалось выше, ЦА-преобразователи на МОП-ключах, допускают изменение опорного напряжения в широких пределах, в том числе и смену полярности. Из формул (8) и (17) следует, что выходное напряжение ЦАП пропорционально произведению опорного напряжения на входной цифровой код. Это обстоятельство позволяет непосредственно использовать такие ЦАП для перемножения аналогового сигнала на цифровой код.

При униполярном включении ЦАП выходной сигнал пропорционален произведению двухполярного аналогового сигнала на однополярный цифровой код. Такой перемножитель называют двухквадрантным. При биполярном включении ЦАП (рис. 18б и 18в) выходной сигнал пропорционален произведению двухполярного аналогового сигнала на двухполярный цифровой код. Эта схема может работать как четырехквадрантный перемножитель.

Деление входного напряжения на цифровой масштаб M D =D/2 N выполняется с помощью схемы двухквадрантного делителя (рис. 19).

В схеме на рис. 19а преобразователь на МОП-ключах с токовым выходом работает как преобразователь "напряжение-ток", управляемый кодом D и включенный в цепь обратной связи ОУ. Входное напряжение подается на свободный вывод резистора обратной связи ЦАП, размещенного на кристалле ИМС. В этой схеме выходной ток ЦАП

что при выполнении условия R ос =R дает

Следует отметить, что при коде "все нули" обратная связь размыкается. Предотвратить этот режим можно, либо запретив такой код программно, либо включив между выходом и инвертирующим входом ОУ резистор с сопротивлением, равным R·2 N+1 .

Схема делителя на основе ЦАП с выходом в виде напряжения, построенном на инверсной резистивной матрице и включающем буферный ОУ, приведена на рис. 8.19б. Выходное и входное напряжения этой схемы связаны уравнением

(27)

Отсюда следует

В данной схеме усилитель охвачен как положительной, так и отрицательной обратными связями. Для преобладания отрицательной обратной связи (иначе ОУ превратится в компаратор) необходимо выполнение условия D<2 N-1 или M D <1/2. Это ограничивает значение входного кода нижней половиной шкалы.

Аттенюаторы и интеграторы на ЦАП

Аттенюаторы, т.е. регуляторы уровня сигнала, с цифровым управлением гораздо более надежны и долговечны, чем традиционные аттенюаторы на основе переменных резисторов. Их целесообразно использовать в измерительных приборах и других устройствах, требующих подстройки параметров, особенно автоматической. Такие аттенюаторы можно наиболее просто построить на основе перемножающего ЦАП с инверсной резистивной матрицей и буферным усилителем. В принципе для этой цели подойдет любой ЦАП указанного типа, но некоторыми фирмами выпускаются преобразователи, оптимизированные для выполнения указанной функции. На рис. 20а приведена схема аттенюатора на переменном резисторе, а на рис. 20б - аналогичная схема на перемножающем ЦАП.

Если входной сигнал - однополярный, целесообразно использовать ЦАП с однополярным питанием, но буферный ОУ должен иметь выход "rail-to-rail", т.е. его выходное напряжение должно достигать нуля и напряжения питания. Если ЦАП - многоканальный, то у каждого преобразователя микросхемы должен быть индивидуальный вход опорного напряжения. Этим требованиям в разной степени удовлетворяют такие ИМС ЦАП, как 2-х канальный 12-разрядный МАХ532, 4-х канальный 8-разрядный МАХ509, 8-ми канальный 8-разрядный AD8441, 8-ми канальный 8-разрядный DAC-8841 и др.

Для построения интегратора с цифровой установкой постоянной времени интегрирования можно использовать базовую схему интегратора, а в качестве входного резистора включить ЦАП с суммированием напряжений (рис. 12). На базе такой схемы можно построить фильтры, в том числе фильтры на основе метода переменных состояния, перестраиваемые генераторы импульсов и т.д.

Системы прямого цифрового синтеза сигналов

Важной областью применения ЦАП является синтез аналоговых сигналов необходимой формы. Аналоговые генераторы сигналов - синусоидальной, треугольной и прямоугольной форм - имеют низкую точность и стабильность, не могут управляться от ЭВМ. В последние годы получили развитие системы прямого цифрового синтеза сигналов, обеспечивающие высокую точность задания частоты и начальной фазы сигналов, а также высокую верность воспроизведения их формы. Более того, эти системы позволяют генерировать сигналы большого многообразия форм, в том числе и форм, задаваемых пользователем. Упрощенная блок-схема генератора прямого цифрового синтеза сигналов приведена на рис. 21.

В принципе, системы прямого цифрового синтеза просты. Более того, теория и основные способы построения таких систем известны уже около 30 лет. Правда, только недавно появились ЦАП и специализированные аналого-цифровые ИМС, подходящие для синтеза сигналов в широкой полосе частот.

Схема прямого цифрового синтеза содержит три основных блока: генератор фазового угла, память и ЦАП. Генератор фазового угла в типичном случае представляет собой накапливающий сумматор с регистром. Работает он просто как регистр фазы, содержимое которого получает приращение на некоторый фазовый угол через заданные интервалы времени. Приращение фазы Dj загружается в виде цифрового кода во входные регистры. Память играет роль таблицы функций. Код текущей фазы поступает на ее адресные входы, а с выхода данных на вход ЦА-преобразователя поступает код, соответствующий текущему значению заданной функции. ЦАП в свою очередь формирует аналоговый сигнал.

Регистр содержит текущую фазу выходного сигнала в виде целого числа, которое будучи поделено на 2N, где N -разрядность сумматора, равно доле периода. Увеличение разрядности регистра повышает только разрешающую способность этой доли. Частота выходного сигнала равна произведению частоты тактов f такт на приращение фазы в каждом периоде тактов. При использовании N-разрядного сумматора частота выходного сигнала будет равна

Генераторы прямого синтеза выпускаются в виде ИМС. В частности, микросхема AD9850, упрощенная структура которой представлена на рис. 21, содержит 32-разрядный генератор фазового угла и 10-разрядный ЦАП. Загрузка приращения фазы осуществляется по 8-разрядной шине данных побайтово в четыре входных регистра. Память содержит таблицу синусов. Максимально допустимая тактовая частота составляет 125 МГц. При этом разрешение по частоте составляет 0,0291 Гц. Быстрый интерфейс позволяет менять частоту выходного сигнала до 23 миллионов раз в секунду.

Виниловые проигрыватели

Цифровые источники звука

Процессоры (ЦАП-DAC)

Цифро Аналоговый Преобразователь (ЦАП-DAC)
Его также называют цифровым процессором. Цифро-аналоговый преобразователь — это компонент, который получает цифровые аудиоданные (обычно от CD-транспорта) и преобразует их в аналоговый сигнал. У цифрового процессора имеется цифровой вход и аналоговый выход. Последний соединен с одним из линейных входов вашего предварительного усилителя.

Цифровые процессоры преобразуют выходной цифровой сигнал, получаемый через интерфейс S/PDIF от транспорта или другого цифрового источника, в аналоговый сигнал, который подается на предварительный усилитель. Их цена колеблется от $200 до $40000, но многие модели с хорошим качеством звучания могут стоить меньше $1000. Самый простой процессор имеет один цифровой вход с разъемом RCA и пару несимметричных аналоговых выходов. У более сложных процессоров может быть несколько цифровых входов, цифровых выходов, симметричных аналоговых выходов, переключателей полярности, а иногда имеется даже регулятор громкости.

Особенности цифровых процессоров.

1. HDCD кодирование
   Многие процессоры могут декодировать компакт-диски, записанные способом High Definition Compatible Digital (HDCD — совместимый цифровой формат высокого разрешения).
2. Несколько цифровых входов
   Эта особенность очень полезна, если у вас более одного цифрового источника (например, транспорт, цифровой аппарат записи). При наличии нескольких цифровых входов можно менять цифровые источники нажатием кнопки на лицевой панели, а не переключением цифровых кабелей. Переключатель входов снабжают светодиодами, показывающими, к какому входу подключен в данный момент процессор/
3. Различные типы входов
   К большинству процессоров можно подключать разные типы интерфейсных кабелей. Практически у всех процессоров имеется коаксиальный вход с RCA-разъемом. У некоторых может быть оптический стекловолоконный вход AT&T ST, AES/EBU или оптический TosLink.
4. Симетричные выходы
   Наличие симметричных выходов является стандартной особенностью многих процессоров, но иногда за это требуется дополнительно заплатить от $200 до $1000. Симметричные выходы позволяют соединить цифровой процессор с предварительным усилителем симметричной линией. Имейте в виду, что необходим и предварительный усилитель с симметричными входами
5. Возможность модернизации для воспроизведения форматов Super Audio CD или 24-бит/96кГц.
   Модульность конструкции некоторых цифровых процессоров позволяет относительно легко приспособить их для воспроизведения одного из новых высокоразрешающих цифровых форматов звука.

   Как работает ЦАП (DAC)

   Приводимая здесь информация адресована тем, кто хочет понять, что происходит внутри этих металлических "монументов" на стойке с вашей аппаратурой. Главные компоненты процессора: источник питания, входной приемник, цифровой фильтр, каскад цифро-аналогового преобразования, преобразователь тока в напряжение и аналоговый выходной каскад.

   Входной приемник получает S/PDIF-сигнал от цифрового источника и преобразует последовательный поток данных в необработанные данные цифрового звука. Он также вырабатывает тактовый сигнал по тактовым импульсам, имеющимся в цифровом потоке (более подробно это описано в данной главе ниже). Схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) сравнивает частоту входного сигнала (тактовые импульсы) с опорной частотой (обычно вырабатываемой кварцевым генератором) и создает новый тактовый сигнал, синхронизированный по фазе с тактовыми импульсами входного потока данных. Эти так называемые "восстановленные" тактовые импульсы становятся задающим тактовым сигналом для процессора. Входной приемник является основным источником джиттера в тактовом сигнале и может оказывать большое влияние на то, как звучит процессор. Для минимизации джиттера, создаваемого входным приемником, в последнее время используют двойные системы ФАПЧ и заказные модули с низким значением джиттера. Цифровые данные с входного приемника поступают на цифровой фильтр.

   У производителей CD-проигрывателей и цифровых процессоров есть два варианта выбора: купить готовую микросхему фильтра, выполняющего восьмикратную (8х) передискретизацию, или создать нестандартный фильтр на основе универсальной микросхемы цифрового сигнального процессора (DSP). Разработчик такого фильтра должен написать программу, которая управляет микросхемой DSP, что дорого и требует времени. Следовательно, нестандартные фильтры намного дороже, но они дают разработчику CD-проигрывателя возможность творчески управлять звучанием аппарата. К тому же нестандартные цифровые фильтры могут работать быстрее, чем однокристальные фильтры с восьмикратной передискретизацией. Нестандартный фильтр можно сделать для работы с 16-, 32- и даже 64-кратной передискретизацией. Сторонники этого решения — особенно фирмы "Кгеll", "Theta" и "Wadia" — считают, что программное обеспечение для их нестандартной фильтрации лучше содержащегося в обычных интегральных микросхемах цифровых фильтров. В частности, большинство нестандартных цифровых фильтров оптимизированы по параметрам работы во временной области, а не в частотной. Например, процессоры "Wadia" превосходно ведут себя во временной области, — их отличает почти безупречное воссоздание прямоугольных импульсов и отсутствие предварительного и последующего эха в импульсном отклике. Такие прекрасные свойства во временной области порой достигаются ценой некоторого спада в полосе звуковых частот. Фильтры "Wadia" обладают спадом около 3 дБ на частоте 20 кГц. Процессор "The Meitner Intelligent Digital Audio Translator" (IDAT) использует комбинацию фильтров, чтобы добиться идеальных характеристик как во временной, так и в частотной областях

   В некоторых цифровых процессорах используются так называемые однобитные ЦАП"ы, которые правильнее называть ЦАП"ами с формированием шума, делъта-сигма-ЦАП"ами или ЦАП"ами с передискретизацией. Эти преобразователи также известны по их торговым маркам: "Bitstream" (фирмы "Philips"), "MASH" ("Matsushita", разработка "Nippon Telephone and Telegraph"), а также "РЕМ" (разработка,JVC"). Все эти преобразователи работают по одному и тому же принципу: для преобразования двоичного кода в аналоговый сигнал вместо резисторной матрицы с различными весами битов однобитный ЦАП использует только два состояния — ноль и единицу. Однобитный код — это серия изменяющихся по продолжительности импульсов постоянной амплитуды. От ширины импульса зависит напряжение на аналоговом выходе. Этим объясняется, почему однобитное кодирование называют также широтно-импульсной модуляцией.

   Однобитный код достаточно высокочастотный (кратность передискретизации от 64 до 256), благодаря чему возможно восстановление звукового сигнала из двух логических состояний при помощи схемы с коммутируемым конденсатором. Поэтому однобитный ЦАП не требует такой точности, как ЦАП"ы на основе резисторной матрицы. В ЦАП"ах с передискретизацией амплитудное разрешение заменяется на разрешение по времени. По природе своей они имеют хорошую линейность и без подстройки MSB (собственно, MSB там и нет). ЦАП"ы с передискретизацией не требуют и преобразователя тока в напряжение.