DAC audio: che cos'è, come funziona e quando serve

Il DAC audio è il componente che trasforma la musica digitale in un segnale elettrico che cuffie e altoparlanti possono riprodurre. Ogni dispositivo che suona file o streaming ne contiene almeno uno: lo smartphone, il computer, il televisore, il lettore CD. Negli ultimi anni però si parla sempre più spesso di DAC esterni, piccoli e grandi, e la domanda nasce spontanea: che cosa fa esattamente un DAC audio e quando ha senso usarne uno separato?

Che cos'è un DAC audio

DAC è l'acronimo inglese di digital-to-analog converter, cioè convertitore digitale-analogico. La voce della Britannica sulla conversione digitale-analogica la definisce come il processo con cui segnali digitali, che hanno uno stato binario, vengono convertiti in segnali analogici, che in teoria possono assumere infiniti valori. Nel caso dell'audio i dati sono una lunga serie di campioni, chiamata PCM: misure dell'onda sonora prese a intervalli regolari, decine di migliaia di volte al secondo.

Il DAC legge questi numeri e genera, per ciascuno, un livello di tensione corrispondente. Un filtro successivo leviga il risultato e restituisce un'onda continua, la stessa che era stata misurata in fase di registrazione. Senza questo passaggio, cuffie e diffusori non saprebbero cosa farsene di una sequenza di bit.

Come funziona un DAC audio: campionamento e bit

Due parametri definiscono un segnale audio digitale. La frequenza di campionamento indica quante misure si prendono al secondo: il CD usa 44.100 campioni al secondo, e per il teorema del campionamento questo permette di rappresentare frequenze fino a circa 22.000 hertz, al di sopra del limite tipico dell'udito umano, collocato intorno ai 20.000 hertz. La profondità in bit indica invece con quanta precisione si scrive ciascuna misura: ogni bit aggiunge circa 6 decibel di gamma dinamica teorica, per cui 16 bit corrispondono a circa 96 dB e 24 bit a circa 144 dB.

Un buon DAC deve fare due cose: convertire ogni campione nel valore giusto e farlo esattamente al momento giusto. Le piccole irregolarità nella temporizzazione del clock, chiamate jitter, alterano la forma dell'onda ricostruita; per questo la qualità dell'orologio interno è una delle caratteristiche su cui i progettisti lavorano di più.

Le principali architetture

Esistono diversi modi di costruire un convertitore, e in ambito audio se ne incontrano soprattutto due. Il tutorial di Analog Devices sui DAC binari e la rete a scala R-2R spiega come quest'ultima usi resistenze di due soli valori, in rapporto di 2 a 1. Un altro tutorial dello stesso produttore, dedicato ai DAC a sovracampionamento, osserva che oggi la maggior parte dei DAC nei lettori CD è di tipo sigma-delta.

Il tipo di architettura, da solo, non dice se un DAC suona bene o male: contano la qualità dell'implementazione, l'alimentazione, il clock, i filtri e lo stadio di uscita.

DAC integrato o DAC esterno

Il DAC integrato in un telefono o in una scheda madre deve stare in pochissimo spazio, accanto a circuiti digitali rumorosi e con un'alimentazione condivisa. Nella maggior parte dei casi fa il suo lavoro in modo più che dignitoso. Un DAC esterno porta la conversione fuori da quell'ambiente e, spesso, aggiunge un amplificatore per cuffie più robusto.

Un DAC esterno ha senso soprattutto in alcune situazioni:

• l'uscita cuffie del computer produce fruscii, ronzii o disturbi legati all'attività del sistema;
• il dispositivo non ha più l'uscita jack e si vuole usare cuffie cablate;
• si vuole collegare un computer o un televisore a un amplificatore che ha solo ingressi analogici;
• le cuffie richiedono più potenza di quella che l'uscita integrata riesce a fornire.

I collegamenti più comuni sono USB, per computer e smartphone, e le uscite digitali ottica e coassiale, presenti su molti televisori, lettori e console. All'uscita il DAC fornisce un segnale analogico a livello di linea, da mandare a un amplificatore, oppure direttamente un'uscita cuffie se integra un amplificatore.

DAC audio e cuffie Bluetooth

Con le cuffie senza fili il discorso cambia. Lo smartphone trasmette il segnale in forma digitale, compresso da un codec Bluetooth, e la conversione in analogico avviene dentro le cuffie, che hanno un proprio DAC e un proprio amplificatore. Un DAC esterno collegato al telefono quindi non ha alcun effetto sull'ascolto in Bluetooth: serve solo per cuffie e impianti collegati via cavo.

Come leggere le caratteristiche di un DAC audio

Le schede tecniche riportano alcune sigle ricorrenti. Il rapporto segnale/rumore (SNR) e la gamma dinamica indicano quanto il segnale utile sovrasta il rumore di fondo: valori più alti sono migliori. La distorsione armonica totale più rumore (THD+N) misura quanto il segnale in uscita si discosta da quello ideale: qui conta il valore più basso. Le frequenze di campionamento e le profondità in bit supportate dicono quali file il DAC è in grado di ricevere, ma non ne descrivono da sole la qualità.

Va ricordato che i numeri dichiarati non sempre sono misurati nelle stesse condizioni da un produttore all'altro, e che oltre una certa soglia un valore migliore sulla carta non si traduce più in una differenza che l'orecchio riesca a cogliere in un ambiente domestico.

Domande frequenti

Serve un DAC esterno per ascoltare musica lossless?

No. Qualsiasi DAC moderno è in grado di riprodurre file con qualità CD. Un DAC esterno diventa utile quando l'uscita integrata è rumorosa, poco potente o assente, oppure quando si vogliono riprodurre file ad alta risoluzione che il dispositivo non gestisce.

Che differenza c'è tra DAC e amplificatore?

Il DAC converte il segnale da digitale ad analogico; l'amplificatore lo rende abbastanza forte da muovere cuffie o altoparlanti. Molti apparecchi per cuffie integrano entrambe le funzioni nello stesso dispositivo.

Un DAC esterno migliora le cuffie Bluetooth?

No. Con il Bluetooth il segnale arriva alle cuffie in forma digitale e viene convertito dal DAC che si trova al loro interno: un DAC collegato al telefono non entra in gioco.

Lo smartphone ha un DAC?

Sì, ogni smartphone ne ha uno. Nei modelli senza jack, per ascoltare con cuffie cablate la conversione avviene nell'adattatore da USB-C a jack, che contiene un piccolo DAC, oppure nelle cuffie stesse se si collegano direttamente in USB.