¿Mi teléfono tiene un dac? explicando dacs y amplificadores en teléfonos inteligentes hoy

Recibimos mucho esta pregunta, y ahora que tantos teléfonos ya no tienen un conector para auriculares, es aún más común: ¿mi teléfono tiene un DAC? ¿Qué es exactamente un DAC y qué hace? ¿Qué tal un amplificador?

Veamos si podemos encontrar las respuestas y, lo que es más importante, tener una idea de cómo funciona todo esto y por qué necesitamos esta cosa DAC con su nombre divertido y cómo un amplificador hace que suene mejor o peor.

Más: el estado del audio del teléfono inteligente: DAC, códecs y otros términos que necesita saber

¿Qué es un DAC?

Imagen cortesía de LG.

Un DAC toma una señal digital de su entrada y la convierte en una señal analógica en su salida. Una señal de audio digital es fácil de explicar pero un poco más difícil de entender. Es una señal eléctrica que se convierte en bits. Los bits están en un patrón que tiene un valor específico en cada punto, y cuantas más veces se muestree la señal original, más precisos serán estos patrones y esos valores.

Una señal analógica es lo que imaginas en tu cabeza cuando piensas en una forma de onda. Es una señal continua que varía en amplitud a lo largo de una línea de tiempo.

El audio se convierte en una copia digital porque es más fácil de comprimir y las cosas electrónicas que amamos, como nuestros teléfonos, no pueden almacenar una señal analógica como una cinta. Tampoco pueden leer uno, en caso de que esté pensando en conectar una unidad de cinta a su teléfono. Una señal digital es muy diferente de una señal analógica, y la forma más fácil de entender esto es un pequeño diagrama útil.

La señal digital sigue líneas muy rígidas y calculadas, mientras que la señal analógica es más libre. Esto se debe a los tiempos de muestra; más tiempos de muestra estarían más juntos entre sí a lo largo del eje inferior (TIEMPO) y crearían una señal digital más suave que tendría una forma más cercana a la analógica. El eje derecho mide la amplitud de una onda de audio. Cuando vea la señal entre el tiempo de muestreo tercero y cuarto en nuestro ejemplo, puede ver cómo las dos señales son diferentes, lo que significa que el sonido producido será diferente.

La física y las limitaciones que conlleva ser humano significa que esto no es tan importante para la reproducción como parece. Pero es muy importante para el trabajo de estudio y para preservar la calidad original de una grabación. La conversión es un procedimiento muy complejo y un DAC hace mucho trabajo. Lo importante es reconocer por qué un archivo de audio digital puede sonar diferente de una grabación analógica.

El amplificador

Un amplificador solo hace una cosa: impulsa una señal analógica (los amplificadores de los que estamos hablando, de todos modos), por lo que es más intenso y será más fuerte cuando salga de un altavoz. Una señal analógica es solo electricidad. Impulsar la electricidad es muy, muy fácil y se usa lo que equivale a un transformador (calmar a los ingenieros, esto debe ser simple) para tomar la entrada, tomar algo de energía de otra parte y aumentar la entrada. Transforma la fuente.

Construir un amplificador es fácil. Construir un buen amplificador no lo es.

Algunos detalles pueden mostrar la parte fácil. Para amplificar una señal fluctuante, como cualquier tipo de audio, utiliza un componente de tres hilos llamado transistor (o su equivalente en un circuito integrado). Las tres conexiones se denominan base, colector y emisor. Alimentar una señal débil entre la base y el emisor crea una señal más intensa a través del emisor y el colector cuando se le proporciona energía externa. La señal original está conectada a la base y el altavoz está conectado al colector. Puede hacer lo mismo con un tubo de vacío, pero eso no encajará dentro de su teléfono.

La parte difícil es hacer todo esto mientras se mantiene la frecuencia y amplitud originales. Si el amplificador no puede reproducir la frecuencia de la señal de entrada, su respuesta de frecuencia no es una buena coincidencia y algunos sonidos se potencian más que otros y todo suena mal. Si la amplitud de entrada (llamemos a ese volumen) aumenta a un nivel que la salida no puede igualar (un transistor solo puede emitir tanta potencia), el volumen del amplificador se desactiva y su sonido comienza a recortarse y distorsionarse. Finalmente, si está escuchando mientras graba (solíamos llamar a eso una llamada telefónica), un amplificador debe tener cuidado de que no aumente la señal lo suficientemente alto como para que el micrófono lo capte o recibirá comentarios. Esto no se aplica solo a la salida que puede escuchar, sino a la señal en sí. Electricidad = magnetismo.

Un amplificador de calidad puede mitigar toda la distorsión que crea.

Cuando se habla de amplificadores grandes que se usan en el escenario, hay muchas otras cosas en la mezcla, como preamplificadores o amplificadores de varias etapas o incluso configuraciones complicadas de amplificadores operacionales que pueden afectar el sonido. Pero los amplificadores pequeños también tienen sus propias dificultades si quieres hacer una buena. No puede aumentar una señal analógica sin afectar la ganancia (volumen), la fidelidad (reproducción de sonido fiel) o la eficiencia (consumo de batería). Hacer un buen amplificador para un teléfono es difícil. Mucho más difícil que usar un buen DAC, es por eso que vemos teléfonos con un buen DAC de 24 bits que todavía suenan mal en comparación con un teléfono como el LG V30 que también tiene un gran amplificador.

Profundidad de bits y tasas de muestreo

No podemos escuchar audio digital. Pero nuestros teléfonos no pueden almacenar audio analógico. Entonces, cuando tocamos nuestra música, tiene que pasar por un DAC. Nuestro pequeño diagrama anterior muestra lo importante que es muestrear una señal analógica tantas veces como sea razonablemente posible al convertirla en un archivo digital. Pero qué tan "profundo" muestreas también hace la diferencia.

Sin ser demasiado técnico, cuanto más precisa desee que sea cada muestra, mayor será la profundidad de bits que necesita usar. La profundidad de bits está representada por un número que puede ser engañoso. La diferencia de tamaño entre 16 y 24 y 32 es más de lo que piensas. Mucho más.

Cuando agrega un bit, duplica la cantidad de patrones de datos.

Un bit solo puede almacenar dos valores (0 y 1), pero puede contar con ellos al igual que con los números "normales". Comienza a contar en 0 y golpeas 9; agrega otra columna al número y obtiene 10. Usando bits, comienza en 0 y cuando presiona 1 agrega otra columna para obtener 00, que se convierte en un número de 2 bits. Un número de dos bits puede tener cuatro patrones o puntos de datos diferentes (00, 01, 10 u 11). Cuando agrega un solo bit, duplica el número de puntos de datos y un número de 3 bits puede tener ocho patrones de datos diferentes (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 o 111).

No te preocupes Hemos terminado con las matemáticas. Es importante entender qué representa realmente la profundidad de bits. Una señal de 16 bits tiene 65.536 puntos de datos separados, una señal de 24 bits tiene 256 veces más datos con 16.777.216 puntos por muestra, y una señal de 32 bits tiene 4.294.967.294 puntos por muestra. Eso es 65.536 veces más datos que un archivo de 16 bits.

Las frecuencias de muestreo se miden en hercios, y 1 hercio significa una vez por segundo. Cuantas más veces muestree un archivo, más datos originales podrá capturar. La codificación de audio con calidad de CD captura datos a una velocidad de 44.100 veces por segundo. La codificación de alta resolución puede muestrear de manera realista a 384, 000 veces por segundo. Cuando captura más datos con una mayor profundidad de bits y lo hace más veces por segundo, puede recrear el original con mayor precisión.

Construir un buen DAC y amplificador no es la única parte complicada del proceso: la codificación de audio utiliza millones y millones de cálculos por segundo.

Estos mismos factores también son importantes para el audio transmitido (que es digital), pero el audio transmitido agrega otra capa de complicación porque su calidad también depende de la tasa de bits: bits procesados ​​por unidad de tiempo. Medimos esto de la misma manera que medimos las velocidades de Internet: kbps (kilobits por segundo). Más alto es mejor. El códec utilizado para comprimir una señal de audio digital también es importante, y los códecs sin pérdida como FLAC o ALAC conservan más datos digitales que los códecs con pérdida como MP3. Se necesita mucho trabajo para que el sonido llegue a través de su altavoz o auriculares.

Números del mundo real

Mencionamos anteriormente que codificar una grabación para almacenamiento (como maestro) es un poco diferente de codificarla para reproducción. Las máquinas y las computadoras no pueden escuchar, y esto es todo un juego de números. Cuando codifica y decodifica una señal de audio, está haciendo muchas matemáticas. Cuanta más información use para calcular la amplitud de una señal, más precisos serán los cálculos. Pero nuestros oídos no son computadoras.

Incluso una audición perfecta no lo ayudará a escuchar ningún beneficio de un sistema sudio de 32 bits. Por ahora, de todos modos.

Un archivo de audio está lleno de "sonidos" que no podemos escuchar. La mayoría de los datos en una codificación de 32 bits no son útiles cuando se escucha, y una frecuencia de muestreo demasiado alta en realidad puede sonar peor porque introduce demasiado ruido eléctrico. Producir un archivo de audio digital que contenga la cantidad correcta de información toma esto en consideración, al igual que el diseño de un DAC. Pero como todas las cosas, los números más altos se ven mejor para las personas que los comercializan. Saber cómo y por qué todo esto funciona es realmente genial, pero saber lo que necesita es más importante.

Un archivo de audio digital codificado a 24 bits y 48 kHz, y un DAC que puede convertirlos ofrece la mejor calidad que podemos escuchar. Cualquier cosa más alta es un placebo y una herramienta de marketing.

Los límites físicos de nuestros cuerpos y la forma en que funciona nuestra tecnología actual significa que los datos recopilados a una profundidad de bits superior a 21 bits y muestreados con más frecuencia que 42 kHz son el límite de la audición "perfecta". Es importante tener una copia digital del audio grabado a velocidades de datos extremadamente altas en caso de que haya un avance tecnológico, pero los archivos que escucha hoy y el hardware que puede reproducirlos tienen un techo razonable. Pero ese avance nunca sucederá con el hardware que usamos hoy, por lo que el DAC de 32 bits en su LG V30 es demasiado exagerado.

Entonces, revisemos este DAC y el amplificador nuevamente

Un DAC es un componente de audio que se utiliza para convertir los archivos de audio digital almacenados en nuestros teléfonos en una señal analógica. Hay muchas matemáticas complicadas involucradas que intentan hacer que la copia de una copia suene cerca del original, pero gran parte de los datos de audio es algo que no podemos escuchar. Incluso puede empeorar las cosas si intenta hacer demasiado al codificar un archivo.

Una aplicación reproduce el archivo. Un DAC lo convierte a analógico. El amplificador aumenta la señal. Y el queso está solo.

Una señal analógica se alimenta a un amplificador que aumenta la intensidad de la señal para que se vuelva más fuerte. Pero hacer las cosas más ruidosas sin que suenen mal es muy difícil. Cuando lo haces en algo tan pequeño como un teléfono que también tiene una cantidad limitada de batería, se vuelve especialmente complicado. El amplificador puede (y generalmente lo hace) tener más impacto en cómo suenan las cosas para nuestros oídos que el DAC.

La salida analógica del DAC y el amplificador es algo que nuestros auriculares pueden reproducir y nuestros oídos pueden escuchar, pero nuestros teléfonos no pueden almacenar correctamente uno, por lo que se necesita un archivo digital. Y en caso de que un ingeniero en algún lugar logre un avance significativo en la codificación y decodificación de audio digital, los trabajos originales se almacenan con cantidades astronómicas de datos, muchos de los cuales se desechan al codificar un archivo que suena mejor.

Todo lo que necesita es un DAC que pueda convertir archivos de 24 bits / 48 kHz, un amplificador que aumente la señal sin agregar distorsión o ruido, y archivos de alta calidad para reproducir.

Uf.

¿Mi teléfono tiene un DAC y un amplificador?

¿Hace algún sonido? Si es así, tiene un DAC y un amplificador.

Hablamos sobre por qué el audio grabado se convierte en una copia digital antes, pero ¿qué pasa con una señal analógica? ¿Por qué es especial y por qué tenemos que convertir el audio a analógico? Por la presión.

Cada cosa electrónica que puede reproducir sonidos tiene un DAC.

Una forma de medir una señal analógica es por su intensidad. Cuanto más intensa (más lejos del punto cero en una forma de onda) cada frecuencia en una señal es más fuerte será cuando sea recreada por un altavoz. Un altavoz usa un electroimán y papel o tela que se mueve para convertir la señal en sonido. La señal analógica mantiene la bobina en movimiento y los elementos de papel o tela empujan el aire para crear una ola de presión. Cuando esta onda de presión llega a nuestros tímpanos hace un sonido. Varíe la intensidad y la frecuencia de las ondas de presión y creará diferentes sonidos.

Casi parece mágico, y los científicos que descubrieron cómo grabar y reproducir audio estaban en otro nivel de inteligencia.

Un DAC y un amplificador pueden vivir felices para siempre en sus auriculares o un cable.

Algunos teléfonos tienen un mejor DAC y amplificador que otros, y los teléfonos sin conector para auriculares no tienen que usar un combo DAC / amp para enviar audio a un par de auriculares. Todos los teléfonos los tienen para sonidos del sistema y llamadas de voz, pero un DAC y un amplificador también pueden vivir dentro de sus auriculares o incluso en el cable que conecta los auriculares a su puerto USB. USB-C puede enviar salida de audio analógico y digital y se pueden usar los auriculares normales (con un adaptador) para reproducir audio analógico desde el puerto y los auriculares con su propio DAC pueden recibir audio digital para decodificarlos y convertirlos.

Y probablemente tenga auriculares con un DAC y amplificador dentro de ellos, porque así es como funciona Bluetooth.

Audio Bluetooth

Un DAC y un amplificador deben ubicarse en línea entre el archivo digital que se está reproduciendo y sus oídos. No hay otra forma en que podamos escuchar ningún sonido. Cuando usamos Bluetooth para escuchar música o una película (o incluso una llamada telefónica), enviamos una señal digital desde nuestro teléfono a nuestros auriculares Bluetooth. Una vez allí, se convierte sobre la marcha (eso es lo que significa la transmisión de audio) en una señal analógica, enrutada a través de los altavoces y transportada por el aire como una onda de presión a los oídos.

Bluetooth agrega otra capa de complicación a la mezcla, pero todavía hay un DAC y un amplificador involucrados.

La calidad de un DAC y un amplificador cuando se utiliza Bluetooth es tan importante como lo es con una conexión por cable, pero otros componentes también pueden afectar el sonido. Antes de enviar el audio a través de Bluetooth, se comprime. Eso es porque Bluetooth es lento. Un fragmento más pequeño de un archivo es más fácil de enviar que uno más grande y la compresión de audio facilita la transmisión. Cuando los auriculares reciben el fragmento de un archivo de audio comprimido, primero debe descomprimirlo y luego enviarlo en el orden correcto a través del DAC y el amplificador en sus auriculares. Hay varias formas diferentes de comprimir, cortar, transferir y reensamblar audio a través de Bluetooth utilizando diferentes códecs de audio Bluetooth. Algunos traen un mejor archivo digital (una mayor profundidad de bits y frecuencia de muestreo) que otros al DAC y amplificador de sus auriculares, pero una vez que llegan esos datos, sus auriculares Bluetooth funcionan exactamente de la misma manera que un DAC interno y un amplificador.

Un resumen y lo que importa

Hay muchas maneras de que la música de una canción que descargaste en tu teléfono llegue a tus oídos. Pero cada uno de ellos requiere un DAC y un amplificador.

No tienes que ser un audiófilo para disfrutar escuchando música. Lo que importa es cómo te suena.

Los componentes de audio de alta gama pueden procesar más datos de audio y ofrecer un mejor sonido de audio, pero todo en la vida tiene una compensación. Un DAC que puede convertir más de 16 bits de audio es más costoso de comprar e incorporar a un teléfono porque también es más sensible a la interferencia de otras partes. Lo mismo ocurre con un amplificador, especialmente amplificadores potentes que pueden conducir auriculares de alta impedancia. Incluso los archivos de audio tienen un inconveniente, ya que los archivos de audio de "alta resolución" pueden ser bastante grandes y ocupar más espacio de almacenamiento o una conexión más rápida para transmitir.

Realmente no tienes que saber nada de esto para que te guste la forma en que suena tu teléfono. Y esa es la clave: usted es quien decide qué suena bien. No permita que ninguna discusión sobre lo mejor o lo que está mal con Bluetooth influya en lo que escucha, especialmente si está contento con cómo suena.