Цифро аналоговый преобразователь это

В наше время кажется, что все в этом мире имеет цифровую версию. Это касается и аудио, которое мы слушаем на наших устройствах. Мы редко используем диски, кассеты или даже пластинки для воспроизведения медиафайлов.

Сейчас часто вообще не используются никакие накопители. Звук как по волшебству падает с неба. Но как превратить цифровой формат в аналоговый сигнал, чтобы его можно было слушать через колонки или наушники?

Вот тут-то и приходит на помощь ЦАП. Поэтому я решил ответить на вопрос «Что такое ЦАП?» и рассказать о нем все, что вам нужно знать. Итак, перейдем непосредственно к делу.

Основное описание.

Начнем с того, что ЦАП — это цифро-аналоговый преобразователь. Как следует из названия, его основное назначение — принимать цифровой сигнал и преобразовывать его в аналоговый. Затем этот аналоговый сигнал обрабатывается усилителем.

Ваш смартфон, планшет, компьютер или любое другое цифровое устройство, через которое вы слушаете музыку, содержит ЦАП. Он находится внутри устройства, и вы, скорее всего, никогда его не видели и даже не знали о его существовании.

Зачем нужен ЦАП?

До изобретения цифровых форматов наиболее распространенным способом прослушивания звука был проигрыватель. Аналоговый сигнал снимался с помощью микрофонов и катушечного магнитофона.

С ленты сигнал поступал на пластинки, на которых имеются крошечные канавки, отражающие аналоговый сигнал. Игла проигрывателя преобразует эти канавки в аналоговый электрический сигнал и передает его на колонки.

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) являются важной частью современных электронных систем. Они позволяют преобразовывать цифровые сигналы в аналоговую форму, что необходимо для работы с различными типами устройств и сенсоров. В данной статье мы рассмотрим определение, принцип работы, типы, преимущества и недостатки цифро-аналоговых преобразователей, а также их применение в различных областях. Погрузимся в мир ЦАП и узнаем, как они работают и зачем они нужны.

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Определение цифро-аналогового преобразователя

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – это электронное устройство, которое преобразует цифровой сигнал, представленный в виде последовательности чисел, в аналоговый сигнал, который может быть представлен в виде непрерывной величины, такой как напряжение или ток.

ЦАП принимает входной цифровой сигнал и использует его для управления выходным аналоговым сигналом. Он может быть использован для воспроизведения звука, управления двигателями, генерации сигналов и других приложений, где требуется преобразование цифрового сигнала в аналоговый.

ЦАП (цифро аналоговый преобразователь) PNSTHWC-DAC085EU и Radiotehnika 301m

ЦАП состоит из двух основных компонентов: цифрового блока и аналогового блока. Цифровой блок принимает цифровой входной сигнал и преобразует его в аналоговый сигнал, который затем передается в аналоговый блок. Аналоговый блок усиливает и фильтрует аналоговый сигнал перед его выводом.

ЦАП имеет различные параметры, такие как разрешение, скорость преобразования, линейность и диапазон выходного сигнала. Разрешение определяет количество уровней аналогового сигнала, которые могут быть представлены цифровым сигналом. Скорость преобразования определяет, как быстро ЦАП может преобразовывать цифровой сигнал в аналоговый. Линейность определяет, насколько точно ЦАП может воспроизводить аналоговый сигнал, соответствующий входному цифровому сигналу. Диапазон выходного сигнала определяет максимальное и минимальное значение аналогового сигнала, которое может быть выведено ЦАПом.

Что такое ЦАП и какие они бывают

За последние несколько лет аббревиатура ЦАП буквально заполнила собой медийное пространство. Даже компания Apple, анонсируя Hi-Res качество в своем сервисе Apple Music, рекомендует для прослушивания именно данный класс устройств. Так что же такое эти ЦАП и какие они, собственно, бывают?

Вообще, аббревиатура ЦАП дословно обозначает цифро-аналоговый преобразователь, то есть устройство, превращающее цифровой сигнал в аналоговый. Используется подобное преобразование много где, но в данном конкретном случае речь идет только о звуке. И говорим мы не о микросхеме, которая также называется ЦАП, а о полноценном устройстве с полноценными входами и выходами.

В качестве источников цифрового сигнала может выступать ваш смартфон, планшет, телевизионная или игровая приставка, компьютер, ноутбук и много чего еще. К примеру, с официальной странички музыканта или какого-то стриммингового сервиса мы получаем файл целиком или его представление в виде последовательно поступающего цифрового потока. Для воспроизведения этой информации используются мультимедийные приложения, которые, в свою очередь, обращаются к драйверам операционной системы, отвечающим за непосредственно воспроизведения звукового потока.

Кто-то, конечно, возмутится, что музыка у него воспроизводится и без приобретения всяких ЦАПов, но это происходит исключительно потому, что простейшая его реализация изначально присутствует во всех перечисленных выше устройствах. Следовательно, ЦАП в вашем телефоне или компьютере уже есть и называется встроенной звуковой картой. О том, что это совсем уж базовый уровень, надеюсь, никому дополнительно пояснять не нужно. Как бы не старался производитель, но аудио часть, размещенная на материнской плате, всегда будет иметь искажения, да и вкладываться в хороший тракт там попросту никто не будет. Потому что не выгодно, да и мало пока спроса на высокое качество.

И вот тут возникает вопрос: можно ли сказать, что ЦАП — это звуковая карта? И да, и нет. Звуковая карта или как ее еще любят называть аудиоинтерфейс — это гораздо более сложное устройство, поскольку умеет не только воспроизводить, но и записывать (получать) звук. А значит, внутри у нее установлено два преобразователя: прямой (ЦАП) и обратный (АЦП). То есть ЦАП, говоря по-простому, представляет из себя половину звуковой карты и предназначен только для воспроизведения звука. Об исключениях поговорим чуть позже. То есть фактически ЦАП — это внешняя звуковая карта для вашего смартфона, планшета, компьютера или приставки. Понятно, что внешнее устройство как-то должно подключаться и значит у него есть входы, а далее уже из него надо как-то получать звук, то есть имеются и выходы.

Для простоты, все ЦАПы можно разделить на портативные и стационарные. Портативный может поместиться в карман вместе с телефоном, а следовательно, в качестве входа у него Type C или Lightning, а на выходе один или несколько выходов для наушников. Питаться же они могут от батареи источника, такие обычно называют мобильными, или же от собственного аккумулятора — это более габаритные и тяжелые портативные решения. Ну и отдельным классом идут настольные стационарные ЦАПы, которым нужна розетка. Предназначены они для чего-то, что мы не носим с собой, а значит не ограничены по мощности и по реализации.

Из входов там привычный нам USB порт, а выход на паре (XLR или RCA) для подключения усилителя или сразу активной акустики. Джек для наушников у них тоже может присутствовать, такие решения называются ЦАП со встроенным усилителем для наушников или просто ЦАПоУсь. Однако своем классическом исполнении у ЦАПа должен быть только вход и выход, а усилители уже производители добавляют по вкусу. Из моего личного опыта, ничего хорошего от встроенного усилителя ждать не приходится, поэтому оправданы они исключительно в каких-то недорогих решениях до 12000 рублей.

Кстати, существуют и беспроводные ЦАПы, которые в качестве источника используют блютуз подключение. У таких девайсов просто обязан быть свой аккумулятор и работать они способны исключительно через один из существующих беспроводных кодеков типа AAC, AptX, LDAC или любой другой. Откровенно говоря, ваши беспроводные наушники — это и есть ЦАП в миниатюре, но с усилителем и динамиком сразу.

Однако здесь мы имеем очевидный минус — все представленные сегодня кодеки заметно упрощают звучание, поскольку при кодировании теряют часть информации. Обратите внимание, часть информации в блютуз просто выбрасывается и происходит это даже в самых крутых и современных кодеках. Следовательно, блютуз решения физически не способны передать вам то самое Hi-Res качество. А если нет разницы, то зачем переплачивать за дорогую подписку? Поэтому-то Apple и говорит, что для максимального качества вам понадобится ЦАП, единственное она умалчивает, что это должен быть исключительно проводной ЦАП.

Ну и бывают, конечно, ЦАПы с поддержкой гарнитуры или даже микрофонным входом, но это либо специально встроенный блок для геймеров, как в Burson Plamate, или же внутри установлен не ЦАП, как микросхема, а так называемый кодек. Кодек — это ЦАП и АЦП в одном чипе. Лет 5 назад все сделанное на кодеке звучало очень посредственно, поэтому меломаны обходили такие устройства стороной и, кстати, именно такие бюджетные кодеки используются как встроенное решение в телефонах и компьютерах.

Но время идет и сегодня кодеки от ESS уже практически не уступают микросхемам ЦАП. Так что если вам нужен маленький удобный ЦАП для смартфона или планшета с поддержкой гарнитуры, то это только реализация на кодеке. Выбирайте в таком случае решение на чипах ESS и можете рассчитывать на отличный меломанского уровня звук. RealTek, Conexant и Qualcomm, при всем к ним уважении, так не умеют.

В сухом остатке, ЦАП — это внешняя звуковая карта для вашего смартфона, компьютера или приставки, способная воспроизводить звук высокого качества. Некоторые решения умеют его еще и записывать, но то уже полноценная звуковая карта, хотя и их часто называют ЦАПами. В пару к мобильным девайсам лучше брать компактные решения с питанием от батареи источника или, если ее очень жалко, со встроенным питанием, но в последнем случае вы поплатитесь габаритами и весом устройства, он будет куда брутальнее. Для приставок или стационарного компьютера лучше взять столь же стационарный ЦАП, хотя это необязательно. Я вот сейчас пишу с ноутбука к которому подключен мобильный ЦАП iBasso DC06. Компактный, мощный — что еще нужно? Подключаю его как к телефону, так и к ноутбуку, по необходимости.

Однако, если говорить о возможностях, то чем больше ЦАП по габаритам, тем лучше соотношение цена-качество. Впрочем, устройства этого года показывают класс и затыкают за пояс плееры в 5 или 6 раз дороже. И это никакие не чудо, просто данные девайсы прогрессируют с просто космической скоростью. Отсюда еще совет — брать только что-то актуальное, максимум прошлого года.

Ну и беспроводной ЦАП практически бесполезен, так как высокое качество звука обеспечить неспособен. Да, более современные кодеки дают на том же iPhone выше качество, но это все равно будет уровень mp3 файла, а значит переплата за Hi-Res будет не оправдана. Лучше уж тогда купить дорогие TWS-наушники. А вот с проводами готовьтесь к совершенного новому для себя опыту восприятия привычных уже вам музыкальных произведений. Без лишних слов — это будет погружение в совершенно новый для вас мир музыки и звуков. Да, звуковое сопровождение в играх и сериалах вас тоже не мало удивит, причем даже от недорогого ЦАПа за условные 3000 рублей. Всем отличного звука!

Также рекомендую свои подборки ЦАПов:

Мой чат на тематику звука в Телеграмм — syncerchat, а все мои обзоры в Телеграмм — syncertech.

А для тех, кто ценит время и деньги: приглашаю на свой телеграмм-канал KVPokupok (его можно найти поиском или перейти по ссылке ниже, из раздела «Об авторе»). Там я делюсь промокодами, купонами и лучшими скидками с Алиэкспресс и с других площадок.

Заглядывайте и присоединяйтесь!

Отдельный ЦАП

Внешние ЦАП/усилители выигрывают у встроенных за счёт качества компонентов и схемотехники. В отдельных специализированных устройствах производители следят, чтобы ЦАП был изолирован от помех, и ищут способы уменьшить уровень шума: помещают чипы в отдельный отсек от усилителя и процессора. Также возможности чипов в обработке звука у отдельных аудиодевайсов намного выше: они запросто работают с Hi-Res Audio, которое чаще всего недоступно для воспроизведения на смартфонах или ноутбуках.

Какие ЦАП бывают?

Отдельные преобразователи отличаются по форм-фактору: одни можно положить в карман и пойти гулять, а другие устанавливаются стационарно в домашнюю аудиосистему. Разберемся подробнее.

Портативные USB-ЦАП

Компактный преобразователь, напоминающий флешку, который можно подключить напрямую или по кабелю к разъему ноутбука или смартфона. На борту такого ЦАП есть выходы на наушники и встроенный усилитель.

Отличный вариант из этой категории — Lotoo PAW S2 — портативный ЦАП/усилитель в металлическом корпусе, который способен обрабатывать цифровой звук в высоком разрешении до 32 бит/384 кГц и подавать на наушники внушительную мощность до 150 мВт при балансном подключении. Модель можно использовать даже с полноразмерными наушниками с большим сопротивлением.

Принцип работы

Принцип работы ЦАП заключается в суммировании аналоговых сигналов (ток или напряжение). Суммирование производится с коэффициентами, равными нулю или единице в зависимости от значения соответствующего разряда кода. Выходной сигнал ЦАП может иметь форму тока, напряжения или заряда. Преобразователи с токовым выходом используются в основном в прецизионных и высокочастотных схемах. Для определенности мы будем рассматривать ЦАП с выходным напряжением, как наиболее распространенные. Из таблицы 1 видно, что максимальное выходное напряжение на 1 МЗР (младший значащий разряд входного кода) ниже напряжения полной шкалы (ПШ). Некоторые ЦАП позволяют использовать всю шкалу.

Выходное напряжение, В

Характеристики ЦАП

Наиболее важные характеристики ЦАП:

• Разрядность, шаг квантования (разрешающая способность) и точность преобразования.
• Передаточная характеристика (ПХ) — зависимость выходного сигнала ЦАП от входных данных.
• Разрядность (N) — количество бит во входном коде.
• Разрешение — это выходное напряжение, соответствующее 1 МЗР. Оно зависит от количества разрядов и определяет точность преобразования сигнала.
• Частота дискретизации (частота Найквиста) — максимальная частота, на которой ЦАП может работать, выдавая на выходе корректный результат. В соответствии с теоремой Котельникова, для корректного воспроизведения аналогового сигнала из цифровой формы необходимо, чтобы частота дискретизации была не меньше удвоенной максимальной частоты в спектре сигнала.
• Полная шкала — диапазон значений выходного сигнала.
• Монотонность — участок на ПХ, где наклон постоянен. На этом участке ЦАП линеен.
• Время установления — интервал времени от момента изменения входного кода до окончательного вхождения выходного сигнала в заданный диапазон отклонения.
• Выходной выброс — это переходный процесс, возникающий во время смены входных данных. Величина выброса зависит от количества переключаемых разрядов.
• Погрешность смещения нуля — разность между фактическим и идеальным выходным сигналом, когда на входе ноль.
• Погрешность ПШ — разница между фактическим выходным напряжением и напряжением ПШ.
• Погрешность усиления — отклонение наклона ПХ от идеального.
• Дифференциальная нелинейность — разность приращений выходных сигналов, соответствующих смежным соседним кодам.
• Интегральная нелинейность — максимальное отклонение реальной ПХ от прямой линии.

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.

ЦАПы нашем каталоге

Подготовлено по материалам портала «What Hi-Fi?», январь 2019 г. www.whathifi.com

Эту статью прочитали 78 294 раза
Статья входит в разделы: Как выбрать. Гид покупателя Полезные советы Интересное о звуке

Поделиться материалом:

Термин: ЦАП

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – это устройство, преобразующее цифровой сигнал в аналоговый. Устройства ЦАП применяют не только для воспроизведения переменного аналогового сигнала в непрерывном режиме, но и для воспроизведения уровней постоянных напряжений (токов).

ЦАП в непрерывном (синхронном, потоковом) режиме применяют в задачах непрерывного управления, для воспроизведения звуковых, ультразвуковых и видеосигналов.

ЦАП в асинхронном режиме управления применяют как управляемый источник опорного напряжения (тока), в медленных контурах управления для подстройки уровня сигнала «малыми шагами».

Большинство ЦАП по их характеристикам и по назначению можно разделить на две основные группы:

1. Инструментальный ЦАП
2. Сигнальный ЦАП

Инструментальные ЦАП предназначены для функций управления. Они могут не обладать хорошими спектральными характеристиками, но они должны обладать монотонностью характеристики преобразования, хорошей стабильностью воспроизведения напряжения постоянного тока. Среди инструментальных ЦАП встречаются преобразователи с малым временем установки сигнала, с малым временем преобразования сигнала для задач, связанных с оперативным управлением. Инструментальные ЦАП используют, как правило, одноступенчатую (неконвейерную) архитектуру на основе резистрной матрицы и аналоговых ключей. Для обеспечения монотонной характеристики используют резисторную матрицу в виде последовательной цепи резисторов (например, технология stream DAC). Такая одноступенчатая технология, кроме преимуществ в бысродействии, в скорости нарастания выходного сигнала, имеет также два недостатка – это проникновение зарядов переключения используемого в архитектуре ЦАП коммутатора, что вызывает быстрый переходный процесс на выходе ЦАП в виде всплесков длительностью несколько наносекунд в момент переключения на следующий отсчёт, и совсем невысокая линейность преобразования этих ЦАП. Применение выходного аналогового ФНЧ, а также применение кусочно-линейной аппроксимации, в значительной стенени улучшают линейность и спектральные характеристики инструментальных ЦАП, если их применять в качестве сигнальных ЦАП.

Сигнальные ЦАП предназначены для функций воспроизведения сигналов. Они должны обладать хорошими спектральными характеристиками, имеют интерполяцию выходного сигнала. Но эти ЦАП могут не обладать хорошей стабильностью выходного напряжения по постоянному току и, как правило, имеют значительное время задержки, измеряемое десятками периодов преобразования. Сигнапьные ЦАП звукового дипапазона частот используют технологию сигма-дельта ЦАП, высокую внутреннюю частоту преобразования и интерполяцию, которая убирает «ступенчатость» формирования выходного сигнала. Однако в качественных сигма-дельта ЦАП используют также аналоговые ФНЧ для подавления остаточных высокочастотных составляющих на выходе.

В отдельную группу ЦАП можно включить ЦАП на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Это недорогой принцип создания инструментального ЦАП на основе порта PWM контроллера и аналогового ФНЧ.

Основными характеристиками ЦАП являются:

• Диапазон выходных напряжений.
• Динамический диапазон.
• Выходной ток (или характеристики номинальной нагрузки).
• Полоса частот воспроизведения выходного сигнала.
• Период (частота) преобразования. Для асинхронных ЦАП нормируется время преобразования.
• Время установления выходного сигнала.
• Коэффициент нелинейных искажения (КНИ).
• Погрешность воспроизведения напряжения постоянного и переменного тока.

Существуют ЦАП с выходом по току. Для них также нормируется диапазон выходных токов на номинальной нагрузке.