Вопрос 17. Основные виды ацп/цап, применяемые в профессиональной аудиотехнике

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) являются устройствами, которые принимают входные аналоговые сигналы и генерируют соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для обработки микропроцессорами и другими цифровыми устройствами. ЦАП – наоборот.

А ЦП параллельного типа опираются на однородность резисторов. Входной сигнал сравнивается со всеми напряжениями одновременно, в результате чего на выходе компаратора 0 или 1. Выходное напряжение из всех компараторов – thermometer code. Быстрая логика конвертирует код в обычный n-битный бинарный код.

Из-за простоты преобразователь быстр, но они ограничены 10 битами (больше разрядов, больше компараторов и резисторов). В одном устройстве значение резисторов скачет не сильно, то АЦП обладает хорошей линейностью.

Сигма-Дельта АЦП (-AD) – подавляющее большинство преобразователей построено по этой схеме. Эта же модуляция применяется в формате SASD. Максимальная скорость изменения сигнала такого АЦП (максимальная частота) определяется тактовой частотой (большая 50 МГц).

1-й ОУ. Суммирует входной сигнал и сигнал из цепи ОС (вычитает); служит ФНЧ.

2-й ОУ. Одноразрядный преобразователь (компаратор)  АЦП. 1 и 0 меняется с частотой clock-а.

DSP – сигнальный процессор, который преобразует 0 и 1 в цифровой код. Это основной элемент, без которого не работало бы устройство.

Т .к. в диапазон от 20 до 20000 Гц, попадает очень мало шума (из-за полосы частот в преобразователя в 25 МГц), то ОСШ очень высок, и производитель может заявлять до 120 дБ.

Dithering. Для предотвращения возникновения гармонических искажений требуется устранить корреляцию шума квантования с исходным аудиосигналом. Для этого существует метод, называемый dithering. Он заключается в добавлении к исходному сигналу перед округлением специально сгенерированного шума небольшой амплитуды. В зависимости от свойств этого шума, слышимые гармонические искажения могут быть либо совершенно устранены, либо значительно подавлены (рисунки 3, 4). Расплата за подавление искажений - немного повышенный (до +6 дБ по сравнению с округлением) уровень шума в фонограмме.

Чаще всего для dithering'а используется белый шум с амплитудой от 1 до 2 LSB. Существуют два стандартных вида dithering-шума. Первый - белый шум с прямоугольной PDF и амплитудой 1 LSB от пика до пика. Такой шум практически полностью устраняет гармонические искажения в квантованном сигнале, однако имеет недостаток: громкость шума квантования меняется со временем, и зависит от исходного сигнала. Это явление называется модуляцией шума.

Второй распространенный вид шума dithering'а - тоже белый шум, но с амплитудой 2 LSB от пика до пика и треугольной PDF. Такой шум наиболее часто используется при снижении разрядности и называется standard TPDF dither (TPDF - triangular PDF). Этот вид dithering'а вносит немного больше шума в фонограмму (-98 дБ (А)), однако практически полностью устраняет гармонические искажения и модуляцию шума.

Передискретизация. Преимущество передискретизации состоит в том, что ошибки амплитудного квантования (шум дробления), распределенные по всему спектру квантуемого сигнала, при повышении частоты дискретизации распределяются по более широкой полосе частот, так что на долю основного звукового сигнала приходится меньшее количество шума. Каждое удвоение частоты снижает уровень шума квантования на 3 дБ; поскольку один двоичный разряд эквивалентен 6 дБ шума, каждое учетверение частоты позволяет уменьшить разрядность преобразователя на единицу.