Πατάτε εγγραφή στο DAW σας, παίζετε μια τρανταχτή συγχορδία στην κιθάρα σας ή βγάζετε τις φωνές σας σε ένα μικρόφωνο και, ως δια μαγείας, εμφανίζεται στην οθόνη έτοιμο να τροποποιηθεί σύμφωνα με τις ηχητικές σας ιδιοτροπίες.

Αλλά τι συνέβη πραγματικά;

Αν αναρωτηθήκατε ποτέ πώς ένα αναλογικό σήμα μετατρέπεται σε ψηφιακό, αυτό το άρθρο είναι για εσάς - μπαίνουμε σε κατάσταση βαθιάς σπασίκλας για να κατανοήσουμε πλήρως πώς λειτουργούν οι μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό σήμα.

Και αν δεν έχετε δώσει ιδιαίτερη προσοχή στη διαδικασία, αυτό το άρθρο είναι για εσάς! Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ένα αναλογικό σήμα μετατρέπεται σε δυαδικά ψηφία είναι θεμελιωδώς σημαντική για κάθε μουσικό.

Γιατί κάθε μουσικός πρέπει να κατανοήσει τους μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό σήμα

Κάθε φορά που ηχογραφείτε ένα αναλογικό σήμα - ή ακόμα και όταν χρησιμοποιείτε δείγματα που προέρχονται από πραγματικούς ήχους - χρησιμοποιείτε αναλογικούς σε ψηφιακούς μετατροπείς.

Ας πούμε ότι έχετε ηχογραφήσει ένα καυτό σόλο κιθάρας ή έχετε δειγματοληπτήσει το ροχαλητό του σκύλου σας - δεν έχει σημασία.

Πίσω από τις σκηνές, ένα κρίσιμο ψήγμα τεχνολογίας δουλεύει υπερωρίες για να μετατρέψει το αναλογικό σήμα εισόδου σας - τη φυσική ροή του ηλεκτρισμού που προέρχεται από το μικρόφωνο ή το όργανό σας - σε μια ψηφιακή αναπαράσταση που το Ableton ή το Logic (ή όποιο DAW κι αν χρησιμοποιείτε αυτή τη στιγμή) μπορεί πραγματικά να καταλάβει.

Ο αφανής ήρωας σε όλα αυτά; Ο μετατροπέας από αναλογικό σε ψηφιακό, ή εν συντομία ADC.

Είτε ηχογραφείτε σε ένα στούντιο κρεβατοκάμαρας, είτε κάνετε μίξη σε μια επαγγελματική εγκατάσταση, χρησιμοποιείτε πάντα ADCs. Βρίσκονται μέσα στη διεπαφή ήχου, στην κάρτα ήχου σας και ακόμη και στο μικρόφωνο του τηλεφώνου σας.

Κάθε φορά που μια μορφή αναλογικής τάσης εισέρχεται στο εν λόγω σύστημα (όπως η φωνή σας σε ένα μικρόφωνο), γίνεται αμέσως δειγματοληψία, τεμαχισμός, μέτρηση και μετατροπή σε ψηφιακά δεδομένα.

Λοιπόν - πώς λειτουργεί ένα adc και γιατί έχει σημασία για τους μουσικούς; Οι πιθανότητες είναι ότι σκέφτεστε ήδη με όρους ADC - είτε το συνειδητοποιείτε είτε όχι. Αυτός ο οδηγός θα σας καθοδηγήσει μέσα από τη διαδικασία μετατροπής σε απλά ελληνικά, χρησιμοποιώντας πραγματικά μουσικά παραδείγματα για να εξηγήσει τι συμβαίνει σε κάθε βήμα.

Ας τραβήξουμε την κουρτίνα πίσω από το πιο σημαντικό κομμάτι της τεχνολογίας που δεν γνωρίζατε ότι χρησιμοποιείτε καθημερινά.

Αναλογικό έναντι ψηφιακού: Τι μετατρέπουμε τέλος πάντων;

Πριν μπούμε στα καρύδια και τις λεπτομέρειες του τρόπου λειτουργίας των μετατροπέων αναλογικού σε ψηφιακό σήμα, ας καταλάβουμε πρώτα τι μετατρέπουν - αναλογικά σήματα σε ψηφιακά σήματα.

Το αναλογικό σήμα: Μουσική στο φυσικό της περιβάλλον

Στον πραγματικό κόσμο, οποιοσδήποτε ήχος - η φωνή σας, το χτύπημα μιας ακουστικής κιθάρας ή το χτύπημα ενός κλωτσιού - είναι πάντα αναλογικός. Αυτό σημαίνει ότι κινείται συνεχώς, σαν ένα ομαλό κύμα. Όταν είναι καθαροί τόνοι, τους ονομάζουμε ημιτονοειδή κύματα και αντιπροσωπεύουν το πλάτος του σήματος (την ένταση, για απλούς ανθρώπους σαν εμένα) που μετριέται με την πάροδο του χρόνου.

Όταν μιλάτε ή παίζετε ένα όργανο, τα ηχητικά κύματα που δημιουργείτε αναγκάζουν τον περιβάλλοντα αέρα να κινηθεί, ο οποίος με τη σειρά του κινείται ενάντια στα έξυπνα κομμάτια μέσα στα αυτιά σας- έτσι ακούμε τον ήχο.

Όταν ηχογραφείτε το ίδιο πράγμα, ένα μικρόφωνο συλλαμβάνει τις δονήσεις του αέρα και τις μετατρέπει σε ένα μικροσκοπικό ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό το ρεύμα είναι γνωστό ως αναλογικό σήμα εισόδου και η τάση που μεταφέρει ονομάζεται αναλογική τάση εισόδου (ή μερικές φορές απλώς αναλογική τάση).

Αυτή η τάση μεταβάλλεται συνεχώς- κάθε αναπνοή, κάθε χτύπημα χορδής, κάθε απόχρωση μιας φυσικής παράστασης υπάρχει σε αυτό το ρέον σήμα. Το εύρος τάσης ενός αναλογικού σήματος αντανακλά τη μεταβαλλόμενη ένταση του ήχου. Η δουλειά των μετατροπέων από αναλογικό σε ψηφιακό είναι να παίρνουν αυτό το αναλογικό μέγεθος και να το μεταφράζουν σε κάτι που μπορεί να επεξεργαστεί ένα ψηφιακό σύστημα (όπως ο υπολογιστής σας ή το τηλέφωνό σας).

Το ψηφιακό σήμα: Binary in a Box

Σε αντίθεση με τα ανθρώπινα αυτιά, οι υπολογιστές δεν κατανοούν τα ομαλά, συνεχή κύματα. Η μέθοδος επικοινωνίας τους είναι η δυαδική έξοδος - ένα σήμα που αναπαριστά πληροφορίες χρησιμοποιώντας μόνο δύο καταστάσεις- συνήθως μηδενικά και μονάδες. Με αυτόν τον τρόπο λαμβάνουμε ένα ψηφιακό σήμα. Πρόκειται για ένα σύνολο μικροσκοπικών, μικροσκοπικών βημάτων που προσπαθούν να μιμηθούν το αρχικό σήμα χρησιμοποιώντας μια σειρά από σταθερές τιμές.

Προκειμένου να αποθηκεύσουμε, να εμφανίσουμε ή να χειριστούμε τη μουσική σε ψηφιακή μορφή, πρέπει να μετατρέψουμε το ομαλό αναλογικό σήμα σε ψηφιακή αναπαράσταση - μια σειρά αριθμών που μπορούν να κατανοήσουν ένα DAW, τα plugins και οι σκληροί δίσκοι.

Και αυτό, φίλοι μου, είναι ακριβώς αυτό που αφορά την αναλογική σε ψηφιακή μετατροπή.

Πιθανότατα έχετε ήδη δει αυτή τη διαδικασία σε δράση: όταν καταγράφετε ένα αναλογικό σήμα εισόδου μέσω της διεπαφής ήχου και παρακολουθείτε την όμορφη κυματομορφή να εμφανίζεται ως δια μαγείας στη σελίδα arrange του DAW σας. Αυτή η ψηφιακή απεικόνιση του σήματος δειγματοληψίας είναι ωραία και όλα αυτά, αλλά πίσω από αυτό το γραφικό είναι μια μακρά σειρά δυαδικού κώδικα που αντιπροσωπεύει το σήμα εξόδου από τον ADC της διασύνδεσής σας.

Αναλογία πραγματικού κόσμου: Spotify

Σκεφτείτε ένα αναλογικό σήμα σαν ένα δίσκο βινυλίου: ένα συνεχές αυλάκι που η βελόνα ακολουθεί φυσικά μέχρι το τέλος του δίσκου. Ένα ψηφιακό σήμα, από την άλλη πλευρά, είναι σαν ένα αρχείο μουσικής ροής - τεμαχισμένο σε κομμάτια, μετρημένο, αποθηκευμένο και αποστελλόμενο στα ηχεία σας χρησιμοποιώντας μόνο αριθμούς.

Το βινύλιο είναι όμορφα λεπτομερές, αλλά εύθραυστο και δεν είναι εύκολο να μοιραστεί. Χρειάζεστε το ίδιο το βινύλιο, καθώς και κάτι για να το αναπαράγετε, και τα δύο πρέπει να βρίσκονται στο ίδιο δωμάτιο με το άτομο με το οποίο θέλετε να το μοιραστείτε. Συν τοις άλλοις, δεν μπορεί να επεξεργαστεί.

Η έκδοση ψηφιακού δυαδικού κώδικα μπορεί να χάσει κάποιες αποχρώσεις, αλλά είναι επεξεργάσιμη και έτοιμη για χρήση στο DAW σας. Και αν έχετε έναν συνεργάτη παραγωγής στην άλλη άκρη του κόσμου, μπορείτε να του στείλετε το αρχείο για να το επεξεργαστεί.

Αυτή είναι η δύναμη των αναλογικοψηφιακών μετατροπέων. Ka-pow!

Η δουλειά των μετατροπέων από αναλογικό σε ψηφιακό (εξηγείται για μουσικούς)

Αξίζει να σημειωθεί εδώ ότι οι μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό σήμα δεν χρησιμοποιούνται αποκλειστικά για τον ήχο. Πολλά πράγματα στον φυσικό κόσμο έχουν αναλογική αξία. Στην πραγματικότητα οτιδήποτε μπορεί να μετρηθεί - είτε πρόκειται για ήχο, φως, θερμοκρασία ή ακόμη και κίνηση - έχει ένα αναλογικό σήμα που μπορεί να μετατραπεί σε ψηφιακό.

Η αρχή είναι η ίδια: παίρνοντας το αρχικό αναλογικό σήμα με τα κυμαινόμενα επίπεδα τάσης και μετατρέποντάς το σε ψηφιακό κωδικό εξόδου που μπορεί να αποθηκευτεί και να επεξεργαστεί εύκολα.

Όλοι εδώ όμως είμαστε μουσικοί (ακόμα κι εσύ, Nickelback), οπότε ας αναλύσουμε τι ακριβώς κάνουν οι αναλογικοί σε ψηφιακούς μετατροπείς με τη μουσική σας.

Κάθε φορά που συνδέετε ένα μικρόφωνο ή ένα όργανο, μια αναλογική είσοδος εισέρχεται στη διεπαφή ήχου σας. Αυτό το σήμα είναι μια ηλεκτρική κυματομορφή - βασικά μια κινούμενη τιμή τάσης που αντικατοπτρίζει τον ήχο σε πραγματικό χρόνο. Η δουλειά του ADC είναι να δειγματοληπτεί αυτή την τάση εισόδου και να της αποδίδει έναν αριθμό που θα κατανοεί ο υπολογιστής σας .

Έτσι μεταβαίνουμε από ένα αναλογικό σήμα σε μια ψηφιακή έξοδο. Η διαδικασία γίνεται σε τρία σημαντικά βήματα: δειγματοληψία, κβάντιση και κωδικοποίηση.

Βήμα 1: Δειγματοληψία - Χρόνος τεμαχισμού

Στο πρώτο βήμα, τη δειγματοληψία, ο ADC μετρά το πλάτος του σήματος (τάση) σε τακτά χρονικά διαστήματα. Αυτό συμβαίνει πολλές χιλιάδες φορές ανά δευτερόλεπτο - το πόσο συχνά συμβαίνει είναι γνωστό ως ρυθμός δειγματοληψίας (ή συχνότητα δειγματοληψίας).

Ο ήχος ποιότητας CD χρησιμοποιεί ρυθμό δειγματοληψίας 44.100 δειγμάτων ανά δευτερόλεπτο ή 44,1kHz. Οι υψηλότεροι ρυθμοί δειγματοληψίας (όπως 48kHz, ή 96kHz ) δίνουν μεγαλύτερη λεπτομέρεια και καταγράφουν υψηλότερες συχνότητες. Αυτό οφείλεται σε μια έννοια που ονομάζεται θεώρημα Nyquist, το οποίο δηλώνει ότι μπορείτε να καταγράψετε συχνότητες μόνο μέχρι το μισό του ρυθμού δειγματοληψίας.

Έτσι, θεωρητικά, αν η μουσική σας αποτελείται εξ ολοκλήρου από ήχους στην περιοχή 5-10kHz (τι στο καλό σκέφτεστε;), θα χρειαστείτε ρυθμό δειγματοληψίας τουλάχιστον 20kHz για να την καταγράψετε με ακρίβεια.

Βήμα 2: Κβαντισμός - Μέτρηση τάσης

Μόλις ληφθεί το δείγμα, ο ADC συγκρίνει την τάση εισόδου με ένα επίπεδο τάσης αναφοράς. Το εύρος από μηδέν βολτ έως την τάση αναφοράς χωρίζεται σε σταθερά βήματα. Κάθε ένα από αυτά τα βήματα αντιπροσωπεύει έναν συγκεκριμένο ψηφιακό αριθμό.

Και εδώ, συναντάμε μια μικροσκοπική αναντιστοιχία - γνωστή ως σφάλμα κβαντισμού. Αυτό συμβαίνει επειδή ένα αναλογικό σήμα μπορεί να πέσει ανάμεσα σε δύο ψηφιακά βήματα, όπως απεικονίζεται παρακάτω.

Εδώ είναι που το βάθος bit γίνεται σημαντικό. Ένας ADC 16 bit παρέχει 65.536 βήματα, ενώ ένας ADC 24 bit παρέχει πάνω από 16 εκατομμύρια. Προφανώς (σε αυτή την περίπτωση, τουλάχιστον) το περισσότερο είναι περισσότερο. Όσο περισσότερα βήματα έχετε, τόσο πιο ακριβής είναι η διαδικασία μετατροπής.

Για τους μουσικούς, αυτό ισοδυναμεί με καλύτερη λεπτομέρεια στα πιο ήπια περάσματα και περισσότερο χώρο για ακρόαση στα πιο δυνατά περάσματα.

Βήμα 3: Κωδικοποίηση - Δυαδική έξοδος

Μόλις ο ADC υπολογίσει σε ποια βαθμίδα εμπίπτει το σήμα, μετατρέπει τη στάθμη αυτή σε ψηφιακό δυαδικό κώδικα - μια σειρά από μηδενικά και άσσους που αντιπροσωπεύουν τον κωδικό εξόδου.

Αυτά είναι τα τελικά ψηφιακά δεδομένα που λαμβάνει το DAW σας. Από εκεί και πέρα, το αρχικό αναλογικό σήμα διατηρείται όσο το δυνατόν καλύτερα σε ψηφιακή μορφή.

Συνδυάζοντας τα: Φωνητική λήψη σε κίνηση

Για παράδειγμα, ας πούμε ότι ηχογραφείτε φωνητικά. Θέλετε όσο το δυνατόν περισσότερη λεπτομέρεια χωρίς να τρελαθείτε με τον αποθηκευτικό χώρο, οπότε ρυθμίζετε το ρυθμό δειγματοληψίας στα 48kHz και το βάθος bit στα 24.

Το μικρόφωνό σας καταγράφει την αναλογική είσοδο - τις λεπτές αλλαγές στην πίεση του αέρα πάνω από την κάψουλα του μικροφώνου ως αναλογική τάση - με άλλα λόγια, το αναλογικό σήμα μετράται ως τάση.

Αυτή η αναλογική τάση εισόδου δειγματοληπτείται 48.000 φορές ανά δευτερόλεπτο, με κάθε φέτα (δείγμα) να μετράται σε σχέση με μια τάση αναφοράς, να μετατρέπεται σε ψηφιακό αριθμό και να αποστέλλεται στο DAW σας ως δυαδικά ψηφία.

Τώρα έχετε ένα ψηφιακό σήμα που μοιάζει και ακούγεται σαν μια ομαλή, συνεχής κυματομορφή, αλλά στην πραγματικότητα είναι μια ροή κώδικα.

Όλα αυτά επειδή ο αξιόπιστος ADC μετέτρεψε την αναλογική τιμή σε κάτι που μπορεί να επεξεργαστεί ο υπολογιστής σας.

Αναλογικοί σε ψηφιακούς μετατροπείς - Τα εξαρτήματα και η διαδικασία

Μέχρι τώρα εξετάζαμε τη μεγάλη εικόνα - τι μπαίνει και τι βγαίνει. Πώς όμως τα καταφέρνουν όλα αυτά οι αναλογικοί σε ψηφιακούς μετατροπείς;

Μέσα σε κάθε ADC υπάρχει ένα εξαιρετικά έξυπνο ηλεκτρονικό κύκλωμα που αναλαμβάνει όλη τη μαγεία. Μετατρέπει το συνεχώς μεταβαλλόμενο αναλογικό σήμα στην ψηφιακή σφαίρα, ένα στιγμιότυπο τη φορά. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο τι συμβαίνει.

Ο συγκριτής: Αποφασίζων τάσης

Στην καρδιά του ADC βρίσκεται κάτι που ονομάζεται συγκριτής. Ένας συγκριτής συγκρίνει την τάση εισόδου σας με μια τάση αναφοράς, θέτοντας την απλή ερώτηση: "Είναι αυτή η είσοδος υψηλότερη ή χαμηλότερη από την αναφορά;"

Αυτή η σύγκριση είναι ο τρόπος με τον οποίο ο ADC αρχίζει να υπολογίζει ποια ψηφιακή τιμή θα αντιστοιχίσει σε κάθε αναλογικό δείγμα. Κάθε φορά που το μικρόφωνο ή το όργανό σας παράγει μια τάση (δηλ. έναν ήχο), ο συγκριτής την συγκρίνει με μια σταθερά μεταβαλλόμενη εσωτερική τάση. Όταν η τάση του πυκνωτή ταιριάζει με εκείνη της εισόδου, το σύστημα κλειδώνει τον αντίστοιχο ψηφιακό κωδικό.

Ο πυκνωτής και η σκάλα τάσης

Ανάλογα με τον τύπο του ADC, χρησιμοποιούνται διαφορετικές μέθοδοι για τη δημιουργία αυτής της τάσης σύγκρισης. Μια συνηθισμένη είναι ο καταχωρητής διαδοχικής προσέγγισης (SAR).

Σε έναν ADC διαδοχικής προσέγγισης, ο μετατροπέας χρησιμοποιεί έναν μικροσκοπικό πυκνωτή για να συγκρατεί ένα φορτίο τάσης. Συγκρίνει το σήμα εισόδου σας με μια σειρά από επίπεδα τάσης, λειτουργώντας σαν ένα παιχνίδι μαντείας:

1. Ξεκινάει μαντεύοντας τη μέση του εύρους τάσης.
2. Εάν η αναλογική σας τιμή είναι υψηλότερη, προσαρμόζει την εικασία προς τα πάνω.
3. Εάν είναι χαμηλότερη, προσαρμόζεται προς τα κάτω.
4. Αυτό συνεχίζεται μέχρι να βρεθεί η πλησιέστερη αντιστοιχία.

Το μάλλον έξυπνο μπρος-πίσω κινείται με παλμούς ρολογιού - μικροσκοπικούς δείκτες χρόνου που διασφαλίζουν ότι όλα παραμένουν συγχρονισμένα. Κάθε παλμός ρολογιού φέρνει τον ADC ένα βήμα πιο κοντά στην τελική ψηφιακή έξοδο.

Το να διαβάζετε για τη διαδικασία δεν την αποδίδει πραγματικά δικαιοσύνη. Συμβαίνει με απίστευτα γρήγορο ρυθμό - εκατομμύρια φορές ανά δευτερόλεπτο - και έχει ως αποτέλεσμα μια πολύ ακριβή ψηφιακή αναπαράσταση της μουσικής σας.

ADCs ράμπας και διπλής κλίσης

Υπάρχουν και άλλοι τρόποι για τη δημιουργία της τάσης σύγκρισης, συμπεριλαμβανομένης της μεθόδου ράμπας τάσης και των ADC διπλής κλίσης. Αυτοί χρησιμοποιούνται συχνότερα στην ηλεκτρολογία - εξοπλισμός δοκιμών, διαδικασίες ελέγχου, ψηφιακά βολτόμετρα και τα παρόμοια - αλλά η ιδέα είναι η ίδια: συγκρίνετε μια τάση εισόδου με μια μεταβαλλόμενη αναφορά μέχρι να βρεθεί μια αντιστοιχία.

Για παράδειγμα, σε έναν μετατροπέα διπλής κλίσης, το σήμα εισόδου φορτίζει έναν πυκνωτή για μια σταθερή περίοδο και στη συνέχεια μια τάση αναφοράς τον εκφορτίζει. Ο χρόνος που χρειάζεται για να επιστρέψει στο μηδέν δίνει τον τελικό ψηφιακό αριθμό - κάτι σαν χρονόμετρο για τον ήχο σας ή οτιδήποτε άλλο μετράτε.

Αν και αυτοί δεν είναι οι τύποι των συγκριτών που θα βρείτε στη μέση διεπαφή ήχου σας , βοηθά να δείξει ότι υπάρχουν πολλά μονοπάτια για τον ίδιο στόχο: τη μετατροπή του συνεχούς σε μετρήσιμο.

ADCs σε διεπαφές ήχου

Πώς λειτουργεί λοιπόν ένας ADC σε μια διεπαφή ήχου; Το τσιπ ADC λαμβάνει την τάση εισόδου από το στάδιο του προενισχυτή σας. Συγκρίνει (γρήγορα) το πλάτος του σήματος με τιμές αναφοράς, αποδίδει έναν ψηφιακό κωδικό και τον παραδίδει στο DAW σας. Όλα αυτά συμβαίνουν τόσο γρήγορα ώστε το σύστημά σας να τα καταγράφει όλα σε πραγματικό χρόνο χωρίς σχεδόν καμία αισθητή καθυστέρηση.

Όταν οι άνθρωποι μιλούν για την απόδοση του ADC ή την ανάλυση ενός ADC, μιλούν για το πόσο γρήγορα και με πόση ακρίβεια λειτουργεί αυτή η διαδικασία. Ένας ADC καλύτερης ποιότητας αποτυπώνει το αρχικό σας σήμα πιο πιστά, με λιγότερα σφάλματα κβαντισμού και ευρύτερο εύρος τάσης.

Τι συμβαίνει στη συνέχεια; Επεξήγηση της αναπαραγωγής

Εντάξει, έχετε ηχογραφήσει αυτή τη vintage synth γραμμή, τη φωνητική λήψη ή το σφιχτό groove του μπάσου. Ο μετατροπέας από αναλογικό σε ψηφιακό κατέγραψε κάθε αναλογικό σήμα εισόδου, το τεμάχισε χρονικά και το εξέπεμψε ως ψηφιακό σήμα σε μια ροή από 1s και 0s. Και τώρα τι γίνεται;

Για να αναπαράγουμε αυτόν τον ήχο πίσω στα λαγούμια σας, πρέπει να αντιστρέψουμε τη διαδικασία. Εισάγετε τον ψηφιακό σε αναλογικό μετατροπέα (DAC).

Από το ψηφιακό στο αναλογικό - η δουλειά των DACs

Αν θεωρείτε τον ADC ως μεταφραστή για το μικρόφωνο ή το όργανό σας, ο DAC είναι ένας διερμηνέας για τις αναλογικές συσκευές σας. Λαμβάνει τη συμβολοσειρά δυαδικού κώδικα (ψηφιακά δεδομένα) και ανακατασκευάζει ένα σήμα τάσης που προσεγγίζει την αρχική απόδοση. Αυτή η αναδημιουργημένη αναλογική έξοδος είναι αυτό που βγαίνει από τα μόνιτορ και τα ακουστικά του στούντιο.

Ακριβώς όπως οι ADC, οι DAC λειτουργούν με ένα διακριτό χρονικό σήμα, εξάγοντας ένα νέο επίπεδο τάσης εξόδου σε κάθε χρονισμό ρολογιού, με βάση τον εισερχόμενο ψηφιακό κώδικα. Αυτή η κλιμάκωση των τάσεων σχηματίζει το σήμα εξόδου που, όταν εξομαλυνθεί, γίνεται και πάλι συνεχές.

Η ομαλότητα έχει σημασία - Φιλτράρισμα και παρεμβολή

Όταν ένας DAC αναδημιουργεί το αρχικό αναλογικό σήμα, το αποτέλεσμα είναι μια βηματική κυματομορφή και όχι μια ομαλή αναλογική καμπύλη όπως αυτή που αναπαράγατε αρχικά. Μοιάζει περισσότερο με ένα οδοντωτό περίγραμμα παρά με μια ρευστή πινελιά.

Για να διορθωθεί αυτό, ο μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό στέλνει το σήμα μέσω ενός χαμηλοπερατού φίλτρου για να αφαιρέσει τυχόν τεχνουργήματα υψηλής συχνότητας που προκαλούνται από τα "απότομα" βήματα. Αυτό το φίλτρο εξομαλύνει τις ακατέργαστες άκρες για να παράγει ένα αναλογικό σήμα που τα αυτιά σας θα δεχτούν ως πιο φυσικό ήχο.

Ορισμένα συστήματα χρησιμοποιούν επίσης παρεμβολή για να εκτιμήσουν πώς θα έπρεπε να είναι η κυματομορφή μεταξύ των στιγμιότυπων δειγματοληψίας, βελτιώνοντας ακόμη περισσότερο το αποτέλεσμα.

Και γι' αυτό η έξοδος της διεπαφής ήχου σας ακούγεται ρευστή και μουσική και όχι ρομποτική και pixelated. Τα υψηλής ποιότητας DAC μπορούν να φτάσουν εξαιρετικά κοντά στην αναπαραγωγή του αρχικού αναλογικού σήματος, ειδικά αν αυτό έχει καταγραφεί σε υψηλή συχνότητα δειγματοληψίας και βάθος bit.

Το ταξίδι μετ' επιστροφής: ADC + DAC στη μουσική παραγωγή

Ας ανακεφαλαιώσουμε λοιπόν πώς είναι ένα πλήρες ταξίδι για τη μουσική σας.

1. Ένα μικρόφωνο ή όργανο στέλνει μια αναλογική είσοδο στη διεπαφή ήχου.
2. Ο ADC το δειγματοληπτεί, αποδίδοντας ψηφιακές τιμές με βάση τα επίπεδα τάσης αναφοράς.
3. Το ψηφιακό σήμα που προκύπτει αποστέλλεται στο DAW σας.
4. Το DAW σας επεξεργάζεται την ψηφιακή αναπαράσταση σε πραγματικό χρόνο καθώς προσθέτετε εφέ, επεξεργάζεστε ή οργανώνετε.
5. Όταν πατάτε το πλήκτρο αναπαραγωγής, το DAC μετατρέπει τις ψηφιακές πληροφορίες σε αναλογική έξοδο.

Αυτός ο βρόχος συμβαίνει συνεχώς σε ενσωματωμένα συστήματα, κονσόλες μίξης και ζωντανές εγκαταστάσεις. Κάθε φορά που το σήμα περνάει από το αναλογικό στο ψηφιακό και πίσω, ο ADC και ο DAC κάνουν τα μαγικά τους σε συνδυασμό.

Γιατί αυτό έχει σημασία για τους μουσικούς

Είναι πολύ καλό να γνωρίζουμε πώς γίνεται το λουκάνικο και όλα αυτά, αλλά ποιες είναι οι πρακτικές επιπτώσεις για τους μουσικούς;

• Η χαμηλή καθυστέρηση έχει σημασία όταν παρακολουθείτε ζωντανά φωνητικά ή όργανα
• Η ανάλυση ενός ADC μπορεί να επηρεάσει ήσυχες εκτελέσεις ή εκτελέσεις με λεπτή δυναμική
• Τα ακριβή DAC διασφαλίζουν ότι οι μίξεις σας ακούγονται εξαιρετικά σε όλα τα συστήματα αναπαραγωγής

Αν ο ADC ή το DAC σας δεν ανταποκρίνεται στη δουλειά σας, θα χάσετε λεπτομέρειες, θα εισαγάγετε θόρυβο ή τεχνουργήματα ή θα λάβετε κακές αποφάσεις μίξης με βάση την ανακριβή αναπαραγωγή. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι επαγγελματικές διασυνδέσεις - ακόμα και οι αναλογικές συσκευές με ενσωματωμένους μετατροπείς - συχνά διαφημίζουν την ανάλυση ADC, το εύρος τάσης και την ακρίβεια τάσης αναφοράς τους.

DAC ≠ ADC

Αξίζει να σημειωθεί ότι κατά τη μετατροπή ενός ψηφιακού σήματος πίσω σε αναλογικό, δεν αναιρείτε τη δουλειά που είχε γίνει αρχικά από τον ADC. Μόλις το αναλογικό σήμα έχει μετατραπεί, υπάρχει ένα ορισμένο σφάλμα κβαντισμού και ενδεχομένως απώλεια δεδομένων, το οποίο είναι μη αναστρέψιμο. Ο DAC απλώς ανακατασκευάζει την καλύτερη δυνατή αναλογική έκδοση της εξόδου του ψηφιακού συστήματος.

Είναι σαν να τραβάς μια φωτογραφία: όσο προηγμένη και αν είναι η τεχνολογία, δεν μπορεί να αναδημιουργήσει κάθε μόριο της αρχικής σκηνής. Αλλά με αρκετή ανάλυση και προσοχή μπορεί να φτάσει πολύ κοντά. Ή αρκετά κοντά για την τζαζ τουλάχιστον.

Τι καθορίζει την ποιότητα και την ακρίβεια του ADC;

Ακριβώς όπως και οι κιθαρίστες, δεν είναι όλοι οι αναλογικοί σε ψηφιακούς μετατροπείς ίδιοι. Η ποιότητα των ηχογραφήσεών σας - από την ευκρίνεια του τυμπάνου σας μέχρι την ποιότητα της φωνής - εξαρτάται από το πόσο ακριβώς ο ADC σας συλλαμβάνει το αναλογικό σήμα και το μεταφράζει για ένα ψηφιακό σύστημα.

Να τι έχει μεγαλύτερη σημασία:

Ψήφισμα: Λεπτομέρειες

Η ανάλυση ADC μετριέται συνήθως σε bits - η οποία σας λέει πόσες ψηφιακές τιμές είναι διαθέσιμες για την αναπαράσταση του σήματος εισόδου.

• Ένας ADC 8-bit μπορεί να παράγει 256 τιμές.
• Ένας ADC 16 bit δίνει 65.536 τιμές.
• Ένας ADC 24 bit μπορεί να διαχειριστεί πάνω από 16 εκατομμύρια διακριτά βήματα.

Κάθε bit που προστίθεται διπλασιάζει τον αριθμό των πιθανών ψηφιακών κωδικών. Περισσότεροι κώδικες = μεγαλύτερη ακρίβεια και μικρότερο σφάλμα κβαντισμού - αυτή η αναπόφευκτη διαφορά μεταξύ της πραγματικής αναλογικής τάσης και της πλησιέστερης ψηφιακής τιμής.

Στη μουσική, μεγαλύτερη ανάλυση σημαίνει:

• Διατηρούνται οι πιο ήσυχες λεπτομέρειες
• Οι απαλές αντηχήσεις και οι ουρές δεν χάνονται
• Μπορείτε να αναμίξετε πιο δυνατά σήματα χωρίς παραμόρφωση ή ψαλίδισμα.

Για πολύ δυναμική μουσική, όπως η τζαζ και η ορχηστρική μουσική, ένα υψηλότερο βάθος bit σας δίνει περισσότερο χώρο και φινέτσα.

Συχνότητα δειγματοληψίας: Χρονικός τεμαχισμός

Ο ADC σας δεν μετρά μόνο την τάση εισόδου, αλλά γνωρίζει επίσης πότε να τη μετρήσει. Αυτή είναι η συχνότητα δειγματοληψίας ή ο ρυθμός δειγματοληψίας, που μετράται σε kHz.

Οι τυπικές τιμές που χρησιμοποιούνται στη μουσική είναι:

• 44.1kHz (ποιότητα CD)
• 48kHz (πρότυπο βίντεο και εκπομπής)
• 96kHz (ήχος υψηλής ανάλυσης, ειδικά μεταξύ των σχεδιαστών ήχου)

Ο ρυθμός δειγματοληψίας καθορίζει πόσο συχνά ο ADC λαμβάνει ένα στιγμιότυπο του εισερχόμενου σήματος ανά δευτερόλεπτο. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η συχνότητα δειγματοληψίας πρέπει να είναι τουλάχιστον διπλάσια της υψηλότερης συχνότητας του σήματος, προκειμένου να αναπαραχθεί με ακρίβεια.

Δεδομένου ότι η ανθρώπινη ακοή γενικά κορυφώνεται γύρω στα 20kHz, ο ελάχιστος ρυθμός δειγματοληψίας που χρειάζεστε για να καταγράψετε οτιδήποτε θα μπορούσαμε να ακούσουμε είναι 2 x 20kHz, ή 40kHz. Προσθέστε λίγο χώρο για το σφάλμα κβαντισμού και θα έχετε 44,1kHz - το χρυσό πρότυπο όταν πρωτοεμφανίστηκαν τα CD και οι ADC ήταν τα νέα παιδιά στο τετράγωνο.

Εάν εγγράφετε σε υψηλότερο ρυθμό δειγματοληψίας, καταγράφετε περισσότερες φέτες της κυματομορφής, δημιουργώντας έτσι περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με το εισερχόμενο σήμα. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για:

• Αιχμηρά μεταβατικά φαινόμενα (όπως χτυπήματα με snare ή μαδημένες χορδές)
• Όργανα με πολύ περιεχόμενο υψηλών συχνοτήτων, όπως τα κύμβαλα
• Χρονική επιμήκυνση ή μετατόπιση τόνου στο post production - ιδιαίτερα χρήσιμη στο σχεδιασμό ήχου

Ωστόσο, οι υψηλότεροι ρυθμοί δειγματοληψίας αυξάνουν το μέγεθος των αρχείων και το φορτίο της CPU, οπότε πρέπει να βρείτε μια ισορροπία μεταξύ ποιότητας και πρακτικότητας.

Τάση αναφοράς και εύρος τάσης

Ένας ADC λειτουργεί συγκρίνοντας την τάση εισόδου σας με μια τάση αναφοράς. Αυτό θέτει το ανώτατο όριο του τι μπορεί να μετρήσει πραγματικά ο μετατροπέας.

Φανταστείτε ότι έχετε ένα εύρος τάσης 0-5V:

• Οποιοδήποτε σήμα εισόδου σε αυτό το εύρος μπορεί να λάβει ψηφιακό αριθμό.
• Οτιδήποτε πάνω από την τάση αναφοράς ψαλιδίζει ή παραμορφώνει.
• Οτιδήποτε είναι πολύ χαμηλό μπορεί να μην καταγραφεί καθαρά.

Για τα μουσικά gubbins, οι τάσεις είναι συνήθως χαμηλές - συχνά στην περιοχή των millivolt έως volt - και ο ADC βαθμονομείται ανάλογα.

Ο καλός σχεδιασμός ταιριάζει το εύρος του ADC με το επίπεδο εξόδου του εξοπλισμού σας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι διεπαφές ήχου διαθέτουν εναλλασσόμενα εύρη εισόδου - όπως ένας διακόπτης Hi-Z, ή στάδια ενίσχυσης- διατηρούν το σήμα σας με ασφάλεια εντός του γνωστού επιπέδου τάσης αναφοράς.

Σφάλμα κβαντισμού: Ο αναπόφευκτος συμβιβασμός

Επειδή οι ADC στρογγυλοποιούν κάθε αναλογική ποσότητα στο πλησιέστερο ψηφιακό βήμα, ένα μικρό ποσοστό σφάλματος θα συμβαίνει πάντα. Αυτό είναι το σφάλμα κβαντισμού και εμφανίζεται ως παραμόρφωση χαμηλού επιπέδου ή θόρυβος.

Καλής ποιότητας ADCs:

• Χρησιμοποιήστε dithering για να τυχαιοποιήσετε και να εξομαλύνετε το σφάλμα.
• Προσφέρετε υψηλότερη ανάλυση για να ελαχιστοποιήσετε την ακουστότητά του.
• Έχουν βελτιστοποιημένα ηλεκτρονικά κυκλώματα που μειώνουν τον εσωτερικό θόρυβο.

Στα high-end μηχανήματα, αυτό είναι μέρος αυτού που κάνει τις ηχογραφήσεις να ακούγονται πιο ομαλές ή πιο "ακριβές".

Οι ADCs στον πραγματικό κόσμο - Πέρα από τις προδιαγραφές

Και δεν είναι μόνο αυτό! Όταν συζητάτε για τις αρετές των διαφόρων ADCs μπορεί να ακούσετε όρους όπως:

• Αναλογία σήματος προς θόρυβο (SNR) - πόσο καθαρό είναι το σήμα.
• Συνολική αρμονική παραμόρφωση (THD) - πόσο πιστά ο μετατροπέας δεδομένων αποφεύγει την προσθήκη χρώματος.
• Γραμμικότητα - πόσο ομοιόμορφα αντιστοιχούν τα αναλογικά επίπεδα τάσης στην ψηφιακή σφαίρα.
• Clock Jitter - σφάλματα χρονισμού που προκαλούν κηλίδες στα μεταβατικά φαινόμενα.

Όλα αυτά μπορούν να επηρεάσουν το πόσο κοντά είναι η ψηφιοποιημένη αναπαράσταση στο αρχικό αναλογικό σήμα.

Για παράδειγμα, μια διασύνδεση χαμηλού επιπέδου μπορεί να έχει αξιοπρεπές βάθος bit και ρυθμό δειγματοληψίας, αλλά κακό χρονισμό ή θορυβώδεις προενισχυτές. Το αποτέλεσμα; Το αισθαντικό ακουστικό κιθαριστικό σας riff μπορεί να χάσει τις αποχρώσεις του πριν καν φτάσει στο DAW σας.

TL:DR - Μια γρήγορη σύνοψη ADC για μουσικούς

Αν όλα τα παραπάνω έχουν κάνει τον εγκέφαλό σας χυλό, μην ανησυχείτε. Ακολουθεί μια γρήγορη λίστα ελέγχου για το τι κάνει έναν ADC "καλό" για μουσική:

• Υψηλή ανάλυση - τουλάχιστον 24-bit
• Επαρκής ρυθμός δειγματοληψίας - τα 44,1kHz είναι μια χαρά για streaming, αλλά αν σκοπεύετε να εισέλθετε στην αγορά αδειών συγχρονισμού, θα πρέπει να παρέχετε στα 48kHz. Εάν ασχολείστε με τον σχεδιασμό ήχου, τα 96kHz θα σας δώσουν περισσότερο χώρο δειγματοληψίας για να παίξετε.
• Χαμηλό σφάλμα κβαντισμού, jitter ή παραμόρφωση

Αν σας ενδιαφέρει η διαύγεια, οι μεταβατικές εντάσεις, η δυναμική, ή απλά να βεβαιωθείτε ότι η μουσική σας ακούγεται όπως όταν την παίξατε την πρώτη φορά, ο ADC δεν είναι ένα μέρος που θέλετε να κάνετε περικοπές.

Μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό στον κόσμο της μουσικής

Οι μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό σήμα βρίσκονται παντού στη μουσική παραγωγή και εκτέλεση. Εδώ είναι που εμφανίζονται:

Διεπαφές ήχου

Κάθε διεπαφή ήχου διαθέτει έναν ADC. Κάθε φορά που συνδέετε ένα μικρόφωνο, ένα συνθεσάιζερ ή μια κιθάρα στο αξιόπιστο Focusrite σας (υπάρχουν και άλλες μάρκες), ο ADC ενεργοποιείται.

Samplers & FX

Πολλά ηλεκτρονικά όργανα και επεξεργαστές περιέχουν το δικό τους ADC, συχνά μαζί με ένα DAC για την αναπαραγωγή.

• Οι ψηφιακοί δειγματολήπτες χρησιμοποιούν ADC για την καταγραφή εξωτερικών ήχων.
• Τα πετάλια ψηφιακών εφέ μετατρέπουν τα εισερχόμενα σήματα σε μια ψηφιακή έκδοση για επεξεργασία, προτού τα μετατρέψουν ξανά σε αναλογικά.

Επαναδειγματοληψία, επανεκτύπωση, εκτύπωση

Ορισμένες λιγότερο προφανείς ροές εργασίας μουσικής παραγωγής βασίζονται επίσης σε μεγάλο βαθμό στους ADCs:

• Επαναδειγματοληψία ενός κομματιού από ένα DAW, μέσω αναλογικών συσκευών και πίσω σε ένα νέο ψηφιακό σύστημα.
• Το reamping μιας κιθάρας περιλαμβάνει την αποστολή του ξηρού σήματος από το DAW σας, μέσω ενός πραγματικού ενισχυτή, και τη σύλληψη του αποτελέσματος πίσω στο DAW σας.
• Εκτύπωση εφέ υλικού σε ένα κομμάτι DAW.

Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, οι μετατροπείς αναλογικού-ψηφιακού λειτουργούν αθόρυβα στο παρασκήνιο.

Γιατί όλα αυτά έχουν σημασία για εσάς

Αυτή ήταν μια άγρια βόλτα με τεχνικά ασήμαντα πράγματα, αλλά για τους δημιουργούς μουσικής είναι σημαντικό να τα καταλάβουν. Η απόδοση ενός ADC διαμορφώνει την πρώτη ύλη των κομματιών σας. Μπορείτε να έχετε τα καλύτερα μικρόφωνα, την πιο σφιχτή απόδοση και το πιο καθαρό, πιο ακουστικά επεξεργασμένο δωμάτιο, αλλά αν ο ADC σας δεν ανταποκρίνεται στο μηδέν, το αρχικό σας σήμα δεν θα φτάσει στο DAW σας ανέπαφο.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η κατανόηση των ADC έχει σημασία όταν πρόκειται για:

• Επιλογή διεπαφής ήχου
• Ρύθμιση των επιπέδων κέρδους (δηλ. παραμονή εντός του εύρους τάσης)
• Αναδειγματοληψία και εκτύπωση εξωτερικού υλικού και εφέ
• Επιλογή των ρυθμών δειγματοληψίας για εργασία

Ο ADC είναι ο φύλακας μεταξύ του αναλογικού κόσμου της μουσικής και του ψηφιακού κόσμου της παραγωγής. Είτε ηχογραφείτε φωνητικά, είτε δειγματοληπτείτε βινύλιο, είτε τρέχετε συνθεσάιζερ μέσω εξωτερικού εξοπλισμού, ο ADC είναι πάντα εκεί, δίνοντας στις δημιουργικές σας ιδέες ένα αξιόπιστο ψηφιακό σπίτι.

Έτσι, την επόμενη φορά που θα πατήσετε το πλήκτρο record, θυμηθείτε: δεν αποτυπώνετε απλώς ήχο - μετατρέπετε ενέργεια σε κώδικα, μέσω ενός από τα πιο ισχυρά μικρά εργαλεία στη μουσική παραγωγή!