AD-omvandlare

Analog till Digital omvandlare förkortas AD-omvandlare (eller A/D-omvandlare) - eller kort och gott till ADC ("Analog to Digital Converter") för att göra livet lättare... ;) En AD-omvandlare tar in en analog signal och gör om den till digitalt format, som man sedan kan ta in för vidare behandling exempelvis i en dator, med hjälp av de olika digitala gränssnitt som finns - exempelvis AES/EBU, ADAT Lightpipe eller SPDIF. Många ljudkort/ljudinterface, framför allt för hemmamarknaden, har inbyggda AD-omvandlare. Alla digitala effektenheter har förstås också inbyggda AD- och DA-omvandlare.

Bitdjup

De flesta AD-omvandlare har numera 24-bits omvandling och alltså ett teoretiskt dynamikomfång på 144dB, att jämföra med CD-standardens 16 bitar, som ger max 96dB dynamik. Hur nära slutprodukten (den kompletta AD-omvandlaren) kommer de teoretiska värdena, är en fråga om hur välkonstruerad omvandlaren är. Det kan vara stor skillnad mellan olika omvandlare även om de använder samma omvandlar-chip, eftersom kringkomponenterna också tillhör den kritiska konstruktionen. Siffrorna säger inte allt och de analoga delarna i en AD-omvandlare är ofta viktigare för ljudet än vilket bitdjup och samplingsfrekvens man får ut.

Samplingsfrekvens

Samplingsfrekvensen har betydelse för hur nära verkligheten resultatet kommer. En analog signal är ju ett kontinuerligt flöde, medan en digital signal består är mätvärden vid specifika tidpunkter. Enligt Nyqvist-teoremet (som ligger till grund för all omvandling av audiosignaler till och från digitalt format), så kan man exakt återskapa det analoga ljudet om man har en samplingsfrekvens som är dubbelt så hög som de högsta frekvenser som finns med i ljudet. Eftersom människan anses höra upp till 20kHz, så behövs teoretiskt sett ingenting högre än så - och därför valdes samplingsfrekvensen 44.1kHz när CD-standarden skulle bestämmas. Att det blev just det udda talet 44.1kHz beror troligen på att man i tidig AD-omvandling använde sig av videoformat, så som Betamax och U-Matic, för att lagra det digitala ljudet. 44.1 funkade bra för att det funkade bra med det antal linjer och punkter som formaten klarade av samt kunde funka, med visst avrundningsfel, med båda europeiska och amerikanska uppdateringsfrekvenser (50Hz resp 60Hz).

Höga samplingsfrekvenser

Högre samplingsfrekvenser är praktiskt främst på grund av de analoga delarna i en AD-omvandlare. Innan själva omvandlingen till digital PCM-signal sker måste den analoga signalen gå genom ett lågpassfilter. Ingenting som går genom AD-omvandlingen får nämligen ligga över den så kallade Nyquistfrekvensen, vilken är halva samplingsfrekvensen, då uppstår nämligen en typ av disharmonisk distorsion kallad vikningsdistorsion (aliasing). För fs=44.1kHz blir alltså Nyquistfrekvensen 22.05kHz. Eftersom hörseln sträcker sig till ungefär 20kHz krävs då ett väldigt brant filter. Om perfekta filter skulle vara möjliga att bygga vore detta alltså inget problem men verkligheten, fysikens lagar, omöjliggör detta och filtret påverkar även ljudet inom det hörbara området, dels i form av minskad diskant, dels i form av fasförändringar. En samplingsfrekvens på 96kHz ger en Nyquistfrekvens på 48kHz och gör det möjligt med betydligt flackare filter som i betydligt mindre grad påverkar det hörbara området.

Andra teoretiserar att man faktiskt kan uppfatta högre frekvenser och att de högre frekvenserna ofta påverkar ljudet på olika sätt även i lägre frekvenser, så kallad interferens - och att man därför kan bör använda högre samplingsfrekvens om man har ett slutmedia och lyssning som kan återge det. Å andra sidan ska man tänka på att inga andra delar i ljudkedjan normalt är anpassade eller byggda för att hantera så höga frekvenser vilket kan ställa till problem vid alltför höga samplingsfrekvenser, så som 192kHz och uppåt. Högre samplingsfrekvenser ställer också betydligt högre krav på programvara och lagring samt påverkar enligt en del teorier bitdjupet negativt. Vissa utvecklare, såsom Dan Lavry, anser att den optimala samplingsfrekvensen egentligen ligger på ungefär 60kHz men att detta blir opraktiskt på grund av rådande standard.

DSD

En annan variant av AD-omvandling än den traditionella PCM-kodningen (Pulse Code Modulation) är Delta-Sigma modulering, vilket är ett steg i alla AD-omvandling men som gjorts populär på egen hand i och med det av Sony utvecklade DSD. Detta har främst använts för SACD men finns även i varianter för inspelning. Pyramix och DAD utvecklar sådana AD-omvandlare. DSD, eller efterföljaren DXD, bygger på färre antal bitar (1bit för DSD) vilket kompenseras av väldigt hög samplingsfrekvens (44.1 x 64 för DSD). Principen är förenklat att man, istället för att som i PCM mäta varje värde på ljudkurvan, mäter huruvida kurvan går upp eller ned.