Conozca el audio: todo depende del DAC

Nuestro viaje por el mundo de la tecnología del sonido nos ha llevado paso a paso desde sus oídos hasta un sistema Hi-Fi doméstico típico. Hemos visto los altavoces y el amplificador, ahora es el momento de ver qué alimenta ese amplificador.

Aquí nos encontramos con el primer elemento digital en nuestro viaje fuera del oído, el convertidor de digital a analógico o DAC. Este circuito, que encontrará como un circuito integrado, toma la información digital y la transforma en el voltaje analógico que necesita el amplificador.

Existen muchos estándares para el sonido digital, pero en este contexto los más utilizados por el CD. Las muestras de CD suenan a 44,1 kHz 16 bits, lo que significa que expresan el nivel como un número de 16 bits 44100 veces por segundo para cada uno de los canales estéreo. Existe un estándar eléctrico llamado i2s para comunicar estos datos, que consta de una línea de datos en serie, una línea de reloj y una línea de reloj LR, que indica si los datos actuales son para el canal izquierdo o derecho. Hemos cubierto i2s en detalle en 2019, y si observa casi cualquier producto de audio digital de consumo, lo encontrará en alguna parte.

Hacer un DAC es fácil. Haga un buen DAC, no tanto.

El convertidor Philips i2s a paralelo.

Recordando que i2s es una tecnología de finales de la década de 1970, es sorprendentemente sencillo crear un DAC para. El documento de especificación original de Philips contiene un circuito que utiliza registros de desplazamiento y pestillos para capturar las muestras, que se pueden alimentar a una escalera de resistencia simple y un filtro para realizar la conversión. Esta es una forma efectiva de convertir digital a analógico, pero como con cualquier componente de audio, implica un nivel de distorsión.

Si observa la salida de cualquier DAC en el control de frecuencia en lugar del control de tiempo, encontrará ruido junto con el espectro de cualquier señal que esté procesando. Por ejemplo, la frecuencia de muestreo estará allí, así como un montón de productos mezclados falsos derivados de ella y la señal. En audio DAC, este ruido fuera de banda puede manifestarse como distorsión.

El problema con los proyectores de audio DAC es que la frecuencia de muestreo está relativamente cerca de la frecuencia de la señal, por lo que mientras el filtro de paso bajo filtra su capacidad para eliminar el espectro ofensivo, tiene un trabajo difícil. Por ejemplo, en 2020 miramos la insignia CampZone 2020, un campo de sonido que usaba un DAC muy barato para reducir costos. El DAC Shenzhen Titan TM8211 i2s es una implementación de un solo chip de algo parecido al circuito DAC de Philips, y aunque tiene un precio impresionantemente bajo, el ruido es claramente audible en su salida, por lo que no sería un chip más caro.

Empujando el problema hacia arriba para un mejor sonido

El Philips TDA1541 fue el sobremuestreo arquetípico de finales de los 80 y 90. Cjp24, CC BY-SA 3.0.

La solución encontrada por los diseñadores de DAC de las décadas de 1980 y 1990 fue aumentar ese ruido fuera de banda en frecuencia para que el filtro pudiera rechazarlo de manera más efectiva. Si recuerda que los reproductores de CD de hace años se jactaban de “sobremuestreo”, “Bitstream” o “DAC de 1 bit”, estos estaban relacionados con el desarrollo de proyectos DAC más avanzados que lograron el cambio en términos de ruido fuera de banda frecuencia mediante varias técnicas diferentes. En ese momento, esta era una guerra de marketing muy disputada entre fabricantes, ya que un reproductor de CD se veía como un dispositivo de alta calidad, de una publicación tres décadas después, cuando un CD es algo que debe explicarse a los niños que nunca han visto uno.

Todos estos son esencialmente DAC sigma-delta, y abordan el problema de mover el ruido fuera de banda hacia arriba mediante la producción de cadenas de pulsos en un múltiplo alto del reloj de muestra, donde el número de pulsos corresponde al valor de la muestra. siendo convertido. Al muestrear con una resolución más baja, pero mucho más rápido, el asociado del ruido de banda cambia mucho más a lo largo del rango de frecuencia, lo que facilita la tarea de separarlo de la señal. Se puede descifrar en una señal analógica mediante un paso bajo bastante simple. Estos son los DAC de “Bitstream” y “1 bit” que se anunciaban en esos reproductores de CD de la década de 1990, y lo que alguna vez fue el borde sangriento de la tecnología de sonido ahora es algo común.

Un buen DAC no compensa una fuente deficiente

Aunque un buen DAC contribuye mucho a la calidad del sonido, asumimos que los datos digitales provienen de una fuente sin mucha compresión, como un CD. Los CD ya no son comunes y es mucho más probable que los datos provengan de una fuente comprimida, como un archivo MP3 o un servicio de transmisión de audio. La compresión es un problema en sí mismo, pero vale la pena señalar que la calidad del audio expresado en el flujo de datos refleja las características del algoritmo comprimido utilizado, y no importa cuán bueno sea el DAC, no puede compensar la calidad. desde su origen.

Esta serie regresará para su próxima entrega, donde abordaremos las inquietudes de los fanáticos de los vinilos y cintas que han estado pidiendo a gritos la suposición de que habrá un DAC en la cadena de señales. Si bien los formatos de audio analógico que alguna vez fueron dominantes, como el LP y el casete, ahora pueden dominar parte del mercado que alguna vez tuvieron, su redescubrimiento en los últimos años ha provocado un ligero resurgimiento de su popularidad. Todavía no es nada inusual que un sistema de sonido alto tenga componentes de fuente analógica, por lo que vale la pena verlos.

América Aguilar
América Aguilar

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