DAC

デジタル信号 覚書

CDは、44.1KHz/16bit

デジタル信号は、0か1かが基本ですから人間の耳に聞こえる限界の20KHzまで再生するには、その倍の周波数の分解能が必要になります。それにデジタル信号処理の余裕を見て44.1KHzという周波数に決定された。

この16ビットというのは、音の大きさの事です。16ビットは、2の16乗段階の大きさが表現できますので65536通りの大きさとなります。

これをdBに換算すると20LOG(65536)で、約96dBとなります。CDのダイナミックレンジ(小さい音と大きい音の差)は96dBということになります。

DVDやハイレゾでは、24ビットの場合もありますが、この場合は、1677万段階144dBとなります。

音量調整
いわゆるVRです。
アナログに慣れ親したできたので0(音量ゼロ)が基準で、VRを回すと音が大きくなるというのが当たり前でした。
アナログでは当然電圧の値が音量になります。なので直観的でわかりやすい。

ところがデジタル信号は、0か1かが基本ですから電圧の値など関係ありません。極端に言えば0ボルトか1ボルトの2つしかありません。なので電圧の値で信号の強さを表すことはできません。
いい加減な表現になりますが、デジタルで音量を決めるには0か1の数によって決めます。
16ビットなら65536個が最大音量で、1個が最小音量という感じです。

16ビットなら16ビット、24ビットなら24ビットを使い切った状態が一番情報量が多い。
デジタルは最大音量を0dBと表します。0dB(最大音量)が基準になります。

アナログとは考え方が全く違います。

たぶん、デジタル信号は0dBのまま使ったほうが良い。デジタルで音量調整はしない。
最後にはアナログに変換するので、従来のようにアナログ信号になってからVRなどで音量調整すればいい。

サンプリング周波数
PCMというフォーマットの場合はサンプリング周波数で32ビットまで対応できるI2Sという規格が一般的になっています。CDの場合ですと、ステレオですから2チャンネル(L,R)が交互に32ビット(実際に使用するのはそのうちの16ビットですが)で44.1KHzの周波数のデーターという事になります。

ですからこれをデジタル処理するには、44.1KHz×2CH×32bit=2.8224MHzの処理能力が必要となるわけです。

MCLK

22.5792MHz/8 = 2.8224MHz /32/2 = 44.1KHz

24.5760MHz/8 = 3.072MHz /32/2 = 48KHz

24.5760MHz/4 = 6.144MHz /32/2 = 96KHz

24.5760MHz/2 = 12.288MHz /32/2 = 192KHz

MCLKは、44.1KHzグループ用に22.5792MHz
48KHzグループ用に24.5760MHz
2つ必要になります。

DSD64 2.8224MHz、DSD128 5.6448MHz、DSD256 11.2896MHz DSD512 22.5792MHz

デジタル信号の内訳

★LRCLK(Word Clock – ワードクロック)

LとRを区別して読み出すための基準クロック。

I2Sフォーマットの規定では、信号レベルが0V(low)がLチャンネル、HighがRチャンネルと規定されています。

★BCLK (SCLK Serial Clock – シリアルクロック)
ビットクロックと一般的に言われているもので、32ビットを読み出すための基準クロックになります。従ってサンプリング周波数の32倍でLRチャンネル合わせて64倍の周波数になります。

前の周波数計算の2番目の周波数になります。44.1KHzの場合は2.8224MHzになります。

★SDATA Serial Data(シリアルデータ)。デジタル化された音声データのビット列

★MCLK (SYSCLK System Clock – システムクロック)
Master Clock(マスタークロック)。デジタル信号の動作基準となるクロック信号。ICによっては、外部からクロックを供給せずに、上記3信号と同期するようにしてMCLKの供給が必要になることがある。SYSCLK(System Clock – システムクロック)

※I2Sとは
Inter-IC Sound(IC間サウンド)とは、IC間でデジタル音声データをシリアル転送するための規格である。一般的にはI²SやI2Sと表記される。

D/Aコンバーター

1.PCM2704に代表される、PCのUSB端子からUSBケーブルで接続しアナログに変換

2.I2S  (BCK, LRCK, DATA, MCK) を入力してアナログに変換 (PCM1792等)

3.I2S  (BCK, LRCK, DATA) を入力してアナログに変換 (PCM5100 シリーズや、ES9023 等)

S/PDIF(Sony Philips Digital InterFace)とは

4線必要なI2S信号を一本の同軸ケーブルにまとめて転送する方法。

光デジタルも同様

同軸1本で転送するので、同期信号もデータも一緒に混じっています。

受信側で分離して元の信号に戻して使います。

同軸1本で接続できるので便利な方法ですが、同期信号とデータを一緒にしたり、また分離したりと、余計なしくみが必要になり、できれば使いたくありません。

今まで使ったことがあるDAC IC

PCM2704
PCM1794
PCM1792
PCM5102A
FN1242A
CS4398
WM8741
ES9018K2M
ES9018
AK4495SEQ