Динамический диапазон для цифро-аналоговых преобразователей

Динамический диапазон для цифро-аналоговых преобразователей несколько отличается по своей сути от динамического диапазона усилителя.

Для усилителя – это отношение максимального уровня сигнала на выходе при предельно допустимых искажениях к собственному уровню шумов усилителя без подачи сигнала. Для усилителя параметр сигнал/шум и динамический диапазон является одним и тем же. Более того, говоря о динамическом диапазоне усилителя, мы оцениваем, насколько большой диапазон усилитель развивает над уровнем своих шумов. У ЦАП-ов максимум сигнала фиксирован (0 dBFS) и уменьшается до собственного уровня шумов и мы оцениваем, насколько низок уровень шума. В усилителе идет оценка от меньшего к большему, а в ЦАП наоборот.

Динамический диапазон для ЦАП-ов является отношением максимального уровня сигнала (0 dBFS) к уровню шумов, измеренных при подаче сигнала с малой амплитудой (-60 dBFS). Т.е. если в случае с усилителем фиксируется два значения: максимальный уровень сигнала и уровень шума без сигнала, то в тесте с динамическим диапазоном для ЦАП измеряется уровень шума, за вычетом гармоники с частотой 1 кГц, поданной с уровнем -60 dBFS.

В случае современных ЦАП-ов, представляющих собой качественные решения с низким уровнем гармонических искажений, динамический диапазон как правило не отличается от параметра сигнал/шум, т.к. низкий уровень сигнала имеет искажения настолько низкого уровня, что их энергетический вес не влияет на общий результат.

В случае с мультибитными ЦАП-ами без фильтрации, особыми настройками фильтров или применением каких-либо обработок сигнала в цифре (например транкейте), динамический диапазон становится уже, нежели параметр сигнал/шум. В выше перечисленных случаях параметр ухудшается из-за того, что сигнал малой амплитуды отклоняется от формы волны синуса и в спектре появляются дополнительные гармоники от искажений. Вес этих гармоник и увеличивает общий уровень шума.

Теория

Идеальный результат

Идеальный результат получаем, когда форма воспроизводимого сигнала совпадает с формой синуса, поданного на ЦАП. На спектре шумовая полка должна совпадать со спектром шумовой полки без сигнала. На картинке синим цветом обозначена шумовая полка, а зеленым – гармоника с уровнем -60 дБ и частотой 1 кГц.

Мультибитный ЦАП без фильтрации

Мультибитные ЦАП без цифровой фильтрации строят форму волны «ступеньками», что вызывает дополнительные искажения. Доминирующие гармоники от искажений кратны основному тону. Обычно, подобные ЦАП-ы отличаются более хорошими характеристиками в тесте на не музыкальных сигналах в виде меандра и импульса. В аудиофильских кругах – это самые «музыкальные» ЦАП.

Транкейт

Транкейт относится к обработке сигнала в цифровом виде. При передаче данных, при изменении разрядности сигнала координаты точек определяются по простому алгоритму – выбору ближайшего значения в новой сетке координат (по вертикали). Обычно от транкейта страдают самые тихие участки в треке, и чем большее количество раз трек подвергнулся операции транкейта, тем на более громких участках он становится слышимым. Как правило, искажения от тракейта становятся хорошо слышимыми при многократном повторении операции транкейта.

Форма волны становится менее гладкой, а на спектре появляются искажения в виде коррелированного шума (синий – шумовая полка, зеленый - гармоника с уровнем -60 дБ и частотой 1 кГц, оранжевый – коррелированный шум). Искажения не кратны основному тону и как правило их амплитуда лишь незначительно превышает уровень шумовой полки. При многократной операции транкейта уровень искажений растет.

Другие искажения

К другим искажениям можно отнести искажения обвязки ЦАП или особым настройкам фильтров, где волна отклоняется от идеальной формы, но уже по другим причинам.

Форма волны мало отличается от идеальной, а на спектре можно видеть кратные гармоники искажений низких амплитуд (синий – шумовая полка, зеленый - гармоника с уровнем -60 дБ и частотой 1 кГц, оранжевый - искажения).