Heeft mijn telefoon een DAC? uitleggen van dacs en versterkers in smartphones vandaag

We krijgen deze vraag vaak, en nu zoveel telefoons niet langer een hoofdtelefoonaansluiting hebben, komt het nog vaker voor: heeft mijn telefoon een DAC? Wat is precies een DAC en wat doet het? Hoe zit het met een versterker?

Laten we eens kijken of we de antwoorden kunnen achterhalen en, nog belangrijker, een idee kunnen krijgen hoe dit allemaal werkt en waarom we dit DAC-ding met zijn grappige naam nodig hebben en hoe een versterker het beter of slechter laat klinken.

Meer: de status van smartphone-audio: DAC, codecs en andere termen die u moet kennen

Wat is een DAC?

Afbeelding afkomstig van LG.

Een DAC neemt een digitaal signaal van zijn ingang en zet het om in een analoog signaal op zijn uitgang. Een digitaal audiosignaal is eenvoudig uit te leggen, maar een beetje moeilijker om je hoofd rond te wikkelen. Het is een elektrisch signaal dat wordt omgezet in bits. De bits bevinden zich in een patroon met een specifieke waarde op elk punt, en hoe vaker het oorspronkelijke signaal werd bemonsterd, hoe nauwkeuriger dit patroon en die waarden zijn.

Een analoog signaal zie je in je hoofd als je aan een golfvorm denkt. Het is een continu signaal dat in amplitude varieert langs een tijdlijn.

Audio wordt omgezet in een digitale kopie omdat het gemakkelijker te comprimeren is en de elektronische dingen waar we van houden, zoals onze telefoons, geen analoog signaal kunnen opslaan zoals een band dat kan. Ze kunnen er ook geen teruglezen, voor het geval u erover denkt een bandstation aan uw telefoon te bevestigen. Een digitaal signaal is heel anders dan een analoog signaal, en de eenvoudigste manier om dit te begrijpen is een handig klein diagram.

Het digitale signaal volgt zeer rigide en berekende lijnen, terwijl het analoge signaal meer vrije vorm heeft. Dit komt door de sample tijden; meer bemonstertijden zouden dichter bij elkaar langs de onderste as (TIJD) zijn en een vloeiender digitaal signaal maken dat dichter bij de analoog is. De rechteras meet de amplitude van een audiogolf. Wanneer u het signaal tussen de derde en vierde sample-tijd in ons voorbeeld ziet, kunt u zien hoe de twee signalen verschillend zijn, wat betekent dat het geproduceerde geluid anders zal zijn.

Fysica en de beperkingen die gepaard gaan met mens zijn, betekent dat dit niet zo belangrijk is voor afspelen als het lijkt. Maar het is erg belangrijk voor studiowerk en het behoud van de originele kwaliteit van een opname. Conversie is een zeer complexe procedure en een DAC doet veel werk. Het is belangrijk om te herkennen waarom een ​​digitaal audiobestand anders kan klinken dan een analoge opname.

De amp

Een versterker doet maar één ding - stuurt een analoog signaal aan (de versterkers waar we het in elk geval over hebben), dus het is intenser en luider als het uit een luidspreker komt. Een analoog signaal is alleen elektriciteit. Het stimuleren van elektriciteit is echt heel gemakkelijk en u gebruikt wat neerkomt op een transformator (ingenieurs vestigen, dit moet eenvoudig zijn) om de input te nemen, ergens stroom van te halen en de input te verhogen. Het transformeert de bron.

Een versterker bouwen is eenvoudig. Een goede versterker bouwen is dat niet.

Een paar bijzonderheden kunnen het makkelijke gedeelte laten zien. Om een ​​fluctuerend signaal te versterken - zoals elke vorm van audio - gebruikt u een drie-draads component genaamd een transistor (of het equivalent daarvan in een geïntegreerd circuit). De drie verbindingen worden de basis, de collector en de zender genoemd. Het voeden van een zwak signaal tussen de basis en de zender creëert een intenser signaal over de zender en de collector wanneer deze van externe stroom wordt voorzien. Het originele signaal is bevestigd aan de basis en de luidspreker is bevestigd aan de collector. Je kunt hetzelfde doen met een vacuümbuis, maar dat past niet in je telefoon.

Het harde deel doet dit alles met behoud van de oorspronkelijke frequentie en amplitude. Als de versterker de frequentie van het ingangssignaal niet kan reproduceren, is de frequentierespons geen goede match en worden sommige geluiden meer versterkt dan andere en klinkt alles slecht. Als de ingangsamplitude (laten we dat volume noemen) toeneemt tot een niveau dat de uitgang niet kan evenaren (een transistor kan alleen zoveel vermogen uitvoeren), wordt het volume van de versterker uitgeschakeld en begint uw geluid te knippen en te vervormen. Ten slotte, als je luistert tijdens het opnemen (we noemden dat een telefoongesprek), moet een versterker oppassen dat het het signaal niet hoog genoeg verhoogt om door de microfoon te worden opgenomen of je krijgt feedback. Dit geldt niet alleen voor de uitvoer die u kunt horen, maar voor het signaal zelf. Elektriciteit = magnetisme.

Een kwaliteitsversterker kan alle vervorming die het veroorzaakt verminderen.

Als je het hebt over grote versterkers die op het podium worden gebruikt, zijn er veel andere dingen in de mix, zoals voorversterkers of meertraps versterkers of zelfs gecompliceerde op-amp-instellingen die het geluid kunnen beïnvloeden. Maar kleine versterkers hebben hun eigen problemen als je ook een goede wilt maken. U kunt een analoog signaal niet versterken zonder de versterking (volume), de trouw (getrouwe geluidsweergave) of de efficiëntie (leeglopen van de batterij) te beïnvloeden. Een goede versterker maken voor een telefoon is moeilijk. Veel moeilijker dan het gebruik van een goede DAC, daarom zien we telefoons met een goede 24-bit DAC die nog steeds slecht klinken in vergelijking met een telefoon zoals de LG V30 die ook een geweldige versterker heeft.

Bitdiepte en bemonsteringssnelheden

We kunnen geen digitale audio horen. Maar onze telefoons kunnen geen analoge audio opslaan. Dus wanneer we onze muziek spelen, moet deze door een DAC gaan. Ons kleine diagram hierboven laat zien hoe belangrijk het is om een ​​analoog signaal zo vaak als redelijkerwijs mogelijk te bemonsteren bij het converteren naar een digitaal bestand. Maar hoe "diep" je sample maakt ook een verschil.

Zonder te technisch te worden, hoe nauwkeuriger u elk monster wilt hebben, hoe hoger de bitdiepte die u moet gebruiken. Bitdiepte wordt weergegeven door een getal dat misleidend kan zijn. Het verschil in grootte tussen 16 en 24 en 32 is meer dan je denkt. Veel meer.

Wanneer u één bit toevoegt, verdubbelt u het aantal gegevenspatronen.

Een beetje kan slechts twee waarden opslaan (0 en 1), maar u kunt ze tellen net zoals u kunt met "normale" cijfers. Begin met tellen op 0 en je raakt 9; je voegt een andere kolom toe aan het nummer en krijgt 10. Met bits begin je bij 0 en wanneer je 1 drukt, voeg je een andere kolom toe om 00 te krijgen, wat een 2-bit getal wordt. Een nummer van twee bits kan vier verschillende gegevenspatronen of punten hebben (00, 01, 10 of 11). Wanneer u een enkele bit toevoegt, verdubbelt u het aantal datapunten en een 3-bit nummer kan acht verschillende datapatronen hebben (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 of 111).

Maak je geen zorgen. We zijn klaar met wiskunde. Het is gewoon belangrijk om te begrijpen waar de bitdiepte echt voor staat. Een 16-bits signaal heeft 65.536 afzonderlijke gegevenspunten, een 24-bits signaal heeft 256 keer meer gegevens met 16.777.216 punten per monster en een 32-bits signaal heeft 4.294.967.294 punten per monster. Dat is 65.536 keer meer gegevens dan een 16-bits bestand.

Bemonsteringsfrequenties worden gemeten in Hertz en 1 Hertz betekent één keer per seconde. Hoe vaker u een bestand samplet, hoe meer originele gegevens u kunt vastleggen. Audiocodering van cd-kwaliteit legt gegevens vast met een snelheid van 44.100 keer per seconde. Codering met hoge resolutie kan realistisch bemonsteren met 384.000 keer per seconde. Wanneer u meer gegevens met een hogere bitdiepte vastlegt en dit meerdere keren per seconde doet, kunt u het origineel nauwkeuriger recreëren.

Het bouwen van een goede DAC en versterker is niet het enige gecompliceerde deel van het proces - het coderen van audio gebruikt elke seconde miljoenen en miljoenen berekeningen.

Deze zelfde factoren zijn ook van belang voor gestreamde audio (die digitaal is), maar gestreamde audio voegt nog een complicatielaag toe omdat de kwaliteit ook afhankelijk is van de bitsnelheid - bits die per tijdseenheid worden verwerkt. We meten dit op dezelfde manier als we internetsnelheden meten: kbps (kilobits per seconde). Hoger is beter. De codec die wordt gebruikt om een ​​digitaal audiosignaal te comprimeren, is ook belangrijk, en codecs zonder verlies zoals FLAC of ALAC behouden meer van de digitale gegevens dan codecs met verlies, zoals MP3. Er is veel werk aan de winkel om geluid via uw luidspreker of hoofdtelefoon te laten komen.

Real-world nummers

We hebben eerder vermeld dat het coderen van een opname voor opslag (als een master) een beetje anders is dan het coderen voor afspelen. Machines en computers kunnen niet horen, en dit is allemaal een nummerspel. Wanneer je een audiosignaal codeert en decodeert, doe je veel wiskunde. Hoe meer informatie u gebruikt om de amplitude van een signaal te berekenen, des te nauwkeuriger de berekeningen zullen zijn. Maar onze oren zijn geen computers.

Zelfs een perfect gehoor helpt u niet om enig voordeel van een 32-bits sudiosysteem te horen. Voor nu in ieder geval.

Een audiobestand is gevuld met "geluiden" die we niet kunnen horen. De meeste gegevens in een 32-bits codering hebben geen zin tijdens het luisteren en een te hoge samplefrequentie kan zelfs slechter klinken omdat deze te veel elektrische ruis introduceert. Het produceren van een digitaal audiobestand dat de juiste hoeveelheid informatie bevat, houdt hier rekening mee, evenals het ontwerp van een DAC. Maar zoals alle dingen, zien hogere aantallen er beter uit voor de mensen die ze op de markt brengen. Weten hoe en waarom dit allemaal werkt is echt cool, maar weten wat je nodig hebt is belangrijker.

Een digitaal audiobestand gecodeerd met 24-bits en 48 kHz en een DAC die ze kan converteren biedt de beste kwaliteit die we kunnen horen. Alles wat hoger is, is een placebo en een marketingtool.

De fysieke grenzen van ons lichaam en de manier waarop onze huidige technologie werkt, betekent dat gegevens die zijn verzameld op een bitdiepte groter dan 21-bit en vaker worden bemonsterd dan 42 kHz, de limiet zijn van "perfect" gehoor. Het is belangrijk om een ​​digitale kopie van opgenomen audio te hebben met extreem hoge gegevenssnelheden voor het geval er een technologische doorbraak is, maar de bestanden waar je vandaag naar luistert en de hardware die ze kan afspelen hebben een redelijk plafond. Maar die doorbraak zal nooit gebeuren met hardware die we vandaag gebruiken, zodat 32-bits DAC in je LG V30 veel te veel is.

Dus laten we dit DAC- en amp-ding nog een keer doornemen

Een DAC is een audiocomponent die wordt gebruikt om de digitale audiobestanden die zijn opgeslagen op onze telefoons om te zetten in een analoog signaal. Er is veel gecompliceerde wiskunde bij betrokken die probeert de kopie van een kopie dicht bij het origineel te laten klinken, maar veel van de audiogegevens kunnen we niet horen. Je kunt zelfs dingen slechter laten klinken als je probeert te veel te doen bij het coderen van een bestand.

Een app speelt het bestand af. Een DAC converteert het naar analoog. De versterker versterkt het signaal. En de kaas staat alleen.

Een analoog signaal wordt in een versterker gevoerd die de intensiteit van het signaal verhoogt, zodat het luider wordt. Maar dingen luider maken zonder ze slecht te laten klinken is heel moeilijk. Wanneer je het doet op zoiets kleins als een telefoon die ook een beperkte hoeveelheid batterijvermogen heeft, wordt het bijzonder ingewikkeld. De versterker kan (en doet meestal) meer invloed hebben op hoe dingen in onze oren klinken dan de DAC.

De analoge uitvoer van de DAC en de versterker is iets dat onze koptelefoon kan spelen en onze oren kunnen horen, maar onze telefoons kunnen er geen goed opslaan, dus een digitaal bestand is nodig. En in het geval dat een ingenieur ergens een significante doorbraak maakt in digitale audiocodering en -decodering, worden originele werken opgeslagen met astronomische hoeveelheden gegevens, waarvan een groot deel wordt weggegooid bij het coderen van een bestand dat het beste klinkt.

Het enige dat u ooit nodig hebt is een DAC die 24-bits / 48 kHz-bestanden kan converteren, een versterker die het signaal versterkt zonder vervorming of ruis toe te voegen, en bestanden van hoge kwaliteit om te spelen.

Oef.

Heeft mijn telefoon een DAC en een versterker?

Maakt het geluid? Als dat zo is, heeft het een DAC en een versterker.

We hebben het gehad over waarom opgenomen audio eerder werd omgezet in een digitale kopie, maar hoe zit het met een analoog signaal? Waarom is het speciaal en waarom moeten we audio terug converteren naar analoog? Vanwege druk.

Elk elektronisch ding dat geluiden kan spelen, heeft een DAC.

Een manier om een ​​analoog signaal te meten is door zijn intensiteit. Hoe intenser (verder weg van de nulvlek in een golfvorm) elke frequentie in een signaal, hoe luider het zal zijn wanneer het wordt nagebouwd door een luidspreker. Een luidspreker gebruikt een elektromagneet en papier of doek dat beweegt om het signaal in geluid om te zetten. Het analoge signaal houdt de spoel in beweging en de papieren of stoffen elementen duwen de lucht om een ​​drukgolf te creëren. Wanneer deze drukgolf onze trommelvliezen bereikt, maakt hij een geluid. Varieer de intensiteit en frequentie van de drukgolven en je creëert verschillende geluiden.

Het lijkt bijna magisch, en de wetenschappers die bedachten hoe ze audio moesten opnemen en afspelen, waren op een heel ander niveau slim.

Een DAC en een versterker kunnen nog lang en gelukkig leven via je koptelefoon of een kabel.

Sommige telefoons hebben een betere DAC en versterker dan andere, en telefoons zonder een hoofdtelefoonaansluiting hoeven geen DAC / amp-combo te gebruiken om audio naar een hoofdtelefoon te sturen. Alle telefoons hebben ze voor systeemgeluiden en spraakoproepen, maar een DAC en versterker kunnen ook in uw hoofdtelefoon of zelfs in de kabel die een hoofdtelefoon op uw USB-poort aansluit, leven. USB-C kan analoge en digitale audio verzenden en beide gewone koptelefoons (met een adapter) kunnen worden gebruikt om analoge audio van de poort af te spelen en hoofdtelefoons met hun eigen DAC kunnen digitale audio ontvangen om te decoderen en zichzelf te converteren.

En je hebt waarschijnlijk een hoofdtelefoon met een DAC en een versterker erin, want dat is hoe Bluetooth werkt.

Bluetooth audio

Een DAC en een versterker moeten inline zitten tussen het digitale bestand dat wordt afgespeeld en uw oren. Er is geen andere manier waarop we geluiden kunnen horen. Wanneer we Bluetooth gebruiken om naar muziek of een film (of zelfs een telefoongesprek) te luisteren, sturen we een digitaal signaal van onze telefoon naar onze Bluetooth-hoofdtelefoon. Eenmaal daar wordt het direct omgezet (dat is wat audiostreaming betekent) in een analoog signaal, door de luidsprekers geleid en door de lucht gedragen als een drukgolf naar je oren.

Bluetooth voegt nog een complicatielaag toe aan de mix, maar er is nog steeds een DAC en versterker bij betrokken.

De kwaliteit van een DAC en versterker bij gebruik van Bluetooth is net zo belangrijk als bij een bekabelde verbinding, maar andere componenten kunnen ook het geluid beïnvloeden. Voordat audio via Bluetooth wordt verzonden, wordt het gecomprimeerd. Dat komt omdat Bluetooth traag is. Een kleiner deel van een bestand is gemakkelijker te verzenden dan een groter deel en het comprimeren van audio maakt het gemakkelijker te streamen. Wanneer het stuk van een gecomprimeerd audiobestand door uw hoofdtelefoon wordt ontvangen, moet dit eerst worden gedecomprimeerd en vervolgens in de juiste volgorde via de DAC en versterker in uw hoofdtelefoon worden verzonden. Er zijn verschillende manieren om audio via Bluetooth te comprimeren, op te splitsen, over te dragen en opnieuw samen te stellen met behulp van verschillende Bluetooth-audiocodecs. Sommigen brengen een beter digitaal bestand (een hogere bitdiepte en sample rate) dan anderen naar de DAC en versterker van uw hoofdtelefoon, maar zodra die gegevens binnenkomen, werkt uw Bluetooth-hoofdtelefoon precies hetzelfde als een interne DAC en versterker.

Een samenvatting en wat er toe doet

Er zijn veel manieren om muziek van een nummer dat je op je telefoon hebt gedownload naar je oren te luisteren. Maar elk van hen vereist een DAC en een versterker.

Je hoeft geen audiofiel te zijn om naar muziek te luisteren. Het gaat erom hoe het voor u klinkt.

High-end audiocomponenten kunnen meer audiogegevens verwerken en bieden beter klinkende audio, maar alles in het leven heeft een afweging. Een DAC die meer dan 16-bits audio kan converteren, is duurder om in een telefoon te kopen en op te nemen omdat deze ook gevoeliger is voor interferentie van andere delen. Hetzelfde geldt voor een versterker - vooral krachtige versterkers die hoofdtelefoons met een hoge impedantie kunnen aansturen. Zelfs de audiobestanden zelf hebben een nadeel, omdat "hi-res" audiobestanden behoorlijk groot kunnen zijn en meer opslagruimte of een snellere verbinding nodig hebben om te streamen.

Je hoeft hier echt niets van te weten om de manier waarop je telefoon klinkt leuk te vinden. En dat is de sleutel - jij bent degene die beslist wat goed klinkt. Laat geen discussie over wat het beste of wat er mis is met Bluetooth van invloed zijn op wat je hoort, vooral als je blij bent met hoe het klinkt.