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Comprendre les convertisseurs numérique analogique ou DAC et leurs utilisations

Retour à une rubrique que nous avons délaissée avec un petit article sur les DAC, qui nous l'espérons, apportera quelques éclaircissements à nos lecteurs peu familiarisés avec la technique et intéressera aussi les autres !

Par Philippe Daussin | Pratique | 16 septembre 2016
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Qobuz

Commençons par le début en définissant ce qu'est un convertisseur numérique analogique ou DAC (pour Digital to Analog Converter en anglais) ?

- Un convertisseur analogique numérique est un appareil électronique qui transforme des signaux audio numérique en provenance d'un lecteur de CD, DVD, ou encore d'un ordinateur, en signaux audio analogiques, lesquels deviennent donc audibles et peuvent être écoutés par tout moyen de reproduction sonore.

- On appelle aussi convertisseur analogique numérique ou DAC la puce électronique qui est le cœur de cette opération de conversion mais qui ne peut être utilisée isolément.

On notera que tous les appareils de reproduction sonore traitant des données audio ou audio vidéo, comme les lecteurs de CD, de DVD, de Blu Ray, ou encore les lecteurs MP3 et baladeurs audio numérique ou les ordinateurs, intègrent des DAC, bien que pour les ordinateurs on parle plutôt de carte son, même si celle-ci ne prend pas forcément la forme d'une carte, comme dans les ordinateurs portables.


L'expansion des DAC

Alors que les DAC, en tant qu'appareils autonomes, étaient encore relativement rares il y a cinq ou six années de cela, leur nombre a véritablement explosé depuis avec l’avènement de la musique sous forme dématérialisée et son écoute aussi bien chez soi qu'en mobilité, et ce nombre ne cesse de croître.

Les ordinateurs ainsi que les disques durs et clefs USB sont également devenus des espaces de stockage pour les fichiers musicaux, ceux-ci pouvant être téléchargés sur les sites musicaux (comme Qobuz !) ou encore provenir de CD rippés, et leur lecture peut se faire directement sur ces ordinateurs via les média players comme Windows Media Player ou iTunes.

Cependant, comme la qualité sonore des ordinateurs laisse souvent à désirer, l'utilisation d'un convertisseur numérique analogique externe se reliant en USB et améliorant la qualité sonore, que ce soit via son raccordement à un ensemble Hi-Fi ou en écoute au casque, permet de profiter pleinement de ses fichiers audio numérique. Ces DAC sont aussi souvent équipées d'entrées S/PDIF, coaxiale ou optique, afin d'offrir de plus grandes possibilités de raccordement avec des sources numériques classiques disposant de sorties S/PDIF.

De plus en plus de DAC sont également compatibles avec les smartphones et les tablettes sous iOS et sous Android, via l'utilisation d'un adaptateur OTG pour ces derniers, et du Camera Connection Kit pour iOS ou, beaucoup plus rarement en utilisant le cordon USB Apple si le DAC est muni d'une entrée USB A Apple iOS compatible.


L'utilisation des DAC

Comme nous venons de le dire, certains DAC peuvent être utilisés avec un PC, un Mac, et aussi avec un smartphone ou une tablette sous iOS ou Android.
Ils peuvent alors servir de carte son à tous les logiciels gérant de l'audio, en particulier les média players, lecteurs audio logiciels (Foobar2000, Audirvana...) ou encore l'Application Qobuz.

► Avec un PC, il faut installer des drivers qui sont généralement fournis par le fabricant de l'appareil sur un CD, on peut alors choisir le DAC comme carte son par défaut en allant dans le panneau de configuration ou le sélectionner dans le lecteur média que l'on utilise, ou, avec l'Application Qobuz, dans le Qobuz Desktop, en allant dans les préférences, périphérique de sortie audio.

► Avec un Mac, il n'est pas nécessaire d'installer de driver et on choisit le DAC comme carte son en allant dans préférences système, son, sortie. Pour l'Application Qobuz, on va dans préférences dans le Qobuz Desktop, puis on choisit le DAC dans périphérique de sortie audio.

► Avec un smartphone ou une tablette sous Android, on utilise un cordon OTG et la détection du DAC se fait automatiquement. Le smartphone ou la tablette demande alors si on veut utiliser ce DAC par défaut avec tel ou tel logiciel audio, comme par exemple USB Audio Player Pro s'il est installé. Avec l'Application Qobuz Android, le DAC fonctionne alors également sans que l'utilisateur ait à intervenir.

► Avec un smartphone ou une tablette sous iOS, il faut (à de rares exceptions près lorsque le DAC est équipé d'une entrée USB A compatible Apple) utiliser le Camera Connection Kit Apple et le DAC est également reconnu automatiquement s'il est compatible, sinon un message est affiché. On choisit ce DAC en le sélectionnant dans les options Airplay, en particulier avec l'Application Qobuz pour iOS.


Le fonctionnement d'un DAC

Ci-dessous, le synoptique d'un DAC dans l'une de ses formes les plus simples qui soient, entrées USB et S/PDIF et sorties analogiques stéréo, ceci afin d'illustrer les différents blocs nécessaires et suffisants au fonctionnement d'un DAC, la partie micro contrôleur n'étant elle-même pas indispensable (par exemple le Oelbach XXL DAC Ultra où les commutations sont réalisées par hardware et qui ne dispose d'aucun affichage).


L'entrée USB permet de brancher un ordinateur, et, suivant les modèles de DAC, un smartphone ou une tablette sous Android.

- L'entrée USB est gérée par le processeur USB qui dispose généralement de trois horloges, une pour son fonctionnement et deux horloges (22,579 Hz et 24,576 MHz) pour se synchroniser avec les diverses fréquences d'échantillonnage des signaux audio numérique (44,1, 48, 88,2, 96, 176,2, et 192 kHz). Celui-ci va recréer à partir des données transmises par la liaison USB le bus I2S nécessaire au fonctionnement de la puce de conversion numérique analogique.

Les fréquences de 22,579 Hz et 24,576 MHz correspondent respectivement à 512 fois 44,1 Khz et 512 fois 48 kHz. Ces valeurs ont été choisies parce que 512 est une puissance de 2 (2 puissance 9), ce qui permet, en divisant ces fréquences par 2 autant de fois que nécessaire, d'obtenir les différentes horloges de reconstruction du bus I2S.

Les entrées S/PDIF coaxiale et optique servent à raccorder un lecteur de CD, de DVD, ou même un ordinateur si celui-ci possède une sortie S/PDIF (cas de certains Macbook dont la sortie casque est combinée avec une sortie S/PDIF optique)...

- C'est une puce spécialisée portant le nom de DIR en anglais (Digital Interface Receiver) qui commute les signaux S/PDIF, les gère et reconstitue le bus I2S.

- Cette puce ne possède généralement pas d'horloge car elle reconstitue les horloges dont elle a besoin a partir du signal S/PDIF

► Après commutation, le bus I2S correspondant à l'entrée sélectionnée est traité par la puce de conversion numérique analogique ou DAC.

- C'est au sein de cette puce que les signaux analogiques codés par les signaux audio numérique, et reçus sous forme de bus I2S, sont reconstitués.

► Un filtre passe-pas, réalisé la plupart du temps avec des amplificateurs opérationnels, élimine ensuite toute trace de bruit (imputable aux opérations de conversion) sur les signaux analogiques issus de la puce de conversion numérique analogique.

On notera qu'avec certains modèles de DAC (Cirrus Logic, AKM) intégrant des filtres passe-bas dits filtres à capacité commutée (SCF, ou Switched Capacitor Filter en anglais), ce filtre peut être omis.

► Un circuit de mute (silencieux) coupe les sorties audio analogiques quand cela est nécessaire (mise en marche, changement d'entrée) afin d'éviter les bruits désagréables dans les enceintes ou le casque.

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