Главная / Теория / ЦАП и АЦП
A+ R A-

ЦАП и АЦП - что это такое и с чем их едят?

Автор: Сергей Кайбер

 

Надеюсь, вы уже успели прочитать  первую теоретическую статью по звуку, поэтому, как и обещалось, мы переходим к расшифровке, а точнее сказать «нормально-русскому объяснению» двух похожих аббревиатур — ЦАП и АЦП.

Для удобства статья будет разбита на 2 части.

 

Часть I

АЦП или аналогово-цифровое преобразование.

 

В аналоговой аппаратуре аналоговый звук  имеет вид непрерывного электрического сигнала, компьютерная техника, в свою очередь работает только с цифровыми данными — следовательно звук в компьютере имеет  цифровой вид.

Думаю у вас уже возникла некая путаница между «звуками». Что бы не было недопонимании рассмотрим что такое цифровой звук и как аналоговый преобразуется «в цифру».

Цифровой звук — способ представления  звукового сигнала посредством дискретных численных значений его амплитуды.

Как обычно — постараюсь объяснить все по-проще. Немного повторюсь.

Звуковая волна представляет собой сложную функцию изображающую зависимость ее амплитуды от времени.

Для оцифровки этой волны  следует описать ее, сохранив дискретное значение к конкретных точках.

Значение амплитуды звуковой волны нужно  измерить в каждой временной точке, а полученное значение записать в виде чисел. Но, из-за невозможности фиксирования значения амплитуды с точностью 100%, их приходится записывать в округленном виде. Что как следствие влечет небольшие искажения исходного сигнала. Иными словами будет происходить как бы приближение этой функции по амплитудной и временной координатным осям.

Как видим, процесс оцифровки сигнала состоит из двух этапов.

1.Первый — дискретизации (осуществления выборки)

2.Второй — квантования.

 

Дискретизация -  процесс получения  значений величин  преобразуемого сигнала в определенные промежутки времени. Иными словами это как бы «выборка» сигнала по заданным значениям.

Квантование — представляет собой процесс замены  полученных значений амплитуды сигнала с максимально приближенной точностью.

Как и говорилось выше — при преобразовании сигнала приходится округлять значения из-за невозможности фиксировать «реальное» значение амплитуды с идеальной(по сути — бесконечной) точностью. Для этого компьютерам понадобился бы более огромный объем оперативной памяти (больше чем 1Тб), а уточнять можно до бесконечности, что как следствие влечет создание ОЗУ с бесконечным объемом памяти.

На точность округления влияет уровень квантования(или же разрядность квантования). Чем больше количество уровней, тем на меньшую величину округляется значение амплитуды, что как следствие получаем меньшую величину погрешности.

Исходя из выше изложенного уже можно сделать вывод, о том что оцифровка сигнала  представляет собой фиксирование  амплитуды звуковой волны через определенный интервалы времени, и запись полученного с минимальной величиной погрешности.

Напрашивается и другой вывод. Чем выше частота дискретизации и разрядность квантования, тем точнее выходит описание полученного сигнала.

 

Качество напрямую зависит от параметров выбранных для оцифровки. Это — частота дискретизации (выражается в Кгц) и разрядность (выражается в Битах).

Иными словами - чем выше разрядность и частота дискретизации, тем более качественным получается сигнал, и тем больше получается объем оцифрованных данных.        Поэтому тут следует искать «золотую середину» между весом и качеством.

 

Теорема Коте́льникова (в англоязычной литературе— теорема Найквиста— Шеннона или теорема отсчётов) гласит, что, если аналоговый сигнал  имеет финитный (ограниченный по ширине) спектр, то он может быть восстановлен однозначно и без потерь по своим дискретным отсчётам, взятым с частотой, строго большей удвоенной верхней частоты.

В «переводе на нормально-человеческий язык»,что бы получить наиболее полную информацию о звуке, допустим в частотном диапазоне до 22 000 Гц, необходима дискретизация с частотой , не менее 44.1Кг.

Это говорит о том, что нет смысла сильно гнаться за высокими частотами дискретизации, так как  частота 44.1Кгц охватывает весь диапазон частот, которые способен слышать человек, и даже немного выше.

 

Часть II

Цифро-аналоговое преобразование.

 

Что бы после оцифровки иметь возможность послушать звук, его нужно обратно преобразовать в аналоговый.

Аналоговый сигнал может обрабатываться усилителями и другими аналоговыми устройствами и воспроизводиться акустическими системами.

Преобразовывает цифровой сигнал в аналоговый  - цифро-аналаговый преобразователь(ЦАП). Процесс преобразования представляет собой процедуру обратную АЦП.

Современные системы воспроизводят и записывают звук через аудио интерфейс, задачей которого является ввод и вывод аудио информации, т..е. Это и есть устройство преобразования аналогового сигнала в цифровой и обратно.

Работу аудио интерфейса можно объяснить более простыми словами.

Вначале входной аналоговый звук попадает в аналоговый вход(или микшер), после этого он направляется  в АЦП, который его квантует и дискретизирует.. Результатом является получение цифрового аудио сигнала который по шине идет в компьютер и  получается цифровой звук.

При выводе аудио информации происходит аналогичный процесс, только в обратную сторону. Поток данных проходит через ЦАП,который преобразует числа определяющие амплитуду сигнала в электрический — аналоговый сигнал.

Схематично, все это выглядит, как представлено на рис.1

 

Хочу отметить, что если аудио интерфейс оборудован интерфейсом для обмена  цифровыми данными, то при работе с цифровым аудио никакие его аналоговые блоки не задействованы —   таким образом, обходя преобразователи, вы будете сохранять звук практически таким какой он есть.


Login