Hat mein Handy einen DAC? Erklären von DACs und Verstärkern in Smartphones von heute

Wir haben diese Frage oft und jetzt, wo so viele Telefone keine Kopfhörerbuchse mehr haben, ist es noch häufiger: Hat mein Telefon einen DAC? Was genau ist ein DAC und was macht er? Was ist mit einem Verstärker?

Mal sehen, ob wir die Antworten herausfinden und, was noch wichtiger ist, einen Sinn dafür finden, wie das alles funktioniert und warum wir dieses DAC-Ding mit seinem lustigen Namen brauchen und wie ein Verstärker es besser oder schlechter klingen lässt.

Mehr: Der Status von Smartphone-Audio: DAC, Codecs und andere Begriffe, die Sie kennen müssen

Was ist ein DAC?

Bild mit freundlicher Genehmigung von LG.

Ein DAC nimmt ein digitales Signal von seinem Eingang und wandelt es an seinem Ausgang in ein analoges Signal um. Ein digitales Audiosignal ist leicht zu erklären, aber etwas schwerer zu verstehen. Es ist ein elektrisches Signal, das in Bits umgewandelt wird. Die Bits befinden sich in einem Muster, das an jedem Punkt einen bestimmten Wert aufweist. Je öfter das ursprüngliche Signal abgetastet wurde, desto genauer sind dieses Muster und diese Werte.

Ein analoges Signal ist das, was Sie sich in Ihrem Kopf vorstellen, wenn Sie an eine Wellenform denken. Es ist ein kontinuierliches Signal, dessen Amplitude entlang einer Zeitachse variiert.

Audio wird in eine digitale Kopie umgewandelt, da es einfacher zu komprimieren ist und die elektronischen Dinge, die wir lieben, wie unsere Telefone, kein analoges Signal wie ein Band speichern können. Sie können auch keine zurücklesen, falls Sie darüber nachdenken, ein Bandlaufwerk an Ihr Telefon anzuschließen. Ein digitales Signal unterscheidet sich stark von einem analogen Signal. Der einfachste Weg, dies zu verstehen, ist ein praktisches kleines Diagramm.

Das digitale Signal folgt sehr starren und berechneten Linien, während das analoge Signal freier ist. Dies liegt an den Abtastzeiten; Weitere Abtastzeiten würden entlang der unteren Achse (TIME) näher beieinander liegen und ein weicheres digitales Signal erzeugen, das dem analogen Signal näher kommt. Die rechte Achse misst die Amplitude einer Audiowelle. Wenn Sie das Signal zwischen der dritten und vierten Abtastzeit in unserem Beispiel sehen, können Sie sehen, wie sich die beiden Signale unterscheiden, was bedeutet, dass sich der erzeugte Klang unterscheidet.

Die Physik und die Einschränkungen, die mit dem Menschsein einhergehen, bedeuten, dass dies für die Wiedergabe nicht so wichtig ist, wie es scheint. Aber es ist sehr wichtig für die Studioarbeit und die Erhaltung der ursprünglichen Qualität einer Aufnahme. Die Konvertierung ist ein sehr komplexer Vorgang und ein DAC erledigt eine Menge Arbeit. Es ist wichtig zu erkennen, warum eine digitale Audiodatei anders klingt als eine analoge Aufnahme.

Der amp

Ein Verstärker tut nur eins - er treibt ein analoges Signal (die Verstärker, von denen wir sowieso sprechen) an, damit es intensiver und lauter wird, wenn es aus einem Lautsprecher kommt. Ein analoges Signal ist nur Strom. Das Boosten von Elektrizität ist wirklich sehr einfach und Sie verwenden die Summe eines Transformators (beruhigen Sie Ingenieure, dies muss einfach sein), um den Eingang zu übernehmen, etwas Strom von einem anderen Ort zu holen und den Eingang hochzudrehen. Es transformiert die Quelle.

Einen Verstärker zu bauen ist einfach. Einen guten Verstärker zu bauen, ist es nicht.

Einige Details können den einfachen Teil zeigen. Um ein schwankendes Signal zu verstärken, verwenden Sie - wie bei jeder Art von Audio - eine dreiadrige Komponente, die als Transistor bezeichnet wird (oder das Äquivalent in einer integrierten Schaltung). Die drei Verbindungen heißen Basis, Kollektor und Emitter. Das Einspeisen eines schwachen Signals zwischen der Basis und dem Emitter erzeugt ein intensiveres Signal zwischen dem Emitter und dem Kollektor, wenn es mit externer Energie versorgt wird. Das Originalsignal wird an die Basisstation und der Lautsprecher an den Kollektor angeschlossen. Sie können dasselbe mit einer Vakuumröhre tun, die jedoch nicht in Ihr Telefon passt.

Das Schwierige dabei ist, die ursprüngliche Frequenz und Amplitude beizubehalten. Wenn der Verstärker die Frequenz des Eingangssignals nicht reproduzieren kann, ist sein Frequenzgang nicht gut, und einige Sounds werden stärker angehoben als andere, und alles klingt schlecht. Wenn die Eingangsamplitude (nennen wir diese Lautstärke) auf einen Pegel ansteigt, mit dem der Ausgang nicht übereinstimmt (ein Transistor kann nur so viel Leistung abgeben), wird die Lautstärke des Verstärkers abgeschaltet und Ihr Sound beginnt zu übersteuern und zu verzerren. Wenn Sie während der Aufnahme zuhören (früher haben wir das als Telefonanruf bezeichnet), muss ein Verstärker darauf achten, dass das Signal nicht hoch genug angehoben wird, damit das Mikrofon es aufnimmt. Andernfalls erhalten Sie Feedback. Dies gilt nicht nur für den Ausgang, den Sie hören können, sondern für das Signal selbst. Elektrizität = Magnetismus.

Ein Qualitätsverstärker kann alle dabei entstehenden Verzerrungen abfedern.

Wenn es sich um große Verstärker handelt, die auf der Bühne eingesetzt werden, sind viele andere Dinge im Mix enthalten, wie Vorverstärker oder mehrstufige Verstärker oder sogar komplizierte Op-Amp-Setups, die den Sound beeinflussen können. Aber kleine Amps haben ihre eigenen Schwierigkeiten, wenn Sie auch einen guten machen wollen. Sie können ein analoges Signal nicht verstärken, ohne die Verstärkung (Lautstärke), Wiedergabetreue (originalgetreue Tonwiedergabe) oder Effizienz (Batterieentladung) zu beeinträchtigen. Es ist schwer, einen guten Verstärker für ein Telefon zu bauen. Weitaus schwieriger als die Verwendung eines guten DAC. Deshalb sehen wir Telefone mit einem guten 24-Bit-DAC, die im Vergleich zu einem Telefon wie dem LG V30, das auch über einen großartigen Verstärker verfügt, immer noch schlecht klingen.

Bittiefe und Abtastraten

Wir können kein digitales Audio hören. Aber unsere Telefone können kein analoges Audio speichern. Wenn wir also unsere Musik spielen, muss sie einen DAC passieren. Unser kleines Diagramm oben zeigt, wie wichtig es ist, ein analoges Signal so oft wie möglich abzutasten, wenn es in eine digitale Datei konvertiert wird. Aber wie "tief" Sie probieren, macht auch einen Unterschied.

Ohne zu technisch zu werden, ist die zu verwendende Bittiefe umso höher, je genauer die einzelnen Samples sein sollen. Die Bittiefe wird durch eine Zahl dargestellt, die täuschen kann. Der Größenunterschied zwischen 16 und 24 und 32 ist größer als Sie denken. Eine Menge mehr.

Wenn Sie ein Bit hinzufügen, verdoppeln Sie die Anzahl der Datenmuster.

Ein Bit kann nur zwei Werte (0 und 1) speichern, aber Sie können genau wie bei "normalen" Zahlen mit ihnen zählen. Beginnen Sie bei 0 zu zählen und drücken Sie 9; Sie fügen der Zahl eine weitere Spalte hinzu und erhalten 10. Mit Bits beginnen Sie bei 0, und wenn Sie 1 drücken, fügen Sie eine weitere Spalte hinzu, um 00 zu erhalten, die zu einer 2-Bit-Zahl wird. Eine Zwei-Bit-Zahl kann vier verschiedene Datenmuster oder -punkte haben (00, 01, 10 oder 11). Wenn Sie ein einzelnes Bit hinzufügen, verdoppeln Sie die Anzahl der Datenpunkte und eine 3-Bit-Zahl kann acht verschiedene Datenmuster aufweisen (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 oder 111).

Mach dir keine Sorgen. Wir sind fertig mit Mathe. Es ist nur wichtig zu verstehen, was die Bittiefe wirklich darstellt. Ein 16-Bit-Signal hat 65.536 separate Datenpunkte, ein 24-Bit-Signal hat 256-mal mehr Daten mit 16.777.216 Punkten pro Abtastung und ein 32-Bit-Signal hat 4.294.967.294 Punkte pro Abtastung. Das sind 65.536-mal mehr Daten als bei einer 16-Bit-Datei.

Die Abtastraten werden in Hertz gemessen und 1 Hertz bedeutet einmal pro Sekunde. Je öfter Sie eine Datei abtasten, desto mehr Originaldaten können Sie erfassen. Die Audio-Codierung in CD-Qualität erfasst Daten mit einer Geschwindigkeit von 44.100 Mal pro Sekunde. Hochauflösende Codierung kann realistisch mit 384.000 Abtastungen pro Sekunde durchgeführt werden. Wenn Sie mehr Daten mit einer höheren Bittiefe erfassen und dies mehrmals pro Sekunde tun, können Sie das Original genauer wiederherstellen.

Der Aufbau eines guten Digital-Analog-Wandlers und eines Verstärkers ist nicht der einzige komplizierte Teil des Prozesses. Bei der Audiokodierung werden jede Sekunde Millionen und Abermillionen von Berechnungen durchgeführt.

Dieselben Faktoren spielen auch bei gestreamtem Audio (das digital ist) eine Rolle, bei gestreamtem Audio kommt jedoch eine weitere Komplikation hinzu, da die Qualität auch von der Bitrate abhängt - Bits, die pro Zeiteinheit verarbeitet werden. Wir messen dies genauso wie die Internetgeschwindigkeit: kbit / s (Kilobit pro Sekunde). Höher ist besser. Der zum Komprimieren eines digitalen Audiosignals verwendete Codec ist ebenfalls wichtig, und verlustfreie Codecs wie FLAC oder ALAC speichern mehr digitale Daten als verlustbehaftete Codecs wie MP3. Es ist viel Arbeit erforderlich, um den Ton über Ihren Lautsprecher oder Kopfhörer wiederzugeben.

Zahlen aus der realen Welt

Wir haben bereits erwähnt, dass das Codieren einer Aufzeichnung zur Speicherung (als Master) sich ein wenig vom Codieren für die Wiedergabe unterscheidet. Maschinen und Computer können nicht hören, und das ist alles ein Zahlenspiel. Wenn Sie ein Audiosignal codieren und decodieren, müssen Sie viel rechnen. Je mehr Informationen Sie zur Berechnung der Amplitude eines Signals verwenden, desto genauer sind die Berechnungen. Aber unsere Ohren sind keine Computer.

Selbst perfektes Hören hilft Ihnen nicht, die Vorteile eines 32-Bit-Sudio-Systems zu hören. Fürs Erste jedenfalls.

Eine Audiodatei enthält "Sounds", die wir nicht hören können. Die meisten Daten in einer 32-Bit-Codierung sind beim Hören nutzlos, und eine zu hohe Abtastrate kann schlechter klingen, weil sie zu viel elektrisches Rauschen verursacht. Die Erstellung einer digitalen Audiodatei mit der richtigen Menge an Informationen berücksichtigt dies ebenso wie das Design eines DAC. Aber wie bei allen Dingen sehen höhere Zahlen für die Leute, die sie vermarkten, besser aus. Zu wissen, wie und warum das alles funktioniert, ist wirklich cool, aber zu wissen, was Sie brauchen, ist wichtiger.

Eine digitale Audiodatei, die mit 24 Bit und 48 kHz codiert ist, und ein DAC, der sie konvertieren kann, bieten die beste Qualität, die wir hören können. Alles, was höher ist, ist ein Placebo und ein Marketinginstrument.

Die physischen Grenzen unseres Körpers und die Art und Weise, wie unsere aktuelle Technologie funktioniert, bedeuten, dass Daten, die mit einer Bittiefe von mehr als 21 Bit gesammelt und häufiger als 42 kHz abgetastet werden, die Grenze für "perfektes" Hören sind. Es ist wichtig, eine digitale Kopie des aufgenommenen Audios mit extrem hohen Datenraten zu haben, falls es einen technologischen Durchbruch gibt, aber die Dateien, die Sie heute anhören, und die Hardware, die sie wiedergeben kann, haben eine vernünftige Obergrenze. Dieser Durchbruch wird jedoch mit der Hardware, die wir heute verwenden, niemals gelingen, sodass der 32-Bit-DAC in Ihrem LG V30 eine Menge Overkill bedeutet.

Also, lasst uns noch einmal dieses DAC- und Amp-Ding durchgehen

Ein DAC ist eine Audiokomponente, mit der die auf unseren Telefonen gespeicherten digitalen Audiodateien in ein analoges Signal umgewandelt werden. Es ist eine Menge komplizierter Berechnungen erforderlich, die versuchen, die Kopie einer Kopie in die Nähe des Originals zu bringen, aber viele der Audiodaten sind etwas, das wir nicht hören können. Sie können den Klang sogar verschlimmern, wenn Sie versuchen, beim Codieren einer Datei zu viel zu tun.

Eine App spielt die Datei ab. Ein DAC wandelt es in analog um. Der Verstärker verstärkt das Signal. Und der Käse steht alleine.

Ein analoges Signal wird in einen Verstärker eingespeist, der die Intensität des Signals erhöht, damit es lauter wird. Aber es ist sehr schwer, die Dinge lauter zu machen, ohne sie schlecht klingen zu lassen. Wenn Sie es mit etwas Kleinem wie einem Telefon machen, das auch eine begrenzte Batterieleistung hat, wird es besonders kompliziert. Der Verstärker kann (und hat in der Regel) mehr Einfluss darauf, wie die Dinge für unsere Ohren klingen, als der DAC.

Der analoge Ausgang von DAC und Verstärker kann von unseren Kopfhörern und Ohren wiedergegeben werden, aber von unseren Telefonen kann keiner richtig gespeichert werden. Daher wird eine digitale Datei benötigt. Und für den Fall, dass ein Ingenieur irgendwo einen bedeutenden Durchbruch bei der Kodierung und Dekodierung digitaler Audiodaten erzielt, werden Originalwerke mit astronomischen Datenmengen gespeichert, von denen ein Großteil beim Kodieren einer am besten klingenden Datei weggeworfen wird.

Alles, was Sie jemals brauchen, ist ein DAC, der 24-Bit / 48-kHz-Dateien konvertieren kann, ein Verstärker, der das Signal verstärkt, ohne Verzerrungen oder Rauschen hinzuzufügen, und hochwertige Dateien zum Abspielen.

Wütend.

Hat mein Telefon einen DAC und einen Verstärker?

Gibt es überhaupt Geräusche von sich? Wenn ja, hat es einen DAC und einen Verstärker.

Wir haben darüber gesprochen, warum aufgenommenes Audio früher in eine digitale Kopie konvertiert wird, aber was ist mit einem analogen Signal? Warum ist es etwas Besonderes und warum müssen wir Audio wieder in Analog umwandeln? Wegen des Drucks.

Jedes elektronische Gerät, das Sounds abspielen kann, hat einen DAC.

Eine Möglichkeit, ein analoges Signal zu messen, besteht in seiner Intensität. Je intensiver (weiter vom Nullpunkt in einer Wellenform entfernt) jede Frequenz in einem Signal ist, desto lauter wird sie, wenn sie von einem Lautsprecher neu erzeugt wird. Ein Lautsprecher verwendet einen Elektromagneten und Papier oder ein Tuch, das sich bewegt, um das Signal in Schall umzuwandeln. Das analoge Signal hält die Spule in Bewegung und die Papier- oder Stoffelemente drücken die Luft, um eine Druckwelle zu erzeugen. Wenn diese Druckwelle unser Trommelfell erreicht, gibt sie ein Geräusch von sich. Variieren Sie die Intensität und Frequenz der Druckwellen und Sie erzeugen unterschiedliche Klänge.

Es scheint fast wie Zauberei, und die Wissenschaftler, die herausgefunden haben, wie man Audio aufzeichnet und wiedergibt, waren auf einer ganz anderen Ebene klug.

Ein DAC und ein Verstärker können in Ihren Kopfhörern oder in einem Kabel glücklich leben.

Einige Telefone haben einen besseren DAC und Verstärker als andere, und Telefone ohne Kopfhörerbuchse müssen keine DAC / Verstärker-Kombination verwenden, um Audio an ein Paar Kopfhörer zu senden. Alle Telefone haben sie für Systemtöne und Sprachanrufe, aber ein DAC und ein Verstärker können auch in Ihren Kopfhörern oder sogar in dem Kabel, das die Kopfhörer mit Ihrem USB-Anschluss verbindet, untergebracht sein. USB-C kann analoges und digitales Audio ausgeben und sowohl normale Kopfhörer (mit Adapter) können für die Wiedergabe von analogem Audio über den Anschluss verwendet werden, als auch Kopfhörer mit eigenem DAC können digitales Audio empfangen, um sich selbst zu dekodieren und zu konvertieren.

Und Sie haben wahrscheinlich Kopfhörer mit einem DAC und einem Verstärker, denn so funktioniert Bluetooth.

Bluetooth Audio

Ein DAC und ein Verstärker müssen zwischen der wiedergegebenen digitalen Datei und Ihren Ohren liegen. Es gibt keine andere Möglichkeit, Geräusche zu hören. Wenn wir über Bluetooth Musik oder einen Film (oder sogar einen Anruf) hören, senden wir ein digitales Signal von unserem Telefon in unsere Bluetooth-Kopfhörer. Dort wird es im laufenden Betrieb in ein analoges Signal umgewandelt (das ist das, was Audio-Streaming bedeutet), über die Lautsprecher geleitet und als Druckwelle zu Ihren Ohren durch die Luft getragen.

Bluetooth fügt der Mischung eine weitere Ebene der Komplikation hinzu, aber es sind immer noch ein DAC und ein Verstärker beteiligt.

Die Qualität eines DAC und eines Verstärkers bei Verwendung von Bluetooth ist genauso wichtig wie bei einer Kabelverbindung, aber auch andere Komponenten können den Klang beeinflussen. Bevor Audio über Bluetooth gesendet wird, wird es komprimiert. Das liegt daran, dass Bluetooth langsam ist. Ein kleinerer Teil einer Datei ist einfacher zu senden als ein größerer, und das Komprimieren von Audio erleichtert das Streamen. Wenn das Stück einer komprimierten Audiodatei von Ihrem Kopfhörer empfangen wird, muss es zuerst dekomprimiert und dann in der richtigen Reihenfolge über den DAC und den Verstärker in Ihrem Kopfhörer gesendet werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Audio über Bluetooth mit verschiedenen Bluetooth-Audiocodecs zu komprimieren, zu zerlegen, zu übertragen und wieder zusammenzusetzen. Einige bringen eine bessere digitale Datei (eine höhere Bittiefe und Abtastrate) auf den DAC und Verstärker Ihres Kopfhörers, aber sobald diese Daten eingehen, funktionieren Ihre Bluetooth-Kopfhörer genauso wie ein interner DAC und Verstärker.

Eine Zusammenfassung und worauf es ankommt

Es gibt viele Möglichkeiten, Musik von einem auf Ihrem Telefon heruntergeladenen Titel in die Ohren zu bekommen. Aber jeder einzelne von ihnen benötigt einen DAC und einen Verstärker.

Sie müssen kein Audiophiler sein, um Musik zu hören. Was zählt, ist, wie es sich für Sie anhört.

High-End-Audiokomponenten können mehr Audiodaten verarbeiten und besser klingendes Audio bieten, aber alles im Leben hat einen Kompromiss. Ein DAC, der mehr als 16-Bit-Audio konvertieren kann, ist in der Anschaffung und beim Einbau in ein Telefon teurer, da er auch empfindlicher auf Störungen durch andere Teile reagiert. Gleiches gilt für einen Verstärker - besonders leistungsstarke Verstärker, die hochohmige Kopfhörer betreiben können. Sogar die Audiodateien selbst haben einen Nachteil, da "hochauflösende" Audiodateien sehr groß sein können und mehr Speicherplatz oder eine schnellere Verbindung zum Streaming benötigen.

Sie müssen wirklich nichts davon wissen, um die Art und Weise zu mögen, wie Ihr Telefon klingt. Und das ist der Schlüssel - Sie sind derjenige, der entscheidet, was gut klingt. Lassen Sie keine Diskussion darüber zu, was am besten ist oder was an Bluetooth nicht stimmt, was Sie hören, insbesondere wenn Sie mit dem Klang zufrieden sind.