Convertisseurs (DAC) digitales-analogiques

Qu'est-ce qu'un convertisseur DAC ?

Un DAC, ou Digital-to-Analog Converter (convertisseur numérique-analogique) désigne un composant électronique dont le rôle consiste, comme son nom l'indique, à transformer un signal numérique (une suite de 0 et de 1) en signal analogique. 

Concrètement, le signal numérique provient de la source sonore, qu'il s'agisse d'un fichier MP3, d'un CD audio, d'un service de streaming comme Spotify ou Tidal ou encore d'un Blu-Ray. Ces sources codent le son sous forme binaire. 

Or, ce format numérique, s'il présente des avantages indéniables pour le stockage et la transmission des données, doit être converti en signal électrique analogique continu pour pouvoir être lu par les différents maillons de la chaîne hi-fi et ultimement restitué par les enceintes.

C'est exactement la mission du DAC : transformer le signal binaire en variation électrique analogue, compréhensible par les amplificateurs et enceintes. Plus précisément, le DAC va convertir le format binaire du fichier source en impulsions électriques d'intensité variable, reflétant ainsi toute la complexité du morceau.

En définitive, sans ce maillon de conversion essentiel qu'est le DAC, impossible de restituer les subtilités musicales d'un morceau et de profiter pleinement de votre installation hi-fi.

Pourquoi utiliser un DAC externe ?

Aujourd’hui, la conversion numérique-analogique est, généralement, directement intégrée dans les lecteurs CD ou les cartes son d’ordinateur. Toutefois, la quête du son parfait a poussé les fabricants à proposer des DAC externes, commercialisés séparément. 

En effet, les contraintes de coût, d’espace et d’alimentation imposent de nombreux compromis aux DAC internes, bridant leurs performances.

À contrario, un DAC externe bénéficie généralement d’une conception optimisée pour la haute-fidélité. Son unique fonction étant la conversion, l’intégralité des ressources peut y être dédiée : composants haut de gamme, alimentation stabilisée de haute qualité, horloge audio précise, isolation des circuits de traitement du signal, etc.

Résultat : une restitution audio plus précise et détaillée. Les passionnés y trouvent leur compte, qu’il s’agisse d’une meilleure séparation stéréo, de basses profondes et texturées ou de médiums et aigus limpides. 

Autre bénéfice, la connectique étendue des DAC externes. Il est ainsi possible de les associer à une grande variété de sources, qu’il s’agisse d’ordinateurs, de lecteurs réseau, de TV, consoles de jeux ou platines vinyle avec préampli intégré. 

Comment fonctionne un DAC ?

Derrière l’apparente simplicité de la conversion numérique-analogique se cache en réalité tout un processus complexe, visant à restituer avec précision tous les détails du morceau. Voyons comment procède concrètement un DAC.

Tout d’abord, le signal numérique issu de la source sonore est transmis au DAC, via un câble USB, câble optique ou coaxial selon les entrées disponibles. Ce signal prend classiquement la forme d’un flux PCM (Modulation par Impulsions et Codage) composé de « paquets » d’informations.

Le DAC doit ensuite décoder ces données grâce à une horloge ultra-précise qui lui sert de référence temporelle. Cette étape de « reconditionnement » du signal est déterminante pour garantir une synchronisation parfaite. 

Dans un second temps, un convertisseur numérique-analogique va transformer chaque mot de 16 à 32 bits du flux numérique en un échantillon de tension électrique équivalent. Pour cela, il possède en interne un convertisseur, des condensateurs de lissage et un amplificateur de sortie. 

Ainsi, le DAC calcule une amplitude en volt pour chaque échantillon temporel, produisant ainsi en sortie un signal électrique analogique, fidèle reflet des variations sonores d’origine. Ce signal sera alors amplifié puis transmis aux enceintes afin de retrouver sa forme audible.

Le fonctionnement en apparence basique d’un DAC fait ainsi appel à des technologies de pointe pour restituer toute la magie musicale.

Les différents types de convertisseurs DAC

Il existe plusieurs types de DAC différents : 

Le DAC audio USB 

Modèle le plus répandu, le DAC USB se branche à un ordinateur via une connexion USB. Pratiques et bon marché, ces DAC délivrent un son de qualité et proposent généralement des fonctionnalités étendues : amplificateur intégré, réglages audio poussés, compatibilité haute définition, etc.

Le DAC sans fil  

Certains DAC misent sur la connectique sans fil en Bluetooth ou Wi-Fi. Outre la suppression des câbles, ils offrent beaucoup de flexibilité d'utilisation. 

Le DAC Hi-Fi  

Il désigne des convertisseurs numérique-analogique haute-fidélité, aux performances audio extrêmes. Issus des meilleures marques spécialisées dans le son, ils conjuguent souvent design raffiné, composants haut de gamme et fonctionnalités étendues. Le nec plus ultra pour les passionnés exigeants ! Connectique classique en USB/S/PDIF, alimentation stabilisée, châssis en aluminium massif... aucun détail n’est laissé au hasard !

Comment bien choisir son DAC ?

La fréquence d'échantillonnage

La fréquence d'échantillonnage, exprimée en kHz ou MHz, détermine le nombre de fois par seconde que le convertisseur va analyser (échantillonner) le signal numérique entrant. 

Ainsi, plus cette fréquence est élevée, plus le nombre d'échantillons pris en compte sur une seconde de musique sera important. Ainsi, à 384 kHz, le DAC va reconstruire le signal audio à partir de 384 000 échantillons par seconde, contre 192 000 à 192 kHz ou 44 100 à 44,1 kHz.

Cette finesse d'analyse accrue se traduit par une restitution sonore de meilleure qualité. En captant davantage de « points » pour reconstituer la courbe du signal, le DAC parvient à une reconstruction plus précise des variations, et donc une reproduction plus fidèle aux subtilités de l'enregistrement original.

Si les CD audio utilisent classiquement une fréquence de 44,1 kHz (soit le minimum requis pour englober l'intégralité du spectre audio humain), les DAC haute-résolution modernes montent aujourd'hui couramment à 384 kHz voire 768 kHz. De quoi garantir un son extrêmement détaillé et riche en harmoniques.

La résolution 

La résolution fait référence au nombre de bits utilisés pour numériser chaque échantillon sonore.

Plus ce nombre est important, plus la quantification de l'amplitude du signal à chaque instant donné pourra être fine. En effet, un bit ne pouvant coder que deux états (0 ou 1), chaque bit supplémentaire double le nombre de paliers d'amplitude disponibles.

Ainsi, une résolution de 16 bits permet de coder 216 = 65 536 niveaux différents tandis qu'une résolution de 24 bits offre 224 = 16 777 216 nuances d'intensité !

Concrètement, cette finesse accrue dans l'analyse des variations du signal audio permet de restituer des détails très subtils sans distorsion, ainsi qu'une dynamique étendue entre les sons les plus doux et les plus intenses.

Si le CD audio 16 bits / 44,1 kHz est longtemps resté la norme, la plupart des DAC modernes adoptent désormais une résolution minimale de 24 bits, voire 32 bits sur des modèles très haut de gamme. De quoi garantir un souffle, des nuances et une immersion exceptionnels !

La distorsion harmonique

La distorsion harmonique renseigne sur la déformation ou l'altération du signal sonore lors de la conversion numérique-analogique. Elle correspond à l'apparition de nouvelles fréquences parasites qui viennent polluer le spectre original.

Plusieurs phénomènes au sein du DAC peuvent causer cette distorsion : saturation des circuits, dérive temporelle de l'horloge numérique, non linéarité des convertisseurs N/A, etc.

Cette dénaturation va se traduire lors de l'écoute par des artefacts, une coloration artificielle du son, une diminution de la dynamique, ou une mauvaise séparation stéréo. Au final, la restitution audio sera moins précise et moins fidèle à la source.

Heureusement, des DAC élaborés avec des composants de très haute qualité et un design optimisé permettent de minimiser ce taux de distorsion harmonique, en le faisant descendre en dessous de 0,001%. 

Moins le taux est élevé, plus la conversion et donc la restitution sonore seront fidèles. 

La connectique

La connectique du DAC doit permettre de raccorder facilement toutes vos sources audio numériques. Parmi les interfaces les plus répandues :

• - USB : l'USB (type B ou USB-C le plus souvent) permet de relier un ordinateur ou un streamer multimedia directement en USB. C'est l'une des connexions numériques les plus répandues.
• - S/PDIF optique : cette entrée/sortie optique Toslink permet de raccorder de nombreux appareils (TV, console de jeux, lecteur réseau, etc.) pour transférer le signal audio numérique.
• - S/PDIF coaxial : il s'agit d'une connexion numérique par câble coaxial, permettant là aussi de récupérer le flux binaire de différentes sources comme les lecteurs CD.
• - AES/EBU : il s'agit d'une interface audio numérique professionnelle assurant des transferts de très haute qualité entre équipements.

Idéalement, un DAC doit disposer au minimum d'entrées USB, S/PDIF optique Toslink et S/PDIF coaxial pour assurer une large compatibilité avec vos sources numériques.

L’alimentation

L’alimentation électrique est un élément très important dans le fonctionnement d’un convertisseur DAC. En effet, la précision des circuits internes repose sur une parfaite stabilité de la tension d’alimentation délivrée.

Or, le courant fourni par le secteur peut subir des fluctuations ou être parasité par des interférences électromagnétiques indésirables (bruit). Ces déviations, aussi minimes soient-elles, peuvent dégrader la qualité de conversion du DAC et introduire des distorsions.

C’est pourquoi les modèles les plus performants adoptent une alimentation stabilisée de haute qualité. Celle-ci combine généralement un transformateur torique, des condensateurs buffers et des régulateurs discrets à faible bruit.

L’objectif ? Fournir en permanence la tension idéale aux différents circuits, sans variation ni parasite. Ce courant « propre » garantit alors une conversion optimale et une restitution audio de toute pureté.

Certains DAC haut de gamme vont même plus loin, en isolant complètement leur alimentation du secteur avec des batteries ou des alimentations à découpage. Une quête de perfection, pour un son sans aucun compromis !

La prise en charge du DSD

Le DSD (Direct Stream Digital) est un format audio haute-résolution permettant une qualité de son sans précédent. Plébiscité par les studios d'enregistrement audiophiles, il est natif du Super Audio CD (SACD).

Contrairement au classique PCM, le DSD code l'amplitude du signal sonore de manière différente et utilise une très haute fréquence d'échantillonnage (2,8 MHz ou 5,6 MHz).

Pour restituer ces fichiers DSD dans les meilleures conditions, un DAC doit intégrer un système de conversion dédié. Certains modèles économiques se contentent d'une conversion descendante en PCM, mais ce processus réduit inévitablement la richesse du format natif.

Aussi, pour profiter d'albums en DSD sans rien perdre de leur dynamique et de leur spectrum harmonique extrêmement étendu, il est préférable d'opter pour un DAC haute-résolution compatible nativement. 

Grâce à des composants spécifiques (filtre analogique dédié notamment), votre convertisseur sera alors capable de décoder directement le flux DSD dans son format original. 

Grandes marques et modèles emblématiques de DAC

Sur le marché des convertisseurs numérique-analogique haute-fidélité, quelques marques de renom se distinguent en proposant des modèles devenus de véritables références. Petit aperçu des ténors du genre :

La marque britannique Chord fait figure de pionnière dans les DAC haut de gamme destinés aux passionnés les plus exigeants. Ses modèles se caractérisent par une électronique d’avant-garde, à l’image du Qutest : ce petit boîtier au design épuré intègre un savoir-faire unique avec le convertisseur breveté WTA, synonyme d’une musicalité et d’une dynamique extraordinaires.

Autre modèle de légende : l’Ayami mk2 du fabricant grec Ideon Audio. Véritable bijou de technologie avec sa conception entièrement symétrique et son horloge à rubidium ultra-précise, ce DAC délivre une scène sonore d’une incroyable richesse. Les notes de piano frôlent ici la perfection en suspens.

Enfin, le constructeur croate Rockna ne possède pas la même renommée mais propose avec son Wavelight l’un des tout meilleurs DAC du marché. Derrière ses allures sobres, ce convertisseur recèle une électronique d’une redoutable efficacité : neutralité absolue, distorsion quasi nulle et musicalité jamais prise en défaut !

Voilà donc trois modèles signatures qui font rimer innovation technologique avec magie musicale. De quoi combler les mélomanes les plus exigeants !