Выбираем лучший ЦАП: однобитники и мультибитники (часть 1), статья. Журнал «Stereo & Video»
Сохранить и прочитать потом —
Винил, конечно, сейчас — модная штука, друзья, но побороть цифровую дистрибуцию музыки ему не придется никогда. Цифровые источники звука вот уже более полутора десятка лет прочно удерживают доминирующее положение как в профессиональном, так и в бытовом секторах электроники. Поговорим о том, как выжать максимум Hi-Fi-соков из ассортимента плодов — от интернет-радиостанций до 24-битового аудио.
Когда-то проигрыватель компакт-дисков был единственным решением, и вообще поначалу считался крутым High End, но сегодня эту тему, похоже, можно считать морально исчерпанной. Да, по старинке еще многие держат CD в коллекциях, но как физический носитель он проигрывает винилу, который банально красивее выглядит, а технически уступает по параметрам HD-аудио, которым уже вовсю торгуют в интернете не только аудиофильские, но и мейджор-лейблы. Таким образом, вместо CD-плеера нам нужно более универсальное устройство с внешними входами, которое могло бы преобразовать двоичный код из нулей и единиц в аналоговый сигнал, который далее подавался бы на усилитель и колонки в итоге.
Блоком с цифроаналоговым преобразователем (ЦАПом, конвертером, DAC) оснащен и AV-ресивер, и CD-, и в принципе любой медиаплеер. Как самостоятельное устройство ЦАПы появились в качестве High-End-апгрейда существующему CD-проигрывателю. Конструкторы полагали, что плеер разумнее разнести в отдельные блоки с собственным электропитанием.
Один из первых внешних ЦАПов Sony DAS-R1, выпущен в конце 1987 года
В первом устанавливалась собственно механическая часть со считывающей оптической системой и цифровым выходом. Это называлось CD-транспорт. Во втором блоке движущихся узлов уже не было — лишь плата ЦАПа, значение которого в настоящее время выросло до звания цифрового хаба. Кстати, очень часто бывает и так, что в современном CD-проигрывателе найдется пара цифровых входов для подключения внешних источников.
Жизненный цикл звука от источника, последующей записи и оцифровки, обработки,
и обратного цикла — цифроаналогового преобразования
Современный конвертер взаимодействует с целым рядом источников сигнала — главное, чтобы для всех нашлась соответствующая коммутация. Источником может быть и старенький DVD-плеер – обычно они подключаются через оптический TosLink или коаксиальный кабель. Последний выглядит как обычный «тюльпан» из стереопары. Дорогие модели могут еще используют соединение разъемами типа XLR. С помощью USB входа к ЦАПу можно подключить компьютер или портативный источник звука.
Помимо этого, портативные ЦАПы делают совместимыми с источниками на основе iOS- или Android-телефонами, айподами, планшетами и другими гаджетами. Фактически во всех этих случаях конвертер становится внешним звуковым модулем с отдельным питанием и хорошей начинкой, которые не снились в штатной мультимедийной технике. А еще современные ЦАПы нередко оснащают усилителем для наушников.
Мультибитные и однобитные ЦАПы
До 21 века цифроаналоговые преобразователи оперировали только с 16-битным аудио, согласно формату Red Book для компакт-диска. Другого просто не было. Частота дискретизации у CD была 44 кГц, у профессиональных DAT-рекордеров капельку выше — 48 кГц. Сначала все ЦАПы работали по «параллельному» принципу — все 16-разрядов «взвешивались» на R-2R матрице (резисторной схеме лестничного типа).
Пример схемы R/2R ЦАПа
Знатоки знают наизусть и ценят такие марки чипов, как Burr-Brown PCM63 или Philips TDA1541. Однако R-2R матрицы оказались дороговатым и не слишком технологичным удовольствием. Требовалась точная лазерная подгонка всех номиналов сопротивлений. В противном случае при работе неточный замер битов приводил к нарушению линейности сигнала.
Поэтому на смену R-2R пришли ЦАПы с 1-битовым преобразованием, получившим название «дельта-сигма». Если мультибитники выдавали напряжение сигнала напрямую, исходя из всех поступивших на матрицу 16-битовых данных, то в дельта-сигме напряжение колебалось в зависимости от того «ноль» пришел на приемник или «единичка». 1 — означала увеличение напряжения аналогового сигнала, а 0 — уменьшение.
Микросхема мультибитного ЦАПа Burr-Brown PCM63
Старые аудиофилы нет да и вспомнят музыкальность R-2R чипов, но и деваться некуда. Дельта-сигма оказались и практичнее в настройке, и дешевле в производстве. Да и качество SACD-формата доказало, что 1-битовое преобразование отлично умеет справляться с High-End задачами. Частота дискретизации SACD измеряется уже не кило-, а мегагерцами, поэтому в схеме можно обойтись совсем простыми аналоговыми фильтрами. В классических схемах на базе PCM до сих пор приходится фильтровать помехи квантования цифровым способом — их существует несколько и некоторые модели ЦАПов предоставляют возможность выбрать один из них.
Сами же дельта-сигмы прогрессировали в сторону гибридных схем, где поток обрабатывался каскадами, как по 1-битной, так и параллельной схеме. Но самое главное, величина цифрового слова выросла в них сначала до 24, а потом и до 32 бит. Кроме того, перспективным направлением являются ЦАПы на программируемых вентильных матрицах (FPGA), где и вовсе нет традиционных конвертеров.
Современный ЦАП Mytek Manhattan работает с потокоми РСМ 32 бит / 384 кГц, DXD, DSD-DS-DSD256 (11.2 MHz)
Для чего такая расширенная разрядность? Для достоверности. В профессиональной индустрии сегодня используются 24-битная запись, обеспечивающая более точное описание оригинального сигнала. Как уже упоминалось, ряд музыкальных изданий уже доступен в формате высокого разрешения. Так что можно, конечно, послушать урезанную версию на компакт-диске или МР3, но согласитесь, интереснее встать на одну ступеньку ближе к звукорежиссерам, которые возились с вашим любимым альбомом. И поэтому ваш ЦАП должен быть полностью готовым для приема контента высокого разрешения — как по USB, так и по остальным протоколам передачи данных.
Обзор мультибитного варианта USB ЦАП Schiit Jotunheim Multibit
Оглавление
Мы уже неоднократно знакомили наших читателей с продукцией американской компании Schiit Audio. Кстати, название Schiit переводится вовсе не так, как кажется на первый взгляд. Это американский молодежный слэнг, имеющий значение «сногсшибательный». В русском языке есть близкие сленговые слова «чумовой», «обалденный» и т. п.
В 2018 году у производителя появился новый мультибитный вариант USB ЦАПа с дискретным балансным наушниковым усилителем Schiit Jotunheim. Архитектура этого продвинутого устройства позволяет выбирать нужный пользователю вариант. Существует несколько опций: чистый усилитель с заглушкой вместо внутренней платы, с платой фонокорректора, с платой ЦАП дельта-сигма AK4490 dual mono и с мультибитной платой.
Мультибитные преобразователи для звуковой аппаратуры были популярны 15 лет назад, но постепенно сходят на нет. Выпуск звуковых чипов прекращается, так как очень сложно добиться линейности преобразования без существенного усложнения схемы и без роста себестоимости. К тому же, линейность мультибитных ЦАПов обычно не превышает 14 бит, а значит, технические параметры существенно хуже, чем у более современных ЦАПов с оверсемплингом. У дельта-сигма-ЦАПов, конечно, имеются свои проблемы. Самые дешевые 1-битные преобразователи показывают более высокие параметры, но качественный звук обеспечить тоже не могут. Интересным выходом из ситуации является применение гибридной технологии мультибитных дельта-сигма-преобразователей, которые в полной мере используют преимущества и той, и другой технологии. Типичный пример — популярный чип конвертера CS4398. Конечно, один только ЦАП, даже самый хороший и дорогой, сам по себе играть не сможет. Ему необходимо обеспечить качественную цифровую часть, аналоговую часть, правильную схему, питание, грамотную разводку и все прочее. Именно этим объясняется гигантская разница в звуке сходных по начинке устройств.
К счастью, мультибитная версия Schiit Jotunheim Multibit является образцом грамотного устройства. Здесь использован промышленный чип преобразователя AD5547, то есть рассчитанный на применение в медицине, промышленности и прочих устройствах, где нужна широкая полоса частот, а оцифровка ведется без оверсемплинга и фильтрации. Число бит у чипа составляет ровно 16, в то время как полоса частот — 6,8 МГц. Чтобы адаптировать данный чип для звуковых целей и уменьшить нелинейные искажения, американские инженеры Schiit применяют предварительный цифровой фильтр на базе аппаратного DSP Analog Devices SHARC 21478. Данный процессор работает на частоте 256 МГц и имеет большой объем набортной памяти для реализации БИХ- и КИХ-фильтров. Таким образом, Jotunheim Multibit — это не классический мультибитный NOS-конвертор на устаревших чипах, с похрустывающим резким звуком «для рока и старых записей».
В схеме ЦАПа у американцев активно используется оверсемплинг для снижения резкости звука R-2R-конвертора и для облегчения задачи последующей аналоговой фильтрации. Цифровые фильтры — собственной разработки, оптимизированные именно для данной схемы. Схема аналогична той, что мы видели в более дорогом устройстве Schiit Bifrost Multibit, но реализация отличается в деталях. В целом схема очень самобытная и существенно выходит за рамки китайского цапостроя имени мультибита. По звуку также нет ничего общего с дешевыми «китай-платками с алишки». Инженеры-основатели Schiit Audio очень серьезно подходят к делу. Все их наработки и оригинальные схемотехнические решения являются результатом более чем 20-летнего опыта разработки высококачественной аппаратуры для известных звуковых компаний. Ну а самый лучший способ оценки аппаратуры — это не разглядывание деталей на печатной плате или каких-то умных графиков, а прямое прослушивание музыки и непосредственное сравнение с конкурирующими решениями, лицом к лицу. Все прочее — это увод дискуссии в сторону технических дебрей, в которых хорошо разбираются лишь единицы профильных специалистов и где все равно нет простых ответов с черно-белой логикой.
Сам по себе Schiit Jotunheim со своей несменяемой платой усилителя для наушников также очень интересен. Это полностью балансный тракт (true balanced), от 3-контактных линейных XLR-входов до 4-контактного балансного XLR-выхода с наушникового усилителя. Если подается небалансный сигнал через RCA-разъем, то используется лишь одна половинка усилителя. То есть нет никаких лишних цепей по суммированию и обратному раздвоению сигнала, что позитивно сказывается на линейности. В то же время, мощности сигнала хватает с лихвой в обоих случаях.
Усилитель для наушников — полностью дискретный, только на транзисторах. Почему это важно? Во-первых, мощность доходит до 5 Вт на канал при нагрузке 32 Ом, чего с запасом хватит для любых самых «тугих» наушников. Во-вторых, вы платите за реальные технологии, за спроектированное для звука устройство, а не за повторение какой-то там типовой схемы из готовых кирпичиков, внутрь которых нельзя влезть и что-то изменить. Производитель говорит, что разработанная им схема усилителя — самая гибкая и совершенная, с самым высоким КПД, и всего этого нет у конкурентов. Фирменное название технологии — Pivot Point, с использованием дифференциальной топологии с обратной связью по току, что дает низкие искажения, высокую полосу частот (до 700 кГц), полностью балансный каскад. ОУ используется только в сервисной цепи для отслеживания и компенсации постоянной составляющей. Это позволяет избавиться от разделительных электролитов в цепочке — их просто нет, так как они не нужны.
Мощный линейный трансформаторный БП имеет большие емкие электролиты 4 × 15 000 мкФ. Нет никакого повода для влезания в схему даже самым отъявленным любителям модификаций и оптимизаций.
Технические характеристики Schiit Jotunheim Multibit
| Диапазон рабочих частот | 20 Гц — 20 кГц (0,1 дБ, 2 Гц — 700 кГц, −3 дБ) |
|---|---|
| КГ | 70 дБ, 20 Гц — 20 кГц |
| Импеданс | 109 дБ |
| Габариты | 229×152×51 мм |
| Вес | 2,7 кг |
| Цена в России | 54 000 рублей |
Все измерения производитель проводит на стенде Stanford Research SR1+. По существующим меркам, показатели не рекордные, но стоит учесть, что не все важные параметры можно легко измерить. Обычно наши измерения аппаратуры Schiit Audio дают цифры выше паспортных.
Отдельный аппаратный переключатель на передней панели служит для выбора уровня усиления (низкое или высокое). Это очень полезно, так как в начальных положениях регулятора громкости у аналогового потенциометра обычно бывает разбаланс каналов, громкость левого и правого канала при аналоговой регулировке будет отличаться на несколько дБ — это практически неизбежно в усилителях с такой высокой мощностью, как у Jotunheim. Установкой более низкого усиления вы переводите регулятор в рабочую зону, где никаких проблем нет. Кроме того, здесь есть качественный 27-миллиметровый счетверенный регулятор Alps, благодаря чему все каналы имеют равную громкость, а весь тракт всегда остается балансным.
5 Вт на нагрузке 32 Ом — заслуга дискретной схемы и встроенного мощного линейного БП. Зачем нужна такая мощность? В основном это требуется для низкочувствительных наушников, для обычных наушников и 50 мВт может оказаться избыточной мощностью. Однако если производитель где-то указывает ограничение 50 мВт, это значение может быть получено уже при 1% искажений, когда из-за перегрузки слушать невозможно. То есть запас по мощности у усилителя — это не плохо.
Мы использовали высококлассные наушники Audeze LCD-X (за 100 тысяч рублей) для выявления различий в звуке между балансным XLR-выходом и небалансным TRS. В обоих случаях мы использовали родные качественные кабели из комплекта Audeze. Наушники полностью раскрылись с ЦАПом и усилителем Schiit Jotunheim. Слушать музыку было одно сплошное удовольствие. У наушников очень хорошая динамика и слитность звука. Также у модели Audeze LCD-X достаточно хороший высокочастотный диапазон, звук не смазанный, не приглушенный — наоборот, в меру яркое и сбалансированное звучание. По данным наушникам у нас запланирован отдельный обзор.
Кстати, нам ранее встречалась аппаратура, где основной упор делался именно на балансный выход, а обычный джек был просто для ассортимента и уступал по качеству — звук там был намного более скучным. У Schiit Jotunheim для обоих выходов используется одна и та же схема, поэтому оба выхода являются высококлассными и оба могут быть использованы с равным успехом. Разница, тем не менее, имеется, основное отличие — в повышенной мощности выхода и в более высоком разделении каналов при балансном усилении. То есть при подключении к 4-контактному XLR-выходу стереопанорама становится немного шире. Для высококачественных наушников выбор очевиден.
Мы уже писали, что практически нулевой импеданс наушникового усилителя важен, так как желательно задемпфировать мембрану наушников электрически, чтобы она не гуляла на частоте резонанса, а искажения не росли бесконтрольно. Это касается не только низкоомных, но и высокоомных моделей.
Балансные XLR-входы и выходы могут быть использованы для подключения профессиональной и Hi-End-аппаратуры. Мы подключали Schiit Jotunheim к студийным мониторам Adam Audio. Выбор источника звука происходит с помощью трехпозиционного аппаратного переключателя на передней панели («ЦАП», «XLR», «RCA»). Регулятор громкости действует и на линейные выходы, поэтому Jotunheim можно использовать в роли предусилителя.
В нашем тестировании при балансном подключении мы хотели получить ответ на вопрос: как Jotunheim справится в роли именно стационарного ЦАПа, а не усилителя для наушников? Ответ такой: балансный линейный выход справляется отлично. Можно с успехом использовать Jotunheim как ЦАП для подачи сигнала линейного уровня на усилитель мощности или активную студийную акустику. Все преимущества мультибитного преобразования и весь присущий характер звука передается в полной мере.
Если при прослушивании Jotunheim с платой на AK4490 мы ощущали мягкий звук с комфортными высокими частотами, который будет хорош для фонового прослушивания, то Jotunheim с мультибитной платой AD5547 звучит совершенно иначе. Здесь более сильно проявляется среднечастотный диапазон. Вокал и инструменты выходят на передний план, а стереопанорама становится более эффектной. Она не шире и не у́же, она просто более натурально воспринимается. В целом, на наш взгляд, Jotunheim с AD5547 выглядит более предпочтительно. Единственный недостаток у AD5547 — это высокие частоты. Они не грязные, как у старых моделей мультибитников, но имеют окрас. Вспоминается цитата из «Женитьбы» Гоголя: «Если бы губы Никанора Ивановича да приставить к носу Ивана Кузьмича, да взять сколько-нибудь развязности, какая у Балтазара Балтазарыча, да, пожалуй, прибавить к этому еще дородности Ивана Павловича — я бы тогда тотчас же решилась». Стоит ли преувеличивать проблему? Нет, не стоит. Не имея референсного источника звука многократно большей цены вряд ли кто-то даже обратит на это внимание. В целом, звук Jotunheim Multibit воспринимается отлично, так как проработка и подача основных инструментов и партий является очень качественной. Можно рекомендовать Jotunheim Multibit владельцам самой качественной аппаратуры, даже невзирая на невысокий ценник у продукции Schiit по меркам современных ЦАПов с усилителем. Один из вопросов к производителю по этому продукту как раз был таким: почему же Jotunheim стоит так мало, если он настолько технически продвинут? На что разработчики ответили, что они не считают цену слишком уж низкой, но очень гордятся тем, что им удалось реализовать все, что они задумывали, и уместить это в Jotunheim.
Диагностика ASIO
Device: ASIO for C-Media USB Device
Input channels: 0
Output channels: 2
Input latency: 2288
Output latency: 4752
Min buffer size: 2200
Max buffer size: 2200
Preferred buffer size: 2200
Granularity: 0
ASIOOutputReady — not supported
Sample rate:
8000 Hz — not supported
11025 Hz — not supported
16000 Hz — not supported
22050 Hz — not supported
32000 Hz — not supported
44100 Hz — supported
48000 Hz — supported
88200 Hz — supported
96000 Hz — supported
176400 Hz — supported
192000 Hz — supported
352800 Hz — not supported
384000 Hz — not supported
Input channels:
Output channels:
channel: 0 (SPKOut00_00 ch) — Int32LSB
channel: 1 (SPKOut00_01 ch) — Int32LSB
Измерения в RMAA
Чтобы изучить влияние мультибитных преобразователей на звук, мы провели тестирование линейного XLR-выхода.
| Тестируемое устройство | Schiit Jotunheim Multibit |
|---|---|
| Режим работы | 24 бит, 44 кГц |
| Звуковой интерфейс | Direct Sound |
| Маршрут сигнала | линейный выход XLR +22 dBu |
| Версия RMAA | 6.4.5 Pro |
| Фильтр 20 Гц — 20 кГц | да |
| Нормализация сигнала | да |
| Изменение уровня | −0,1 дБ / 0,2 дБ |
| Режим моно | нет |
| Частота сигнала калибрации, Гц | 1000 |
| Неравномерность АЧХ (в диапазоне 40 Гц — 15 кГц), дБ | +0,06, −0,58 | Хорошо |
|---|---|---|
| Уровень шума, дБ (А) | −105,3 | Отлично |
| Динамический диапазон, дБ (А) | 104,4 | Отлично |
| Гармонические искажения, % | 0,00358 | Очень хорошо |
| Гармонические искажения + шум, дБ (A) | −86,6 | Хорошо |
| Интермодуляционные искажения + шум, % | 0,00707 | Отлично |
| Взаимопроникновение каналов, дБ | −103,5 | Отлично |
| Интермодуляции на 10 кГц, % | 0,014 | Очень хорошо |
| Общая оценка | Очень хорошо | |
Измерения предсказуемо хуже, чем мы получили в прошлый раз для Schiit Jotunheim на AK4490, Тогда сигнал/шум составлял −120 дБА, а искажения — всего 0,0004%. То есть внутренний тракт предусилителя является в высшей степени качественным и линейным. Для мультибитного преобразователя высокие искажения являются типичными. По паспорту у устройства КГ 
Искажения в режиме 44 кГц
Мы провели измерения в нескольких режимах. Режимы, кратные 44 кГц и 48 кГц, отличаются по виду спектра. На слух ресемплинг в более высокую частоту также дает немного измененный оттенок звука.
Наличие гармоник обычно связано с нелинейностью матрицы мультибитного преобразователя. Здесь ситуация еще может быть связана с разной работой фильтров в DSP для разных режимов. Искажения не зависят от громкости сигнала или от устройства записи. Мы пробовали различные варианты, перепроверяли результат, но убедились, что это неотъемлемое свойство самого ЦАП.
Можно ради эксперимента попробовать ресемплировать сигнал в плеере в частоту 96 кГц, если хочется уменьшить количество искажений. Насколько графики соответствуют слуховым ощущениям? Это отдельная большая тема. Мы приводим графики не для оценки звука, а потому что у нас есть такая возможность. Похожие результаты мы получали в тесте Schiit Bifrost Multibit, поэтому с измерениями у нас все в порядке. Также мы примерно в тех же словах описывали и звучание мультибитного ЦАПа той же самой модели и схемы. Огромная разница заключается в том, что практически за ту же цену Bifrost — это чистый ЦАП, без усилителя для наушников. А Schiit Jotunheim Multibit — это целый комбайн, сочетающий и ЦАП, и наушниковый усилитель. При этом мы не заметили никакого подвоха. Естественно, Bifrost Multibit более функционален, так как он имеет еще и оптический и коаксиальный S/PDIF-вход и рассчитан на тех, кто ищет именно отдельные компоненты, а не интегрированное решение.
Выводы
Производитель услышал наше пожелание сделать больше вариантов ЦАПов для Jotunheim и реализовал все на высоком уровне. Schiit Jotunheim Multibit — это высококлассный мультибитный ЦАП и полноценный мощнейший (2×5 Вт) наушниковый усилитель с возможностью балансного подключения наушников. В сравнении с другими устройствами даже более высокой ценовой категории Jotunheim выглядит очень конкурентоспособно. К нему можно смело подключать самые дорогие модели наушников и акустических систем.
Выбираем лучший ЦАП: однобитники и мультибитники (часть 1)
Винил, конечно, сейчас — модная штука, друзья, но побороть цифровую дистрибуцию музыки ему не придется никогда. Цифровые источники звука вот уже более полутора десятка лет прочно удерживают доминирующее положение как в профессиональном, так и в бытовом секторах электроники. Поговорим о том, как выжать максимум Hi-Fi-соков из ассортимента плодов — от интернет-радиостанций до 24-битового аудио.
Когда-то проигрыватель компакт-дисков был единственным решением, и вообще поначалу считался крутым High End, но сегодня эту тему, похоже, можно считать морально исчерпанной. Да, по старинке еще многие держат CD в коллекциях, но как физический носитель он проигрывает винилу, который банально красивее выглядит, а технически уступает по параметрам HD-аудио, которым уже вовсю торгуют в интернете не только аудиофильские, но и мейджор-лейблы. Таким образом, вместо CD-плеера нам нужно более универсальное устройство с внешними входами, которое могло бы преобразовать двоичный код из нулей и единиц в аналоговый сигнал, который далее подавался бы на усилитель и колонки в итоге.
ЦАПы есть везде
Блоком с цифроаналоговым преобразователем (ЦАПом, конвертером, DAC) оснащен и AV-ресивер, и CD-, и в принципе любой медиаплеер. Как самостоятельное устройство ЦАПы появились в качестве High-End-апгрейда существующему CD-проигрывателю. Конструкторы полагали, что плеер разумнее разнести в отдельные блоки с собственным электропитанием.
Один из первых внешних ЦАПов Sony DAS-R1, выпущен в конце 1987 года
В первом устанавливалась собственно механическая часть со считывающей оптической системой и цифровым выходом. Это называлось CD-транспорт. Во втором блоке движущихся узлов уже не было — лишь плата ЦАПа, значение которого в настоящее время выросло до звания цифрового хаба. Кстати, очень часто бывает и так, что в современном CD-проигрывателе найдется пара цифровых входов для подключения внешних источников.
Жизненный цикл звука от источника, последующей записи и оцифровки, обработки, и обратного цикла — цифроаналогового преобразования
Современный конвертер взаимодействует с целым рядом источников сигнала — главное, чтобы для всех нашлась соответствующая коммутация. Источником может быть и старенький DVD-плеер – обычно они подключаются через оптический TosLink или коаксиальный кабель. Последний выглядит как обычный «тюльпан» из стереопары. Дорогие модели могут еще используют соединение разъемами типа XLR. С помощью USB входа к ЦАПу можно подключить компьютер или портативный источник звука.
Помимо этого, портативные ЦАПы делают совместимыми с источниками на основе iOS- или Android-телефонами, айподами, планшетами и другими гаджетами. Фактически во всех этих случаях конвертер становится внешним звуковым модулем с отдельным питанием и хорошей начинкой, которые не снились в штатной мультимедийной технике. А еще современные ЦАПы нередко оснащают усилителем для наушников.
Мультибитные и однобитные ЦАПы
До 21 века цифроаналоговые преобразователи оперировали только с 16-битным аудио, согласно формату Red Book для компакт-диска. Другого просто не было. Частота дискретизации у CD была 44 кГц, у профессиональных DAT-рекордеров капельку выше — 48 кГц. Сначала все ЦАПы работали по «параллельному» принципу — все 16-разрядов «взвешивались» на R-2R матрице (резисторной схеме лестничного типа).
Пример схемы R/2R ЦАПа
Знатоки знают наизусть и ценят такие марки чипов, как Burr-Brown PCM63 или Philips TDA1541. Однако R-2R матрицы оказались дороговатым и не слишком технологичным удовольствием. Требовалась точная лазерная подгонка всех номиналов сопротивлений. В противном случае при работе неточный замер битов приводил к нарушению линейности сигнала.
Поэтому на смену R-2R пришли ЦАПы с 1-битовым преобразованием, получившим название «дельта-сигма». Если мультибитники выдавали напряжение сигнала напрямую, исходя из всех поступивших на матрицу 16-битовых данных, то в дельта-сигме напряжение колебалось в зависимости от того «ноль» пришел на приемник или «единичка». 1 — означала увеличение напряжения аналогового сигнала, а 0 — уменьшение.
Микросхема мультибитного ЦАПа Burr-Brown PCM63
Старые аудиофилы нет да и вспомнят музыкальность R-2R чипов, но и деваться некуда. Дельта-сигма оказались и практичнее в настройке, и дешевле в производстве. Да и качество SACD-формата доказало, что 1-битовое преобразование отлично умеет справляться с High-End задачами. Частота дискретизации SACD измеряется уже не кило-, а мегагерцами, поэтому в схеме можно обойтись совсем простыми аналоговыми фильтрами.
В классических схемах на базе PCM до сих пор приходится фильтровать помехи квантования цифровым способом — их существует несколько и некоторые модели ЦАПов предоставляют возможность выбрать один из них.
Сами же дельта-сигмы прогрессировали в сторону гибридных схем, где поток обрабатывался каскадами, как по 1-битной, так и параллельной схеме. Но самое главное, величина цифрового слова выросла в них сначала до 24, а потом и до 32 бит. Кроме того, перспективным направлением являются ЦАПы на программируемых вентильных матрицах (FPGA), где и вовсе нет традиционных конвертеров.
Современный ЦАП Mytek Manhattan работает с потокоми РСМ 32 бит / 384 кГц, DXD, DSD-DS-DSD256 (11.2 MHz)
Для чего такая расширенная разрядность? Для достоверности. В профессиональной индустрии сегодня используются 24-битная запись, обеспечивающая более точное описание оригинального сигнала. Как уже упоминалось, ряд музыкальных изданий уже доступен в формате высокого разрешения. Так что можно, конечно, послушать урезанную версию на компакт-диске или МР3, но согласитесь, интереснее встать на одну ступеньку ближе к звукорежиссерам, которые возились с вашим любимым альбомом. И поэтому ваш ЦАП должен быть полностью готовым для приема контента высокого разрешения — как по USB, так и по остальным протоколам передачи данных.
