Аудио цап что это. ЦАП: что это такое, как работает и какие бывают виды цифро-аналоговых преобразователей — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое ЦАП и для чего он нужен. Как устроен цифро-аналоговый преобразователь. Какие бывают виды ЦАП. Чем отличаются мультибитные и дельта-сигма ЦАПы. Как выбрать хороший ЦАП для аудиосистемы.

Содержание

Что такое ЦАП и зачем он нужен

ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) — это устройство, которое преобразует цифровой сигнал в аналоговый. Он является важнейшим компонентом любой цифровой аудиосистемы, так как позволяет воспроизводить цифровые аудиофайлы через аналоговые усилители и акустические системы.

Основные функции ЦАП:

Преобразование цифрового аудиосигнала в аналоговую форму
Восстановление исходной формы аналогового сигнала из цифровых данных
Фильтрация и устранение шумов, возникающих при цифро-аналоговом преобразовании
Обеспечение высокого качества звучания цифровых аудиозаписей

Принцип работы цифро-аналогового преобразователя

Как работает ЦАП? Процесс цифро-аналогового преобразования включает несколько этапов:

Прием цифрового сигнала со входа (например, S/PDIF или USB)
Декодирование цифрового потока в последовательность двоичных чисел
Преобразование двоичного кода в дискретные уровни напряжения или тока
Сглаживание ступенчатого сигнала с помощью фильтров
Усиление и передача аналогового сигнала на выход

Ключевой элемент ЦАП — это микросхема преобразователя, которая непосредственно преобразует цифровой код в аналоговые уровни. От ее качества во многом зависят характеристики всего устройства.

Основные виды цифро-аналоговых преобразователей

Существует два основных типа ЦАП, которые отличаются принципом работы:

1. Мультибитные (параллельные) ЦАП

Особенности мультибитных ЦАП:

Одновременно обрабатывают все биты входного слова
Используют резистивную матрицу (R-2R) для формирования аналогового сигнала
Обеспечивают высокую линейность преобразования
Имеют невысокий уровень шумов

Субъективно звучат «аналогово» и музыкально

2. Дельта-сигма (ΔΣ) ЦАП

Ключевые особенности дельта-сигма ЦАП:

Используют высокую частоту дискретизации (передискретизацию)
Преобразуют сигнал последовательно бит за битом
Обладают высоким разрешением (до 32 бит)
Имеют низкий уровень искажений
Обеспечивают высокую точность преобразования

Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки. Выбор зависит от конкретного применения и требований к качеству звука.

Ключевые характеристики ЦАП

При выборе и оценке качества цифро-аналогового преобразователя важно учитывать следующие параметры:

Разрядность (битность) — влияет на динамический диапазон
Частота дискретизации — определяет верхнюю границу воспроизводимых частот
Соотношение сигнал/шум (SNR) — характеризует уровень шумов
Коэффициент гармонических искажений (THD) — показывает линейность преобразования

Динамический диапазон — разница между максимальным и минимальным уровнем сигнала
Джиттер — нестабильность тактового сигнала, вызывающая искажения

Чем выше эти характеристики, тем потенциально лучше качество звучания ЦАП. Однако субъективное восприятие звука не всегда коррелирует с техническими параметрами.

Особенности применения ЦАП в аудиотехнике

В современных аудиосистемах ЦАП используются повсеместно:

В CD/DVD/Blu-ray проигрывателях
В AV-ресиверах и процессорах
В звуковых картах компьютеров
В портативных плеерах и смартфонах
Как отдельные устройства в Hi-Fi системах

Внешние ЦАП позволяют улучшить качество звучания цифровых источников за счет:

Использования более качественных компонентов
Лучшей схемотехники и экранирования

Применения высококачественных источников питания
Возможности апгрейда без замены всей системы

Поэтому многие аудиофилы предпочитают использовать отдельные ЦАП вместо встроенных в источники.

Как выбрать хороший ЦАП для аудиосистемы

При выборе внешнего ЦАП стоит обратить внимание на следующие аспекты:

Тип используемой микросхемы ЦАП (ESS Sabre, AKM, Burr-Brown и др.)
Поддерживаемые форматы и частоты дискретизации
Наличие различных цифровых входов (USB, оптический, коаксиальный)
Качество аналоговой части и выходных каскадов
Наличие балансных выходов (XLR) для подключения к усилителю
Качество блока питания и экранирования
Отзывы и обзоры от авторитетных источников

Важно также учитывать сочетаемость ЦАП с остальными компонентами системы. Рекомендуется по возможности послушать ЦАП перед покупкой, так как субъективное восприятие звука может сильно различаться.

Тенденции развития технологий ЦАП

Современные разработки в области цифро-аналогового преобразования направлены на:

Повышение разрешения и частоты дискретизации (до 32 бит / 768 кГц)
Снижение уровня джиттера и искажений
Улучшение фильтрации и восстановления аналогового сигнала
Применение FPGA для гибкой настройки алгоритмов работы
Использование технологий машинного обучения для оптимизации звучания
Интеграцию стриминговых функций и беспроводных интерфейсов

Эти инновации позволяют создавать все более совершенные ЦАП, способные удовлетворить даже самых требовательных аудиофилов.

Самые популярные настольные ЦАП (цифро-аналоговые преобразователи)

Бестселлер категории

Саундбар Klipsch Bar 48

75 000 ₽ -20%

60 000 ₽

В корзину Сравнить В избранное

однобитники и мультибитники (часть 1) / Stereo. ru

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.

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)

NOS-ЦАП начального уровня

В данной статье в краткой форме изложены принципы проектирования цифроаналогового преобразователя (ЦАП) для начинающих. Под начинающими подразумеваются аудио-конструкторы, которые уже имеют опыт изготовления и наладки аналоговой техники, например усилителей, но которым хочется приобщиться к созданию устройств из мира «цифры». Такой ЦАП должен обладать субъективным звучанием не хуже чем бюджетные промышленные аппараты, а так же быть достаточно простым в сборке и наладке и, что немаловажно, базироваться на легкодоступных, недорогих электронных компонентах.

ЦАП, как полноценное устройство, условно можно разделить на несколько функциональных блоков:

Входной цифровой.
Микросхема-преобразователь цифрового кода в аналоговый сигнал (DAC)
Аналоговый.

Функциональное назначение цифрового блока – прием цифрового сигнала интерфейса S/PDIF как наиболее универсального и распаковка в поддерживающий ЦАПом интерфейс стандарта I2S. Данные операции выполняются специализированной микросхемой – цифровым приемником (Digital Interface Receiver). S/PDIF интерфейс является асинхронным, по одному проводнику в закодированном виде одновременно передается сигнал синхронизации и данные. Существенный недостаток и расплата затакую универсальную простоту – привнесенная апертурная дрожь (джиттер) составляющих шины I2S (BCK, WS, DATA, MCK) при распаковке. Джиттер – это кратковременная нестабильность положения фронтов цифрового сигнала. Можно сказать, что во всех цифровых системах в той или иной степени присутствует джиттер разных видов и природы происхождения, но его влияние в последнее время несколько преувеличено, а сверхмалое значение действительно имеет смысл при построении бескомпромиссного ЦАПа высокого разрешения. Для борьбы с джиттером в цифровой части в качественных устройствах используется синхронная и асинхронная пересинхронизация сигнала непосредственно перед микросхемой ЦАП, применение специальных микросхем асинхронной передискретизации (ASRC), тактирование от прецизионных кварцевых генераторов, малошумящие источники питания и т. д. В любом случае – это усложнение конструкции, а для нашего простого любительского ЦАПа вполне достаточно качества широко распространенных цифровых приемников с восстановлением данных посредством системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Наиболее известные представители: DIR9001, WM8804, WM8805, AK4115, CS8416, CS8414. Применение приемников серии CS841X в наше время не имеет смысла, поскольку объективно (да и субъективно при прослушивании) обеспечивают наихудшее качество восстановления цифрового потока. WM880X обладают уникальной внутренней структурой, совмещающей аналоговую и цифровую ФАПЧ с буфером и могут быть рекомендованы к применению, хорошо подходят для низкокачественных, высокоджиттерных источников сигнала, таких как, например, S/PDIF выход на материнской плате компьютера. DIR9001– еще один достойный представитель, обладает простотой в применении и высокими как объективными (джиттер восстановленного потока — 50 пС) так и субъективными показателями. Максимальная принимаемая частота 105 кГц, но это не критично, поскольку записей с частотой дискретизации выше 96 кГц весьма немного.

После цифрового приемника цифровой сигнал уже стандарта I2S, т. е. используется несколько линий для передачи сигнала синхронизации и данных. Если в качестве конвертации цифрового кода в аналоговый сигнал используется микросхема ЦАП параллельного типа, то появляется возможность подключить I2S-шину с выхода цифрового приемника напрямую к ЦАПу, так называемая non-oversampling (NOS) архитектура, или использовать между ними цифровой фильтр-интерполятор. Последний необходим, чтобы математическими алгоритмами увеличить частоту дискретизации сигнала (как правило, в 4, 8 раз) и тем самым сместить продукты дискретизации как можно выше по частоте, которые затем легко отфильтровать аналоговым фильтром невысокого порядка. Не углубляясь в расхождение теории и практики можно отметить, что отсутствие цифрового фильтра не является каким-то критическим недостатком, а действительно хороших приборов данного класса в наше время не найти, к тому же сложность их применения может вызвать значительное усложнение конструкции. При использовании компьютера как цифрового транспорта алгоритмы качественной цифровой фильтрации можно осуществлять программно, применяя популярные плагины- передискретизаторы (например, SoX). К тому же, в последнее время наметился устойчивый тренд именно на NOS преобразователи (например устройства серии Metrum Acoustic, фирмы All Engineering). Как правило, апологеты ЦАПов без цифровой фильтрации приводят в качестве аргумента целостное, не искаженное во временной области восстановление музыкального сигнала и как следствие более естественное и натуральное звучание таких устройств. Существенный недостаток отсутствия цифрового фильтра – это снижение вариативности подключаемых после ЦАПа аналоговых усилительных устройств, в виду повышенного значения ультразвуковых составляющих в выходном сигнале.

Выбор, собственно, самой микросхемы цифроаналогового преобразователя приводит к закономерному вопросу – какой тип конвертации цифрового кода в аналоговый сигнал предпочесть? Как известно, в мире цифрового аудио существует 2 основных принципа преобразования: параллельный, приборы данного типа часто называют мультибитными и последовательный (дельта-принцип) – однобитные. Следует отметить, что в настоящее время «чистых» дельта-преобразователей не существует, все современные высококачественные приборы относящиеся к данному классу представляют собой сложные интегральные цифровые устройства, совмещающие в себе принципы как последовательного так и параллельного преобразования.

Традиционно считалось, что параллельные ЦАПы обладают определенными субъективными преимуществами, звучание их превозносили и при описании звука часто присутствовали эпитеты: аналоговый, мягкий, слитный, выразительный и т. д. В последние годы тренд сменился, не только промышленные аудио-производители, но и обычные любители, аудио-энтузиасты, все больше внимания уделяют именно дельта- приборам, доводя конструкции на их основе до инженерного совершенства (Дмитрий Адроников, Lynx Audio). Субъективное качество звука при грамотной реализации топовых дельта-конвертеров тоже мало кого оставляет равнодушным, а их физическое разрешение позволяет восстановить низкоуровневую информацию заложенную в hi-res записях. Увы, реализация потенциала качественных дельта-преобразователей (AD1853, PCM1794, AKM4399, WM8741, ES9018 и т. д.), требует весьма тщательного проектирования и продуманной конструкции, что предполагает наличие некоторого опыта у конструктора и сопровождается определенными материально-техническими и технологическими сложностями. Применение менее сложных популярных преобразователей, например PCM2704, изначально не рассматривается в виду их посредственного звучания. Резюмируя, можно сказать, что при одинаковом уровне проектирования, получить хорошо звучащий ЦАП на основе мультибитного конвертера проще. И еще одна немаловажная особенность: параллельные ЦАП при достаточно высоких, относительно сигма-дельта приборов, искажениях, измеренных на стационарном детерминированном сигнале, субъективно могут звучать весьма приятно.

Доступность микросхем параллельного типа преобразования на основе сверхточных резисторов (R-2R архитектура) в наше время оставляет желать лучшего. В виду высокой себестоимости изготовления, обусловленной технологическими сложностями (прецизионная подстройка интегральных резистивных матриц), данные преобразователи (наиболее известные представители – AD1862, AD1860, AD1865, PCM58, PCM63, PCM1702, PCM1704) у ведущих производителей давно сняты с производства. Конечно, на вторичном рынке еще можно найти данный тип микросхем, но нет никакой гарантии, что они соответствуют техническим параметрам (подделка или неправильная эксплуатация/демонтаж), да и цены порой весьма негуманны.

Несколько особняком стоят приборы пионера цифрового аудио – фирмы Philips. В своих конвертерах TDA1540, TDA1541, необходимая точность преобразования осуществляется не технологически, в виду отсутствия сверхточных резисторов, а схемотехнически, используя особую схемную конфигурацию «Динамическое согласование элементов» («Dynamic ElementMatching», DEM). Эта технология объединяет пассивные токовые делители с методом временного деления. Итоговая точность получается даже выше необходимых 16 бит стандарта CDDA ( т. е. уровень паразитных спектральных компонент, обусловленных нелинейностью характеристики преобразования находится ниже уровня -96 дБ). Цифроаналоговые преобразователи данного типа получались дешевыми в производстве, не подвержены старению элементов (точность преобразования не меняется со временем в отличии от R-2R приборов), более распостранены и относительно доступны даже в наше время. Немаловажное преимущество для конструктора, в одном корпусе 2 канала. В принципе, данные конвертеры (TDA1541 и их разновидности) могут быть рекомендованы начинающим, но не углубляясь в технические подробности отмечу, что для реализации потенциала TDA1541 требуется достаточно продуманная конструкция, предполагающая сложную систему питания и качественное построение послецаповых аналоговых каскадов, весьма желательна двухслойная печатная плата. В итоге методом исключения мы подходим к удовлетворяющей нашим требованиям микросхеме – TDA1543.

TDA1543, образно выражаясь, «младший брат» легендарной TDA1541. Разработана позже и подверглась некоторому упрощению. Широко распостранена и весьма дешева. Сам производитель, фирма Philips, в технической документации именует его экономным вариантом для применения в Hi-Fi цифровом оборудовании. Рассмотрим блок-схему.

Состоит из входного блока ( I2S вход), регистров, коммутационных битовых ключей, генератора стабильного тока (ГСТ), 5-битной, предположительно, резисторной матрицы, 11-битной транзисторной (2048 транзистора). Использует единственный однополярный источник питания. Имеет униполярный токовый выход, ток втекающий, выходы должны находиться под положительным потенциалом, приблизительно Uпит/2. Имеется возможность подстройки начального тока середины шкалы преобразования. Может принимать сигнал с 4-х кратной передискретизацией (192 кГц). Принцип преобразования – взвешенная матрица 1-2-4-8…n, где каждому значению цифрового кода соответствует только свой весовой ток конечного элемента . Следует отметить, что в отличии от R-2R преобразователей данная архитектура имеет преимущество, обусловленное независимостью весовых токов разрядов друг от друга. Необходимая точность 11 младших разрядов 16 разрядного двоичного слова обеспечивается 2048 транзисторами (2ⁿ где n=11) выполненными в едином технологическом процессе. Деление тока происходит путем эмиттерного масштабирования при коммутации необходимого числа транзисторов в соответствии с входным цифровым кодом. Оставшиеся 5 разрядов обеспечиваются 32 резисторами (2ⁿ где n=5).

Фирменный блок DEMотсутствует – это основное упрощение относительно TDA1541. Как следствие, физическое разрешение снизилось до 12-13 бит. Некоторые конструкторы соединяют параллельно несколько пар микросхем (нормализация распределения отклонений характеристики преобразования n-го количества элементов), чтобы улучшить итоговую линейность всего устройства, но у такого схемного решения тоже есть определенные недостатки и на мой взгляд весомого смысла не имеет. Если и хочется усложнить конструкцию, то приоритетным, на мой взгляд, являются аналоговый блок и источник питания. Основное преимущество TDA1543 для начинающего ЦАПостроителя заключается именно в простоте применения.

Аналоговый блок – это то место, где, собственно, «рождается» звук. Применяемое схемное построение, элементная база, качество питания, электромагнитная защищенность, все это приходится учитывать при проектировании этого узла. Назначение этого функционального блока – преобразование тока в напряжение (если ЦАП с токовым выходом), приведение его к стандартному уровню (2В RMS), фильтрация- восстановление исходного аналогового сигнала.

Поскольку TDA1543 обладает токовым выходом, необходим каскад преобразования тока в напряжение. Данный узел может быть выполнен пассивным, на резисторе, или на активных элементах (ОУ, транзисторы). Принцип пассивного метода заключается в падении напряжения на резисторе при прохождении через него тока U=IхR (закон Ома). Увы, за простотой такого способа преобразования скрывается серьезный недостаток. Любой ЦАП с токовым выходом проектируется и калибруется при работе на нулевое входное сопротивление. При нагрузке же токового выхода на большое сопротивление (чем особенно грешат китайские аудио-инженеры и просто ленивые конструкторы ☺) появится переменное напряжение значительной амплитуды, которое будучи приложенное к токовым ключам ЦАПа, вызовет нарушение передаточной характеристики, т. е. приведет к росту искажений. Если рассматривать TDA1543, в даташите нормируется максимальная величина этого напряжения (VOC(AC)=50 мВ ), при котором передаточная характеристика соответствует заявленной линейности. Это означает, что если использовать в качестве преобразования резистор малого сопротивления, при котором еще не нарушается линейность ( в нашем случае R=U/Iвых=0,05/0,0023=21 Ом, где Iвых=2,3 мА-максимальный размах выходного тока, соответствующей полной шкале преобразования), то неизбежным становится дальнейшее усиление. Требования по линейности, шумовым параметрам, качеству питания, предъявляемые к последующему усилителю напряжения становятся весьма высокими, что непременно вызовет усложнение и/или удорожание этого узла.

Использование активного метода преобразования тока в напряжение посредством токового приемника на основе интегрального операционного усилителя (ОУ) свободно от вышеописанных недостатков (входное сопротивления такого преобразователя практически нулевое), но несет в себе некоторые особенности. ОУ представляет собой замкнутую саморегулируемую (посредством глубокой общей отрицательной обратной связи (ООС) ), систему. Минимально кратковременные изменения сигнала должны отрабатываться этой системой с высокой скоростью и точностью, т. е. налагаются определенные требования на полосу рабочих частот, скорость и устойчивость ОУ как линейного безинерционного устройства. Выходной сигнал ЦАПа представляет собой смесь звуковых (собственно полезный сигнал) и огромное количество комбинированных внеполосных составляющих весьма высокой частоты (продукты дискретизации, глитч- помехи, ВЧ-шумы), что для ОУ является серьезным испытанием и вынуждает применять специфичные быстродействующие широкополосные приборы с высокой перегрузочной способностью входа, которые к тому же должны обладать высоким субъективным качеством звучания. Разводка печатной платы под такие высокоскоростные ОУ (AD744, AD8066, OPA827, LME49880 и т. д.) требует определенного опыта и наличия контрольно-измерительной аппаратуры для контроля устойчивости. Да и цена и доступность подобных микросхем может вызвать некоторые сложности, особенно любителям «глубинки». Но вопреки этим незначительным недостаткам, преобразователи ток-напряжение на основе ОУ пользуются массовой популярностью, демонстрируют превосходные, для качественных грамотных реализаций, объективно измеряемые (уровень искажений ниже -110…-120 дБ) параметры и звучание.

Несколько особняком стоят так называемые безосные дискретные преобразователи ток-напряжение. Как правило схемное их построение – это разновидность токового конвейера, или более упрощенная реализация – включение с общей базой (ОБ), общим затвором (ОЗ) или общей сеткой (ОС), для биполярного, полевого транзистора и электровакуумного триода, соответственно. Особенность такого включения – низкое входное сопротивление, превосходные динамические параметры, а так же отсутствие общей ООС, а значит и связанные с ней специфические искажения. Общая линейность такого преобразователя определяется линейностью активного элемента(ов) и конечно уступает схемам с ООС, но есть некоторые особенности, обусловленные чувствительностью человеческой системы «ухо-мозг» воспринимать искажения. Такие однотактные преобразователи вносят преимущественно гармонические искажение низких порядков, к которым человеческое ухо наименее чувствительно. Cледует отметить, что у подобных схемных дизайнов есть немало поклонников, которые весьма скептически настроены на применение глубокоосных схем и ОУ вообще, например известный на просторах рунета аудио-инженер Игорь Семынин (Semigor). Для простого ЦАПа на TDA1543 такая схемная реализация очень удачно подходит: проста, не требует редких дорогостоящих активных компонентов, к тому же позволяет легко экспериментировать с разными транзисторами.

Как было указано ранее, еще одним функциональным назначением аналогового блока является фильтрация выходного сигнала от внеполосных составляющих и приведение (восстановление) его к изначальному виду. На выходе преобразователя ток- напряжение аналоговый сигнал имеет дискретно-ступенчатую форму, такова особенность импульсно-кодовой модуляции принятой в стандарте CDDA. Не углубляясь в теорию отмечу, что приведение сигнала в соответствие с теоремой Котельникова- Шенонна к исходной плавной форме требует применение аналогового фильтра очень высокого порядка с бесконечным подавлением на половинной частоте дискретизации, который физически не реализуем. Для устранения этого принципиального недостатка, как было указано ранее, и используются цифровые фильтры-интерполяторы, позволяющие увеличить количество дискретных отсчетов, сместить продукты дискретизации выше по диапазону и отфильтровать их простым аналоговым фильтром 2- го или 3-го порядка, тем самым максимально восстановить сигнал. Для NOS-ЦАПов в теории все выглядит совсем печально, но хорошая новость состоит в том, что человеческая система «ухо-мозг» является уникальным адаптивным фильтром, способным проинтегрировать даже «жуткий» ступенчатый сигнал на выходе таких устройств. Учитывая такие субъективные особенности человеческого восприятия, смысла в значительном усложнении нет и достаточно использовать аналоговые фильтры 3-го, 2- го и даже 1-го порядка с частотами среза 30-90 кГц. Но поскольку выход NOS-ЦАПов изобилует высокочастотными составляющими, подключение их к традиционным широкополосным многокаскадным транзисторным усилителям мощности приведет к повышенному значению интермодуляционных продуктов на выходе, а в некоторых особо опасных случаях, даже может вызвать повреждение твитера акустической системы.

Выход аналогового блока должен обладать низким выходным сопротивлением и корректно работать на низкоомную сложную нагрузку, например наушники. Это обеспечит весьма удобную универсальность ЦАПа, с возможностью непосредственного прослушивания на головные телефоны, а так же нивелирует особенности звучания в зависимости от конструкции и качества межблочных соединительных кабелей.

После описания всех основных функциональных блоков ЦАПа остается открытым вопрос питания. Мой опыт мне указывает на весьма значительное влияние используемой схемотехники и элементной базы для построения питающих цепей на итоговое звучание всего устройства. Пресловутая «жесткость», «мыльность» и т. д. все эти не лестные отзывы в звучании устройства могут быть обусловлены неправильной, безграмотной организацией питающих цепей. В бюджетных промышленных ЦАПах питание проектируется по остаточному принципу, а в внутренних звуковых картах, позиционируемых даже как аудиофильские (например популярная Asus Xonar Essence ST) вообще балансирует на грани инженерного идиотизма. И если в цифровом блоке возможно применение недорогих интегральных стабилизаторов, то аналоговый блок и микросхема-ЦАП налагают определенные требования на качество и чистоту выходного напряжения и особенности стабилизаторов: их переходная характеристика и устойчивость, линейность, шумовые параметры, низкий и стабильный импеданс в широкой полосе частот. Собственно, под качественным питанием подразумевается в том числе и борьба с высокочастотными помехами проникающих через сеть и первичные питатели, так и минимизация влияния помех излучаемых цифровым блоком. Для устранения помех и снижения взаимного влияние узлов друг на друга применяются различные активные схемотехнические методы и пассивные способы: раздельные стабилизаторы, локальные LC и RC развязки, многообмоточные трансформаторы и раздельные трансформаторы. Особое внимание необходимо уделять топологии печатной платы: экранировке чувствительных аналоговых узлов, оптимальной трассировке питающих и сигнальных проводников, грамотной организации слоя «земли».

Отдельно хочется отметить особенности работы стабилизаторов напряжения для аналоговых узлов. Каждый стабилизатор имеет в своем составе источник опорного напряжения, усилитель рассогласования и регулирующий элемент (транзистор). В зависимости от включения регулирующего элемента относительно нагрузки существуют последовательные и параллельные стабилизаторы.

В последовательном (1)-потребляемый ток протекает по длинной цепи, затрагивая выпрямитель, что вызывает корреляцию тока нагрузки переключательными помехами диодов выпрямительного моста и помехами проникающими с первичной обмотки трансформатора. В параллельном (2) стабилизаторе существует постоянство потребления тока от первичных узлов питания, а локальный ток нагрузки течет в малом контуре, замыкающимся на регулирующем транзисторе, тем самым исключая мультипликативные (наведенные) помехи. Субъективно аналоговые каскады, питаемые от стабилизаторов параллельного типа, звучат естественнее, чище и мягче. Недостатки – низкий КПД, нагрев, применение теплоотводов в конструкции, динамические ограничения потребляемого тока. Но эти недостатки, на мой взгляд, не столь существенны относительно субъективных преимуществ параллельных стабилизаторов именно для питания ответственных маломощных аналоговых узлов.

Следует отметить, что устройства со смешанными сигналами, к которым относятся ЦАПы, налагают определенные требования на тип и особенности проектирования печатной платы. Для сложных высокоcкоростных устройств, содержащих определенное количество цифровых микросхем, излучающих широкий спектр помех и находящиеся в непосредственной близости с чувствительными аналоговыми узлами весьма рекомендуются двух и более слойные печатные платы. Для двухслойных плат один слой полностью выделяется под «землю», обеспечивая таким образом низкий импеданс для высокочастотных возвратных токов в цифровой части и низкий импеданс и экранировку в аналоговой части, а во втором слое разводятся сигнальные и питающие линии. Слой «земли» на плате делится на цифровой и аналоговый, соединяясь возле микросхемы-преобразователя, находящейся на аналоговой стороне. В особо ответственных местах «земляной» слой выполняется секторальным, обеспечивая минимальное влияние возвратных токов разных узлов схемы друг на друга. В цифровой части настоятельно рекомендуется применять электронные компоненты предназначенные для поверхностного монтажа, обладающие минимальной индуктивностью выводов.

Односторонние печатные платы на данный момент времени являются архаизмом, но все же могут применятся для простых неответственных устройств, содержащих малое количество низкоскоростных цифровых микросхем. К тому же сложность изготовления такой платы не высока и позволяет ее выполнить даже в домашних условиях. При проектирований данного простого ЦАПа было принято решение использовать одностороннюю плату.

С учетом всех вышеописанных принципов был спроектирован и изготовлен ЦАП на основе микросхемы-преобразователя TDA1543. Выполнен по NOS-архитектуре, имеет коаксиальный S/PDIF вход и поддерживает формат до 24/96 включительно. Допускает прямое подключение наушников сопротивлением 40-100 Ом.

Вход устройства имеет трансформаторную гальваническую развязку от источника. Применяемый высокочастотный трансформатор кроме, собственно, развязки, обеспечивает подавление синфазных помех наведенных на S/PDIF кабель. При повторении конструкции настоятельно рекомендуется применять трансформаторы именно такого типа. В качестве цифрового приемника используется DIR9001, вход которой принимает сигналы TTL уровня (выше 2,4В). Поскольку стандартный S/PDIF интерфейс имеет более низкое значение (около 0,5 в), возникает необходимость использования дополнительного формирователя уровня, в данном случае реализованного на дифференциальном драйвере – sn75176. Небольшие резисторы (33 Ом), включенные в линию передачи цифровых сигналов повышают стабильность работы.

Преобразователь ток-напряжение выполнен на полевом транзисторе IRF610, включенным по схеме с общим затвором. Выбор транзистора такого типа обусловлен относительно линейной передаточной характеристикой и высокой перегрузочной способностью. Идентичный транзистор (IRF610), включенный как диод, задействован в цепи создания начального напряжения смещения и необходим для термостабилизации всего узла. Конденсатор 1000 пФ включенный параллельно резистору 1,5 кОм, преобразователя ток-напряжение, образует фильтр нижних частот первого порядка с частотой среза около 100 кГц.

В качестве выходного буфера применяется транзистор средней мощности (BD135) c достаточно большим (40 ма) током покоя, включенный эмиттерным повторителем, обеспечивая низкое выходное сопротивление и необходимые токовые возможности при работе на любую нагрузку. Каскад работает в линейном режиме (класс А) и вносит минимальные искажения преимущественно низких порядков.

Питание в данном ЦАПе организовано по принципу «каждому потребителю свое». Используются раздельные трансформаторы для питания цифровой и аналоговой части и отдельные стабилизаторы на каждый питаемый узел. В первичной цепи трансформаторов применяется простейший LC-фильтр для подавления помех сети. Для снижения собственных помех переключения выпрямителя применяются диоды Шоттки и небольшие резисторы-ограничители тока заряда емкостей. В цифровой части на входе перед стабилизаторами присутствует RC-фильтры с большой постоянной времени, а в непосредственной близости у ног питания цифровых микросхем локальные LC-фильтры, состоящие из ферритовой «бусины» индуктивностью 220 нГн и конденсатора емкостью 100 нФ. Данные схемотехнические методы позволили значительно снизить уровень помех генерируемых цифровой частью и исключить их влияние на аналоговый тракт.

В цифровом блоке применены недорогие трехвыводные интегральные стабилизаторы (L7805, 78L33). Для обеспечения устойчивой работы их выходы отвязаны от низкоимпедансных блокирующих емкостей (10 мкФ) небольшими сопротивлениями (1 Ом).

Стабилизатор микросхемы-ЦАП и аналоговой части дискретный, параллельного типа. Состоит из источника стабильного тока (ИТ), выполненного на LM317, источника опорного напряжения, реализованного на стабилитроне BZX55C, а в качестве усилителя рассогласования и регулирующего элемента использован составной транзистор-Дарлингтона ( TIP132) с большим значением коэффициента усиления по току, обеспечивая таким образом малое выходное сопротивление и высокий коэффициент стабилизации всего стабилизатора. Суммарный потребляемый ток стабилизаторами микросхемы-ЦАПа и аналогового блока от первичного питателя постоянен и составляет 240 мА. Для корректной работы стабилизатора аналоговой части, входное нестабилизированное напряжение должно быть не ниже +20В, а фильтрующая емкость выпрямителя 10000-30000 мкФ.

Конструктивно ЦАП состоит из 2 модулей. Модуль первичных питателей, включающий входной фильтр, трансформаторы, выпрямительные мосты и фильтрующие конденсаторы, выполнен на односторонней печатной плате размером 100х160 мм. Непосредственно модуль ЦАП выполнен на односторонней печатной плате размером 100х80 мм. Вид со стороны SMD компонентов.

Топология слоя «земли» оптимизирована для наименьшего влияния возвратных токов разных узлов схемы, а для минимизации ее «изрезанности», нарушающую общность низкого импеданса, неответственные линии выполнены медными проводниками, на стороне компонентов. В цифровой части повороты токонесущих дорожек выполнены под 45 градусов, а особо ответственные высокочастотные сигнальные линии – плавные, без резких изгибов. Большинство компонентов цифровой части SMD типа, расположены в непосредственной близости к цифровым микросхемам. Внешний вид смонтированного модуля ЦАП приведен ниже.

Элементная база была выбрана по принципу «разумной минимальной достаточности». В цифровом блоке применены преимущественно компоненты предназначенные для поверхностного монтажа (SMD): керметные резисторы типоразмера 1206, керамические многослойные (X7R) конденсаторы типоразмера 0603 фирмы Hitano; конденсаторы блокировки после стабилизаторов – танталовые, типоразмера А, Samsung. Конденсаторы в цепи фильтрации ФАПЧ DIR9001 – малогабаритные полипропиленовые выводные Hitano. Индуктивности-«бусины» типоразмера 1206. Резисторы преобразователя ток-напряжения (1,5кОм) требуют особого выбора, т. к. от них зависит звуковой почерк всего устройства. Весьма желательно использовать металлопленочные или фольговые резисторы именитых фирм (Vishay, Caddock, Dale), но их высокая стоимость и доступность вызывает определенные сложности. Как компромиссный вариант были применены выводные угольно-пленочные резисторы фирмы Hitano. Тип фильтрующих конденсаторов преобразователя так же весьма критичен и влияет на итоговое субъективное звучание. Были применены керамические однослойные (NPO) SMD конденсаторы, но возможно использование качественных полипропиленовых или полистирольных емкостей. Конденсаторы на входе перед стабилизаторами – электролитические низкоимпедансные CapXon LZ (рабочее напряжение 25 В). Блокирующие конденсаторы после аналоговых стабилизаторов – электролитические низкоимпедансные Hitano EXR ( 25 В), а в непосредственной близости возле TDA1543 и выходных транзисторов – пленочные полипропиленовые. Конденсаторы на выходе буфера Nichicon Fine Gold (16 В), но возможно применение других качественных емкостей: Elna Silmic, Elna Cerafine, NichiconMuse и т. п. Фильтрующие конденсаторы первичного питателя цифровой части Hitano EXR, аналоговой – Samwha SD. Эмиттерные резисторы выходных транзисторов угольно-пленочные, мощностью 1 Вт, Hitano. Резисторы ИТ стабилизатора – МЛТ-1. Входной импульсный трансформатор FC-518LS был демонтирован с сетевой карты. Cинфазный дроссель подавления сетевых помех 1030R7 фирмы Murata. Конденсатор помехоподавляющий Х2 MKP Hitano. Трансформаторы питающие – герметичные, для монтажа на печатную плату, мощностью 7,5 VA, фирмы «ТорТранс». Напряжения вторичных обмоток 9В для цифровой и 15В для аналоговой части. Микросхема-ЦАП установлена в панельку DIP-8 цангового типа. Для отвода тепла от источников тока стабилизаторов использован теплоотвод общей площадью около 15 см², представляющий собой алюминиевую пластину толщиной 2 мм и размером 45х15 мм.

Активные компоненты, используемые в устройстве, в основном представлены фирмами International Rectifier (выпрямительные диоды Шоттки 10BQ100, транзисторы IRF610, диод BYD37J) и ST Microelectronics (транзисторы BD135, TIP132, стабилизаторы L7805, 78L33, LM317). Формирователь уровня SN75176 и цифровой приемник DIR9001 от Texas Instruments.

Возможно применение и иных типов пассивных и активных компонентов, все зависит от возможностей конструктора и его личных пристрастий. Допускается отклонение номиналов электролитических конденсаторов в сторону увеличения. Конечно, использование ширпотребных компонентов низкого качества скажется на итоговом субъективном звучании, или даже на стабильности и работоспособности всего устройства. В частности, следует крайне осторожно отнестись к замене конденсаторов фильтра ФАПЧ микросхемы-приемника DIR9001. В даташите приведена рекомендация – однослойноя керамика (NP0) или качественные пленочные конденсаторы, их габариты должны быть минимальными, а диэлектрик качественным (не лавсан).

Правильно собранное устройство требует минимальной наладки. На принципиальной схеме в скобках указаны контрольные напряжения в данных точках. На первичном этапе, не подключая активные компоненты, рекомендуется проверить напряжения на входе и выходе стабилизаторов. В процессе наладки авторского экземпляра была обнаружена странная особенность интегрального стабилизатора L7805, его выходное напряжение не соответствовало технической характеристике и имело «плавающий» характер. Замена на другой экземпляр, купленный у другого поставщика, полностью решило проблему. Параллельные стабилизаторы не желательно эксплуатировать в ненагруженном режиме, поэтому в процессе наладки их необходимо нагрузить резисторами: для микросхемы-ЦАП – 100 Ом, для аналоговой части – 150 Ом. Только после контроля выходных напряжений стабилизаторов возможен полноценный запуск всего устройства и проверка напряжений в остальных ключевых точках. В виду технологического разброса источника опорного напряжения (Vref) микросхемы TDA1543, возможно придется скорректировать начальный выходной ток, соответствующий середине шкалы преобразования и соответственно напряжение на эмиттерах выходных транзисторов. Выходной ток устанавливается подбором резистора, соединяющую 7 ножку микросхемы с «землей» в установившемся тепловом режиме (при прогреве 5-10 мин). При указанном на схеме номинале (1к) он равен 5,3 ма, а напряжение на выходе приблизительно равно Uпит/2.

ЦАП смонтирован в корпусе из белого твердого пластика с металлическими стенками-панелями, окрашенными снаружи в матовый черный цвет. На фронтальной панели находится тумблер питания, а на тыловой RCA разъемы цифрового входа, аналоговых выходов и гнездо плавкого сетевой предохранителя. Модуль первичных питателей размещен на максимальном удалении от модуля ЦАПа и соединяется с питающими клеммами последнего посредством свитых проводников. Ввод цифрового сигнала с RCA разъема на клемму платы ЦАПа выполнен коротким участком витой пары. Внешний вид собранного устройства со снятой верхней крышкой приведен ниже.

Субъективная оценка звучания ЦАПа проводилась на следующей системе. В качестве цифрового источника выступил компьютер на ОС Windows 7 (64 bit), а вывод S/PDIF потока осуществлялся посредством звуковой карты Creative Audigy 4. S/PDIF кабель – экранированная витая пара длиной около метра. Программный плеер – Album Player версии 2.108 с пресетом full memory, модуль вывода – kernel streaming. В процессе прослушивания для CDDA-записей задействовался программный ресемплер SoX, встроенный в модуль DSP данного плеера. Отмечу, что отдал предпочтение именно режиму с цифровой фильтрацией и передискретизацией до 96кГц. Hi-Res записи (24/96) прослушивались в NOS режиме, с принудительной установкой разрядности выводимого потока 16 bit в настройках плеера. К ЦАПу поочередно подключались наушники: Audio- Technica ATH-M30, SonyMDR-MA500, AKG K301 XTRA.

Вопреки самым скептическим опасениям, качество звука порадовало с первых минут прослушивания. Общий характер подачи музыкального материала выделяется плотностью и насыщенностью среднечастотного диапазона, на качественных записях прослушивание весьма эмоционально увлекательно и приятно. Разрешение данного простого ЦАПа находится на среднем уровне, но позволяет с легкостью замечать технические огрехи в записях. Построение виртуальной сцены отличается уверенной проработкой в глубину. Устройство нельзя назвать нейтральным, оно тяготеет к некоторому выделению среднечастотного диапазона. Особенно эффектно воспроизводится вокал и инструменты данной частотной области, кстати, наиболее чувствительной и информационно важной для человеческого восприятия. Из недостатков можно отметить несколько «вальяжную» подачу музыкального материала, что негативно сказывается при воспроизведении быстрых, динамичных жанров.

В процессе проработки вариантов и экспериментальной оценки влияния питания, модуль первичных питателей менялся на более простой: отсутствие входного синфазного дросселя и токоограничивающих резисторов после диодного моста, единственный трансформатор с двумя вторичными обмотками. Надо отметить, что подобное построение питающих узлов имеет большинство бюджетных промышленных аппаратов. При контрольном прослушивании была выявлена явная деградация качества звучания, субъективно выражающаяся прежде всего в уменьшении эшелонированности сцены и общей «замыленности» звукового полотна. Остается только догадываться о том, какой звук могут выдавать китайские поделки на TDA1543, независимо от количества установленных в них микросхем-преобразователей: 8, 16 … 256. Низкий инженерный уровень построения подобных устройств, вкупе с посредственной элементной базой и ужасным питанием ( применение низкокачественных ширпотребных импульсных блоков питания) просто не даст реализовать потенциал даже такого примитивного преобразователя как TDA1543.

В заключение хотелось бы сказать, что к проектированию и изготовлению своего первого в жизни цифроаналогового преобразователя необходимо отнестись со всей серьезностью и ответственностью. Это тот класс устройств, где мысли: «а спаяю я простенький ЦАПик на выходных на макетке» необходимо отбрасывать, поскольку простота обманчива. Но первый грамотно спроектированный удачный аппарат, который будет радовать своим звучанием, непременно мотивирует следовать далее по этому увлекательному пути в мире цифрового звука.

Николай Штаюра

Краматорск, 2016 г.

Еще записи по теме

Аудио ЦАП AK4495seq своими руками

? LiveJournal

Main
Ratings
Interesting
iOS & Android
Disable ads

Login
CREATE BLOG Join
English (en)
- English (en)
- Русский (ru)
- Українська (uk)
- Français (fr)
- Português (pt)
- español (es)
- Deutsch (de)
- Italiano (it)
- Беларуская (be)

Модуль цифро-аналогового преобразователя (ЦАП)

— 8-битный MCU

Переключить навигацию

Инструменты разработки
- Какие инструменты мне нужны?
- Программные средства
  - Начни здесь
  - MPLAB® X IDE
    - Начни здесь
    - Установка
    - Введение в среду разработки MPLAB X
    - Переход на MPLAB X IDE
      - Переход с MPLAB IDE v8
      - Переход с Atmel Studio
    - Конфигурация
    - Плагины
    - Пользовательский интерфейс
    - Проектов
    - файлов
    - Редактор
      - Редактор
      - Интерфейс и ярлыки
      - Основные задачи
      - Внешний вид
      - Динамическая обратная связь
      - Навигация
      - Поиск, замена и рефакторинг
      - Инструменты повышения производительности
        Инструменты повышения производительности
        Автоматическое форматирование кода
        Список задач
        Сравнение файлов (разница)
        Создать документацию
    - Управление окнами
    - Сочетания клавиш
    - Отладка
    - Контроль версий
    - Автоматизация
      - Язык управления стимулами (SCL)
      - Отладчик командной строки (MDB)
      - Создание сценариев IDE с помощью Groovy
    - Поиск и устранение неисправностей
    - Работа вне MPLAB X IDE
    - Прочие ресурсы
  - Улучшенная версия MPLAB Xpress
  - MPLAB Xpress
  - MPLAB IPE
  - Программирование на C
  - Компиляторы MPLAB® XC
    - Начни здесь
    - Компилятор MPLAB® XC8
    - Компилятор MPLAB XC16
    - Компилятор MPLAB XC32
    - Компилятор MPLAB XC32 ++
    - MPLAB
  - Сборщики
  - Компилятор IAR C / C ++
  - Конфигуратор кода MPLAB (MCC)
  - Гармония MPLAB v2
  - Гармония MPLAB v3
  - среда разработки Atmel® Studio
  - Atmel СТАРТ (ASF4)
  - Advanced Software Framework v3 (ASF3)
    - Начни здесь
    - ASF3 Учебники
      - ASF Audio Sine Tone Учебное пособие
      - Интерфейс ЖК-дисплея с SAM L22 MCU Учебное пособие
  - Блоки устройств MPLAB® для Simulink®
  - Утилиты
  - FPGA
  - Аналоговый симулятор MPLAB® Mindi ™
- Аппаратные средства
  - Начни здесь
  - Сравнение аппаратных средств
  - Средства отладки и память устройства
  - Исполнительный отладчик
  - Демо-платы и стартовые наборы
  - Внутрисхемный эмулятор MPLAB® REAL ICE ™
  - Эмулятор SAM-ICE JTAG
  - Atmel® ICE
  - Power Debugger
  - Внутрисхемный отладчик MPLAB® ICD 3
  - Внутрисхемный отладчик MPLAB® ICD 4
  - PICkit ™ 3
  - Внутрисхемный отладчик MPLAB® PICkit ™ 4
  - MPLAB® Snap
  - MPLAB PM3 Универсальный программатор устройств
  - Принадлежности
    - Заголовки эмуляции и пакеты расширения эмуляции
    - Пакеты расширения процессора и отладочные заголовки
      - Начни здесь
      - PEP и отладочных заголовков
      - Требуемый список заголовков отладки
        Таблица обязательных отладочных заголовков
        AC162050, AC162058
        AC162052, AC162055, AC162056, AC162057
        AC162053, AC162054
        AC162059, AC162070, AC162096
        AC162060
        AC162061
        AC162066
        AC162083
        AC244023, AC244024
        AC244028
        AC244045
        AC244051, AC244052, AC244061
        AC244062
      - Необязательный список заголовков отладки
        Список необязательных отладочных заголовков — устройства PIC12 / 16
        Необязательный список заголовков отладки — устройства PIC18
        Дополнительный список заголовков отладки — Устройства PIC24
      - Целевые следы заголовка отладки
      - Отладочные подключения заголовков
  - SEGGER J-Link
  - K2L
  - Рекомендации по проектированию средств разработки
  - Ограничения отладки — микроконтроллеры PIC
  - Инженерно-технические примечания (ETN) [[li]] Встраиваемые платформы chipKIT ™

Функции
- Интеграция встроенного программного обеспечения
  - Начни здесь
  - Программирование на C
  - MPASM ™
  - MPLAB® Harmony v3
    - Начни здесь
    - Библиотеки гармонии MPLAB®
    - MPLAB® Harmony Configurator (MHC)
    - Проекты и учебные пособия MPLAB Harmony
      - Периферийные библиотеки на SAM L10
        Начало работы с Периферийными библиотеками Harmony v3
        Периферийные библиотеки с низким энергопотреблением на SAM L10
      - Периферийные библиотеки на SAM C2x
        Начало работы с периферийными библиотеками Harmony v3
        Приложение с низким энергопотреблением с периферийными библиотеками Harmony v3
      - Периферийные библиотеки на SAM D21
      - Периферийные библиотеки на SAM D5x / E5x
        Начало работы с периферийными библиотеками Harmony v3
        Приложение с низким энергопотреблением с периферийными библиотеками Harmony v3
      - Периферийные библиотеки на SAM E70
      - Периферийные библиотеки на SAM L2x
        Приложение с низким энергопотреблением с Harmony v3 с использованием периферийных библиотек
      - Периферийные библиотеки на PIC32 MZ EF
      - Периферийные библиотеки на PIC32 MX470
      - Периферийные библиотеки на PIC32 MK GP
      - Драйверы и системные службы для SAM E70 / S70 / V70 / V71
      - Драйверы и FreeRTOS на SAM E70 / S70 / V70 / V71
      - Драйверы, промежуточное ПО и FreeRTOS на PIC32 MZ EF
      - SD Card Audio Player / Reader Учебное пособие на PIC32 MZ EF
      - Управление двигателем на SAM E54
      - Arm® TrustZone® Начальное приложение для микроконтроллеров SAM L11
      - Миграция ASF на SAM C21 в MPLAB Harmony на PIC32CM MC
  - MPLAB® Harmony v2
    - Начни здесь
    - Что такое MPLAB Harmony Framework?
    - Конфигуратор гармонии MPLAB (MHC)
    - MPLAB Harmony Framework
    - Библиотеки гармонии MPLAB
      - Библиотеки для общих периферийных устройств PIC32
      - Служба системы прерывания
        Обслуживание системы таймера
      - Периферийные библиотеки
        Библиотека периферийных устройств АЦП
        Периферийная библиотека прерываний
        Выходная сравнительная периферийная библиотека
        периферийная библиотека портов
        Периферийная библиотека SPI
        Периферийная библиотека таймера
        Периферийная библиотека USART
      - (TCP / IP, USB, графика и т. Д.)
      - (BSP)
    - Проекты и учебные пособия MPLAB Harmony
      - Проектов (создание, организация, настройки)
      - Примеры проектов в папке «apps»
      - Введение в обучение гармонии MPLAB
      - Периферийные устройства
        АЦП
        ADC Учебное пособие
        Примеры проектов ADC
        прерываний
        Сравнение выходов
        Порты
        Учебное пособие по портам
        Примеры проектов портов
        SPI / I2S
        Таймер
        Таймер Учебное пособие
        Примеры проектов таймера
        USART
        USART Учебное пособие
        Примеры проектов USART
      - Промежуточное ПО
        SD-карта Audio Player Tutorial
        Диктофон / Учебное пособие по плееру

Введение в ЦАП: Руководство для энтузиастов наушников | Часть 2

(Последнее обновление: 20 декабря 2019 г.)

В части 2 нашего руководства «Введение в ЦАП» мы исследуем, как работают ЦАП, включая выборку, фильтры, функции и наборы микросхем.

ЦАП Alpha. (Источник: BerkeleyAudioDesign.com)

В Часть 1 « Введение в ЦАП: Руководство для энтузиастов наушников» мы обсуждали цифровые файлы, созданные из аналогового звука. Эти файлы бывают разных форматов, размеров и качества. Они варьируются от mp3 с небольшими потерями до недавно сертифицированных типов файлов с высоким разрешением. Мы также рассмотрели, как ЦАП подключается как цифровым способом к источнику, так и аналоговым подключением к выходу.

Теперь пора заглянуть внутрь ЦАП и проверить, как цифровой файл становится аналоговым звуком.

Быстрые ссылки

Используйте эти быстрые ссылки для быстрой навигации по статье.

Зачем нужен ЦАП?

Добавление внешнего ЦАП находится в компетенции энтузиастов или аудиофилов. Для подавляющего большинства людей разъем для наушников на телефоне обеспечивает абсолютно приемлемое качество воспроизведения музыки.

Основные причины добавления внешнего ЦАП можно резюмировать следующим образом:

Для устранения проблем со звуком.
Для улучшения качества звука.
Или для добавления функций и поддержки файлов.

С большинством современного оборудования (если оно не работает со сбоями) внутренний ЦАП, вероятно, будет работать достаточно хорошо, чтобы избежать серьезных проблем со звуком, таких как шум (слышимое шипение) или артефакты (щелчки, треск или визг) в цифровом аналоговый процесс преобразования. Так что, вероятно, наименее вероятная причина, по которой вы выберете новый ЦАП, — это решение проблемы со звуком.

Улучшение звука всегда на слуху.Хорошо спроектированный ЦАП — это только одна часть звуковой цепи. Не менее важным для окончательного звучания является качество исходного материала, усилителя и самих наушников.

Я твердо верю, что все остальные звенья цепи вторичны по отношению к вещам, которые физически преобразуют сигнал в звуковые волны, то есть к самим наушникам.

У меня есть телефон Alcatel One Plus на базе Android, у которого, без сомнения, самый слабый и плохо звучащий выход для наушников, с которым я когда-либо сталкивался.Внешний ЦАП и усилитель, откровенно говоря, преобразуют это устройство при использовании в качестве источника звука.

При выборе внешнего ЦАП важно учитывать особенности и характеристики устройства. С появлением новых цифровых аудиоформатов, таких как аудио высокого разрешения, DSD и MQA, а также с созданием новых протоколов беспроводной связи (Bluetooth), поддержка этих функций становится важным фактором при выборе нового ЦАП.

Конечно, если у вас есть библиотека цифровых файлов или вы подписаны на онлайн-сервис потоковой передачи, важно, чтобы ваш ЦАП мог правильно обрабатывать и преобразовывать формат и качество файлов.

Мусор на входе = мусор на выходе. (Источник: backbonemedia.com) Как говорится: « мусора на входе = мусор на выходе ». Конечный звук никогда не может быть лучше, чем качество исходного материала. Фактически, хороший ЦАП (с надлежащим разрешением и четкостью) может пролить нелестный свет на исходную запись, не скрывая никаких недостатков. Маловероятно, что хорошие ЦАП улучшат плохой звук при записи.

Короче говоря, новый ЦАП должен либо предложить вам заметное улучшение звука, либо поддерживать функции, которые вам нужны, но которых в настоящее время нет.Кажется достаточно простым.

Типы внешних ЦАП

ЦАП и усилитель для наушников с поддержкой Linux для прослушивания музыки

В этом месяце я немного отдыхаю в своем путешествии по тегам, чтобы взглянуть на последнюю штуковину в моем доме — новый ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).

Прежде всего, поговорим о ЦАПах в целом. Я полагаю, что большинство людей смотрели видео, слушали песню или разговаривали с другом далеко, и все это обеспечивается компьютерами на базе Linux и различным оборудованием.Я также предполагаю, что многие люди слышали звук, исходящий из своих динамиков или наушников, не слишком задумываясь о том, как цифровой сигнал преобразуется в аналоговый звук, который можно воспроизводить через эти устройства.

Этот механизм преобразования — ЦАП.

Существует также его противоположность, АЦП (аналого-цифровой преобразователь), который принимает аналоговые сигналы с вашего микрофона и преобразует их в цифровую форму для связи с этим далеким другом. А пока я собираюсь сосредоточиться на ЦАП — точнее, на ЦАП, который является частью цепочки воспроизведения звука, предназначенной для очень точного воспроизведения исходного сигнала до оцифровки, без внесения большого количества ошибок и шум в его работе.Эта концепция воспроизведения, направленная на то, чтобы нанести наименьший слышимый ущерб оригиналу, часто называется «высокой точностью».

Давайте подумаем об этапах этого преобразования:

Сигнал поступает в цифровой форме (это может быть музыка, голосовой разговор, саундтрек к фильму и т. Д.), Что является отличным способом передачи и хранения информации, но вам необходимо преобразовать ее во что-то узнаваемое нашим ухом.
Первый шаг, вообще говоря, состоит в том, чтобы преобразовать этот цифровой сигнал в аналоговую форму — вместо нулей и единиц значения преобразуются в электрические сигналы, имитирующие исходный звук.
Требуется какое-то усиление, чтобы преобразовать эту недавно преобразованную форму волны в нечто, имеющее достаточную мощность для работы ваших наушников или динамиков.
Ваши наушники или динамики заставляются вибрировать этим усиленным сигналом, который заставляет воздух между наушниками и динамиками и ваши барабанные перепонки вибрировать, и в конечном итоге ваши барабанные перепонки и остальная часть вашего чудесного слухового механизма преобразует этот звуковой сигнал обратно в электрический сигнал , который интерпретирует ваш мозг.

В этом наборе шагов ЦАП выполняет требование, изложенное в шаге 2: он преобразует цифровые сигналы в аналоговые, которые затем усиливаются и передаются через динамики или наушники для вашего удовольствия от прослушивания.

Музыка, наиболее закодированная в цифровом виде, представлена как PCM (импульсно-кодовая модуляция). Есть также другие представления, которые более или менее широко используются, например, дельта-сигма модуляция. Цифровые музыкальные сигналы кодируются и хранятся в определенном контейнерном формате, часто вместе с метаданными.При воспроизведении эта информация считывается программным обеспечением воспроизведения, а цифровой аудиопоток отправляется на ЦАП для преобразования в аналоговый.

На заре персонального цифрового воспроизведения музыки ресурсы памяти были ограничены, а скорость загрузки была низкой, поэтому используемые форматы были ориентированы на то, чтобы сделать музыкальные файлы как можно меньше, чтобы сделать весь процесс как можно более осуществимым. Это привело к «сжатию с потерями», когда некоторые сигналы отбрасывались, чтобы файлы были как можно меньше.Даже компакт-диск (компакт-диск), который был самой ранней формой распространения цифровой музыки на массовом рынке, был немного скомпрометирован с записью 16-битной выборки с частотой дискретизации 44,1 кГц. Эта скорость обеспечивает довольно грубое приближение к сигналам более низкого уровня и требует фильтрации любого содержимого сигнала выше 22 кГц или около того.

Хотя огромное количество цифровой музыки доступно на компакт-дисках или в одном из этих форматов с потерями (например, MP3), каждый день я нахожу все больше музыки с более высоким разрешением; например, длина слова 24 бита и частота дискретизации 96 кГц.Нередко можно увидеть музыку, которая изначально была записана в аналоговой форме, извлеченная из хранилища (или где бы то ни было, где они хранятся) и преобразована в цифровую форму с высоким разрешением.

Тем из нас, кто хранит свою музыкальную библиотеку в цифровой форме на ноутбуках или настольных компьютерах, или у кого есть выделенный музыкальный сервер, мы должны быть очень осторожны при выборе ЦАП, чтобы убедиться, что он будет обеспечивать совместимость с операционной системой и функциями. , и необходимое качество звука.

Один из моих любимых производителей высококачественного, недорогого и совместимого с Linux звукового оборудования — Schiit Audio.Недавно я заметил, что у них есть новая штуковина в нижней части их линейки продуктов, Fulla 2, и я решил ее купить. По сути, это ЦАП и усилитель для наушников в одном устройстве, что означает, что он охватывает шаг 2 и часть шага 3, как я упоминал ранее, а также добавляет некоторые интересные дополнительные функции. Я начну с части наушников DAC +. Для этого вы подключаете USB-кабель к порту USB2 или USB3 ноутбука, а другой конец — к порту «USB Power and Data Input» Fulla 2, настраиваете музыкальный проигрыватель для отправки выходного сигнала на это устройство, подключаете наушники. , и понеслось.

В моем случае усилитель для наушников в Fulla 2 очень хорошо работает с моими фаворитами, моими AKG 701. Звук, производимый этой комбинацией, действительно отличный — мелкие детали действительно очевидны без какой-либо резкости или шипения, а выходной мощности Fulla 2 достаточно, чтобы довести эти наушники до комфортно громкого уровня при настройке на девять часов (т. Е. -четверть подъехать). Компоненты и технические характеристики ЦАП и усилителей в Fulla 2 первоклассные, особенно в его ценовой категории.

Еще одна интересная особенность Fulla 2 — это два дополнительных аналоговых выхода на заднем фартуке; один — это фиксированный «линейный» выход, который можно подключить к вашему ресиверу, а другой — выход с переменным уровнем, который вы можете использовать для управления набором активных динамиков, используя регулятор громкости Fulla 2 для установки уровня.

Также имеется аналоговый вход на переднем фартуке, так что вы можете подключить телефон или планшет посетителя, чтобы воспроизводить его музыку через наушники, через активные динамики или стереосистему.

Наконец, у него есть отдельный порт USB только для питания, который позволяет использовать это устройство с маломощными цифровыми источниками, такими как мобильные телефоны или планшеты. Просто подключите зарядное устройство телефона к этому порту, и на вашем телефоне не будет значительного потребления тока.

Помимо великолепного звука и интересных функций, в Schiit Fulla 2 стоит выделить еще две особенности: он действительно хорошо совместим с компьютерами на базе Linux и стоит всего 99 долларов США. Еще в далеком прошлом я экспериментировал с созданием собственного аудиооборудования, как с нуля, так и в виде набора.Сегодня, когда я смотрю на Fulla 2, я сомневаюсь, что смогу построить что-то приличное с нуля за такую же стоимость деталей.

Я упоминал, что он совместим с Linux? В окне терминала после подключения:

clh @ avignon: ~ $ ls / proc / asound
card0 card1 карты устройства модули hwdep модули oss PCH pcm таймеры Schiit seq версия

clh @ avignon: ~ $ sudo aplay -l
**** Список аппаратных устройств ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ****
карта 0: PCH [HDA Intel PCH], устройство 0: аналог VT1802 [аналог VT1802]
Подустройства: 1 / 1
Субустройство № 0: субустройство № 0
карта 0: PCH [HDA Intel PCH], устройство 2: VT1802 Альтернативный аналог [VT1802 Альтернативный аналог]
Субустройства: 1/1
Субустройство № 0: субустройство № 0
карта 0: PCH [HDA Intel PCH], устройство 3: HDMI 0 [HDMI 0]
Субустройства: 1/1
Субустройство # 0: субустройство # 0
карта 1: Schiit [Я Фулла Шиит], устройство 0: USB Audio [USB Audio ]
Подустройства: 1/1
Подустройство # 0: подустройство # 0
clh @ avignon: ~ $

На моем экране настроек звука GogglesMM я обращаюсь к Fulla 2 напрямую через ALSA (Advanced Linux Sound Architecture) как hw: CARD = Schiit, DEV = 0 ( CARD = , исходя из имени в / proc / asound и DEV = , исходящие из aplay -l info) без передискретизации и усиления воспроизведения.У меня нет глюков или сообщений об ошибках в системных журналах; обнаруживается без проблем и работает нормально.

На этом изображении вы можете увидеть мою Fulla 2 с наушниками, подключенными к передней части (серый шнур), двумя кабелями USB (питание и сигнал) на задней панели и кабелем, который соединяет фиксированный аналоговый выход с дополнительными входами. приемника в моем офисе.

Это устройство крупнее электронного ключа, но я не вижу проблем с его упаковкой в сумку для ноутбука во время путешествий.Конечно, его прочный металлический корпус обещает, что это должно быть долговечное устройство для путешествий, хотя мне придется не забыть взять с собой адаптер для штекера 3,5 мм на мои внутриканальные мониторы.

Кстати о GogglesMM …

Я уже упоминал о своем интересе к музыкальному плееру GogglesMM. В последнее время я несколько раз беседовал по электронной почте с его разработчиком Сандером Янсеном.

Сандер заметил мою недавнюю статью и написал мне в ответ на пару комментариев. С его разрешения, я делюсь его ответом здесь:

Относительно двух пунктов, которые вы конкретно упомянули:
1) Отсутствие функциональности Compose Key
У меня это (x методов ввода) в настоящее время отключено в сборке FOX для Ubuntu.У меня были смешанные сообщения от людей, пытающихся использовать эту функцию. У некоторых людей это работает отлично, в то время как у меня все операции с клавиатурой перестали работать. Я думаю, что в FOX есть какая-то ошибка, но у меня не было времени ее отследить. Я знаю, что это работает для версии FOX 1.6, поэтому я надеюсь, что в какой-то момент эту функцию исправят.
2) GogglesMM никогда не создавался как полноценный редактор «тегов» — скорее наоборот. Я создал музыкальный менеджер с базой данных, которая использует определенные теги для загрузки информации в базу данных.Он поддерживает фиксированный набор тегов. Любые теги, которые он в данный момент читает, также можно записать обратно (а пустые будут удалены). Он также пытается быть хорошим гражданином, любые теги, которые он не поддерживает или о которых не знает, будут оставлены как есть. И, конечно же, если информация была отсканирована из самого имени файла или, возможно, введена вручную, GogglesMM сможет создать правильные теги в самом файле.
Существует много настраиваемых тегов (особенно id3v2 определяет многие из них, другие форматы имеют более неформальные спецификации), я думаю, что я захватил самые важные из них, которые люди могут захотеть установить.Это не значит, что я против добавления поддержки каких-либо новых тегов, но я бы не хотел делать это только для того, чтобы разрешить редактирование некоторых эзотерических тегов спецификации id3v2.

В нашем последующем обсуждении я также упомянул, что предложение вариантов порядка сортировки в режиме просмотра обложки может быть крутым (например, по исполнителю или исполнителю альбома, а затем по названию). Сандер указал, что он подумывает добавить туда некоторые функции, отметив, что «способ организации компакт-дисков очень личный: вы можете легко утверждать, что классические компакт-диски должны быть организованы дирижером, оркестром или каким-нибудь известным исполнителем (Рубинштейн, Ицхак Перлман). .«Это тоже мой опыт. На самом деле, мой друг, у которого есть большая коллекция классической музыки, скопированная на диск, пишет свою собственную файловую систему на основе тегов, чтобы справиться с этим.

И музыка …

Что я слушаю с этой новой Fulla 2 на моем офисном столе?

Что ж, промо-акция по закрытию магазина Gimell Records, о которой я упоминал в своей предыдущей статье, побудила меня взять еще несколько загрузок в высоком разрешении The Tallis Scholars: Miserere Аллегри и Missa Papae Marcelli Палестрины, Lamentations Виктории Иеремии, Missa Corona Тавернера Missa di Dadi и Missa une Mousse de Biscaye Спинеи и Жоскена.

Для тех из вас, кто не знаком с «Мизерере» Аллегри, перформанс ученых Таллиса в Санта-Мария-Маджоре в Риме представляет собой довольно зрелищное исполнение этого произведения. Мне посчастливилось увидеть, как они выполняют ту же работу в Ванкувере несколько лет назад, и этот опыт до сих пор вызывает у меня волосы на затылке.

Одна из забавных вещей при просмотре и прослушивании видеоверсии через встроенный ЦАП моего ноутбука и усилитель для наушников — это сравнение ее с версией с высоким разрешением, воспроизводимой через Fulla 2.Разница немалая.

Как только я начинаю заниматься хоровой музыкой, в какой-то момент я почти всегда заканчиваю тем, что играю альбом Нияза «Девять небес», особенно песню «Иман». Вы можете попробовать «Иман» и остальную часть альбома в углу Bandcamp у Нияза. Тем читателям, которые, как и я, почти ничего не знают о музыке в этой части мира, я могу порекомендовать эту статью о Rubā’ī в Википедии, в которой объясняется форма вокала в «Iman».

Подробнее о Gimell Records

Если вы прочитаете мою последнюю колонку, вы узнаете, что Gimell Records закрыла свой интернет-магазин, ориентированный на Linux, в марте.Хорошей новостью является то, что Hyperion Records захватывает линейку в их интернет-магазине, а Hyperion также является дружественным к Linux сайтом. Я недавно приобрел демонстрационный альбом в магазине и без труда загрузил его, не установив ненужного мне программного обеспечения.

Я написал в службу поддержки Hyperion по электронной почте, чтобы поблагодарить их за включение каталога Gimell в свой магазин и за их дружественное отношение к Linux. Я получил от Эдварда такой любезный ответ:

Дорогой Крис,
Добро пожаловать в Hyperion, и мы надеемся, что вам понравится наш сайт.Единственное, что вы потеряете при загрузке вручную, — это буклет в формате PDF, который автоматически объединяется при использовании диспетчера загрузки Hyperion; однако их достаточно легко загрузить отдельно. Просто перейдите на страницу соответствующего альбома (например, http://www.hyperion-records.co.uk/dc.asp?dc=D_CDGIM048 для Josquin Missa Di dadi и Une mousse de Biscaye) и щелкните «Цифровой буклет» ( PDF) «под обложкой.
С наилучшими пожеланиями,
Эдвард

Престижность Hyperion Records! Я обязательно буду просматривать их каталог в ближайшие дни.