Meu telefone tem um dac? explicando dacs e amplificadores em smartphones hoje

Recebemos muito essa pergunta e agora que tantos telefones não têm mais um fone de ouvido, é ainda mais comum: meu telefone tem um DAC? O que exatamente é um DAC e o que ele faz? Que tal um amplificador?

Vamos ver se conseguimos descobrir as respostas e, mais importante, entender como tudo isso funciona e por que precisamos dessa coisa DAC com seu nome engraçado e como um amplificador faz com que pareça melhor ou pior.

Mais: O estado do áudio do smartphone: DAC, codecs e outros termos que você precisa conhecer

O que é um DAC?

Imagem cortesia da LG.

Um DAC pega um sinal digital de sua entrada e o converte em um sinal analógico em sua saída. Um sinal de áudio digital é fácil de explicar, mas um pouco mais difícil de entender. É um sinal elétrico que é convertido em bits. Os bits estão em um padrão que possui um valor específico em cada ponto e, quanto mais vezes o sinal original foi amostrado, mais preciso é esse padrão e esses valores.

Um sinal analógico é o que você visualiza em sua cabeça quando pensa em uma forma de onda. É um sinal contínuo que varia em amplitude ao longo de uma linha do tempo.

O áudio é convertido em uma cópia digital porque é mais fácil compactar e as coisas eletrônicas que amamos, como nossos telefones, não podem armazenar um sinal analógico como uma fita. Eles também não conseguem ler um, caso você esteja pensando em conectar uma unidade de fita ao telefone. Um sinal digital é muito diferente de um sinal analógico, e a maneira mais fácil de entender isso é um pequeno diagrama útil.

O sinal digital segue linhas muito rígidas e calculadas, enquanto o sinal analógico é mais livre. Isso ocorre devido aos tempos da amostra; mais tempos de amostragem estariam mais próximos ao longo do eixo inferior (TIME) e formariam um sinal digital mais suave, mais próximo do analógico. O eixo direito mede a amplitude de uma onda de áudio. Quando você vê o sinal entre o terceiro e o quarto tempo de amostra no nosso exemplo, pode ver como os dois sinais são diferentes, o que significa que o som produzido será diferente.

A física e as limitações que acompanham o ser humano significam que isso não é tão importante para a reprodução quanto parece. Mas é muito importante para o trabalho de estúdio e preservar a qualidade original de uma gravação. A conversão é um procedimento muito complexo e um DAC faz muito trabalho. O importante é reconhecer por que um arquivo de áudio digital pode parecer diferente de uma gravação analógica.

O amplificador

Um amplificador faz apenas uma coisa: aciona um sinal analógico (os amplificadores de que estamos falando, de qualquer maneira), por isso é mais intenso e fica mais alto quando sai do alto-falante. Um sinal analógico é apenas eletricidade. Aumentar a eletricidade é muito, muito fácil e você usa o que equivale a um transformador (acalme os engenheiros, isso precisa ser simples) para receber a entrada, obter energia de outro local e acioná-la. Transforma a fonte.

Construir um amplificador é fácil. Construir um bom amplificador não é.

Alguns detalhes específicos podem mostrar a parte mais fácil. Para amplificar um sinal flutuante - como qualquer tipo de áudio - você usa um componente de três fios chamado transistor (ou o equivalente em um circuito integrado). As três conexões são chamadas de base, coletor e emissor. A alimentação de um sinal fraco entre a base e o emissor cria um sinal mais intenso através do emissor e do coletor, quando fornecido com energia externa. O sinal original é conectado à base e o alto-falante é conectado ao coletor. Você pode fazer o mesmo com um tubo de vácuo, mas isso não vai caber no seu telefone.

A parte difícil é fazer tudo isso, mantendo a frequência e a amplitude originais. Se o amplificador não puder reproduzir a frequência do sinal de entrada, sua resposta de frequência não será uma boa combinação e alguns sons serão melhorados do que outros e tudo parecerá ruim. Se a amplitude de entrada (vamos chamá-lo de volume) aumentar para um nível que a saída não possa corresponder (um transistor pode produzir apenas tanta energia), o volume do amplificador será desativado e o som começará a distorcer. Finalmente, se você estiver ouvindo durante a gravação (costumávamos chamá-la de telefonema), um amplificador precisa ter cuidado para não aumentar o sinal suficientemente alto para que o microfone atenda ou você receberá feedback. Isso não se aplica apenas à saída que você pode ouvir, mas ao sinal em si. Eletricidade = magnetismo.

Um amplificador de qualidade pode atenuar toda a distorção que ele cria.

Quando você está falando de amplificadores amplos usados ​​no palco, existem muitas outras coisas na mistura, como pré-amplificadores ou amplificadores de vários estágios ou configurações complicadas de amplificadores operacionais que podem afetar o som. Mas pequenos amplificadores têm suas próprias dificuldades se você também quiser criar um bom. Você não pode aumentar um sinal analógico sem afetar o ganho (volume), a fidelidade (reprodução fiel do som) ou a eficiência (consumo de bateria). Fazer um bom amplificador para um telefone é difícil. Muito mais difícil do que usar um bom DAC, é por isso que vemos telefones com um bom DAC de 24 bits que ainda parecem ruins quando comparados a um telefone como o LG V30, que também possui um ótimo amplificador.

Profundidade de bits e taxas de amostragem

Não podemos ouvir áudio digital. Mas nossos telefones não podem armazenar áudio analógico. Então, quando tocamos nossa música, ela precisa passar por um DAC. Nosso pequeno diagrama acima mostra como é importante amostrar um sinal analógico quantas vezes for razoavelmente possível ao convertê-lo em um arquivo digital. Mas quão "profundo" você prova também faz diferença.

Sem ser muito técnico, quanto mais preciso você deseja que cada amostra seja, maior a profundidade de bits que você precisa usar. A profundidade dos bits é representada por um número que pode enganar. A diferença de tamanho entre 16 e 24 e 32 é mais do que você pensa. Muito mais.

Ao adicionar um bit, você duplica a quantidade de padrões de dados.

Um bit pode armazenar apenas dois valores (0 e 1), mas você pode contar usando-os da mesma forma que pode com números "regulares". Comece a contar em 0 e você atingirá 9; você adiciona outra coluna ao número e obtém 10. Usando bits, você inicia em 0 e, quando pressiona 1, adiciona outra coluna para obter 00, que se torna um número de 2 bits. Um número de dois bits pode ter quatro padrões ou pontos de dados diferentes (00, 01, 10 ou 11). Ao adicionar um único bit, você duplica o número de pontos de dados e um número de 3 bits pode ter oito padrões de dados diferentes (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 ou 111).

Não se preocupe. Nós terminamos a matemática. É importante entender o que a profundidade de bits realmente representa. Um sinal de 16 bits possui 65.536 pontos de dados separados, um sinal de 24 bits possui 256 vezes mais dados com 16.777.216 pontos por amostra e um sinal de 32 bits possui 4.294.967.294 pontos por amostra. São 65.536 vezes mais dados que um arquivo de 16 bits.

As taxas de amostra são medidas em Hertz, e 1 Hertz significa uma vez a cada segundo. Quanto mais vezes você amostrar um arquivo, mais dados originais poderá capturar. A codificação de áudio com qualidade de CD captura dados a uma taxa de 44.100 vezes por segundo. A codificação de alta resolução pode amostrar realisticamente a 384.000 vezes por segundo. Ao capturar mais dados com uma profundidade de bits mais alta e fazê-lo mais vezes por segundo, você pode recriar o original com mais precisão.

Construir um bom DAC e amplificador não é a única parte complicada do processo - a codificação de áudio usa milhões e milhões de cálculos a cada segundo.

Esses mesmos fatores também são importantes para o áudio transmitido (que é digital), mas o áudio transmitido adiciona outra camada de complicação, pois sua qualidade também depende da taxa de bits - bits processados ​​por unidade de tempo. Medimos isso da mesma maneira que medimos a velocidade da Internet: kbps (kilobits por segundo). Mais alto é melhor. O codec usado para compactar um sinal de áudio digital também é importante, e codecs sem perdas como FLAC ou ALAC mantêm mais dados digitais que codecs com perdas como MP3. Muito trabalho está envolvido para fazer o som sair pelo alto-falante ou pelos fones de ouvido.

Números do mundo real

Mencionamos anteriormente que a codificação de uma gravação para armazenamento (como mestre) é um pouco diferente da codificação para reprodução. Máquinas e computadores não conseguem ouvir, e tudo isso é um jogo de números. Quando você codifica e decodifica um sinal de áudio, está fazendo muita matemática. Quanto mais informações você usar para calcular a amplitude de um sinal, mais precisos serão os cálculos. Mas nossos ouvidos não são computadores.

Mesmo uma audição perfeita não ajudará você a obter nenhum benefício de um sistema sudio de 32 bits. Por enquanto, de qualquer maneira.

Um arquivo de áudio é preenchido com "sons" que não podemos ouvir. A maioria dos dados em uma codificação de 32 bits é inútil ao ouvir, e uma taxa de amostragem muito alta pode realmente parecer pior porque gera muito ruído elétrico. A produção de um arquivo de áudio digital que contém a quantidade certa de informações leva isso em consideração, assim como o design de um DAC. Mas, como tudo, números mais altos parecem melhores para as pessoas que os comercializam. Saber como e por que tudo isso funciona é muito legal, mas saber o que você precisa é mais importante.

Um arquivo de áudio digital codificado em 24 bits e 48kHz e um DAC que pode convertê-los oferecem a melhor qualidade que podemos ouvir. Qualquer coisa mais alta é um placebo e uma ferramenta de marketing.

Os limites físicos de nossos corpos e a maneira como nossa tecnologia atual funciona significam que os dados coletados em uma profundidade de bit maior que 21 bits e amostrados com mais frequência que 42kHz são o limite da audição "perfeita". É importante ter uma cópia digital do áudio gravado com taxas de dados extremamente altas, caso haja uma inovação tecnológica, mas os arquivos que você ouve hoje e o hardware que pode reproduzi-los têm um limite razoável. Mas essa inovação nunca acontecerá com o hardware que usamos hoje, de modo que o DAC de 32 bits no seu LG V30 é muito exagerado.

Então, vamos passar por esse DAC e amplificador novamente

Um DAC é um componente de áudio usado para transformar os arquivos de áudio digital armazenados em nossos telefones em um sinal analógico. Há muita matemática complicada envolvida que tenta fazer com que a cópia de uma cópia pareça com a original, mas muitos dos dados de áudio são algo que não podemos ouvir. Você pode até piorar as coisas se tentar fazer muito ao codificar um arquivo.

Um aplicativo reproduz o arquivo. Um DAC o converte em analógico. O amplificador aumenta o sinal. E o queijo fica sozinho.

Um sinal analógico é alimentado em um amplificador que aumenta a intensidade do sinal para que fique mais alto. Mas tornar as coisas mais altas sem fazê-las parecer ruins é muito difícil. Quando você faz isso em algo tão pequeno quanto um telefone que também possui uma quantidade limitada de energia da bateria, isso se torna especialmente complicado. O amplificador pode (e geralmente tem) ter mais impacto na maneira como as coisas soam para nossos ouvidos do que o DAC.

A saída analógica do DAC e do amplificador é algo que nossos fones de ouvido podem tocar e nossos ouvidos podem ouvir, mas nossos telefones não podem armazenar adequadamente um, então é necessário um arquivo digital. E caso um engenheiro em algum lugar faça uma descoberta significativa na codificação e decodificação de áudio digital, os trabalhos originais são armazenados com quantidades astronômicas de dados, muitas das quais são descartadas ao codificar um arquivo que soa melhor.

Tudo o que você precisa é de um DAC capaz de converter arquivos de 24 bits / 48kHz, um amplificador que aumenta o sinal sem adicionar distorção ou ruído e arquivos de alta qualidade para reproduzir.

Ufa.

Meu telefone possui um DAC e um amplificador?

Faz algum som? Nesse caso, possui um DAC e um amplificador.

Falamos sobre por que o áudio gravado é convertido em uma cópia digital anteriormente, mas e quanto a um sinal analógico? Por que é especial e por que precisamos converter o áudio novamente em analógico? Por causa da pressão.

Toda coisa eletrônica que pode tocar sons tem um DAC.

Uma maneira de medir um sinal analógico é por sua intensidade. Quanto mais intensa (mais longe do ponto zero em uma forma de onda) cada frequência em um sinal for mais alta será quando recriada por um alto-falante. Um alto-falante usa um eletroímã e papel ou tecido que se move para converter o sinal em som. O sinal analógico mantém a bobina em movimento e os elementos de papel ou tecido empurram o ar para criar uma onda de pressão. Quando essa onda de pressão atinge nossos tímpanos, ela produz um som. Varie a intensidade e a frequência das ondas de pressão e crie sons diferentes.

Parece quase mágica, e os cientistas que descobriram como gravar e reproduzir áudio eram em um nível totalmente mais inteligente.

Um DAC e um amplificador podem viver felizes para sempre em seus fones de ouvido ou cabo.

Alguns telefones têm um DAC e amplificador melhores que outros, e os telefones sem um conector para fone de ouvido não precisam usar um combo DAC / amp para enviar áudio para um par de fones de ouvido. Todos os telefones os possuem para sons do sistema e chamadas de voz, mas um DAC e um amplificador também podem viver dentro dos fones de ouvido ou mesmo no cabo que conecta os fones de ouvido à porta USB. O USB-C pode enviar saída de áudio analógico e digital e os dois fones de ouvido comuns (com um adaptador) podem ser usados ​​para reproduzir áudio analógico da porta e os fones de ouvido com seu próprio DAC podem receber áudio digital para decodificar e se converter.

E você provavelmente tem fones de ouvido com um DAC e um amplificador dentro deles, porque é assim que o Bluetooth funciona.

Áudio Bluetooth

Um DAC e um amplificador precisam ficar alinhados entre o arquivo digital que está sendo reproduzido e seus ouvidos. Não há outra maneira de ouvirmos sons. Quando usamos o Bluetooth para ouvir música ou filme (ou até mesmo uma ligação), estamos enviando um sinal digital do telefone e para os fones de ouvido Bluetooth. Uma vez lá, é convertido em tempo real (é o que significa transmissão de áudio) em um sinal analógico, roteado pelos alto-falantes e transportado pelo ar como uma onda de pressão para seus ouvidos.

O Bluetooth adiciona outra camada de complicação à mistura, mas ainda há um DAC e um amplificador envolvidos.

A qualidade de um DAC e amplificador ao usar o Bluetooth é tão importante quanto em uma conexão com fio, mas outros componentes também podem afetar o som. Antes de o áudio ser enviado pelo Bluetooth, ele é compactado. Isso ocorre porque o Bluetooth é lento. Um pedaço menor de um arquivo é mais fácil de enviar do que um maior e a compactação de áudio facilita o fluxo. Quando o pedaço de um arquivo de áudio compactado é recebido pelos fones de ouvido, ele deve primeiro ser descompactado e enviado na ordem correta através do DAC e do amplificador nos fones de ouvido. Existem várias maneiras diferentes de compactar, cortar, transferir e remontar o áudio por Bluetooth usando diferentes codecs de áudio Bluetooth. Alguns trazem um arquivo digital melhor (uma profundidade de bits e taxa de amostragem mais altas) do que outros para o DAC e o amplificador dos fones de ouvido, mas assim que esses dados chegam, os fones de ouvido Bluetooth funcionam exatamente da mesma maneira que um DAC e um amplificador internos.

Um resumo e o que importa

Existem várias maneiras de obter músicas de uma música que você baixou no telefone para seus ouvidos. Mas cada um deles requer um DAC e um amplificador.

Você não precisa ser um audiófilo para ouvir música. O que importa é como isso soa para você.

Os componentes de áudio sofisticados podem processar mais dados de áudio e oferecer um som com melhor som, mas tudo na vida tem uma troca. Um DAC que pode converter mais de áudio de 16 bits é mais caro para comprar e incorporar em um telefone, porque também é mais sensível à interferência de outras partes. O mesmo vale para um amplificador - especialmente amplificadores potentes que podem acionar fones de alta impedância. Até os próprios arquivos de áudio têm uma desvantagem, pois os arquivos de áudio de "alta resolução" podem ser bastante grandes e ocupar mais espaço de armazenamento ou uma conexão mais rápida para transmitir.

Você realmente não precisa saber nada disso para gostar da maneira como o telefone soa. E essa é a chave - você é quem decide o que soa bem. Não permita que nenhuma discussão sobre o que há de melhor ou o que há de errado com o Bluetooth influencie o que você ouve, especialmente se você está satisfeito com o som.