Есть ли в моем телефоне ЦАП? Объяснение ЦАП и усилителей в смартфонах сегодня

Мы Мне часто задают этот вопрос, и теперь, когда у стольких телефонов больше нет разъема для наушников, он стал еще более распространенным: есть ли в моем телефоне ЦАП? Что такое ЦАП и для чего он нужен? А как насчет усилителя?

Посмотрим, сможем ли мы выяснить ответы и, что более важно, понять, как все это работает, и зачем нам нужен этот ЦАП с его забавным названием и как усилитель делает звук лучше или хуже.

Подробнее: состояние звука на смартфоне: ЦАП, кодеки и другие термины, которые вам необходимо знать

Что такое ЦАП?

Изображение любезно предоставлено LG.

ЦАП принимает цифровой сигнал со своего входа и преобразует его в аналоговый сигнал на своем выходе. Цифровой аудиосигнал легко объяснить, но немного сложнее осмыслить. Это электрический сигнал, преобразованный в биты. Биты находятся в шаблоне, который имеет определенное значение в каждой точке, и чем больше раз исходный сигнал был дискретизирован, тем точнее этот шаблон и эти значения.

Аналоговый сигнал – это то, что вы картинка в вашей голове, когда вы думаете о форме волны. Это непрерывный сигнал, амплитуда которого меняется на временной шкале.

Аудио преобразуется в цифровую копию, потому что его легче сжимать, а электроника, которую мы любим, например, наши телефоны, не может хранить аналоговую сигнал как кассета может. Они также не могут прочитать один обратно, если вы задумывались о том, чтобы подключить к телефону магнитофон. Цифровой сигнал очень отличается от аналогового сигнала, и самый простой способ понять это – это небольшая удобная диаграмма.

Цифровой сигнал следует очень жестким и рассчитанным линиям, в то время как аналоговый сигнал более произвольной формы. Это из-за времени выборки; большее время выборки будет ближе друг к другу по нижней оси (ВРЕМЯ) и сделает цифровой сигнал более плавным, который по форме ближе к аналоговому. Правая ось измеряет амплитуду звуковой волны. Когда вы видите сигнал между третьим и четвертым временем выборки в нашем примере, вы можете видеть, как эти два сигнала различаются, а это означает, что производимый звук будет другим.

Физика и возникающие ограничения быть человеком означает, что это не так важно для воспроизведения, как кажется. Но это очень важно для студийной работы и сохранения исходного качества записи. Преобразование – очень сложная процедура, и ЦАП выполняет много работы. Важно понять, почему цифровой аудиофайл может отличаться от аналоговой записи.

Усилитель

Усилитель делает только одно – управляет аналоговым сигналом (во всяком случае, усилителями, о которых мы говорим), так что он более интенсивный и будет громче, когда он выходит из динамика. Аналоговый сигнал – это просто электричество. Увеличить мощность электричества действительно очень просто, и вы используете то, что составляет трансформатор (успокойтесь инженеры, это должно быть просто), чтобы взять вход, получить немного энергии откуда-то еще и увеличьте вход. Он преобразует источник.

Создать усилитель легко. Создать хороший усилитель – нет.

Некоторые особенности могут показать простую часть. Чтобы усилить колеблющийся сигнал – как и любой другой звук – вы используете трехпроводной компонент, называемый транзистором (или его эквивалентом в интегральной схеме). называется базой, коллектором и эмиттером. Подача слабого сигнала между базой и эмиттером создает более интенсивный сигнал через эмиттер и коллектор при наличии внешнего источника питания. Исходный сигнал прикрепляется к базе, а динамик – к коллектору. Вы можете сделать то же самое с электронной лампой, но она не поместится в вашем телефоне.

Сложнее всего сделать все это с сохранением исходной частоты и амплитуды. Если усилитель не может воспроизводить частоту входного сигнала, его частотная характеристика не подходит, и некоторые звуки усиливаются сильнее, чем другие, и все звучит плохо. Если входная амплитуда (назовем эту громкость) увеличивается до уровня, с которым выход не может соответствовать (транзистор может выводить только такую ​​большую мощность), громкость усилителя выключается, и ваш звук начинает обрезаться и искажение . Наконец, если вы слушаете во время записи (мы раньше называли это телефонным звонком), усилитель должен быть осторожен, он не усиливает сигнал достаточно высоко, чтобы микрофон мог его уловить, иначе вы получите обратная связь . Это касается не только звука, который вы слышите, но и самого сигнала. Электричество = магнетизм.

Качественный усилитель может уменьшить все создаваемые искажения.

Когда вы говорите о больших усилителях которые используются на сцене, в миксе есть много других вещей, таких как предусилители или многоступенчатые усилители, или даже сложные настройки операционных усилителей, которые могут повлиять на звук. Но у маленьких усилителей есть свои трудности, если вы тоже хотите сделать хороший. Вы не можете усилить аналоговый сигнал, не повлияв на усиление (громкость), точность воспроизведения (точное воспроизведение звука) или эффективность (разряд батареи). Сделать хороший усилитель для телефона сложно . Намного сложнее, чем использовать хороший ЦАП, поэтому мы видим телефоны с хорошим 24-битным ЦАП, которые по-прежнему звучат плохо по сравнению с такими телефонами, как LG V30, которые также имеют отличный усилитель.

Битовая глубина и частота дискретизации

Мы не слышим цифровой звук. Но наши телефоны не могут хранить аналоговый звук. Поэтому, когда мы воспроизводим нашу музыку, она должна проходить через ЦАП. Наша небольшая диаграмма выше показывает, насколько важно отобрать аналоговый сигнал как можно больше раз при преобразовании его в цифровой файл. Но то, насколько «глубокий» вы семплируете, тоже имеет значение.

Не вдаваясь в слишком технические вопросы, скажу, что чем точнее вы хотите, чтобы каждый сэмпл был, тем большую битовую глубину вам нужно использовать. Битовая глубина представлена ​​числом, которое может вводить в заблуждение. Разница в размере между 16 и 24 и 32 больше, чем вы думаете. Намного больше.

Когда вы добавляете один бит, вы удваиваете количество шаблонов данных.

Бит может хранить только два значения (0 и 1), но вы можете считать, используя их так же, как и «обычные» числа. Начните отсчет с 0 и вы нажмете 9; вы добавьте еще один столбец к числу и получите 10. Используя биты, вы начинаете с 0 и когда нажимаете 1, вы добавляете другой столбец, чтобы получить 00, которое становится 2-битным числом. Двухбитовое число может иметь четыре различных шаблона данных или точек (00, 01, 10 или 11). Когда вы добавляете один бит, вы удваиваете количество точек данных, а 3-битное число может иметь восемь различных шаблонов данных (000, 001, 010, 011,100, 101, 110 или 111 ).

Не волнуйтесь. Мы закончили с математикой. Просто важно понимать, что на самом деле представляет собой битовая глубина. 16-битный сигнал имеет 65 536 отдельных точек данных, 24-битный сигнал содержит в 256 раз больше данных с 16 777 216 точками на выборку, а 32-битный сигнал имеет 4 294 967 294 точек на выборку. Это в 65 536 раз больше данных, чем в 16-битном файле.

Частота дискретизации измеряется в герцах, а 1 герц означает один раз в секунду. Чем больше раз вы семплируете файл, тем больше исходных данных вы можете захватить. При кодировании звука с качеством компакт-диска данные фиксируются со скоростью 44 100 раз в секунду. Кодирование с высоким разрешением может реально выполнять выборку со скоростью 384 000 раз в секунду. Когда вы захватываете больше данных с более высокой битовой глубиной и делаете это больше раз в секунду, вы можете воссоздать оригинал более точно.

Строительство хороший ЦАП и усилитель – не единственная сложная часть процесса – при кодировании звука каждую секунду используются миллионы и миллионы вычислений.

те же факторы имеют значение и для потокового аудио (которое является цифровым), но потоковое аудио добавляет еще один уровень сложности, потому что его качество также зависит от битрейта – битов, обрабатываемых за единицу времени. Мы измеряем это так же, как и скорость интернета: кбит/с (килобит в секунду). Чем выше, тем лучше. Кодек, используемый для сжатия цифрового аудиосигнала, также важен, и кодеки без потерь, такие как FLAC или ALAC, сохраняют больше цифровых данных, чем кодеки с потерями, такие как MP3.. Чтобы звук воспроизводился через динамик или наушники, требуется много работы.

Реальные числа

Ранее мы упоминали, что кодирование записи для хранения (как мастер) немного отличается от кодирования для воспроизведения. Машины и компьютеры не слышат, и все это игра в числа. Когда вы кодируете и декодируете аудиосигнал, вы занимаетесь математикой. Чем больше информации вы используете для расчета амплитуды сигнала, тем точнее будут вычисления. Но наши уши – не компьютеры.

Даже идеальный слух не поможет вам услышать какую-либо пользу от 32-битной системы Sudio. Во всяком случае, пока.

Аудиофайл заполнен «звуками», которые мы не слышим. Большая часть данных в 32-битном кодировании бесполезна при прослушивании, а слишком высокая частота дискретизации может на самом деле звучать хуже, поскольку вносит слишком много электрического шума. Это учитывается при создании цифрового аудиофайла, содержащего нужное количество информации, равно как и при проектировании ЦАП. Но, как и все остальное, более высокие цифры выглядят лучше для людей, которые их продают. Знать, как и почему все это работает, действительно здорово, но более важно знать, что вам нужно.

Цифровой аудиофайл, закодированный с частотой 24 бита и 48 кГц, и ЦАП который может их преобразовать, предлагает лучшее качество, которое мы можем слышать. Все, что выше, – это плацебо и маркетинговый инструмент.

Физические пределы наших тел и то, как работают наши текущие технологии, означают, что данные собираются с битовой глубиной более 21 бит и подвергаются выборке чаще чем 42 кГц – это предел “идеального” слуха. Важно иметь цифровую копию записанного звука с чрезвычайно высокой скоростью передачи данных на случай технологического прорыва, но файлы, которые вы слушаете сегодня, и оборудование, которое может их воспроизводить, имеют разумный потолок. Но этот прорыв никогда не произойдет с оборудованием, которое мы используем сегодня, так что 32-битный ЦАП в вашем LG V30 – это большой перебор.

Итак, давайте еще раз рассмотрим этот ЦАП и усилитель

ЦАП – это аудиокомпонент, который используется для преобразования цифровых аудиофайлов, хранящихся на наших телефонах, в аналоговый сигнал. Здесь задействовано много сложной математики, которая пытается сделать копию копии звуком, близким к оригиналу, но большая часть аудиоданных – это то, что мы не можем услышать. Вы можете даже ухудшить звучание, если попытаетесь сделать слишком много при кодировании файла.

Приложение воспроизводит файл. ЦАП преобразует его в аналоговый. Усилитель усиливает сигнал. И сыр стоит особняком.

Аналоговый сигнал подается на усилитель, который увеличивает интенсивность сигнала, поэтому он становится громче. Но делать вещи громче, не заставляя их звучать плохо, очень сложно.. Когда вы делаете это на таком маленьком устройстве, как телефон, который также имеет ограниченный заряд аккумулятора, это становится особенно сложным. Усилитель может (и обычно оказывает) большее влияние на то, как вещи звучат для наших ушей, чем ЦАП.

Аналоговый выход ЦАП и усилителя – это то, что могут воспроизводить наши наушники и наши уши. может слышать, но наши телефоны не могут правильно хранить его, поэтому необходим цифровой файл. И на случай, если инженер где-нибудь совершит значительный прорыв в кодировании и декодировании цифрового звука, оригинальные работы сохраняются с астрономическими объемами данных, большая часть которых теряется при кодировании файла, который звучит лучше всего.

Все, что вам когда-либо понадобится, – это ЦАП, который может преобразовывать файлы 24-бит/48 кГц, усилитель, усиливающий сигнал без добавления искажений или шума, и файлы высокого качества для воспроизведения.

Уф.

Есть ли в моем телефоне ЦАП и усилитель?

Он вообще издает какие-нибудь звуки? Если да, то в нем есть ЦАП и усилитель.

Мы говорили о том, почему записанный звук преобразуется в цифровую копию ранее, а как насчет аналогового сигнала? Почему это особенное и почему мы должны конвертировать аудио обратно в аналоговый? Из-за давления.

Каждая электронная вещь, которая может воспроизводить звуки, имеет ЦАП.

Один из способов измерения аналогового сигнала – это по интенсивности. Чем интенсивнее (дальше от нулевого пятна в форме волны) каждая частота в сигнале, тем громче она будет при воспроизведении динамиком. В динамике используется электромагнит и бумага или ткань, которые движутся, чтобы преобразовать сигнал в звук. Аналоговый сигнал заставляет катушку двигаться, а бумажные или тканевые элементы выталкивают воздух, создавая волну давления. Когда эта волна давления достигает наших барабанных перепонок, она издает звук. Изменяйте интенсивность и частоту волн давления, и вы создаете разные звуки.

Это почти похоже на волшебство, и ученые, которые выяснили, как записывать и воспроизводить звук, были на совершенно другом уровне умный.

ЦАП и усилитель могут жить долго и счастливо в ваших наушниках или кабеле.

У некоторых телефонов есть лучше ЦАП и усилитель, чем другие, и телефоны без разъема для наушников не должны использовать комбинацию ЦАП/усилитель для отправки звука на пару наушников. Все телефоны имеют их для системных звуков и голосовых вызовов, но ЦАП и усилитель также могут находиться внутри ваших наушников или даже в кабеле, который соединяет наушники с вашим USB-портом. USB-C может отправлять аналоговый и цифровой аудиовыход, и обычные наушники (с адаптером) могут использоваться для воспроизведения аналогового звука через порт, а наушники с собственным ЦАП могут принимать цифровой звук для декодирования и конвертируются сами.

И у вас, вероятно, есть наушники с ЦАП и усилителем внутри, потому что именно так работает Bluetooth.

Bluetooth audio

ЦАП и усилитель должны располагаться на одной линии между воспроизводимым цифровым файлом и вашими ушами. Другого способа мы не можем слышать звуки. Когда мы используем Bluetooth для прослушивания музыки или фильмов (или даже телефонных звонков), мы отправляем цифровой сигнал с нашего телефона в наши наушники Bluetooth. Оказавшись там, он преобразуется на лету (это то, что означает потоковая передача звука) в аналоговый сигнал, проходящий через динамики и переносимый по воздуху в виде волны давления к вашим ушам.

Bluetooth добавляет еще один уровень сложности в микс, но все еще задействованы ЦАП и усилитель.

Не менее важно качество ЦАП и усилителя при использовании Bluetooth. как и при проводном соединении, но другие компоненты также могут влиять на звук. Перед отправкой звука через Bluetooth он сжимается. Это происходит из-за того, что Bluetooth работает медленно. Меньший кусок файла легче отправить, чем большой, и сжатие аудио упрощает потоковую передачу. Когда фрагмент сжатого аудиофайла получен вашими наушниками, он должен быть сначала распакован, а затем отправлен в правильном порядке через ЦАП и усилитель в ваших наушниках. Существует несколько различных способов сжатия, разделения, передачи и повторной сборки звука через Bluetooth с использованием различных аудиокодеков Bluetooth. Некоторые передают цифровой файл лучшего качества (более высокая битовая глубина и частота дискретизации), чем другие, на ЦАП и усилитель ваших наушников, но как только эти данные поступают, наушники Bluetooth работают точно так же, как внутренний ЦАП и усилитель.

Резюме и главное

Есть много способов донести до ушей музыку из песни, которую вы загрузили на свой телефон. Но для каждого из них требуется ЦАП и усилитель.

Не обязательно быть аудиофилом, чтобы наслаждаться музыкой. Важно то, как это звучит для вас.

Высококачественные аудиокомпоненты могут обрабатывать больше аудиоданных и предлагать более качественное звучание, но у всего в жизни есть компромисс. ЦАП, который может преобразовывать более чем 16-битный звук, дороже покупать и встраивать в телефон, потому что он также более чувствителен к помехам от других частей. То же самое и с усилителем – особенно с мощными усилителями, которые могут работать с наушниками с высоким сопротивлением. Даже сами аудиофайлы имеют недостаток, так как аудиофайлы с высоким разрешением могут быть довольно большими и занимать больше места для хранения или более быстрое соединение для потоковой передачи.

Вам действительно не нужно знать об этом. любое из этого, чтобы понравиться, как звучит ваш телефон. И это ключ – вы сами решаете, что звучит хорошо. Не позволяйте обсуждению того, что лучше или что не так с Bluetooth, влияет на то, что вы слышите, особенно если вам нравится его звучание.