Il mio telefono ha una dac? spiegando dac e amplificatori negli smartphone oggi

Abbiamo questa domanda molto, e ora che così tanti telefoni non hanno più un jack per le cuffie, è ancora più comune: il mio telefono ha un DAC? Che cos'è esattamente un DAC e cosa fa? Che ne dici di un amplificatore?

Vediamo se riusciamo a capire le risposte e, cosa ancora più importante, dare un senso a come tutto questo funziona e perché abbiamo bisogno di questa cosa DAC con il suo nome divertente e di come un amplificatore lo faccia sembrare migliore o peggiore.

Altro: lo stato dell'audio dello smartphone: DAC, codec e altri termini che devi conoscere

Che cos'è un DAC?

Immagine gentilmente concessa da LG.

Un DAC prende un segnale digitale dal suo ingresso e lo converte in un segnale analogico sulla sua uscita. Un segnale audio digitale è facile da spiegare ma un po 'più difficile da avvolgere la testa. È un segnale elettrico che viene convertito in bit. I bit sono in uno schema che ha un valore specifico in ciascun punto e più volte viene campionato il segnale originale, più preciso questo schema e quei valori sono.

Un segnale analogico è ciò che immagini nella tua testa quando pensi a una forma d'onda. È un segnale continuo che varia in ampiezza lungo una linea temporale.

L'audio viene convertito in una copia digitale perché è più facile da comprimere e le cose elettroniche che amiamo, come i nostri telefoni, non possono memorizzare un segnale analogico come un nastro. Inoltre, non possono rileggerne una, nel caso in cui stavi pensando di collegare un'unità nastro al telefono. Un segnale digitale è molto diverso da un segnale analogico e il modo più semplice per capirlo è un piccolo diagramma a portata di mano.

Il segnale digitale segue linee molto rigide e calcolate, mentre il segnale analogico è più libero. Ciò è dovuto ai tempi di campionamento; un numero maggiore di tempi di campionamento sarebbe più ravvicinato lungo l'asse inferiore (TIME) e renderebbe un segnale digitale più uniforme che si avvicina di più all'analogo. L'asse destro misura l'ampiezza di un'onda audio. Quando vedi il segnale tra il terzo e il quarto tempo di campionamento nel nostro esempio, puoi vedere come i due segnali sono diversi, il che significa che il suono prodotto sarà diverso.

La fisica e i limiti che derivano dall'essere umani significa che questo non è così importante per la riproduzione come sembra. Ma è molto importante per il lavoro in studio e preservare la qualità originale di una registrazione. La conversione è una procedura molto complessa e un DAC fa molto lavoro. L'importante è riconoscere perché un file audio digitale può sembrare diverso da una registrazione analogica.

L'amplificatore

Un amplificatore fa solo una cosa: guida un segnale analogico (gli amplificatori di cui stiamo parlando, comunque), quindi è più intenso e sarà più forte quando esce da un altoparlante. Un segnale analogico è solo elettricità. Aumentare l'elettricità è davvero molto semplice e usi ciò che equivale a un trasformatore (sistemati gli ingegneri, questo deve essere semplice) per prendere l'input, prendere un po 'di energia da altrove e accendere l'input. Trasforma la fonte.

Costruire un amplificatore è facile. Costruire un buon amplificatore non lo è.

Alcuni dettagli possono mostrare la parte facile. Per amplificare un segnale fluttuante - come qualsiasi tipo di audio - si utilizza un componente a tre fili chiamato transistor (o suo equivalente in un circuito integrato). Le tre connessioni sono chiamate la base, il collettore e l'emettitore. L'alimentazione di un segnale debole tra la base e l'emettitore crea un segnale più intenso attraverso l'emettitore e il collettore quando viene fornito con alimentazione esterna. Il segnale originale è attaccato alla base e l'altoparlante è attaccato al collettore. Puoi fare lo stesso con un tubo a vuoto ma non si adatta al tuo telefono.

La parte difficile è fare tutto questo mantenendo la frequenza e l'ampiezza originali. Se l'amplificatore non è in grado di riprodurre la frequenza del segnale in ingresso, la sua risposta in frequenza non è una buona corrispondenza e alcuni suoni vengono potenziati più di altri e tutto suona male. Se l'ampiezza dell'ingresso (chiamiamo quel volume) aumenta a un livello che l'uscita non può eguagliare (un transistor può emettere solo tanta potenza), il volume dell'amplificatore si spegne e il suono inizia a tagliare e distorcere. Infine, se stai ascoltando durante la registrazione (una volta lo chiamavamo telefonata), un amplificatore deve fare attenzione a non aumentare il segnale abbastanza da consentire al microfono di captarlo o riceverai un feedback. Questo non si applica solo all'uscita che puoi sentire, ma al segnale stesso. Elettricità = magnetismo.

Un amplificatore di qualità può mitigare tutta la distorsione che crea.

Quando si parla di grandi amplificatori che vengono utilizzati sul palco, ci sono molte altre cose nel mix come pre-amp o amp multistadio o persino configurazioni op-amp complicate che possono influenzare il suono. Ma anche i piccoli amplificatori hanno le loro difficoltà se vuoi farne uno buono. Non è possibile potenziare un segnale analogico senza influenzare il guadagno (volume), la fedeltà (riproduzione fedele del suono) o l'efficienza (consumo della batteria). Fare un buon amplificatore per un telefono è difficile. Molto più difficile rispetto all'utilizzo di un buon DAC, motivo per cui vediamo telefoni con un buon DAC a 24 bit che suonano ancora male rispetto a un telefono come l'LG V30 che ha anche un ottimo amplificatore.

Profondità di bit e frequenze di campionamento

Non possiamo ascoltare l'audio digitale. Ma i nostri telefoni non possono memorizzare audio analogico. Quindi, quando suoniamo la nostra musica, deve passare attraverso un DAC. Il nostro piccolo diagramma sopra mostra quanto sia importante campionare un segnale analogico quante volte ragionevolmente possibile quando lo si converte in un file digitale. Ma quanto "profondo" assaggi anche la differenza.

Senza essere troppo tecnici, più accurato si desidera che ogni campione sia, maggiore è la profondità di bit che è necessario utilizzare. La profondità in bit è rappresentata da un numero che può essere ingannevole. La differenza di dimensioni tra 16 e 24 e 32 è più di quanto si pensi. Molto più.

Quando aggiungi un bit, raddoppi la quantità di modelli di dati.

Un po 'può memorizzare solo due valori (0 e 1), ma puoi contarli usando come fai con numeri "normali". Inizia a contare da 0 e premi 9; aggiungi un'altra colonna al numero e ottieni 10. Usando i bit, inizi da 0 e quando premi 1 aggiungi un'altra colonna per ottenere 00 che diventa un numero a 2 bit. Un numero a due bit può avere quattro diversi schemi o punti di dati (00, 01, 10 o 11). Quando si aggiunge un singolo bit, si raddoppia il numero di punti dati e un numero a 3 bit può avere otto diversi schemi di dati (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 o 111).

Non ti preoccupare. Abbiamo finito con la matematica. È solo importante capire cosa rappresenta davvero la profondità di bit. Un segnale a 16 bit ha 65.536 punti dati separati, un segnale a 24 bit ha 256 volte più dati con 16.777.216 punti per campione e un segnale a 32 bit ha 4.294.967.294 punti per campione. Sono 65.536 volte più dati di un file a 16 bit.

Le frequenze di campionamento sono misurate in Hertz e 1 Hertz significa una volta al secondo. Più volte campionerai un file, più dati originali potrai catturare. La codifica audio di qualità CD acquisisce i dati a una velocità di 44.100 volte al secondo. La codifica ad alta risoluzione può realisticamente campionare 384.000 volte al secondo. Quando acquisisci più dati con una profondità di bit maggiore e lo fai più volte al secondo, puoi ricreare l'originale in modo più accurato.

Costruire un buon DAC e un amplificatore non è l'unica parte complicata del processo: la codifica dell'audio utilizza milioni e milioni di calcoli ogni secondo.

Questi stessi fattori sono importanti anche per l'audio in streaming (che è digitale) ma l'audio in streaming aggiunge un altro livello di complicazione perché la sua qualità dipende anche dal bitrate - bit elaborati per unità di tempo. Lo misuriamo allo stesso modo in cui misuriamo la velocità di Internet: kbps (kilobit al secondo). Più alto è meglio. Anche il codec utilizzato per comprimere un segnale audio digitale è importante e i codec senza perdita di dati come FLAC o ALAC conservano più dati digitali di codec con perdita di dati come MP3. È richiesto molto lavoro per far arrivare l'audio attraverso l'altoparlante o le cuffie.

Numeri del mondo reale

Abbiamo accennato in precedenza che la codifica di una registrazione per l'archiviazione (come master) è leggermente diversa rispetto alla codifica per la riproduzione. Macchine e computer non riescono a sentire, e questo è tutto un gioco di numeri. Quando codifichi e decodifichi un segnale audio, stai facendo molta matematica. Più informazioni usi per calcolare l'ampiezza di un segnale, più accurati saranno i calcoli. Ma le nostre orecchie non sono computer.

Anche l'udito perfetto non ti aiuterà a sentire alcun beneficio da un sistema sudio a 32 bit. Per ora, comunque.

Un file audio è pieno di "suoni" che non possiamo sentire. La maggior parte dei dati in una codifica a 32 bit non è utile durante l'ascolto e una frequenza di campionamento troppo elevata può effettivamente suonare peggio perché introduce troppo rumore elettrico. La produzione di un file audio digitale che contiene la giusta quantità di informazioni ne tiene conto, così come la progettazione di un DAC. Ma come tutte le cose, i numeri più alti sembrano migliori per le persone che li commercializzano. Conoscere come e perché tutto ciò funziona è davvero interessante, ma sapere di cosa hai bisogno è più importante.

Un file audio digitale codificato a 24 bit e 48kHz e un DAC in grado di convertirli offre la migliore qualità che possiamo ascoltare. Qualcosa di più elevato è un placebo e uno strumento di marketing.

I limiti fisici dei nostri corpi e il modo in cui la nostra attuale tecnologia funziona significa che i dati raccolti a una profondità di bit superiore a 21 bit e campionati più frequentemente di 42 kHz sono il limite dell'udito "perfetto". È importante disporre di una copia digitale dell'audio registrato a velocità di dati estremamente elevate nel caso in cui si verifichi una svolta tecnologica, ma i file che ascolti oggi e l'hardware che può riprodurli hanno un limite ragionevole. Ma questa svolta non accadrà mai con l'hardware che usiamo oggi, quindi il DAC a 32 bit nel tuo LG V30 è eccessivo.

Quindi, esaminiamo di nuovo questo DAC e l'amplificatore

Un DAC è un componente audio utilizzato per trasformare i file audio digitali memorizzati sui nostri telefoni in un segnale analogico. Ci sono molti problemi matematici complicati che provano a rendere la copia di una copia simile all'originale, ma gran parte dei dati audio è qualcosa che non riusciamo a sentire. Puoi persino peggiorare le cose se provi a fare troppo durante la codifica di un file.

Un'app riproduce il file. Un DAC lo converte in analogico. L'amplificatore aumenta il segnale. E il formaggio è solo.

Un segnale analogico viene immesso in un amplificatore che aumenta l'intensità del segnale in modo che diventi più forte. Ma rendere le cose più forti senza farle sembrare cattive è molto difficile. Quando lo fai su qualcosa di piccolo come un telefono che ha anche una quantità limitata di carica della batteria diventa particolarmente complicato. L'amplificatore può (e di solito fa) avere un impatto maggiore su come le cose suonano alle nostre orecchie rispetto al DAC.

L'uscita analogica dal DAC e dall'amplificatore è qualcosa che le nostre cuffie possono riprodurre e le nostre orecchie possono ascoltare, ma i nostri telefoni non possono memorizzarne correttamente uno, quindi è necessario un file digitale. E nel caso in cui un ingegnere da qualche parte faccia un importante passo avanti nella codifica e decodifica dell'audio digitale, i lavori originali vengono archiviati con quantità astronomiche di dati, molti dei quali vengono eliminati quando si codifica un file che suona meglio.

Tutto ciò di cui hai bisogno è un DAC in grado di convertire file a 24 bit / 48kHz, un amplificatore che amplifichi il segnale senza aggiungere distorsione o rumore e file di alta qualità da riprodurre.

Accidenti.

Il mio telefono ha un DAC e un amplificatore?

Fa qualche suono? In tal caso, ha un DAC e un amplificatore.

Abbiamo parlato del perché l'audio registrato viene convertito in una copia digitale in precedenza, ma che dire di un segnale analogico? Perché è speciale e perché dobbiamo convertire l'audio in analogico? A causa della pressione.

Ogni cosa elettronica che può riprodurre suoni ha un DAC.

Un modo per misurare un segnale analogico è dalla sua intensità. Più intensa (più lontano dal punto zero in una forma d'onda) ogni frequenza in un segnale è più forte sarà quando viene ricreata da un altoparlante. Un altoparlante utilizza un elettromagnete e carta o tessuto che si muove per convertire il segnale in suono. Il segnale analogico mantiene la bobina in movimento e gli elementi di carta o tessuto spingono l'aria per creare un'onda di pressione. Quando questa onda di pressione raggiunge i nostri timpani emette un suono. Varia l'intensità e la frequenza delle onde di pressione e crei suoni diversi.

Sembra quasi una magia, e gli scienziati che hanno capito come registrare e riprodurre l'audio erano su un livello completamente diverso.

Un DAC e un amplificatore possono vivere felici e contenti in cuffia o via cavo.

Alcuni telefoni hanno un DAC e un amplificatore migliori di altri e i telefoni senza jack per cuffie non devono utilizzare una combinazione DAC / amp per inviare l'audio a un paio di cuffie. Tutti i telefoni li hanno per i suoni di sistema e le chiamate vocali, ma un DAC e un amplificatore possono anche vivere all'interno delle cuffie o addirittura nel cavo che collega le cuffie alla porta USB. USB-C può inviare audio analogico e digitale e entrambe le normali cuffie (con un adattatore) possono essere utilizzate per riprodurre l'audio analogico dalla porta e le cuffie con il proprio DAC possono ricevere audio digitale per la decodifica e la conversione.

E probabilmente hai cuffie con un DAC e un amplificatore al loro interno, perché è così che funziona il Bluetooth.

Audio Bluetooth

Un DAC e un amplificatore devono stare in linea tra il file digitale riprodotto e le tue orecchie. Non c'è altro modo in cui possiamo sentire alcun suono. Quando utilizziamo il Bluetooth per ascoltare musica o un film (o anche una telefonata) inviamo un segnale digitale dal nostro telefono e nelle nostre cuffie Bluetooth. Una volta lì, viene convertito al volo (questo è il significato dello streaming audio) in un segnale analogico, instradato attraverso gli altoparlanti e trasportato attraverso l'aria come un'onda di pressione alle tue orecchie.

Il Bluetooth aggiunge un altro livello di complicazione nel mix, ma c'è ancora un DAC e un amplificatore coinvolti.

La qualità di un DAC e di un amplificatore quando si utilizza il Bluetooth è importante tanto quanto lo è con una connessione cablata, ma anche altri componenti possono influire sul suono. Prima che l'audio venga inviato tramite Bluetooth, viene compresso. Questo perché il Bluetooth è lento. Una parte più piccola di un file è più facile da inviare rispetto a una più grande e la compressione dell'audio semplifica lo streaming. Quando il pezzo di un file audio compresso viene ricevuto dalle cuffie, deve prima essere decompresso, quindi inviato nell'ordine corretto attraverso il DAC e l'amplificatore nelle cuffie. Esistono diversi modi per comprimere, tagliare, trasferire e riassemblare l'audio tramite Bluetooth utilizzando diversi codec audio Bluetooth. Alcuni portano un file digitale migliore (maggiore profondità di bit e frequenza di campionamento) rispetto ad altri nel DAC e nell'amplificatore delle tue cuffie, ma una volta che arrivano i dati le tue cuffie Bluetooth funzionano esattamente come fanno un DAC e un amplificatore interni.

Un riassunto e ciò che conta

Esistono molti modi per ascoltare musica da un brano scaricato sul telefono. Ma ognuno di loro richiede un DAC e un amplificatore.

Non devi essere un audiofilo per divertirti ad ascoltare la musica. Ciò che conta è come ti sembra.

I componenti audio di fascia alta possono elaborare più dati audio e offrire un suono migliore, ma tutto nella vita ha un compromesso. Un DAC in grado di convertire audio a più di 16 bit è più costoso da acquistare e incorporare in un telefono perché è anche più sensibile alle interferenze di altre parti. Lo stesso vale per un amplificatore, in particolare amplificatori potenti che possono pilotare cuffie ad alta impedenza. Anche i file audio stessi hanno uno svantaggio, poiché i file audio "ad alta risoluzione" possono essere piuttosto grandi e occupare più spazio di archiviazione o una connessione più veloce per lo streaming.

Non devi davvero sapere nulla di tutto ciò per apprezzare il modo in cui il tuo telefono suona. E questa è la chiave: sei tu a decidere cosa suona bene. Non lasciare che le discussioni su ciò che è meglio o ciò che è sbagliato nel Bluetooth influenzino ciò che ascolti, specialmente se sei soddisfatto di come suona.