Схема ЦАП. Цифро-аналоговые преобразователи: типы, классификация, принцип работы, назначение

Весь Мир Hi-FiОбзоры товаров>3500Как выбрать. Гид покупателя206Полезные советы210Репортажи с заводов64Репортажи с Hi-Fi выставок64«Сделай сам»36Готовые проекты Аудиомании33Пресса об Аудиомании44Видео181Фотогалерея87Интересное о звуке446Новости мира Hi-Fi903Музыкальные и кинообзоры154

Сохранить и прочитать потом — <nobr>      </nobr>

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

Эту статью прочитали 8 644 разаПочитать еще:

• 2 ноября 2018Музыка и текст: как они могут быть связаны

• 12 апреля 2017Pioneer представляет недорогие внутриканальные наушники с поддержкой звука высокого разрешения

• 27 июняЛамповый оконечник PrimaLuna EVO 400 Power: малошумящие резисторы TAKMAN, система автосмещения AutoBias

Оценить:

Рейтинг 2019 г.

Цифро-аналоговые преобразователи – пожалуй, самый быстрорастущий сегмент современного рынка Hi-Fi и High End. И наиболее быстро меняющийся. Чтобы не заблудиться в море современных ЦАП’ов мы подготовили для вас подборку: рейтинг наиболее интересных аппаратов в порядке увеличения их цены. Короче говоря – на любой вкус и кошелек!

<isrc>10 лучших французских триллеровКак по-французски будет «suspense»?8 классных боевиков родом из Южной АмерикиНе футболом единым…15 боевиков, которые гремели в видеосалонахВосьмидесятые на марше!10 фактов о катушечных магнитофонахКоторые нужно знать каждомуСмешное кино – 6 комедий 2019 годаДолой серьезность!

Новости03.12.2019Скончался Кен Ишивата…Легендарный разработчик аудиоаппаратуры, большой поклонник хорошего звука и высокой моды Кен Ишивата (Ken Ishiwata) скончался в Бельгии в…03.12.2019+Audio All-in-One – стойка для проигрывателя винила The +Record PlayerКомпания +Audio дополняет свой виниловый проигрыватель «Все-в-Одном» акустической стойкой Stand.03.12.2019Универсальный помощник GoPro MaxЭкшн-камера GoPro Max обладает водонепроницаемостью на глубине до пяти метров. Ее можно использовать с одним объективом как классику HERO…03.12.2019LTA microZOTL Preamplifier – обновленный ламповый предусилительАмериканский производитель высококлассных аудио компонентов Linear Tube Audio представил новую версию предусилителя microZOTL Preamplifier.03.12.2019Benchmark LA4 — предварительный усилитель за $2 495Benchmark LA4 — новый предварительный усилитель, оформленный в компактной корпусе. Аппарат оснащается 256-ти позиционным переключателем уровня,…Объявления03.12.2019Активные Мониторы Forasound A4aАктивные четырехполосные мониторы Forasound A4a03.12.2019Трехполосные мониторы Forasound B3a Трехполосные полуактивные мониторы  Forasound B3a 03.12.2019аудио систему Hi-Fi — Hi-End классасрочный выкуп Вашей Hi-End аппаратуры, из любого региона03.12.2019Accuphase XLR, Acrotec 8N-S1080, S1200, Acrolink S1400II, S1000II, QED Genesis Silver Spiral, Siltech, KIMBER KCAG, Ayre Signature, Cardas Golden Reference, Quadlink, XLO Signature, Ultra, Van Den Hul Thunderline, Name, FISCH P-3, AudioQuest Tara Labsсрочный выкуп Вашей Hi-End аппаратуры, из любого региона03.12.2019Наушники Final Audio Heaven IV BlackЦвет: черныйФорум03.12.2019Сравнение разных версий / …Любителям винила03.12.2019Настройка уровня записи …Кассетные, катушечные магнитофоны (аудио)03.12.2019Умер Кен Ишивата…Обсуждаем статьи и новости03.12.2019Здесь куют металл!Общий музыкальный раздел03.12.2019Что крутим? / What’s …Любителям винила

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 выход­ной 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 аналого-цифровые преобразователи (АЦП), ЦАП являются «связующим звеном» между аналоговой и цифровой электроникой. Существуют различные принципы построения АЦП.

Содержание

Схема ЦАП с суммированием весовых токов

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

Ключ S₅ замкнут только тогда, когда разомкнуты все ключи S₁…S₄ (при этом u_вых= 0). U

— 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= −UR_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 S₁…S₄. Токи ключей S₁…S₄ суммируются в точке «а», причем токи различных ключей различны (имеют разный «вес»). Это и определяет название схемы.

Из вышеизложенного следует, что u_вых= − ( UR_oc / R ) · S₁ − ( UR_oc / (R/2) ) · S₂ – − ( UR_oc / (R/4) ) · S₃ − ( UR_oc / (R/8) ) · S₄ = = − ( UR_oc / R ) · ( 8S₄ + 4S₃ + 2S₂ + S₁)

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 S₁…S₄, каждый из которых в одном из состояний подключен к общей точке, поэтому напряжения на ключах невелики. Ключ S₅ замкнут только тогда, когда все ключи S₁…S₄ 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 S₁…S₄. Анализ легко выполнить, учитывая следующее. Пусть каждый из ключей S₁…S₄ 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:

U_a = U

U_c = U / 2

U_b = U / 4

U_d = U / 8

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= − ( UR_oc / 2R ) · S₄ − ( (U/2) R_oc / 2R ) · S₃ –  ( (U/4) R_oc / 2R ) · S₂ − ( (U/8) R_oc / 2R ) · S₁ =  − ( UR_oc/ 16R) · ( 8S₄+ 4S₃+ 2S₂ + S₁)

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…Z₃ 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

U₂ = U₁ · [ ( R||9R) / (8,1R + R||9R) ]

R||9R = (R · 9R) / (R + 9R) = 0,9R

Следовательно, U₂ = 0,1 U₁. С учетом этого получим

u_вых= − ( UR_oc / 16R ) · 10⁻³ ( 10³ · Z₃ + 10² · Z₂ + 10 · Z₁ + Z)

Наиболее распространенными являются ЦАП серий микросхем 572, 594, 1108, 1118 и др. В табл. 3.2 приведены…

Параметры некоторых ЦАП

Используемые источники:

• https://m.audiomania.ru/content/art-6463.html
• https://www.hi-fi.ru/magazine/audio/top-15-luchshikh-tsap-ov/
• https://pue8.ru/silovaya-elektronika/919-tsifroanalogovye-preobrazovateli.html