DDコンバーターの機能について、教えてください。

質問

一般教養的な質問なのですが、
PCオーディオの分野で、DAコンバーターなる装置の機能は、ある程度素人なりの知識として知っているのですが、更に、DDコンバーターなる装置を目にしますが、DDコンバーターとはどういう機能の装置なのでしょうか？
DDCというからには、デジタル信号をデジタル信号に変換するという程度のことはわかるのですが、そうするとデジタル信号にもいくつもの種類（カテゴリー）があって、そのカテゴリー間の相互変換ということなのでしょうが、もう少しわかりやすく教えていただけないでしょうか？
よろしく、お願いします。

回答No.7

Yorkminster

>> 電力増幅という目的には、PCMという変調方式よりも、PWMという変調方式の方が回路技術上、都合がよろしいのでしょうね。 //

単純に言えば、そういうことです。

>> PWMといえば、かのDSD信号もPWMという変調方式による信号だそうですね。 //

正確に言うと、DSDはPDMという方式で、PWMとは似て非なるものです。まあ、親戚くらいの関係と言えば良いでしょう。PWMはPulse Width Modulationの頭文字で、情報を「幅」として表します。これに対して、PDMというのはPulse Density Modulationの頭文字で、「密度」として表されます。どちらもPulse Modulation（パルス変調）の一種で、考え方としては近しいものがあります。

PCMはPulse Code Modulationで、これもパルス変調の一種ですが、ちょっと遠縁です。

お礼

PDM　という変調方式があるとは、知りませんでした。　density　といいますと、サンプリングしたアナログ信号の電圧が高いときは、密度の高いパルス列を割り当て、低いアナログ電圧に対しては、密度の低いパルス列を割り当てる、ということでしょうか？　　つまり、その時々のアナログ電圧に比例して、パルス密度の濃淡を割り当てるという意味でしょうか？
DSD信号では、2.8メガと5.6メガのパルス列との2種類があるとのことですが、最も密度が高くなる時点が2.8メガ、あるいは、5.6メガのパルス列となり、以下、アナログ入力電圧が低くなるにしたがって、比例的に、割り当てるパルス列の密度を下げる、という意味でしょうか？
しかし、人間の知恵とは凄いものですねー、こんなことを考える知恵者がいるなんて驚きです。　なかなか、うまいことを考えたものです。
大変多くのこと、あるいは、高尚なことを教えていただき、誠にありがとうございます。　　大いに勉強になります。

回答No.6

ponpokona-

簡単に言います。

USB-DACは、USB-DDC + DAC、からできています。
USB-DACの中にもDDCがあります。
USB-DDCは、USB-DACの機能を一部切り出したものです。

パソコン用のデジタル信号をオーディオ用のデジタル信号に変換します。
詳しい説明は他の方のをどうぞ。

お礼

ご教示ありがとうございました。　“USB-DACは、USB-DDC + DAC、からできています”　とのこと、この一文で、十分理解できました。

回答No.5

HAL2（@HALTWO）

A No.1 HALTWO です。

＞最近のオーディオパワーアンプでデジタルタイプのアンプという代物を目にしますが、このようなデジタル式のパワーアンプならば、USB-DDCの機能を有するデバイスは不要で、　PCのUSB端子から出てくる　16ビット/44.1キロ　などというタイプのPCM信号を、そのままデジタルアンプに入力すればOK、といえるのでしょうか？

いいえ、Digital Amplifier は同じ Digital という言葉を使っていても CD Player や DDC の出力信号である PCM (Pulse Code Modulation) DA (Digital Audio) 信号と言われる信号とは別型式の信号で増幅動作を行なっているため、直結はできません。

Original の御質問文にあるように「＞そうするとデジタル信号にもいくつもの種類（カテゴリー）があって、そのカテゴリー間の相互変換」を行う必要があり、Digital Ampligier の中にもそうした変換を行う DDC が内蔵されています。

Digital Amplifier の多くは入力信号をMHz 単位の周波数で表現する 1bit Code に変換し、1bit すなわち Pulse の On/Off だけを行なっています。・・・Pulse 電圧の大きさで音の大小を制御しているわけではなく、極小の時間幅の中に一定の電圧 Pulse をたくさん放出し、電圧/電流変器を介して所定の電圧が発生するようにしているのです。・・・まあ DAC も同じ原理なのですが(^_^;)・・・。

Digital Amplifier は極めて高い周波数の一定 Pulse を常時発振して Audio 波形を形作っていることから電源部を強化しなくても低周波数域の大 Power 連続出力に難なく耐えられるとか、電力変換効率が極めて高いといった長所を持つのですが、一方で高周波数域の再現は荒くなったり、高周波の電波障害を発生させ易いといった短所も持ち合わせています。

PCM DA 信号は 16bit/20bit/24bit、32kHz/44.1kHz/48kHz 及びその 2 倍/4 倍の周波数で規定される Multi Bit 信号と DSD (Direct Stream Digital) と呼ばれる 2.8224MHz/5.6448MHz の 1bit 信号で規定されるものですが、Digital Amplifier はこれらから規定外の規格で動作するものですので、専用の DDC または ADC を内蔵させているものです。

そのため入力端子は「ADC 内臓のものは Analog Line 入力」「DDC 内臓のものは Coaxial Digital や光 Digital の PCM-DA 信号入力」となっている筈で、PCM-DA 信号を入力するものでも内部で DDC によって Digital Amplifier 専用の Digital 信号への変換を行なっています。

Digital も Analog も多くの種類があり、異なる種類の信号系に変換する Converter が Analog から Analog に変換するものならば AAC (Analog Analog Converter)、Digital から Digital に変換するものならば DDC (Digital Digital Converter)、Analog から Digital に変換するものならば ADC (Analog Digital Converter)、Digital から Analog に変換するものならば DAC (Digital Analog Converter) と呼んでいるに過ぎず、同じ AAC/DDC/ADC/DAC だからと言って 入出力の型式まで同じとは限りません。

素敵な Audio Life を(^_^)/

お礼

沢山のことを教えていただき、誠にありがとうございました。　　お蔭様で、不明な点が、かなり明確になってきました。
こうも複雑で、工学的な知識が必要となると、PCオーディオやNETオーディオの世界、ハイレゾリューション音源の音楽について、一般への普及は、まだまだの感がありますねー。　　もっとも、この分野を趣味とする方々にとっては、少しわかりにくい方が、やりがい、とか研究のし甲斐があって、よろしいかもしれませんが、・・・・・。

回答No.4

Yorkminster

>> USB/DDコンバーター　という装置は、・・・（中略）・・・ということなのでしょうか？ //

ちょっと混乱させたかも知れませんが、厳密に言うとそういうことです。

USBというのは、Universal Serial Busの略です。文字通り「ユニバーサル（汎用的）なシリアルバス方式」という意味で、何か特定の信号だけをやり取りする訳ではありません。従って、そもそも「USB入力」という言葉自体が不適切なのです。

USB機器は、ホストとデバイスに分けられます。ホストというのは、たとえばパソコンです。デバイスというのは、たとえばマウスやキーボードです。マウスやキーボードが音声信号を受け取る訳ではないのを見ても明らかなように、USBというのは「線を繋げばおしまい」という代物ではありません。

たとえばマウスをパソコンに繋ぐと、「私はマウスです。xxxx方式での通信を許可して下さい」と申し出ます。それを承けて、パソコン（のOS。たとえばWindows）が「あなたはマウスですね。xxxx方式での通信を許可します」となると、初めて、マウスからパソコンにデータが送信されるようになります。

これと同じく、USBオーディオデバイスも、そのUSB部分は、まさに「USBデバイス」として動いており、USB-DACもUSB-DDCもこの点は同じです。すなわち、「私はUSBオーディオデバイスです。xxxx方式での通信を許可して下さい」と申し出て、パソコンに認証されると、音声信号が送り出されます。

このとき、「USB-DACです」とか「USB-DDCです」とか名乗る訳ではありません。あくまで「USBの規格の中で音声信号を扱うデバイスです」と名乗るだけです。USBオーディオデバイスとパソコンの間でやり取りされるデータの形式は最初から決まっているので、それ以上に詳細を名乗っても意味がないし、むしろパソコンには理解できないので、そういう情報は「有害」なのです。

たとえて言えば、「日本人は日本語しか喋らない」というルールが決まっていたら「私は日本人です」と名乗るだけで良く、「東京都民です」とか「広島県人です」とか言っても、「いや、あなたが日本人かドイツ人かを聞いてるのですが...」という感じです。

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さて、このようにしてUSBオーディオデバイスが受け取った音声データをどう処理するかは、また別の問題です。

通常、このデータはリニアPCM形式です。これをそのまま出力すれば、CDプレーヤーなどの「デジタル音声出力端子」と同じです。このような装置を便宜上「DDC」と呼んでいますが、Convert (変換) している訳ではなくて、「USB上を流れてきた音声信号を垂れ流しているだけ」です。

これに対して、DAコンバータを通してアナログ音声信号を出力するものが、USB-DACです。こちらは文字通りD/A「変換」しているので、ネーミングの問題はありません。

そして、デジタルのまま出力するにせよ、アナログ変換して出力するにせよ、「オーディオしか知らない人」にとってはあたかも「USB端子でデジタル音声信号を入力している」ように見えるということで、「USB入力」などと言っている訳です。

そういう訳で、USB-DDC、USB-DACというのは、「パソコンからPCM音声信号を送り出してもらう交渉をするUSBオーディオデバイス部分」と、「そうやって受け取った音声信号をオーディオ機器に送り出すためのオーディオ機器部分」とに分かれています（1チップで両方の機能を持ったICもあり、簡易的な製品だとそれ1個で済ませていることもあります）。

>> デジタル式のパワーアンプの場合は、PCMデジタル信号をそのまま入力してもよい訳ですから //

これは違います。

いわゆるデジタルアンプは、一般的にはPWM方式で増幅しています。PWMはPulse Width Modulationの略で、アンプなどの増幅回路に関しては特に「スイッチング方式」などと言うこともあります。これは、同じく「デジタル」と言ってもPCMとは全く異なります。従って、デジタルアンプだからといって、PCM信号を入力してそのまま増幅できる訳ではありません。

このため、「デジタル入力付きのデジタルアンプ」でも、内部でいったんアナログ変換したあと、さらにPWM変換するアンプも少なくありません。従ってまた、「USB入力付きのデジタルアンプ」でも、内部ではいったんアナログ変換するのが普通です。

そうではなくて、PCMから直接PWMに変換するアンプを、特に「フルデジタルアンプ」などと呼ぶこともあります。この場合は、まさにPCMからPWMへ「D/D変換」しているとも言えます。

お礼

大変よくわかりました。　　ありがとうございました。　　DDCというネーミングは、文字通りの変換ではなく、入ってきたPCM形式のデジタル信号をそのまま垂れ流しているだけ、ということ、これは知りませんでした。　　世の中には不思議なネーミングがあるものです。　　PCM形式で入ってきたデジタル信号を同じPCM形式で再び送り出しているだけ、ということ、私には、何とも不思議なことをやっているなと思えるのですが、私ごときにはわからない、何か大切な必要理由があるのでしょうね。
ところで、このたび、教えていただいた大切な点は、オーディオのデジタル信号には二つのカテゴリーがあって、
第一のカテゴリーは、PCM形式による信号カテゴリー、　　
第二のカテゴリーは、デジタルパワーアンプの場合、そこを流れるデジタル信号は、パソコンから出てくるPCM型のデジタル信号とは全く異なる、PWM型のデジタル信号であるということ、　この二つの点が、私にとっては大きな収穫でした。　改めて、ありがとうございました。
当然ながら、私ごときには、細かい点は知りませんが、多分、電力増幅という目的には、PCMという変調方式よりも、PWMという変調方式の方が回路技術上、都合がよろしいのでしょうね。　　PWMといえば、かのDSD信号もPWMという変調方式による信号だそうですね。

回答No.3

nijjin

>(1)USBと呼ぶ機能を有し、かつ、(2)DDCという機能をも有するデバイス、つまり、USBとDDCとの二種類の機能を持ったデバイス、ということなのでしょうか？
少々勘違いをしているようですね。
USB DACがUSBから贈られてくるUSBオーディオのデジタル信号をアナログに変換するDACというのは分かりますよね？
USB DDCとはDACのようにアナログにするのではなくデジタルにするのです。
USBオーディオのデジタル信号をCDプレーヤーのデジタル出力のようなオーディオ用のデジタル信号にします。
デジタル・デジタル・コンバータを略してDDCということです。
これにより光や同軸しかないDACへPCから出力できるようになります。
また、DACを自由に選ぶ事もできます。

お礼

ありがとうございます。　　ご指摘いただいた　“これにより光や同軸しかないDACへPCから出力できるようになります”　という点は、初めて知りました。　　つまり、異なるタイプのコネクター相互の変換対策ということでしょうか。

回答No.2

Yorkminster

いくつかの意味があるので簡単には言えないのですが...

「PCオーディオの分野で」ということなので、いわゆるUSB-DDCのことですね。これは、USB-DACと同じく、パソコンのUSB端子から音声信号を取り出すときに、デジタル信号のまま取り出す装置です。既存の家庭用DACを使いたい人などのために製品化されています。

DSDはちょっと特殊なので措くとして、リニアPCMで説明すると、USBポートというのはあくまで「コンピュータの次元」で動いています。すなわち、一般的なオーディオ機器の音声端子・デジタル端子のように、音声信号を直接入出力できる訳ではありません。そこで、リニアPCM信号を「パソコンが取り扱える形」にして、USBに流す必要があります。この過程が全部デジタルのままなので、「デジタル・デジタル・コンバータ」という訳です。

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ただ、これをDDCと呼ぶのは語弊があって、実際にはUSB上を流れているデータもリニアPCMそのものなのです。

USBの場合、オーディオ機器のように「信号をぶち込めば勝手に動く」という訳ではなくて、パソコンとデバイスの間で「送りますよ、良いですか」という了解を得なければなりません。「USB-DDCのUSB部分」がその機能を司っていますが、その後に伝送される音声信号自体は普通のリニアPCM形式です。従って、「USB-DDCのDDC部分」は、受け取ったリニアPCMデータをそのまま出力しているに過ぎず、何も「変換」をしている訳ではないのです。

お礼

ご指導、誠にありがとうございます。　　申し訳ありませんが、良く理解できない点として、USB/DDコンバーター　という装置は、USBタイプという入力端子を有するDDコンバーターデバイス　という意味と、私は理解していたのですが、そうではなく、(1)USBと呼ぶ機能を有し、かつ、(2)DDCという機能をも有するデバイス、つまり、USBとDDCとの二種類の機能を持ったデバイス、ということなのでしょうか？
そうしますと、デジタル式のパワーアンプの場合は、PCMデジタル信号をそのまま入力してもよい訳ですから、DDコンバーターの機能は不要で、USB機能だけが必要、と考えてよろしいのでしょうか？

回答No.1

HAL2（@HALTWO）

Digital Audio 信号は 16bit 48kHz といった PCM (Pulse Code Modulation) 信号と呼ばれるものがあることは御存知と思いますが、これを伝送する信号形式には USB (Universal Serial Bus) 信号や Eathernet 信号、Internet での伝送信号など様々な信号があります。

Analog Audio 信号は電圧や電力の大小に過ぎませんが、これを伝送するのには FM 放送や AM 放送、Phono Equalizer を通さないことにはまともに増幅できない Phono Disc Cartridge か Pick Up された信号など様々なものがあるもの御存知と思いますが、Digital Audio 信号も Data を入れて封をした Folder に記された宛名に従って所定の場所へ伝送されることから、各々の場所で封を入れ替え宛名を書き換えて別の場所に発送されるということを繰り返しています。

勿論、他の回答者さん達が回答されていらっしゃるだろうと思いますが 16bit 48kHz の信号を 18bit や 20bit 或いは 24bit に変換したり 1bit に変換し、Sampling 周波数も 48kHz から 96kHz、192kHz、384kHz などに変換することによって Data そのものも変更されますので Digital から Digital への変換、すなわち DDC (Digital to Digital Conversion) を行う DD Converter が随所に存在するわけです。

DAC の内部も現在の DAC は 16bit 48kHz の信号をそのまま Analog に変換するわけではなく、1bit 信号や 17bit 以上の信号、48kHz の整数倍になる高周波信号に変換してから Analog 信号に変換しますので DDC が入っています。・・・何故、変換するのかは DAC の動作を調べてみれば直に解ります。

DD Converter はこうした 16bit 48kHz の信号を別の型式 (24bit 192kHz など) に変換する機能を持つものと、最初に記したように「中身の Data は書き換えないけれども容器を入れ替える」機能を持つもの、「中身を読み出して不要な文字列 (他の回路を制御する制御 Code など) を省き、時間軸に沿ってきれいに清書し直す」機能を持つものなど様々な機能を持つものがあります。

Tone Control や Phase Shifter といった Effect をかける機器も Digital で処理するからには Digital Code を別のものに書き換える DDC 機能を備えたものと言えますね。

別の形に書き換える演算をすると、例えば割り算では割り切れなくて小数点がたくさん並んでしまうように Data が増えてしまいますので、これを 16bit 48kHz などの元の Format に丸め込むための DDC も必要になります。

PC ならばこれらの機能を全て Software 処理してしまうのですが、Audio 機器は単一機能に絞った IC Chip で処理をしていますので、多くの DD Converter が存在するわけです。

まあ Analog Audio でも同じ波形の伝送を行うのに Tape Recorder やら FM/AM Tuner やら Disc Player やら様々な Media (或いは Signal) Converter を介して Speaker を鳴らしているわけですし・・・。

素敵な Audio Life を(^_^)/

お礼

早速のご指導、ありがとうございます。　　ご指導いただいた内容そのものについては、全部とは言いえませんが、だいたい理解できました。
そうしますと、最近のオーディオパワーアンプでデジタルタイプのアンプという代物を目にしますが、このようなデジタル式のパワーアンプならば、USB-DDCの機能を有するデバイスは不要で、　PCのUSB端子から出てくる　16ビット/44.1キロ　などというタイプのPCM信号を、そのままデジタルアンプに入力すればOK、といえるのでしょうか？