Digitalni zvočni posnetki so danes povsod okoli nas, pa naj gre za CD in DVD medije, DAT trakove, satelitske oddaje, glasbo, shranjeno v računalniku ali celo telefonske pogovore. Toda preden slišimo zvok, je treba digitalni zapis pretvoriti v analogni signal, in sicer s pomočjo digitalno-analognega pretvornika D/A (v tuji literaturi ga označujemo z okrajšavo DAC). Delo D/A pretvornika se na prvi pogled zdi preprosto – samo pretvoriti morate enice in ničle v električni signal, ki, reproduciran prek ojačevalnikov in zvočnikov, končno postane zvok. Vendar pa sta natančnost pretvornika in njegova hitrost ključnega pomena za zanesljivost pretvorjenega signala. Poglejmo skupaj, kako deluje D/A pretvornik in na kakšne težave naleti pri opravljanju svojih funkcij. Prav tako bomo poskušali razložiti principe delovanja različnih vrst pretvornikov. Kaj se zgodi v tako imenovani električno-akustični verigi? Ko snemamo glasbo, je mikrofon tisti, ki pretvarja zvočni tlak v napetost, ki se spreminja glede na moč tega pritiska. Takrat je signal še vedno v analogni obliki oziroma natančneje v analogni domeni.
PCM
Digitalni zapis je nekaj povsem drugega. Da bi razumeli, kako delujejo D/A pretvorniki, je pomembno razumeti postopek pridobivanja digitalnega signala. Posnetek, ki ga hranimo na zgoščenkah, je šel skozi proces impulzno-kodne modulacije (PCM). Ta modulacija je sestavljena iz dveh preprostih delov: prvi se imenuje vzorčenje, drugi pa kvantizacija. Vzorčenje praktično predstavlja jemanje posameznih vzorcev signala v različnih časovnih intervalih. Da bi bil signal bolj zanesljiv, je treba vzorčiti čim hitreje. Na zgoščenkah se vzorčenje izvaja pri frekvenci 44,4 kHz, torej se vsaka sekunda zvočnega zapisa pretvori v 44.100 vzorcev signala za vsak kanal posebej. Eno najpomembnejših pravil na področju digitalnih signalov predstavlja tako imenovani Nyquistov izrek. Pravi, da če želimo natančno vzorčiti, moramo to narediti s frekvenco, ki je dvakrat večja od najvišje frekvence v signalu. Ker lahko človeško uho zazna zvoke do 20 kHz, bi bila potrebna frekvenca vzorčenja vsaj 40 kHz. V vsakem primeru ima zgoščenka nekoliko višjo frekvenco vzorčenja.
Drugi del procesa, kvantizacija, zajema vrednost vsakega od teh vzorcev. Natančnost vzete vrednosti signala je neposredno odvisna od števila bitov, s katerimi je vsak vzorec ovrednoten. Na primer, CD predstavlja vsak vzorec s 16 biti, kar pomeni, da ima vsak vzorec lahko vrednost v območju od 0 do 2 na šestnajsto potenco. Kvantizacija z zgoščenko ima 65.536 možnih vrednosti, za ostale vrednosti pa glej tabelo.
| Število bitov | Število nivojev kvantizacije | Razmerje med signalom in šumom (teoretično) |
| 1 | 2 | 6 dB |
| 2 | 4 | 12 dB |
| 8 | 256 | 48 dB |
| 16 | 65536 | 96 dB |
| 20 | 1048576 | 120 dB |
| 24 | 16777216 | 144 dB |
Čeprav mnogi izpodbijajo zgoščenke za "samo" 16 bitov, to število nivojev signala zagotavlja veliko natančnost v procesu kvantizacije.
| Frekvenca vzorčenja (kHz) | Vrsta medija | Najvišja teoretična slišna frekvenca (kHz) | Najvišja praktična slišna frekvenca (kHz) |
| 44.1 | CD | 22.05 | 20 |
| 48 | DANO | 24 | 22 |
| 96 | DVD | 48 | 44 |
| 192 | DVD-avdio | 96 | 88 |
| 2,822 | SACD | 100 | 100 |
Jasno je seveda, da se v tem procesu ne vzamejo točne vrednosti signala, temveč približne. Več bitov kot imamo na razpolago, več možnih nivojev imamo, kar hkrati pomeni manjšo stopnjo napake pri zaokroževanju vzorčne vrednosti.
Digitalni filtri
Če vzamemo za primer sinusni signal, bomo opazili, da ima sinusoid v analogni obliki "gladko" obliko, medtem ko ima isti signal, ki je šel skozi proces digitalne pretvorbe, "nazobčane robove". Pravzaprav ima signal, ustvarjen iz digitalnega zapisa, obliko korakov, velikost koraka sprememb signala pa je neposredno odvisna od frekvence vzorčenja in količine bitov, v katerih je shranjena vrednost vzorčnega signala. Robovi teh stopnic vsebujejo nezaželen signal zelo visokih frekvenc, ki ga v originalnem analognem posnetku ni bilo. Da bi odstranili te frekvence, mora signal preiti skozi nizkopasovni filter. Prvotne generacije CD predvajalnikov so uporabljale tako imenovani brickwall filter, ki je "brutalno rezal" visoke frekvence nad določeno vrednostjo. Vendar so se ti filtri izkazali za drago rešitev, ki je prvotnemu signalu dodala popačenja in s tem premaknila fazo prvotnega signala.
Novejši filtri uporabljajo kombinacijo digitalnih in analognih filtrov. Digitalni filter je nameščen pred D/A pretvornikom in njegova vloga je premakniti neželene visoke frekvence daleč nad slišno območje, medtem ko ima analogni filter bolj naraven naklon, z glasbenega vidika.
Povečanje vzorčenja
Omenjeni digitalni filtri izvajajo proces, poznan kot up-sampling (natančnejši bi bil izraz ponovno vzorčenje). Dejansko imajo nalogo povečati hitrost D/A pretvornika, to pa storijo tako, da pretvornikom pošljejo več vzorcev v obdelavo. S filtrom za povečanje vzorčenja, označenim s 4x, filter vstavi tri nove vzorce za vsakim prvotnim. V primeru filtra 8x vstavi sedem novih vzorcev za vsakim originalnim vzorcem. Čeprav imajo filtri po logiki stvari nalogo spreminjanja vrednosti originalnega signala (v tem primeru vzorca), se to pri nas ne zgodi. Po drugi strani pa ti filtri izračunajo vrednosti novih vstavljenih vzorcev. Pri nekaterih filtrih so ti vzorci povezani z izvirnikom, pri nekaterih pa ne.
Kot smo že povedali, se po tem procesu ponovnega vzorčenja šumi, ki jih povzroča kvantizacija, premaknejo na višje frekvence. Na te trakove je zdaj mogoče uporabiti veliko blažji in bolj naraven filter kot "opečni zid". Sicer so ti analogni filtri bolj znani kot rekonstrukcijski filtri.
Digitalni filtri predstavljajo velik napredek v primerjavi z analognimi filtri, saj je mogoče z visoko zanesljivostjo določiti natančnost njihovih karakteristik. Natančnost sega do neverjetnih vrednosti 0,00001 dB, z dušenjem "velikih" 120 dB. Poleg tega digitalni filtri ne povzročajo faznih premikov ali kakršnih koli popačenj. Ne glede na njihove izjemne lastnosti pa ne smemo pozabiti, da se digitalni filtri vedno uporabljajo v povezavi z analognimi filtri.