Možná jste na internetu narazili na informaci o revolučním Apple DAC, který má předčit prakticky všechno, co známe dnes. Headphonesty slibuje téměř bezchybnou kvalitu zvuku napříč zařízeními Apple, iMore zase spekuluje o výrazně lépe znějících iPhonech a podobná interpretace se následně objevila i na dalších webech a diskusních fórech. Při troše fantazie by tak skoro mohlo jít o technologii, která pošle klasické hi-fi převodníky do důchodu.
Původní články opomíjejí zásadní detail: v konkrétní patentové implementaci nekončí signálová cesta elektroakustickým měničem, ale výkonovým zesilovačem, filtrem a následně anténou. Zdroj: Apple / USPTO.
Jenže stačí otevřít samotné patenty a celý příběh začne vypadat jinak. Apple skutečně vyvíjí velmi zajímavou architekturu D/A převodníku. Nic ale nenasvědčuje tomu, že vznikala primárně kvůli hudbě. Naopak, konkrétní implementace počítají s frekvencemi v jednotkách až desítkách GHz, vysokofrekvenčním vysílačem a anténou.
Pokud jste se tedy těšili, že si příští AirPody natřou na chleba klasická sluchátka za desítky tisíc korun, musíme vás zklamat. Nic takového z dokumentace Applu nevyplývá. Samotná technologie je ale zajímavá i bez podobných slibů.
Apple DAC řeší nedokonalosti samotného čipu
D/A převodník má v principu jednoduchý úkol – z digitální informace vytvořit odpovídající analogovou hodnotu. Některé konstrukce k tomu využívají velké množství elementárních buněk, které se podle požadované úrovně výstupu postupně aktivují.
V ideálním světě by byly všechny naprosto stejné. V reálném polovodiči ale jejich vlastnosti ovlivňují výrobní tolerance, napájení, teplota i samotné umístění na čipu. Apple ve svých patentech popisuje například takzvaný gain gradient, kdy se parametry buněk napříč jejich polem nepatrně mění.
Pokud je převodník aktivuje stále ve stejném pořadí, mohou se tyto drobné odchylky systematicky promítat do výsledku a zhoršovat linearitu převodu. Právě tomu má zabránit technologie Alternating Fill Order neboli AFO.
Jednou zprava, podruhé zleva
Místo postupného aktivování buněk jedním směrem je Apple vybírá z různých částí pole. Odchylky na jednom jeho konci se tak mohou alespoň částečně kompenzovat těmi na opačné straně.
Schéma z patentu ukazuje princip technologie Alternating Fill Order (AFO), při níž se jednotlivé buňky D/A převodníku neaktivují pouze postupně jedním směrem, ale v předem zvoleném pořadí napříč polem. Tím lze částečně kompenzovat rozdíly mezi jednotlivými buňkami a zlepšit linearitu převodu, zdroj: Apple / USPTO.
Patentovaná statická varianta používá předem určené pořadí, zatímco novější dynamické provedení jej může během provozu měnit. K tomu se přidává větvící se „fraktální“ distribuce dat, jejímž cílem je mimo jiné zachovat podobnou délku cest k jednotlivým částem převodníku a zpřesnit jejich časování.
Výsledkem může být lepší linearita, nižší zkreslení a příznivější odstup signálu od šumu. Právě tady se ale technicky zajímavý patent začal na internetu měnit v příběh o revoluci v reprodukci hudby.
Patent přitom míří hlavně do světa RF
Samotná dokumentace Applu totiž počítá s provozem v řádu jednotek až desítek GHz a mezi konkrétními aplikacemi uvádí generování vysokofrekvenčního analogového signálu pro vysílač a následně anténu. Stejným směrem míří i další patenty autora Antonia Passamaniho, které se opakovaně věnují RF technice, výkonovým zesilovačům a souvisejícím částem bezdrátových systémů.
To samozřejmě neznamená, že by AFO v audio DACu nefungovalo. Chyby způsobené rozdíly mezi jednotlivými buňkami existují i tam. Jenže jejich význam je podstatně menší.
Audio převodníky pracují ve výrazně příznivějších podmínkách a konstruktéři mohou využívat oversampling, noise shaping, kalibraci nebo další metody kompenzace chyb. U kvalitních současných DACů se už navíc lze dostat hluboko pod úroveň, kde by právě linearita převodníkového pole představovala zásadní limit výsledného zvuku.
S rostoucí pracovní frekvencí se naopak začínají výrazněji projevovat délky vedení, parazitní kapacity, přesnost časování i fázové rozdíly jednotlivých buněk. A právě tam začíná architektura Applu dávat mnohem větší smysl.
Pro audio zatím chybí rozumný důvod
Nelze samozřejmě tvrdit, že Apple některou z těchto technologií nikdy nepoužije také v audio čipu. Obecný princip tomu nijak nebrání. Pro její nasazení ve zvukové oblasti ale reálně nyní neexistuje příliš rozumný důvod. Samotný DAC už dávno není hlavním limitem zvukové kvality bezdrátových sluchátek. Výsledek daleko výrazněji ovlivňují měniče, akustická konstrukce, zesilovače, DSP, ANC nebo způsob bezdrátového přenosu.
Patentová dokumentace naopak velmi dobře zapadá do světa vysokorychlostních RF obvodů, kde Apple skutečně potřebuje převodníky pracující v GHz pásmu a kde jsou právě problémy, které AFO řeší, mnohem významnější.
Apple tedy opravdu pracuje na pozoruhodné nové architektuře DACu. Faktem ale zůstává, že dnes nemáme žádnou rozumnou indicii, že by vznikala kvůli kvalitnější reprodukci hudby. Pokud jste čekali převodník, který promění příští AirPody v zabijáka high-endových sluchátek, nejspíš čekáte na technologii určenou úplně jinam. Internet si tentokrát zkratku DAC jednoduše vyložil až příliš po audiofilsku.
Zdroje: headphonesty.com, imore.com, patents.google.com, patents.justia.com, patents.justia.com, patents.justia.com