Выбираем лучший ЦАП: однобитники и мультибитники (часть 1)

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.

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.

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).

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.

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.

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.

Продолжение:

Выбираем лучший ЦАП: сердце ангела (часть 2)

Выбираем лучший ЦАП: старики, нахалы и нахальные старики (часть 3)

Выбираем лучший ЦАП: FPGA-модули на гиперскорости (часть 4)