Thd цап что это
Как выбрать преобразователь аудиосигнала
АЦП, ЦАП: зачем нужен преобразователь аудиосигнала?
ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь – нужен для преобразования аудиосигнала из цифрого формата в аналоговый; обычно, для передачи в усилитель или немедленного озвучивания.
Все современные форматы записи аудио используют цифровое представление. И треки на CD или blu-ray дисках, и mp3-файлы, и музыка с iTunes – все они хранятся в цифровом формате. И для того, чтобы воспроизвести эту запись, её надо преобразовать в аналоговый сигнал – эту функцию и выполняет цифро-аналоговый преобразователь. Встроенный ЦАП присутствует в любом устройстве, воспроизводящем музыку. Но часто бывает, что качество проигрывания одних и тех же аудиофайлов (или треков с одного и того же диска) на разных плеерах заметно отличается. Если при этом используются одинаковые усилители и наушники, значит, проблема в ЦАП плеера.
Аудиосигнал, прошедший через низкокачественный ЦАП
ЦАПы бывают разные: дешевые преобразователи с низким энергопотреблением (часто используемые производителями в мобильных устройствах) имеют низкое быстродействие и малую разрядность, что сильно сказывается на качестве звука.
Кроме того, внешний ЦАП может оказаться очень полезным при прослушивании музыки, записанной в loseless-форматах (форматах записи аудио без потерь качества) с высокой дискретизацией, обеспечивающей максимальное подобие записи и оригинала. Поскольку распространяются такие записи, в основном, через Интернет, часто их прослушивают прямо с компьютера. Но качественная звуковая карта редко встречается на ноутбуках и планшетах, да и встроенные в материнскую плату десктопного компьютера звуковые карты не отличаются высоким качеством. И в этом случае весь смысл прослушивания loseless музыки теряется абсолютно. Ситуацию можно исправить, если на компьютере есть цифровой аудиовыход, например, S/PDIF. Подключив к нему ЦАП с частотой дискретизации и разрядностью не меньшей, чем у прослушиваемой записи, можно получить аналоговый сигнал высокого качества.
Еще один приятный бонус можно получить, приобретя ЦАП с поддержкой Bluetooth. Это позволит слушать отличную музыку на подключенных к преобразователю динамиках, не будучи «привязанным» к нему проводами. Для мобильного компьютера (планшета или ноутбука) это может оказаться очень удобным. Кроме того, с таким преобразователем вы сможете проигрывать музыку с других устройств, поддерживающих Bluetooth и легко переключаться между ними.
АЦП – аналого-цифровой преобразователь – нужен, наоборот, для преобразования аналогового аудиосигнала в цифровой формат. АЦП будет незаменим при оцифровке (переводе в цифровой формат) старых аналоговых записей: на грампластинках, аудио и видеокассетах. Также АЦП потребуется при записи в цифровом виде «живого» звука с микрофона. Плееры с функцией записи и компьютерные звуковые карты имеют встроенный АЦП, но если вам важно качество оцифровки, лучше доверить эту задачу специализированному устройству.
Несмотря на совершенно противоположные задачи, АЦП и ЦАП обладают некоторыми общими характеристиками, оказывающими большое влияние на качество преобразования.
Характеристики преобразователей аудиосигнала.
Для АЦП частота дискретизации определяет, с какой частотой преобразователь будет измерять амплитуду аналогового сигнала и передавать её в цифровом виде. Для ЦАП – наоборот, с какой частотой цифровые данные будут конвертироваться в аналоговый сигнал.
Чем выше частота дискретизации, тем результат преобразования ближе к исходному сигналу. Казалось бы, чем выше этот показатель, тем лучше. Но, согласно теореме Котельникова, для передачи сигнала любой частоты достаточно частоты дискретизации, вдвое большей частоты самого сигнала. С учетом того, что самая высокая частота, различимая на слух – 20 кГц (у большинства людей верхняя граница слышимого звука вообще проходит в районе 15-18 кГц), частоты дискретизации в 40 кГц должно быть достаточно для качественной оцифровки любого звука. Частота дискретизации audio CD: 44.1 кГц, и максимальная частота дискретизации mp-3 файлов: 48 кГц, выбраны как раз исходя из этого критерия. Соответственно, ЦАП, проигрывающий аудиотреки и mp3-файлы, должен иметь частоту дискретизации не менее 48 кГц, иначе звук будет искажаться.
Зеленым цветом показан исходный аудиосигнал, состоящий из нескольких гармоник, близких к 20 кГц. Малиновым цветом обозначен цифровой сигнал, дискретизированный с частотой 44.1 кГц. Синим цветом обозначен аналоговый сигнал, восстановленный из цифрового. Хорошо заметны потери в начале и конце отрезка.
Теоретически, такой частоты дискретизации должно быть достаточно, но практически иногда возникает надобность в большей частоте: реальный аудиосигнал не полностью отвечает требованиям теоремы Котельникова и при определенных условиях сигнал может искажаться. Поэтому у ценителей чистого звука популярны записи с частотой дискретизации 96 кГц.
Частота дискретизации ЦАП выше, чем у исходного файла, на качество звука не влияет, поэтому приобретать ЦАП с частотой дискретизации выше 48 кГц имеет смысл, только если вы собираетесь прослушивать с его помощью blu-ray и DVD-аудио или loseless музыку с частотой дискретизации, большей 48 кГц.
Если вы твердо нацелились на приобретение преобразователя с частотой дискретизации выше 48 кГц, то экономить на покупке не стоит. ЦАП, как и любое другое аудиоустройство, добавляет в сигнал собственный шум. У недорогих моделей шумность может быть довольно высокой, а с учетом высокой частоты дискретизации, на выходе такого преобразователя может появиться опасный для динамиков ультразвуковой шум. Да и в слышимом диапазоне шумность может оказаться настолько высокой, что это затмит весь выигрыш от повышения частоты дискретизации.
Чем выше разрядность, тем выше точность измерения или восстановления амплитуды сигнала
Разрядность – вторая характеристика, непосредственно влияющая на качество преобразования.
Разрядность ЦАП должна соответствовать разрядности аудиофайла. Если разрядность ЦАП будет ниже, он, скорее всего, просто не сможет преобразовать этот файл.
Треки audio CD имеют разрядность 16 бит. Это подразумевает 65536 градаций амплитуды – в большинстве случаев этого достаточно. Но теоретически, в идеальных условиях, человеческое ухо способно обеспечить большее разрешение. И если о разнице между записями с дискретизацией 96 кГц и 48 кГц можно спорить, то отличить 16-битный звук от 24-битного при отсутствии фонового шума могут многие люди с хорошим слухом. Поэтому, если ЦАП предполагается использовать для прослушивания DVD и Blu-ray аудио, следует выбирать модель с разрядностью 24.
Чем выше разрядность АЦП, тем с большей точностью измеряется амплитуда звукового сигнала.
При выборе АЦП следует исходить из того, какие задачи с его помощью предполагается решать: для оцифровывания «шумных» аудиозаписей со старых магнитофонных лент высокая разрядность АЦП не нужна. Если же вы планируете получить качественную цифровую запись со студийного микрофона, имеет смысл воспользоваться 24-битным АЦП.
Количество каналов определяет, какой звук сможет преобразовывать устройство. Двухканальный преобразователь сможет обрабатывать стерео и моно звук. Но для преобразования сигнала формата Dolby Digital или Dolby TrueHD понадобится, соответственно, шести- или восьмиканальный преобразователь.
Соотношение сигнал/шум определяет уровень шума, добавляемого в сигнал преобразователем. Чем выше этот показатель, тем более чистым остается сигнал, проходящий через преобразователь. Для прослушивания музыки нежелательно, чтобы этот показатель был ниже 75 дБ. Hi-Fi аппаратура обеспечивает минимум 90 дБ, а высококачественные Hi-End устройства способны обеспечить отношение сигнал/шум в 110-120 дБ и выше.
Преобразователи аудиосигнала скорее относятся к студийному и домашнему оборудованию, поэтому питание большинства преобразователей производится от сети 220В. Но существуют и преобразователи, которые питаются от аккумуляторов и могут быть использованы автономно. Это может оказаться удобным при использовании преобразователя с мобильным устройством – ноутбуком, планшетом, смартфоном или плеером.
Некоторые преобразователи получают питание через разъем micro-USB, при этом получать (или передавать) аудиосигнал через этот разъем они не могут. Если вам важно, чтобы ЦАП мог читать аудиофайлы на USB-носителях, перед покупкой убедитесь, что USB на устройстве используется не только для питания.
Варианты выбора.
Если вам нужно устройство, с помощью которого можно будет оцифровать старые магнитофонные записи или записать на компьютер звук с микрофона, вам нужен аналогово-цифровой преобразователь. Цены на них начинаются от 1100 рублей.
Если вы желаете получить устройство для качественного проигрывания аудифайлов со смартфона с возможностью беспроводного соединения, выбирайте среди ЦАП с поддержкой Bluetooth. Такое устройство обойдется вам в 1400-1800 рублей.
Если же вы желаете услышать все богатство звука, записанного в loseless-формате с высокой частотой дискретизации и битностью 24, вам понадобится соответствующий ЦАП. Стоить он будет от 1700 рублей.
Аудио высокой «четкости»: мифы и реальность
Технология Intel® High Definition Audio (она же Azalia) по замыслу её создателей должна прийти на смену изъезженной вдоль и поперёк архитектуре компьютерного звука AC-97. Последняя получила широчайшее распространение на всех типах платформ, включая мобильные решения, но рано или поздно будет вынуждена сойти с дистанции. Вообще-то старение AC-97 пока ещё не столь заметно. «Ветеран» AC-97 может поупираться ещё довольно долго, благодаря всяким ревизиям-обновлениям, хотя запас «расширений» уже исчерпан. Главное преимущество продвигаемой «Интелом» новаторской технологии (далее сокращенно HD Audio) – это 32 битный многоканальный (7.1) звук с частотой дискретизации до 192 кГц. Для специалистов это преимущество весьма сомнительно, но на народ действует гипнотически. Посему настал черёд разобраться, стоит ли принимать во внимание «новинку» (которая уже год, как тихой сапой продаётся) при выборе компьютера.
Есть у HD Audio и другие преимущества. Например, поддержка 16 микрофонов. Всё дело в микрофонной решётке, выделяющей голос из окружающих шумов, что (не без хитрых алгоритмов) помогает распознавать слитную речь. Это скорее задел на светлое корпоративное будущее, чем реалии современного быта. Устаревающий стандарт AC-97 был готов обслуживать 2 мономикрофона (один стерео), но на практике производители ограничивались единственным моновходом, очевидно, по причине отсутствия массового спроса. Не спешат использовать кучу микрофонов и новоявленные HD Audio устройства. Так, в ноутбуках с Sonoma, которая потенциально поддерживает HD Audio, даже стереовходы лично мне ещё не встречались ни разу.
Самым «слабым» местом AC-97 были драйверы, которые разрабатывались сторонними производителями по принципу «кто во что горазд». HD Audio обещает обслуживаться готовыми драйверами операционной системы (разумеется, от MicroSoft), но на деле системными драйверами для такого сложного устройства, как аудиокарта (не важно, встроенная, или нет), ограничиться будет крайне сложно. В любом случае, потребуются дополнительные драйверы от тех же сторонних производителей.
Как выяснилось, удобство инсталляции «plug’n’play» у AC-97 было реализовано лишь частично. HD Audio берётся довести это «до ума». Похвально! Но верится с трудом.
Что действительно революционно у HD Audio, так это поддержка многопоточности с динамическим распределением каналов (памяти) DMA для каждого потока в отдельности. То есть предоставляется возможность озвучивать одновременно несколько источников, причём с разной частотой дискретизации (например, воспроизводить фильм с Dolby Digital 5.1, и параллельно не забывать про монофонический голосовой чат). Полоса пропускания составит для вывода до 48 Мбит в сек, а для ввода – 24 Мбит в сек. Это позволит воплотить в жизнь доктрину «цифрового дома», стерев границы между бытовым и компьютерным аудио. Фактически, в ближайшем будущем появится некая штуковина вроде домашнего развлекательного центра, обслуживающего всё видео и аудио в нашей квартире. Более того, стабильная синхронизация для каждого потока заложит «мину замедленного действия» под профессиональные аудиорешения. Однако, всё это лишь в перспективе, а действительность выглядит не столь радужно. О чём в подробностях чуть ниже.
Даешь все домашнее видео и аудио в руках одного компьютера!
Если верить информации, выложенной на сайте Intel, на данный момент HD Audio поддерживается чипсетами Intel® 915G, 915P и 925X Express. Что-ж, лиха беда начало…
А что же конкуренты? Похоже, AMD сделал ставку не на ту лошадку. Поначалу, заморочив головы с кодированием-декодированием в Dolby Digital, аудио от AMD (точнее, от NVIDIA, родоначальницы чипсета nForce), не долго поражало воображение покупателей. Помнится, года два назад NVIDIA грозилась сделать «лучший в мире звук на РС». Полная аппаратная поддержка DirectSound и DirectX 8.0, конечно, хорошо, но для долговременного успеха явно не достаточно. Например, кодирование в реальном времени в DolbyDigital с хорошим качеством выходящего сжатого звука в случае шести каналов требует прорву вычислительных ресурсов даже для 16 битного сигнала. А слабо 24 бит 96 кГц в DTS сжать? Какое конкретно качество после сжатия в состоянии обеспечить nForce, так и осталось тайной. Фирма не удосужилась поведать, а журналисты слепо поверили на слово. Это надо же было такое придумать: сжимать непонятно как, чтобы ради одного цифрового шнурка передавать многоканальный сигнал на внешний Hi-Fi ресивер! Короче, идея фикс. На сегодняшний день продвинутое аудио как таковое в списке перспективно-приоритетных направлений NVIDIA не значится. Возможно, какие-то замыслы держатся в строжайшей тайне, хотя серьёзных предпосылок для этого не видать. Было бы что по существу держать в секрете!
Краткий справочник (вместо теории)
| АЦП (ADC) | Преобразователь аналогового сигнала в цифровой. Передаваемый (а также хранимый где-либо) цифровой сигнал представляется в двоичном виде как упорядоченная последовательность нулей и единиц. Один нолик (или единичка) эквивалентен одному биту. Кстати, количество информации измеряется битах, а восемь бит дают один байт. |
| Разрядность АЦП (ADC bits) | Количество бит (иными словами, разрядов) у АЦП фиксировано. Чем больше бит, тем бОльшая по значению амплитуда может быть представлена, и тем больше динамический диапазон (см далее). Следует различать линейные (ещё их называют мультибитными) и однобитные (типа дельта-сигма и т.п.) преобразователи. В однобитном преобразователе прибегают к передискретизации (см далее), тем самым косвенно наращивая число бит в формируемом цифровом сигнале. Не все разряды мультибитного АЦП вносят одинаковый вклад в формирование цифрового сигнала. Как правило, крайние биты у силу принципиальных ограничений работают в полсилы, что приводит к сокращению количества эффективных бит. Поэтому, например, у 20 битного АЦП эффективных бит может оказаться около 16, а у какого-нибудь разрекламированного 24 битного АЦП (на самом деле однобитного дельта-сигма) случается к.п.д. и того меньше. Чем выше количество эффективных бит, тем лучше у АЦП реальный динамический диапазон (см далее), соотношение сигнал шум и т.д. |
| Частота дискретизации (sampling frequency) | Частота, с которой при получении цифрового сигнала выхватываются в аналоговом сигнале отдельные уровни амплитуды (дискреты), переводимые тем или иным способом в численные значения. Чтобы корректно озвучить цифровой сигнал (т.е. преобразовать его обратно в аналоговый), необходимо знать величину частоту дискретизации, при которой происходила «оцифровка». |
| Передискретизация (oversampling) | Упрощенно говоря, захват дополнительных точек (дискрет) в промежутках между временнЫми отсчётами, задаваемыми частотой дискретизации. Используется для повышения точности цифрового сигнала при искусственно заниженной разрядности (вплоть до 1) преобразователей. |
| Искажения (distortions) | Искажения подразделяются на нелинейные, переходные, амплитудно-частотные и фазово-частотные. Нелинейные искажения, в свою очередь, делятся на гармонические (когда при подведении одной частоты возникают и другие частоты, кратные подводимой, назваемые гармониками) и интермодуляционные (когда при подведении двух разных частот возникают частоты, являющиеся суммой или разностью подводимых частот). Нелинейные искажения оцениваются посредством разнообразных придуманных коэффициентов. Так, THD (total harmonic distortion) отличается от THD+N тем, что для оценки отбираются лишь гармоники, а широкополосные шумовые составляющие не учитываются. Следовательно, THD+N характеризует нелинейные искажения какого-либо преобразователя более полно, но смешивает в одну кучу гармоники и шум. Коэффициент интермодуляционных искажений обозначается как IMD (inter modulation distortion) и свидетельствует о том, как одна частотная компонента (например, 10 кГц) влияет на другую (1 кГц). Какие искажения наиболее ощутимы на слух, зависит как от значения частоты, так и от комбинации множества факторов. Например, так любимые эстетами звука лампы в усилительных каскадах дают чётные (более заметные на слух) и нечётные гармоники, причём очень мощные, хотя и ослабевающие экспоненциально по мере роста частоты. Многие гитарные distortion эффекты превносят кучу гармоник, но на слух это в целом воспринимается позитивно. Так что оценки величины нелинейных искажений указывают на потенциальные неточности воспроизведения/записи звука, но мало говорят о том, насколько приятен или неприятен будет звук на слух. |
| ЦАП (DAC) | Преобразователь цифрового сигнала в аналоговый. В принципе, выполняет все процедуры намного быстрее и проще, чем АЦП, поэтому дешевле в разработке и производстве. Чем выше текущая частота звуковых составляющих в цифровом сигнале, тем сложнее ЦАПу восстановить истинную форму в выдаваемом аналоговом сигнале. |
| Кодек (codec) | Совмещённый АЦП/ЦАП. |
| Программное (реже аппаратное) кодирование-сжатие и декодирование видео- или аудиопотоков. | |
| Разрядность** цифрового сигнала** (Bit depth) | В отличие от разрядности, ЦАП и АЦП однозначно свидетельствует о динамическом диапазоне цифрового сигнала как такового. При этом динамический диапазон равен максимально возможному. Например, для 8-битного сигнала это 48 дБ, для 16-битного – 96 дБ, для 24-битного 144 дБ (предел человеческого слуха |
120 дБ), а для 32-битного – аж страшно подумать – 192 дБ. Цифровые сигналы с такими диапазонами могут быть созданы лишь искусственно, т.е. на компьютере (или другом цифровом устройстве) с процессором, имеющим более высокую точность. Например, для 24-битного сигнала желательна точность в 32 бита для целых чисел, иначе проявятся искажения, превносимые дискретностью.
Практические аспекты на примере CMI 9880/8 CH Azalia Audio Codec от C-Media
Сам по себе кодек – это ещё полдела. Качество звука в немалой степени обеспечивается за счёт развязки аналоговых цепей (прежде всего питания) от цифровых, а также фильтров на звуковых выходах. Тем не менее, если кодек с его ЦАПами и АЦП «убогий», то хорошего звука ждать неоткуда, как ни упирайся с передовыми алгоритмами обработки.