Introducción a los DAC: Guía para entusiastas de los auriculares | Parte 2

En la Parte 2 de nuestra guía «Introducción a los DAC», exploramos cómo funcionan los DAC, incluido el muestreo, los filtros, las funciones y los conjuntos de chips.

En Parte 1 de “Introducción a los DAC: guía para entusiastas de los auriculares”, discutimos los archivos digitales creados a partir de audio analógico. Estos archivos vienen en una variedad de formatos, tamaños y calidad. Van desde el mp3 con poca pérdida hasta tipos de archivos de alta resolución recientemente certificados. También analizamos cómo se conecta un DAC, tanto digitalmente a la fuente como conexiones analógicas a la salida.

Ahora es el momento de mirar dentro del DAC y examinar cómo el archivo digital se convierte en sonido analógico.

¿Por qué agregar un DAC?

La adición de un DAC externo está únicamente en el ámbito de los entusiastas o audiófilos. Para la gran mayoría de las personas, el conector para auriculares de su teléfono proporcionará una calidad de reproducción de música absolutamente aceptable.

Las razones básicas para agregar un DAC externo se pueden resumir como:

1. Para resolver problemas de audio.
2. Para mejorar el rendimiento del audio.
3. O para agregar funciones y soporte de archivos.

Con la mayoría de los equipos modernos (a menos que no funcione correctamente), es probable que el DAC interno funcione lo suficientemente bien como para evitar problemas de audio importantes, como ruido (silbido audible) o artefactos (clics, chasquidos o chirridos) en el proceso de conversión digital a analógico. Entonces, probablemente la razón menos probable por la que seleccionará un nuevo DAC es para resolver un problema de audio.

La mejora del audio siempre está en el oído del espectador. Un DAC bien diseñado es solo una parte de la cadena de audio. Igual de importante para el sonido final es la calidad del material fuente, el amplificador y los propios auriculares.

Soy un firme creyente de que cualquier otra parte de la cadena es secundaria a las cosas que convierten físicamente la señal en ondas de sonido, es decir, los propios auriculares.

Al elegir un DAC externo, es importante tener en cuenta las características y especificaciones del dispositivo. Con la llegada de nuevos formatos de audio digital, como audio de alta resolución, DSD y MQA, y la creación de nuevos protocolos inalámbricos (Bluetooth), la compatibilidad con estas funciones se convierte en un factor importante en la selección de un nuevo DAC.

Por supuesto, si posee una biblioteca de archivos digitales o está suscrito a un servicio de transmisión en línea, es importante que su DAC sea capaz de procesar y convertir correctamente el formato y la calidad de los archivos.

Para resumir todo, un nuevo DAC debería ofrecerle una mejora notable en el sonido o debería admitir las funciones que desea pero que actualmente no tiene. Parece bastante simple.

Tipos de DAC externos

DAC de escritorio o estéreo doméstico

Un modelo DAC de escritorio o estéreo doméstico generalmente está diseñado para ser estacionario. Esto significa que puede ser bastante grande y pesado (aunque no tiene por qué serlo). Puede presentar múltiples conexiones de entrada digital para computadoras y dispositivos estéreo digitales (como reproductores de CD, reproductores de DVD o transmisores de música).

Dicho esto, hay muchos que solo tienen una única entrada digital USB para una conexión de computadora.

Las unidades DAC de escritorio generalmente se alimentan enchufándolas a un tomacorriente de pared (en lugar de alimentarse con baterías) y pueden tener un control remoto, un conector para auriculares y un control de volumen.

DAC portátiles

Por el contrario, los DAC portátiles están diseñados para ser mucho más pequeños para facilitar la movilidad. Están destinados a ser conectados a teléfonos, tabletas y transportes digitales.

A transporte digital es un producto bastante nuevo que admite la reproducción de archivos digitales, pero no contiene DAC ni amplificador interno (piense en un reproductor de mp3 sin conector para auriculares). Contará con salidas digitales para conexión a un DAC. El reproductor de audio digital xDuoo X10T II es un ejemplo de dicho dispositivo.

Reproductores de audio digital, o DAP, suelen ser una combinación de una fuente, un DAC y un amplificador en un solo dispositivo. Por lo general, no tienen salidas digitales para conectarse a un DAC externo. El atractivo típico de los DAP (en lugar de usar un teléfono como fuente) es un espacio de almacenamiento más grande y una calidad de sonido mejorada.

Muchos DAC portátiles tienen aproximadamente el tamaño de un teléfono o una baraja de cartas con una batería interna para que puedan conectarse fácilmente a la fuente portátil (a menudo con el uso de bandas elásticas especializadas).

Algunos son incluso más pequeños (aproximadamente del tamaño de una memoria USB o del tamaño de un dongle de iPhone) sin batería interna. Este tipo más pequeño es, obviamente, aún más portátil y conveniente para conectar y usar, pero dado que requiere la fuente de energía, afectará el tiempo de funcionamiento general de la batería de la fuente.

Combinaciones de DAC/amplificador

Es muy común que los DAC externos también incluyan un amplificador interno y un conector para auriculares. La mayoría de las unidades también contarán con un control de volumen, pero algunos de los dispositivos portátiles más pequeños (como el Libélula Audioquest serie) son controlados por volumen por la propia fuente.

Una unidad integrada excluye la necesidad de otro dispositivo en la cadena, a saber, un amplificador de auriculares dedicado separado (a menos que los auriculares lo necesiten para una amplificación adecuada como resultado de requisitos de potencia o impedancia). Muchos dispositivos combinados DAC/Amp se pueden usar como un DAC independiente omitiendo o desactivando la sección del amplificador.

¿Cómo funciona un DAC?

Hemos analizado detenidamente el proceso ADC (Conversión de analógico a digital) y lo que se requiere para crear un archivo digital de la más alta calidad. Ha obtenido archivos FLAC de 24 bits/768 kbps de sus álbumes favoritos. Ha invertido en audífonos de la más alta calidad que pueda pagar. Ahora quiere asegurarse de aprovechar al máximo la música.

Es hora de que el DAC dé un paso al frente y tome toda esa información digital y la vuelva a convertir en audio analógico. El trabajo del DAC es convertir los bits de datos del archivo de audio digital y crear una señal eléctrica analógica. Esta señal luego se alimenta a un amplificador para auriculares o altavoces.

En un mundo perfecto, esta conversión sería impecable y simple. Habría una «mejor» forma universalmente acordada de decodificar lo analógico de lo digital. La conversión sería libre de errores e impecable. Todos los DAC admitirían todos los tipos de archivos digitales.

No vivimos en un mundo perfecto. No debería sorprender que los DAC difieran en características, soporte de tipo de archivo, calidad, metodología y arquitectura.

Calidad de sonido DAC

Es importante recordar que cada vez que una señal se convierte de analógica a digital (AD) o de DA, se produce un deterioro y una pérdida. En cada punto de conversión, el dispositivo puede tener una calidad diferente e introducir errores en la cadena de reproducción (que pueden o no ser audibles).

Esto es análogo al ‘juego del teléfono’ en el que se susurra un mensaje al oído de un niño parado al frente de una fila de niños. Cada niño (o punto de conversión en nuestro ejemplo) escucha el mensaje y, a su vez, lo susurra al siguiente niño en la fila. El niño final, al recibir el mensaje, lo escribe y se compara el mensaje final con el original.

Según el número y la calidad de los puntos de conversión, la señal final puede verse significativamente alterada con respecto a la original.

Errores DAC

El término de error más común que aparece es estar nervioso. La fluctuación puede denominarse ‘ruido de fase’ o ‘errores de sincronización’ y da como resultado fallas audibles en la señal. Estos fallos pueden sonar como cambios momentáneos en el tono cuando las muestras no se producen en el momento adecuado.

Jitter era más común en los primeros días de la implementación de DAC, pero esencialmente no es un problema con los DAC modernos. No es algo por lo que recomendaría estar demasiado preocupado.

La razón principal por la que la fluctuación es principalmente un problema teórico (más allá de las mejoras generales en la calidad del DAC) es que las notas más vulnerables a la fluctuación tienen las longitudes de onda más cortas. Estas notas de súper alta frecuencia tienden a estar por encima del rango del oído humano. Este es un caso en el que un problema definido en papel probablemente no sea audible.

Los errores adicionales acreditados al DAC rara vez son culpa del propio DAC, pero a menudo surgen de limitaciones en el archivo de audio digital. Causa de frecuencias de muestreo insuficientes aliasque es un efecto que hace que diferentes señales y frecuencias se vuelvan indistinguibles.

Y como discutimos, la profundidad de bits insuficiente comprimirá el rango dinámico requerido para una reproducción precisa.

Filtración

Muchos DAC utilizan filtros para reducir el jitter y los errores de aliasing y para eliminar cualquier artefacto o ruido. Los filtros se pueden aplicar antes de que la señal se decodifique en el DAC (digital) o después (analógico). Los filtros digitales generalmente se implementan en un chip, mientras que los filtros analógicos se componen de componentes como condensadores, amplificadores operacionales, inductores y resistencias.

Los filtros pueden ayudar a nivelar los pasos entre las muestras de audio digital para construir una señal analógica suave desde la entrada digital. En este caso, la secuencia de muestras pasa por una especie de filtro de paso bajo llamado a filtro de reconstrucción (o suavizado).

Los filtros digitales son esencialmente un algoritmo matemático diseñado para mejorar el sonido. Las frecuencias de muestreo aumentadas mejoran la precisión de la reproducción digital, pero aun así, algunos datos se pierden en el proceso. Un filtro ‘inteligente’ analiza los datos antes y después del paso actual y utiliza esta información para predecir mejor el comportamiento adecuado. Rellena los huecos.

En el ejemplo más simple, podemos imaginar una muestra digital de 3 puntos. Estos puntos representan una onda de audio analógico. La onda de audio original puede ser una línea recta, una señal de onda curva o una onda cuadrada, todas las cuales suenan muy diferentes. Depende del DAC averiguar cuál es la opción más probable y utiliza filtros para predecir o hacer una «suposición fundamentada».

Conformación de ruido es un filtro diseñado para aumentar el rango dinámico y la relación señal/ruido de la señal resultante. Empuja el ruido a frecuencias menos perceptibles y lo reduce para sonidos de frecuencias más bajas.

Los diferentes fabricantes de DAC utilizan diferentes algoritmos de filtrado digital y diferentes componentes de filtrado analógico y, como habrás deducido, (quizás sutilmente) sonarán diferentes entre sí.

Sobremuestreo y sobremuestreo

Ambos sobremuestreo y sobremuestreo son el proceso de aumentar la frecuencia de muestreo de la señal original. Son un tipo de procesamiento de señal digital (DSP) realizado en los datos de audio. Si bien en un sentido matemático describen esencialmente el mismo proceso, tienden a discutirse en diferentes contextos.

Debido a las afirmaciones cuestionables, y probablemente exageradas, de mejora del rendimiento de algunos proveedores, el muestreo ascendente es un tema un poco controvertido.

AudioScienceReview ha declarado sin rodeos que: “No hay ningún valor en el sobremuestreo. El mejor de los casos es que obtienes lo que pones allí. El peor de los casos es alguna pérdida”.

El sobremuestreo no agrega ninguna información nueva a la señal original.

Existe un beneficio potencial para que la fuente aumente la muestra antes de enviarla al DAC. Se pueden obtener mejoras si el filtro en el programa de muestreo superior funciona mejor que el filtro en el DAC. Por supuesto, lo contrario también es cierto.

El sobremuestreo utiliza una tasa más alta que la que requiere el convertidor A/D o D/A y reduce los efectos del ruido aumentando la SNR (relación señal a ruido). Por cada factor de cuatro de sobremuestreo, ganamos 6 dB de reducción de ruido, lo que equivale aproximadamente a un bit de información.

Más allá de las mejoras audibles, al reducir los requisitos de filtrado, el proceso de sobremuestreo ha reducido el costo de los componentes DAC.

Hay algunos ‘puristas del audio’ que afirman la superioridad de los DAC sin filtro y sin procesamiento adicional. La creencia es que cualquier filtrado pierde la sustancia de la señal analógica original.

Arquitectura DAC

Como sabemos, todas las conversiones de digital a analógico no son absolutamente perfectas. Todo el proceso depende de la aproximación a la onda de la señal analógica original con cierto grado de precisión.

Un DAC se implementa utilizando un chip convertidor o componentes analógicos en un circuito electrónico. Sin embargo, ese chip no es lo único que importa en la calidad de la reproducción de audio. La elección e implementación de todos los componentes (como la fuente de alimentación y la etapa de salida) significa que dos dispositivos diferentes que usan el mismo chip DAC pueden tener diferentes medidas, calidades y sonido.

Todos los componentes del DAC juegan un papel en los atributos finales de cómo funciona y suena.

DAC de escalera de resistencia a resistencia (R2R)

A Resistencia a resistencia (R2R) CAD es una solución notablemente simple al complejo concepto de convertir una señal digital en una analógica. En un DAC R2R, muchas resistencias están dispuestas en una estructura en forma de escalera, pero solo se utilizan dos valores de resistencias.

La señal pasa pasivamente a través de las resistencias sin procesamiento. Esta simplicidad genera más beneficios, como velocidad, precisión y (potencialmente) bajo costo de implementación.

DAC Delta-Sigma

La base de delta-sigma La arquitectura DAC se basa en un concepto desarrollado originalmente en la década de 1930. A medida que el costo de producir chips de procesamiento de alta velocidad se redujo en la década de 1980, se lanzó el conjunto de chips DAC delta-sigma. El diseño delta-sigma utiliza un procesamiento intensivo para convertir señales digitales en analógicas y, como resultado, requiere potentes chips informáticos.

Es posible que haya visto algunos de los nombres específicos de fabricación para la conversión delta-sigma en los reproductores de CD. Phillips lo llama ‘Bitstream’ por su tecnología DAC de 1 bit, mientras que Technics/Panasonic (Matsushita) lo llama ‘MASH’.

Delta-sigma es más preciso en la parte superior de su rango dinámico (SONIDOS ALTOS) pero puede perder resolución en los niveles de señal más bajos (sonidos suaves). Está diseñado para reducir la cantidad de bits requeridos al eliminar de manera más eficiente el ruido extraño. Esto mejora la relación señal-ruido (SNR).

Parte del proceso de conversión delta-sigma utiliza ruido rosa de alta frecuencia (similar a las fuentes de alimentación conmutadas), por lo que el proceso requiere filtrado, sobremuestreo y modelado de ruido. Este filtrado adicional potencialmente introduce más errores (como el cambio de fase) en la señal de salida.

multibit

La última actualización de la tecnología DAC se llama multibit, popularizado por Schiit Audio. Los DAC multibit son un tipo de DAC R2R y tienen un circuito de entrada de bit y un circuito de salida analógica por longitud de bit. Es decir, un DAC Multibit de 20 bits tendrá 20 salidas analógicas y 20 entradas.

Los DAC multibit son dispositivos inherentemente de CC y usan modulación de código de pulso (PCM), que representa el audio como muestras de la amplitud de la señal.

Los DAC Delta-sigma realizan su decodificación usando un modulación de densidad de pulso (PDM) señal. Un DAC delta-sigma descarta la muestra PCM original cuando se convierte a PDM, a diferencia del Multibit que conserva la señal PCM original.

MultiBit normalmente se combina con un ‘Formulario cerrado‘ filtro digital diseñado para eliminar la fluctuación digital y se afirma que supera las capacidades de un convertidor normal.

R2R vs Delta-Sigma: ¿Cuál es mejor?

Claramente, los dos tipos principales de DAC se implementan de formas muy diferentes. No debería sorprender que ambos tengan ventajas e inconvenientes. Existen partidarios apasionados en ambos lados.

¿Pero uno debe sonar mejor que el otro? En verdad, no es tan simple.

Los críticos de los DAC delta-sigma señalarán la manipulación de datos y caracterizarán a los DAC delta-sigma como sintéticos y planos, carentes de coherencia y precisión. Los fanáticos promocionarán la claridad y la presentación detallada del audio.

Los partidarios de R2R DAC promocionan la pureza de la señal y la falta percibida de aspereza o congestión. Los detractores dirán que R2R sufre errores de linealidad y falta de resolución.

Las especificaciones de los DAC delta-sigma se ven mejor en papel, pero eso no cuenta toda la historia. El rendimiento de un DAC es la suma de todos los componentes y diseños involucrados y existen implementaciones excelentes (y no tan buenas) de ambos tipos de DAC.

Si bien es posible evaluar críticamente ejemplos individuales de cada tipo y compararlos, dudaría en generalizar en función de ejemplos singulares.

DAC FPGA

Hay otra arquitectura DAC alternativa (pero algo menos común) disponible. Popularizado por Chord Electronics y su diseñador principal Rob Watts (aunque utilizado por otras compañías como PS Audio), el diseño evita la arquitectura y el chip DAC típicos y utiliza un Matriz de puerta programable de campo (FPGA) chip.

El chip FPGA no es específico de DAC, pero es un chip informático potente de uso general que se puede programar para varios propósitos. El alto poder de cómputo de este tipo de chip viene con un par de inconvenientes: a saber, el consumo de calor y energía. Sin embargo, a Rob le apasionan mucho los beneficios de este diseño:

Otras características únicas de los diseños de Chord son el uso de niveles extremadamente altos de sobremuestreo (2048 veces) y de toques (que son órdenes de magnitud más que los 128 que se usan normalmente). Muchos de los diseños de Chord utilizan filtros de modelado de ruido personalizados para adaptar aún más la salida de sonido.

Fichas DAC

Es difícil hablar específicamente sobre los propios chips DAC. Como he tratado de enfatizar, la implementación es importante. Las generalizaciones sobre qué chip o marca específica suena mejor simplemente no son posibles en un nivel objetivo.

Echando un vistazo a los productos DAC populares y bien revisados, es posible ver qué fabricantes y modelos de chips están actualmente en uso. La tecnología ESS y su serie SABRE de chips DAC de audio son actualmente muy populares.

En años pasados, parecía que los chips Texas Instruments Burr-Brown y Cirrus Logic Wolfson estaban en casi todos los componentes de audio digital, pero el campo es mucho más diverso en estos días.

El siguiente cuadro no pretende ser una lista completa de todos los DAC disponibles. Más bien, puede funcionar como una forma rápida de identificar los DAC que tienen funciones que le interesan y que comparten el mismo conjunto de chips básico.

DAC, Chip, MQA, DSD, Gráfico de frecuencia de muestreo/profundidad de bits

Interpretación subjetiva del rendimiento de DAC

¡El rendimiento sónico del DAC es asombroso! El nivel de nitidez y detalle es asombroso. Los instrumentos se destacan por la ausencia de congestión y dureza. Las voces se ubican claramente en el espacio y el escenario sonoro es más profundo y más amplio que los modelos DAC de la competencia. Las señales espaciales y la dinámica se mejoran drásticamente en comparación con los modelos menores.

¿Algo de esto te suena familiar? Es probable que haya leído una o dos revisiones de DAC que dicen algo similar a lo anterior. ¿El crítico realmente escuchó estas cosas? ¿Es sesgo de expectativa? ¿El crítico es realmente bueno en la jerga de «audiófilo»? ¿Cómo demonios midieron objetivamente estas cosas?

Analizar el rendimiento de DAC puede ser un proceso muy subjetivo. Sitios como Audio Science Review intentan adoptar un enfoque objetivo midiendo cosas como la distorsión, SINAD, jitter, rango dinámico, etc., y comparándolos con una gran lista de otros DAC que han medido.

Si bien es bueno en un sentido comparativo, es importante recordar que las diferencias medidas pueden o no ser audibles. Incluso cuando las diferencias son audibles, pueden o no sonar ‘mejor’ o ‘peor’, sino simplemente ser ‘diferentes’.

Es muy poco probable que un DAC moderno y de alta calidad suene ‘mal’, y los gradientes de sonido ‘bueno’ pueden ser muy finos. Todos tenemos preferencias. Hasta que tenga la oportunidad de escuchar muchos equipos diferentes con una configuración de auriculares muy reveladora, puede ser casi imposible percibir mejoras significativas entre los DAC.

Claramente, es mucho más fácil comparar DAC en especificaciones técnicas, soporte de tipo de archivo, profundidad de bits, frecuencia de muestreo, etc. que en rendimiento de audio. Dado que estamos hablando principalmente de auriculares (y si planea usar el amplificador de auriculares incorporado dentro del DAC), la calidad, la impedancia y la potencia del amplificador pueden tener un impacto mayor en el sonido final que el propio chip DAC.

Conclusión

Creo que un pequeño resumen de algunos de los aspectos más destacados del artículo está en orden.

• Un DAC interno es parte de cada dispositivo que reproduce un archivo digital y que tiene salidas de altavoz o auriculares.
• Agregar un DAC externo puede, pero no siempre suene mejor que usar el del dispositivo.
• La calidad del archivo digital es extremadamente importante, ya que un DAC excelente no hará que un archivo digital pobre suene mejor (y puede servir para resaltar las fallas).
• No todos los DAC que comparten el mismo chip DAC sonarán igual, ya que son la suma de todos sus componentes, diseño y arquitectura.
• Los DAC modernos (y que funcionan correctamente), aunque se basan en diferentes chips y arquitecturas, incluso a precios muy diferentes, no tienden a sonar radicalmente diferentes.
• Los amplificadores/DAC combinados son comunes para el uso de auriculares y el componente del amplificador es tanto o más importante que la sección DAC en el sonido general.
• Es más fácil elegir un DAC (o reducir las posibilidades) en función de especificaciones como la compatibilidad con el tipo de archivo y las medidas técnicas, en lugar de la «calidad del sonido».

• Solo tú sabes lo que te suena MEJOR.

Entonces. Hice una pregunta al principio del artículo. ¿Necesito comprar un DAC externo?

No sé. ¿Tú?

¿Estás buscando reproducir tus viejos archivos mp3 con pérdida y esperas un mejor sonido? (Un nuevo DAC no ayudará). ¿O está buscando sumergir su dedo del pie en el audio de alta resolución y tratar de obtener lo último en rendimiento de audio en la configuración de sus auriculares? ¿Tu antiguo DAC no funciona correctamente o estás buscando reproducir un formato de archivo de alta resolución específico?

Investigue y reduzca sus opciones según las características y especificaciones únicas del DAC. Si no está utilizando un amplificador externo, preste mucha atención a las especificaciones del amplificador integrado para que coincida bien con sus auriculares.

No me malinterpretes. No digo que todos los DAC suenen exactamente igual. Estamos firmemente en la tierra de exprimir los últimos puntos porcentuales de rendimiento. Los DAC de alta calidad pueden ser audiblemente mejores porque están mejor diseñados. Es posible que estén mejor protegidos contra el ruido o que el chip DAC funcione más cerca de las especificaciones ideales del fabricante.

Los DAC más caros a menudo admitirán una mayor cantidad de tipos de archivos y mayores profundidades de bits y frecuencias de muestreo. Por lo general, tendrán más entradas digitales y salidas analógicas. Pueden tener filtros seleccionables por el usuario u otras formas de modificar la salida de audio. Muchos entusiastas desearán un dispositivo con la mayor cantidad de opciones.

Otras personas solo quieren que el DAC haga su trabajo y desaparezca en la cadena de audio. Tal vez el soporte abundante de archivos y la alta profundidad de bits sean importantes para usted, pero solo si son invisibles para el usuario final. Diablos, no quiero escuchar mi DAC. Solo quiero escuchar la música.

Tienes que preguntarte qué es importante para ti. ¿Qué quieres de un DAC? Luego pregúntese si vale la pena el precio de una actualización. O tal vez ese pequeño DAC/Amp dentro de su teléfono está manejando sus auriculares eficientemente bien.