DAC und alle wichtigen Dinge, die Sie darüber wissen sollten


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DAC und alle wichtigen Dinge, die Sie darüber wissen sollten

DAC

Ohne DAC gibt es keine Musik, wenn Ihre Musikdateien digital gespeichert sind. Sie wissen vielleicht nicht, wie sie funktionieren, aber die meisten von uns verwenden täglich mindestens einen Digital-Analog-Wandler, besser bekannt als DAC oder DAC (Digital-Analog-Wandler).

DAC

Sie sind in Geräte wie Computer, Tablets und Smartphones eingebettet. DAC ist die grundlegende Grundlage für die Dekodierung bekannter digitaler Musik und deren Umwandlung in ein analoges Signal, das das menschliche Ohr hören kann.

Jedes digitale Signalquellengerät, sei es ein CD- oder Blu-ray-Player, ein DAB (Digitalradio), eine TV-Box, eine Spielekonsole oder ein Musikplayer, benötigt einen DAC, um die Folge von Einsen und Nullen in a umzuwandeln analoges Signal vor dem Senden. zur Wiedergabe.

Herkömmliche Verstärker verstärken nicht und die Lautsprecher geben das digitale Signal nicht wieder und Ihre Ohren können es nicht hören. Sie nehmen nur Schallwellen wahr. Ohne DAC ist Ihre digitale Musiksammlung nutzlos. Dies ist ein einfacher Satz von “0” und “1”, der nur für den Betrieb digitaler Geräte erforderlich ist. Kurz gesagt, DACs spielen eine wichtige Rolle bei der Wiedergabe digitaler Musik.

Ein ernstes Problem besteht jedoch darin, dass die in die meisten der oben vorgestellten Geräte eingebauten DAC-Mikroschaltungen häufig nicht hoch genug sind und nicht immer die höchstmögliche Qualität des digitalen Originals liefern können. In diesem Sinne entsteht die Idee, den DAC zu ersetzen, um die digitale Musikdatei zu transformieren und das Audiosystem optimal zu nutzen.

Die Geräusche, die wir jeden Tag hören, sei es Musik, Sprache, das Geräusch einer Großstadt oder das Rauschen eines Stroms, werden als Schallwellen übertragen und erreichen unsere Ohren als sich ständig änderndes analoges Signal.

Eine der ersten Möglichkeiten, analoge Aufnahmen zu speichern, waren die Prototypen der heutigen Schallplatten, und später gab es Bänder, aber das unerwünschte Rauschen während der Wiedergabe und die Zerbrechlichkeit dieser Formate erforderten etwas Neues. Und diese Innovation war die CD (CD), die in den 1980er Jahren von Sony und Philips erfunden wurde und die digitale Speicherung von Musik-Discs revolutionierte.

Digitales Audio unterscheidet sich stark von analogem Audio. Digitale Musikdateien werden normalerweise mit Pulse Code Modulation (PCM) oder PCM in Englisch erstellt und durch kontinuierliches Messen der Amplitude eines analogen Signals mit einer konstanten Rate erstellt.

Der Amplitudenwert wird dann als Binärzahl (Satz von Einsen und Nullen) codiert, und die Länge dieser Zahl wird häufig als Bittiefe bezeichnet. Das Zeitintervall zwischen den Messungen wird durch die Abtastfrequenz bestimmt.

Mit einer Standard-CD werden 44.100 Mal pro Sekunde (44,1 kHz) gemessen. Jede Messung wird zur Speicherung im Binärformat mit 16-Bit-Genauigkeit aufgezeichnet. Hochauflösende Audiospuren werden mit bis zu 24 Bit, 192 kHz oder höher aufgenommen.

Im Allgemeinen können digitale Audiodaten mit unterschiedlichen Bittiefen und Abtastraten und dann in verschiedenen Dateiformaten mit unterschiedlichen Komprimierungsraten codiert werden, um die Größe zu verringern. Unabhängig davon, wie sie erstellt werden, besteht die Aufgabe des DAC darin, all dies zu erkennen und so genau wie möglich aus der Binärdatei zu übersetzen, um dem analogen Original so nahe wie möglich (so weit wie möglich) zu kommen.

Warum brauche ich einen separaten DAC?

Alles über DAC

Tatsächlich verfügen fast alle modernen digitalen Audiogeräte über einen integrierten DAC, aber nicht alle DACs sind gleich. Niedrigwertige Wandler können aufgrund der begrenzten Fähigkeiten der verwendeten Mikroschaltung unerwünschte Geräusche verursachen. Sie können nicht alle Datenraten unterstützen, ganz zu schweigen von zusätzlichen Verzerrungen aufgrund von Synchronisationsverlust (Jitter oder Jitter).

Der Verlust der Synchronisation wird als Zeitverzögerung definiert. Genaue Zeitintervalle (Timings) sind beim Empfang eines digitalen Musikstroms äußerst wichtig. Wenn sie nicht eingehalten werden (normalerweise aufgrund schlecht gestalteter digitaler Taktschaltungen), leidet die Klangqualität.

Bei der Übertragung digitaler Signale können Synchronisationsprobleme auftreten, die besonders gefährlich sind, wenn ein Signal zwischen zwei Geräten übertragen wird. Daher sind in den letzten Jahren asynchrone DACs, die ihre eigene Taktquelle verwenden, weit verbreitet.

Taktgeneratoren in DACs höherer Qualität sind in der Regel stabiler als solche in PCs mit mittlerer Reichweite, sodass der Klang entsprechend besser ist (alle Dinge sind gleich).


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Hauptmerkmale der Soundkarte

Hauptmerkmale der Soundkarte

Sound Card

Eine Audiokarte weist eine Reihe grundlegender Merkmale auf: Standorttyp, Verbindungsschnittstelle, eine Liste von Parametern für Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandler (DAC, ADC), die Anzahl der unterstützten Soundverarbeitungsstandards und die Anzahl der speziellen Ein- und Ausgänge.

Sound Card

Zuordnungstyp Obwohl eine Soundkarte eine große Anzahl von Parametern enthält, die es wert sind, zuerst beachtet zu werden, sollte die Auswahl mit der Art des Speicherorts beginnen. Es gibt zwei Arten von Soundkarten pro Standorttyp: intern: direkt in der Systemeinheit installiert, was recht praktisch ist, aber nicht für den professionellen Gebrauch; Diese Soundkarten sind Störungen durch andere im PC installierte Geräte ausgesetzt. extern: Die Soundkarte ist über ein Schnittstellenkabel mit dem Computer verbunden und vollständig gegen Störungen geschützt.

Es gibt interne Soundkarten mit einer zusätzlichen Steuereinheit, die im 5-Zoll-Schacht an der Vorderseite der Systemeinheit installiert ist.

Dieser Block kann nicht nur Steuerelemente, sondern auch Ein- / Ausgänge enthalten, was eine komfortable Arbeit mit einer Soundkarte ermöglicht. PCI-Verbindungsschnittstelle: Die Soundkarte ist in einem freien PCI-Bussteckplatz auf der Hauptplatine installiert. PCI-E: Die Soundkarte wird in einen freien PCI-Express-Steckplatz eingesetzt. Dieser Bus hat eine gute Bandbreite und hat den PCI-Bus ersetzt. USB ist ein Standardschnittstellenanschluss zum Anschließen externer Geräte, in diesem Fall einer externen Soundkarte. FireWire (IEEE 1394) ist ein Hochgeschwindigkeitsstandard zum Anschließen externer Multimedia-Geräte, eine weitere alternative Möglichkeit zum Anschließen einer externen Soundkarte. PCMCIA (PC Card) ist eine spezielle Schnittstelle zum Anschluss kompakter Peripheriegeräte.

Wird oft in Laptops verwendet. ExpressCard, ein Standard für Laptop-Erweiterungskarten, der PCMCIA (PC Card) ersetzt, übertrifft diese bei den Datenübertragungsraten. ExpressCard verwendet den Hochgeschwindigkeits-PCI-Express-Bus. Digital-Analog-Wandler, DAC-Parameter Bittiefe – Die Anzahl der Bits im Digital-Analog-Wandler. Je höher die Anzahl der Bits, desto besser ist das Signal am Soundkartenausgang. Die meisten modernen Soundkarten verfügen über einen 24-Bit-DAC.

Beispielsweise enthält Audio-CD 16-Bit-Audio, während DVD-Audio 24-Bit-Audio speichert. Dynamikbereich: reicht von 87 bis 123 dB. Der große Dynamikbereich ermöglicht es Ihnen, alle Nuancen des natürlichen Klangs präzise zu übertragen und dem Ausgang Ihrer Soundkarte einen Klang von höherer Qualität zu verleihen. Signal-Rausch-Verhältnis: Zeigt den Rauschpegel an und bestimmt die Qualität der von der Soundkarte ausgegebenen Töne.

Maximale Frequenz: Je höher die Frequenz des Digital-Analog-Wandlers ist, desto besser ist das Signal am Soundkartenausgang. Beispielsweise wird auf einer normalen Audio-CD der Ton mit einer Abtastrate von 44,1 kHz aufgenommen, während auf einer DVD-Audio 192 kHz. THD (Total Harmonic Distortion): Bereich von 3,0E-4 bis 0,013%. Je niedriger der THD-Wert ist, desto klarer und transparenter wird der Soundkartenausgang.

Audioverzögerung: Was ist das und wie passiert es?

Audioverzögerung: Was ist das und wie passiert es?

Audio Latency

Moderne Computer sind ideale Aufnahmegeräte. Sie können mehr Audio- und MIDI-Spuren verarbeiten, als wir jemals brauchen werden, und Computersteuerung und Audio-Tuning sind ein Sprung nach vorne. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass die ursprüngliche Aufgabe des PCs überhaupt nicht darin bestand, mit Ton zu arbeiten. Es gibt Schwierigkeiten, die der Bandaufzeichnung nicht inhärent sind. Das größte dieser Probleme ist die Latenz – die Zeitspanne zwischen der Aufnahme und dem Hören über Kopfhörer oder Monitore.

Audio Latency

Wie die Audioverzögerung gebildet wird

Lassen Sie uns zunächst herausfinden, was passiert, wenn ein Signal auf einem Computer aufgezeichnet wird. Das Mikrofon misst Luftdruckänderungen und gibt ein elektrisches Signal mit entsprechenden Spannungsänderungen aus. Dieses Signal wird als analog bezeichnet, da Änderungen des elektrischen Potentials analog zu den Druckschwankungen sind, aus denen der Schall besteht.

Ein Gerät, das als Analog-Digital-Wandler (ADC) bezeichnet wird, misst oder tastet die Schwingungsspannung in regelmäßigen Abständen 44.100 Mal pro Sekunde (bei Ton in CD-Qualität) ab und meldet diese Messungen als Folge von Zahlen.

Die Zahlenfolge wird im entsprechenden Format verpackt und über eine Stromleitung an den Computer gesendet. Die PC-Software schreibt diese Daten in den Speicher und auf die Festplatte, verarbeitet sie und “sendet” sie zurück, damit sie wieder in ein analoges Signal umgewandelt werden können. Dieser Vorgang wird mit einem Digital-Analog-Wandler (DAC) durchgeführt.

Dies ist eine ziemlich komplexe Abfolge von Aktionen, abhängig von der Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit der Signalübertragung. Die ideale Situation sieht folgendermaßen aus: Jede vom ADC empfangene Sequenz wird an den Computer gesendet, gespeichert und sofort an den DAC zurückgesendet. In der Praxis ist ein solches Schema jedoch unmöglich. Selbst die geringste Verzögerung beim Senden von mindestens einem der Millionen Samples in einer Audioaufnahme kann zu Signalverlust führen.

Signalpuffer

Um das System zuverlässiger zu machen, wird nicht jedes Sample aufgezeichnet oder wiedergegeben, sobald es eintrifft. Stattdessen wartet der Computer mehrere zehn oder hundert Proben ab, bevor er sie verarbeitet. Das gleiche passiert am Ausgang. Dieser Vorgang wird als Pufferung bezeichnet und macht das System widerstandsfähiger gegen unerwartete Fehler. Der Puffer fungiert als Schutznetz: Selbst wenn der Datenfluss vorübergehend unterbrochen wird, kann er eine kontinuierliche Folge von Abtastwerten erzeugen.

Je größer der Puffer ist, desto besser kann das System mit unerwarteten Situationen umgehen und desto weniger Zeit wird für die Verarbeitung aufgewendet. Mit einer großen Puffergröße ist jedoch auch ein Nachteil verbunden: Der Pufferungsprozess dauert länger, und ab einem bestimmten Punkt bleibt das vom Computer ausgehende Signal merklich hinter der verwendeten Schallquelle zurück. Aufzeichnung. In einigen Situationen ist dies kein Problem, aber in vielen Szenarien ist dies definitiv der Fall. Wenn Musiker sich selbst oder ihren Kollegen beim Aufnehmen oder Aufführen zuhören, ist es sehr wichtig, dass die Verzögerung niemals hörbar ist.

Die Verzögerung wird in Intervallen von einigen Millisekunden hörbar.

Wichtig: Es gibt mehrere Faktoren, die die Latenz beeinflussen, aber die Puffergröße ist (im Allgemeinen) die wichtigste und die einzige, die vom Benutzer angepasst werden kann.

Einstellungen für die Puffergröße

Die Puffergröße wird im Allgemeinen in Anzahl der Abtastwerte gemessen, obwohl einige Schnittstellen Millisekundeneinstellungen bieten. Die Optionen werden normalerweise verdoppelt: Eine typische Soundkarte kann Konfigurationen von 32, 64, 128, 256, 512, 1024 und 2048 Samples anbieten.

Sie können die theoretische Latenz für eine bestimmte Variation der Puffergröße berechnen, indem Sie diese Zahl verdoppeln (um die Eingabe- und Ausgabeverarbeitung widerzuspiegeln) und das Ergebnis durch die Abtastrate dividieren. So beträgt beispielsweise bei einer Standardabtastrate von 44,1 kHz und einer Puffergröße von 32 Abtastwerten die Latenz 1,45 ms.

(32 x 2) / 44100 = 1,45

Diese Verzögerung wäre in der Praxis kaum wahrnehmbar, ist aber leider nicht möglich. Erstens gibt es andere Faktoren, die zur Latenz beitragen, und einige davon sind unvermeidbar. Zweitens “betrügen” einige Soundkartenhersteller, indem sie zusätzliche versteckte Puffer verwenden, die außerhalb der Kontrolle des Benutzers liegen. Infolgedessen werden die beanspruchten niedrigen Latenzwerte nicht erreicht. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, dass das Reduzieren der Puffergröße den Computer dazu zwingt, mehr Leistung für die Unterstützung von E / A bereitzustellen.

Eines der Hauptprobleme beim Entwerfen eines Audio-Interfaces ist das Zulassen kleiner Puffer. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie Hersteller diese Aufgabe angehen, aber jetzt geht es nicht mehr darum.

Audio über Bluetooth

Audio über Bluetooth: So detailliert wie möglich über Profile, Codecs und Geräte
Drahtlose Technologien

Audio  over bluetooth

Aufgrund der massiven Einführung von Smartphones ohne 3,5-mm-Audiobuchse sind drahtlose Bluetooth-Kopfhörer für viele die Hauptmethode, um Musik zu hören und im Kopfhörermodus zu kommunizieren.

 

Audio over bluetooth
Hersteller von drahtlosen Geräten schreiben nicht immer detaillierte Produktspezifikationen, und Artikel über Bluetooth-Audio im Internet sind widersprüchlich, an einigen Stellen falsch, zählen nicht alle Funktionen und kopieren häufig dieselben Informationen, die nicht der Realität entsprechen.
Lassen Sie uns versuchen, das Protokoll, die Funktionen der Bluetooth-Betriebssystemstapel, Kopfhörer und Lautsprecher, Bluetooth-Codecs für Musik und Sprache zu verstehen, herauszufinden, welche Auswirkungen die Qualität und Latenz des übertragenen Klangs haben, und zu erfahren, wie Informationen zu unterstützten Codecs und anderen Funktionen gesammelt und decodiert werden. Vom Gerät.

Bluetooth-Musik

Die Funktionskomponente von Bluetooth wird durch Profile definiert: spezifische Funktionsspezifikationen. Das Bluetooth-Musik-Streaming erfolgt über das hochwertige Einweg-Audio-Streaming-Profil A2DP. Der A2DP-Standard wurde 2003 verabschiedet und hat sich seitdem nicht dramatisch geändert.
Innerhalb des Profils sind 1 obligatorischer SBC-Codec mit geringer Rechenkomplexität, der speziell für Bluetooth erstellt wurde, und 3 zusätzliche standardisiert. Es ist auch erlaubt, undokumentierte Codecs Ihrer eigenen Implementierung zu verwenden.

Warum brauchen Sie überhaupt Codecs, fragen Sie sich, wenn Bluetooth über EDR verfügt, das Datenübertragungsraten von 2 und 3 Mbit / s ermöglicht, und 1,4 Mbit / s für unkomprimiertes 2-Kanal-16-Bit-PCM ausreichen?

Bluetooth-Datenübertragung

In Bluetooth gibt es zwei Arten der Datenübertragung: Asynchronous Connection Less (ACL) für die asynchrone Übertragung ohne Verbindungsaufbau und Synchronous Connection Oriented (SCO) für die synchrone Übertragung mit vorheriger Zustimmung der Verbindung.
Die Übertragung erfolgt unter Verwendung eines Zeitteilungsschemas und der Auswahl des Übertragungskanals für jedes Paket separat (Frequenzsprung / Zeitteilungs-Duplex, FH / TDD), wobei die Zeit in Schlitze unterteilt wird von 625 Mikrosekunden als Slots bezeichnet. Eines der Geräte sendet in geraden Steckplatznummern, das andere in ungeraden Steckplätzen. Das übertragene Paket kann je nach Datengröße und konfigurierter Übertragungsart 1, 3 oder 5 Steckplätze belegen. In diesem Fall erfolgt die Übertragung durch ein Gerät in geraden und ungeraden Steckplätzen bis zum Ende der Übertragung. In nur einer Sekunde können Sie bis zu 1600 Pakete empfangen und senden, wenn jedes von ihnen 1 Steckplatz belegt und beide Geräte etwas senden und empfangen, ohne anzuhalten.

2 und 3 Mbit / s für EDR, die in den Anzeigen und auf der Bluetooth-Website zu finden sind, sind die maximale Kanalübertragungsrate aller Daten insgesamt (einschließlich technischer Header für alle Protokolle, in denen sie enthalten sein müssen Kapselung der Daten) in zwei Richtungen gleichzeitig. Die tatsächlichen Datenübertragungsraten variieren stark.

Zum Übertragen von Musik wird eine asynchrone Methode verwendet, fast immer mit Hilfe von Paketen vom Typ 2-DH5 und 3-DH5, die im EDR-Modus die maximale Datenmenge von 2 Mbit / s bzw. 3 Mbit / s übertragen und 5 belegen Zeitteilung Slots.

Schematische Darstellung einer Übertragung mit 5 Steckplätzen für ein Gerät und 1 Steckplatz für ein anderes (DH5 / DH1):
5 слотов на передачу, каждый из которых передаётся 625 микросекунд, и один слот на приём, тоже 625 миукно. В сумме – 3,75 миллисекунды.

Aufgrund des Prinzips der zeitlichen Aufteilung der Luft müssen wir nach der Übertragung eines Pakets ein Zeitintervall von 625 Mikrosekunden abwarten, wenn das zweite Gerät nichts oder ein kleines Paket sendet, und eine längere Zeit, wenn das zweite Gerät dies ist Senden in großen Paketen. Wenn mehr als ein Gerät an das Telefon angeschlossen ist (z. B. Kopfhörer, Uhren und ein Fitnessarmband), wird die Übertragungszeit von allen geteilt.