Večbitni vs. Enobitni

Kot smo lahko zaključili do sedaj, D/A pretvorniki predstavljajo zadnji, a tudi najbolj kritičen korak v verigi digitalnega signala. Primerjajmo dve vrsti pretvorb, ki se razlikujeta po principu delovanja in s tem po rezultatih, ki jih dosežeta. Prva in najpogosteje uporabljena pretvorba je večbitna pretvorba, ki se uporablja pri modulaciji PCM s CD in DVD-Audio mediji. Drugi se imenuje delta-sigma (ali sigma-delta) in se uporablja za diske SACD ter se običajno imenuje enobitna pretvorba. Večbitna pretvorba je specifična po tem, da vsak vzorec vsebuje vse potrebne informacije o svoji ekvivalentni amplitudi. Po drugi strani pa je enobitna pretvorba relativna. Vsaka raven vzorca vsebuje informacije tipa "enako", "večje od" ali "manjše od" prejšnjega vzorca.

Integrirano vezje D/A pretvornika, ki obdeluje dva kanala hkrati, mora na vhodu sprejeti niz podatkov, na izhodu pa ustvariti analogni signal vsakega vzorca. Z drugimi besedami, D/A pretvornik, ki ga uporabljamo v stereo CD predvajalnikih, mora vsako sekundo obdelati 88.200 vzorcev in ustvariti enako število električnih impulzov različnih amplitud. Če gre za večkanalni pretvornik, potem mora obdelati več kot 576.000 vzorcev. Spreminjanje določenega bita mora ustrezno spremeniti vrednost izhodnega signala.

Večbitni
Pri modulaciji PCM, ki jo uporabljamo s CD mediji, vsak vzorec vsebuje zaporedje 16 bitov. Vsak bit nosi določeno »težo«, torej vrednost, zato je prvi bit najšibkejši, vsak naslednji pa ima dvakrat večjo vrednost. Zato "od dva do šestnajst". Tehnično gledano večbitni D/A pretvorniki iz CD ali DVD predvajalnikov vsebujejo upore in stikala. Za vsak vhodni bit sta dve stikali. Ker ima vsak bit določeno "težo", daje vsako stikalo jakost toka v ustreznem razmerju. Ko se na vhodu pretvornika pojavi enota, to je ustrezno stikalo, se stikalo zapre, da prispeva k povečanju vrednosti izhodnega toka. Ko se na vhodu pojavi ničla, stikalo ostane odprto in nimamo povečanja toka na izhodu. S kombinacijo različnih bitov na vhodu dobimo različne vrednosti izhodne napetosti.

Zakaj nekateri proizvajalci proizvajajo pretvornike z 18, 20 ali 24 bitov, ko pa ima naš posnetek le 16 bitov na vzorec? V praksi vsak 16-bitni pretvornik povzroči določeno stopnjo popačenja in nelinearnosti, meritve pa kažejo, da se pri nižjih nivojih signala pojavijo večje nelinearnosti. Ugotovljeno je bilo, da mora imeti proces pretvorbe večji dinamični razpon kot končni posnetek, da bi dobili polni glasbeni potencial. 20-bitni pretvornik lahko ustvari 1.048.576 različnih nivojev izhodnega signala ali 16-krat več kot šestnajstbitni pretvornik. Takrat je nelinearnost veliko manj izrazita, hkrati pa dobimo precej manjše razmerje signal/šum. Vendar na koncu merjenje nelinearnosti določi, kateri pretvornik je boljši, zato lahko 20-bitni pretvornik v praksi pokaže veliko večjo nelinearnost kot 16-bitni pretvornik.

Enobitni
Ker so večbitni pretvorniki v praksi pokazali svoje omejitve, so bili inženirji spodbujeni k razvoju enobitnih (nizkobitnih) pretvornikov. Za te pretvornike so značilne visoke stopnje vzorčenja navzgor, pa tudi dolžina besede od 1 do največkrat 5 bitov. Na začetku nam zagotovo ne more biti takoj jasno, kako jih lahko 5 bitov nadomesti 16? Najboljši primer, ki smo ga našli za razlago te vrste pretvornika, so žarnice. Vsak bit predstavlja žarnico, ki je povezana s stikalom. S prej opisanim večbitnim postopkom bi imela vsaka od 16 žarnic dvakrat večjo svetilnost kot prejšnja, z vklopom določenih stikal pa bi dobili osvetlitev prostora določene vrednosti. Pravzaprav bi dobili 65.536 različnih stopenj jakosti osvetlitve.

Enobitni pretvorniki v tej analogiji uporabljajo stikalo in žarnico, ki bi nadzorovala količino osvetlitve s spreminjanjem trajanja vklopljene žarnice. Če sta čas vklopljenega in izklopljenega stanja žarnice enaka, bi dobili vrednost svetilnosti polovice. Če bi podaljšali čas prižgane žarnice, bi se osvetlitev v prostoru povečala. Podobno enobitni pretvorniki uporabljajo zelo hitra stikala z zelo natančnim časom. Načelo enobitne pretvorbe se je izkazalo za veliko natančnejši način predstavljanja zvočnih signalov. Medtem ko večbitni pretvorniki delijo signal na več delov amplitude, enobitni pretvorniki delijo signal v času, pri čemer ohranjajo spremembe amplitude konstantne.

Zaključek
Tako večbitni kot enobitni pretvorniki imajo velike zasluge pri reprodukciji visokokakovostnega zvočnega signala, kakovostni predvajalniki pa lahko uporabljajo najboljše predstavnike obeh vrst pretvornikov. Vendar je treba upoštevati, da so kakovostni večbitni pretvorniki veliko dražji od enobitnih. Seveda je izbira pretvornika pomembna pri splošni kvaliteti predvajalnika, ni pa odločilna. Slab napajalnik, neustrezna ozemljitev ali nekakovostni analogni del lahko pokvarijo predvajanje predvajalnika tudi z najdražjim D/A pretvornikom.