Har min telefon en dac? förklarar dacs och ampere i smartphones idag

Vi får denna fråga mycket, och nu när så många telefoner inte längre har ett hörlursuttag är det ännu vanligare: Har min telefon en DAC? Vad är exakt en DAC och vad gör den? Vad sägs om en förstärkare?

Låt oss se om vi kan ta reda på svaren och, ännu viktigare, förstå hur det här fungerar och varför vi behöver den här DAC-saken med dess roliga namn och hur en förstärkare gör att det låter bättre eller sämre.

Mer: Tillståndet för smarttelefonljud: DAC, codecs och andra termer du behöver veta

Vad är en DAC?

Bild med tillstånd av LG.

En DAC tar en digital signal från sin ingång och omvandlar den till en analog signal på sin utgång. En digital ljudsignal är lätt att förklara men lite svårare att svepa huvudet runt. Det är en elektrisk signal som omvandlas till bitar. Bitarna är i ett mönster som har ett specifikt värde vid varje punkt, och ju fler gånger den ursprungliga signalen samlades in, desto mer exakt är detta mönster och dessa värden.

En analog signal är det du ser på i huvudet när du tänker på en vågform. Det är en kontinuerlig signal som varierar i amplitud längs en tidslinje.

Ljud konverteras till en digital kopia eftersom det är lättare att komprimera och de elektroniska sakerna vi älskar, som våra telefoner, kan inte lagra en analog signal som en band kan. De kan inte heller läsa en baksida, om du funderar på att ansluta en banddisk till din telefon. En digital signal skiljer sig mycket från en analog signal, och det enklaste sättet att förstå detta är ett praktiskt litet diagram.

Den digitala signalen följer mycket styva och beräknade linjer, medan den analoga signalen är mer friform. Detta beror på provtiderna; fler samplingstider skulle vara närmare varandra längs bottenaxeln (TID) och göra en jämnare digital signal som är närmare formen till den analoga. Den högra axeln mäter amplituden på en ljudvåg. När du ser signalen mellan den tredje och fjärde samplingstiden i vårt exempel kan du se hur de två signalerna är olika, vilket innebär att ljudet som produceras kommer att vara annorlunda.

Fysik och de begränsningar som följer med att vara mänskliga innebär att detta inte är lika viktigt för uppspelning som det verkar. Men det är väldigt viktigt för studioarbete och för att bevara den ursprungliga kvaliteten på en inspelning. Konvertering är en mycket komplex procedur och en DAC gör mycket arbete. Vad som är viktigt är att inse varför en digital ljudfil kan låta annorlunda än en analog inspelning.

Förstärkaren

En förstärkare gör bara en sak - driver en analog signal (förstärkarna vi pratar om, i alla fall) så den är mer intensiv och kommer att bli högre när den kommer ut från en högtalare. En analog signal är bara el. Att öka el är verkligen, riktigt enkelt och du använder det som motsvarar en transformator (sätta ner ingenjörer, detta måste vara enkelt) för att ta ingången, ta lite ström från någon annanstans och dra in ingången. Det förvandlar källan.

Att bygga en förstärkare är lätt. Att bygga en bra förstärkare är det inte.

Några detaljer kan visa den enkla delen. För att förstärka en fluktuerande signal - som alla typer av ljud - använder du en tretrådskomponent som kallas en transistor (eller motsvarande i en integrerad krets). De tre anslutningarna kallas basen, samlaren och emittern. Att mata en svag signal mellan basen och emittern skapar en mer intensiv signal över emittern och samlaren när den är försedd med extern kraft. Den ursprungliga signalen är ansluten till basen och högtalaren är ansluten till samlaren. Du kan göra samma sak med ett vakuumrör men det kommer inte att passa in i din telefon.

Den hårda delen gör allt detta med bibehållen originalfrekvens och amplitud. Om förstärkaren inte kan återge insignalens frekvens är dess frekvensrespons inte en bra matchning och vissa ljud förstärks mer än andra och allt låter dåligt. Om ingångsamplituden (låt oss kalla den volymen) ökar till en nivå som utgången inte kan matcha (en transistor kan bara mata ut så mycket effekt), kommer volymen från förstärkaren att stängas av och ditt ljud börjar klippas och förvrängas. Slutligen, om du lyssnar när du spelar in (vi brukade ringa det ett telefonsamtal), måste en förstärkare vara försiktig, det ökar inte signalen tillräckligt hög för att mikrofonen ska ta upp den eller så får du feedback. Detta gäller inte bara den utgång du kan höra, utan själva signalen. Elektricitet = magnetism.

En kvalitetsförstärkare kan mildra all den snedvridning den skapar.

När du pratar om stora förstärkare som används på scenen finns det många andra saker i mixen som förstärkare eller flerstegsförstärkare eller till och med komplicerade op-amp-inställningar som kan påverka ljudet. Men små förstärkare har sina egna svårigheter om du också vill göra en bra. Du kan inte öka en analog signal utan att påverka förstärkningen (volym), trohet (trogen ljudåtergivning) eller effektivitet (batteriladdning). Att göra en bra förstärkare för en telefon är svårt. Mycket svårare än att använda en bra DAC, varför vi ser telefoner med en bra 24-bitars DAC som fortfarande låter dålig jämfört med en telefon som LG V30 som också har en bra förstärkare.

Bitdjup och samplingshastigheter

Vi kan inte höra digitalt ljud. Men våra telefoner kan inte lagra analogt ljud. Så när vi spelar vår musik måste den passera genom en DAC. Vårt lilla diagram ovan visar hur viktigt det är att prova en analog signal så många gånger som rimligt möjligt när du konverterar den till en digital fil. Men hur "djupt" du provar gör också skillnad.

Utan att bli för tekniskt, desto mer exakt vill du att varje prov ska vara, desto högre bitdjup behöver du använda. Bitdjup representeras av ett nummer som kan lura. Skillnaden i storlek mellan 16 och 24 och 32 är mer än du tror. Mycket mer.

När du lägger till en bit fördubblar du datamängden.

Lite kan bara lagra två värden (0 och 1), men du kan räkna med dem precis som du kan med "vanliga" siffror. Börja räkna på 0 och du träffar 9; lägger du till en ny kolumn till numret och får 10. Med bitar börjar du vid 0 och när du träffar 1 lägger du till en annan kolumn för att få 00 som blir ett 2-bitars nummer. Ett tvåbitsnummer kan ha fyra olika datamönster eller punkter (00, 01, 10 eller 11). När du lägger till en enda bit fördubblar du antalet datapunkter och ett 3-bitars nummer kan ha åtta olika datamönster (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 eller 111).

Oroa dig inte. Vi är klara med matematik. Det är bara viktigt att förstå vad bitdjupet verkligen representerar. En 16-bitars signal har 65 536 separata datapunkter, en 24-bitars signal har 256 gånger mer data med 16 777 216 punkter per prov och en 32-bitars signal har 4 294 967 294 poäng per prov. Det är 65 536 gånger mer data än en 16-bitars fil.

Provhastigheter mäts i Hertz, och 1 Hertz betyder en gång varje sekund. Ju fler gånger du provar en fil, desto mer av originalinformationen kan du fånga. Ljudkodning av CD-kvalitet fångar data med en hastighet av 44 100 gånger per sekund. Kodning med hög upplösning kan realistiskt prova 384 000 gånger per sekund. När du fångar in mer data med ett högre bitdjup och gör det fler gånger per sekund kan du återskapa originalet mer exakt.

Att bygga en bra DAC och förstärkare är inte den enda komplicerade delen av processen - kodning av ljud använder miljoner och miljoner beräkningar varje sekund.

Samma faktorer är viktiga för strömat ljud (som är digitalt) också, men strömat ljud ger ytterligare ett komplikationslager eftersom dess kvalitet också beror på bitrate - bitar som behandlas per tidsenhet. Vi mäter detta på samma sätt som vi mäter internethastigheter: kbps (kilobits per sekund). Högre är bättre. Den codec som används för att komprimera en digital ljudsignal är också viktig, och förlustfria codecs som FLAC eller ALAC behåller mer av den digitala datan som förlorar codecs som MP3. Mycket arbete är involverat för att få ljud att komma via din högtalare eller hörlurar.

Verkliga siffror

Vi nämnde tidigare att kodning av en inspelning för lagring (som master) är lite annorlunda än att koda den för uppspelning. Maskiner och datorer hör inte, och det här är allt ett talspel. När du kodar och avkodar en ljudsignal gör du mycket matte. Ju mer information du använder för att beräkna amplituden på en signal, desto mer exakta blir beräkningarna. Men våra öron är inte datorer.

Även perfekt hörsel hjälper dig inte att höra någon nytta av ett 32-bitars sudio-system. För nu, i alla fall.

En ljudfil är fylld med "ljud" som vi inte kan höra. De flesta uppgifterna i en 32-bitars kodning är inte till någon nytta när du lyssnar, och en för hög samplingsfrekvens kan faktiskt låta sämre eftersom den introducerar för mycket elektriskt brus. Att producera en digital ljudfil som innehåller rätt mängd information tar detta med i beräkningen, liksom utformningen av en DAC. Men som alla saker ser högre siffror bättre ut för de människor som marknadsför dem. Att veta hur och varför allt detta fungerar är väldigt coolt, men att veta vad du behöver är viktigare.

En digital ljudfil kodad med 24 bitar och 48 kHz och en DAC som kan konvertera dem erbjuder den bästa kvaliteten vi kan höra. Allt högre är en placebo och ett marknadsföringsverktyg.

De fysiska gränserna för våra kroppar och hur vår nuvarande teknik fungerar innebär att data som samlas in på ett lite djup större än 21-bitars och som sampats oftare än 42 kHz är gränsen för "perfekt" hörsel. Det är viktigt att ha en digital kopia av inspelat ljud med extremt höga datahastigheter om det finns ett teknologiskt genombrott, men filerna du lyssnar på idag och hårdvaran som kan spela upp dem har ett rimligt tak. Men det genombrottet kommer aldrig att hända med hårdvara vi använder idag, så att 32-bitars DAC i din LG V30 är mycket överdrivet.

Så låt oss gå igenom denna DAC och amp-sak igen

En DAC är en ljudkomponent som används för att förvandla de digitala ljudfiler som finns lagrade på våra telefoner till en analog signal. Det är mycket komplicerat matematik som försöker göra en kopia av ett kopieringsljud nära originalet, men mycket av ljuddata är något vi inte kan höra. Du kan till och med få saker att låta värre om du försöker göra för mycket när du kodar en fil.

En app spelar filen. En DAC konverterar den till analog. Förstärkaren ökar signalen. Och osten står ensam.

En analog signal matas in i en förstärkare som ökar signalens intensitet så att den blir högre. Men att göra saker högre utan att låta dem låta dåligt är mycket svårt. När du gör det på något så litet som en telefon som också har en begränsad mängd batteri blir det särskilt komplicerat. Förstärkaren kan (och brukar göra det) ha större inverkan på hur saker låter för våra öron än DAC gör.

Den analoga utgången från DAC och förstärkaren är något som våra hörlurar kan spela och våra öron kan höra, men våra telefoner kan inte lagra en korrekt, så en digital fil behövs. Och om en ingenjör någonstans gör ett betydande genombrott när det gäller kodning och avkodning av digital ljud lagras originalverk med astronomiska mängder data, varav en stor del kastas ut när man kodar en fil som låter bäst.

Allt du någonsin behöver är en DAC som kan konvertera 24-bitars / 48kHz-filer, en förstärkare som ökar signalen utan att lägga till distorsion eller brus och filer av hög kvalitet att spela.

Puh.

Har min telefon en DAC och en förstärkare?

Gör det några ljud alls? I så fall har den en DAC och en förstärkare.

Vi pratade om varför inspelat ljud konverteras till en digital kopia tidigare, men hur är det med en analog signal? Varför är det speciellt och varför måste vi konvertera ljud tillbaka till analog? På grund av tryck.

Varje elektronisk sak som kan spela ljud har en DAC.

Ett sätt att mäta en analog signal är genom dess intensitet. Ju mer intensiv (längre bort från nollfläcken i en vågform) varje frekvens i en signal är desto högre blir det när det återskapas av en högtalare. En högtalare använder en elektromagnet och papper eller trasa som rör sig för att konvertera signalen till ljud. Den analoga signalen håller spolen i rörelse och pappers- eller trasaelementen trycker luften för att skapa en våg av tryck. När denna tryckvåg når våra trumhinnor ljuder det. Varierar intensiteten och frekvensen för tryckvågorna och du skapar olika ljud.

Det verkar nästan som magi, och forskarna som räknade ut hur man skulle spela in och spela upp ljud var på en hel ”smart nivå.

En DAC och förstärkare kan leva lyckligt alltid i dina hörlurar eller en kabel.

Vissa telefoner har en bättre DAC och förstärkare än andra, och telefoner utan hörlursuttag behöver inte använda en DAC / amp-kombination för att skicka ljud till ett par hörlurar. Alla telefoner har dem för systemljud och röstsamtal, men en DAC och förstärkare kan också leva inuti dina hörlurar eller till och med i kabeln som ansluter hörlurar till din USB-port. USB-C kan skicka analogt och digitalt ljud ut och båda vanliga hörlurar (med en adapter) kan användas för att spela analogt ljud från porten och hörlurar med sin egen DAC kan ta emot digital ljud för att avkoda och konvertera sig själva.

Och du har antagligen hörlurar med en DAC och förstärkare i dem, för det är så Bluetooth fungerar.

Bluetooth-ljud

En DAC och amp måste sitta i linje mellan den digitala filen som spelas och dina öron. Det finns inget annat sätt att höra några ljud på. När vi använder Bluetooth för att lyssna på musik eller en film (eller till och med ett telefonsamtal) skickar vi en digital signal från vår telefon och till våra Bluetooth-hörlurar. När den är där konverteras den i farten (det är vad ljudströmning betyder) till en analog signal, dirigerad genom högtalarna och transporterad genom luften som en tryckvåg till öronen.

Bluetooth lägger till ytterligare ett lager av komplikationer i blandningen, men det är fortfarande en DAC och förstärkare involverad.

Kvaliteten på en DAC och förstärkare när du använder Bluetooth är lika viktig som med en kabelanslutning, men andra komponenter kan också påverka ljudet. Innan ljud skickas via Bluetooth komprimeras det. Det beror på att Bluetooth går långsamt. En mindre bit av en fil är lättare att skicka än en större och komprimering av ljud gör det lättare att strömma. När biten av en komprimerad ljudfil tas emot av dina hörlurar måste den först dekomprimeras och sedan skickas i rätt ordning genom DAC och förstärkaren i dina hörlurar. Det finns flera olika sätt att komprimera, hugga upp, överföra och återmontera ljud över Bluetooth med olika Bluetooth-ljudkodek. Vissa tar med sig en bättre digital fil (ett högre bitdjup och samplingsfrekvens) än andra till dina hörlurars DAC och förstärkare, men när den informationen anländer fungerar dina Bluetooth-hörlurar exakt på samma sätt som en intern DAC och amp.

En sammanfattning och vad som är viktigt

Det finns många sätt att få musik från en låt du laddade ner på din telefon till öronen. Men var och en av dem kräver en DAC och en förstärkare.

Du behöver inte vara en audiofil för att njuta av att lyssna på musik. Det som är viktigt är hur det låter för dig.

High-end ljudkomponenter kan bearbeta mer ljuddata och erbjuda bättre ljudljud, men allt i livet har en avvägning. En DAC som kan konvertera mer än 16-bitars ljud är dyrare att köpa och integrera i en telefon eftersom den också är mer känslig för störningar från andra delar. Detsamma gäller för en förstärkare - särskilt kraftfulla förstärkare som kan driva högimpedans hörlurar. Även ljudfilerna själva har en nackdel, eftersom "högupplösta" ljudfiler kan vara ganska stora och ta mer lagringsutrymme eller en snabbare anslutning för att strömma.

Du behöver verkligen inte veta något av det här för att gilla hur din telefon låter. Och det är nyckeln - du är den som bestämmer vad som låter bra. Låt inte någon diskussion om vad som är bäst eller vad som är fel med Bluetooth påverka vad du hör, särskilt om du är nöjd med hur det låter.