Phillips en Sony hebben ooit bedacht dat muziek niet langer analoog op een lp of tape hoefde te worden opgeslagen, maar dat het best digitaal kan – op een cd. In de vorm van putjes die af te lezen zijn met een laser en waarvan het eindresultaat wordt aangeduid als een nul en een één. Terwijl het resultaat in werkelijkheid spanningsverschillen zijn die door omzetting van het optische lasersignaal naar een elektrische spanning ontstaan.

De ‘0’ heeft een lage waarde in Volts, de ‘1’ een hoge waarde in Volts. Het patroon van de putjes is gevormd door samples te nemen van het analoge signaal, 44.100 keer per seconde voor een cd, en elke sample te verdelen over 16 bits. Denk voor velen gesneden koek en geen nieuws. Helaas is de mens niet in staat bits te horen, dus moet het patroon omgezet worden naar iets dat analoog door een versterker kan en luidsprekers zal aandrijven. Daar komt de digitaal naar analoog omzetter om de hoek kijken. DAC met hoofdletters als ik spreek over een externe DAC, met kleine letters als het gaat om een ingebouwde dac.

Dit artikel verscheen eerder
in het HIFI.NL jubileumboek

Elke cd-speler heeft een dac, elke Minidisc speler, elke DAB radio, telefoon of tablet, pc, tv, alles waarvan digitaal de bron is, daar is een dac voor nodig. Ingebouwd zien we ze niet, hoogstens op plaatjes van het inwendige. Met reclame aanduidingen als bitstream, ladderdac, ringdac, van 16-bit tot tegenwoordig 32-bit of meer.

Er waren en zijn ook losse DAC’s, van heel goedkoop tot extreem duur. Laten we eens inzoomen op het fenomeen externe DAC en daarvan de geschiedenis bekijken. Van vóór het ontstaan van HIFI.NL in 1999 tot waar wij na 2024 nog over zullen kunnen schrijven.

DAC’s en DIP’s

Het was Sony die met de eerste externe DAC op de markt kwam, de DAS-702ES. Veel minder bekend geworden dan de Black Box van Arcam, die een jaar later verscheen en veel meer op de consument was gericht. Mijn eigen digitale avontuur begon pas laat, rond 1990 met een Technics cd-speler. Al vrij snel daarna ontdekte ik het fenomeen losse DAC en kocht ik modellen van Monarchy Audio en het toen razend populaire merk Audio Alchemy.

Een Teac D-T1 DAC koppelde ik aan een Teac VRDS loopwerk. Die VRDS werd later de bron voor M-Audio Superdac 2496 en Apogee MiniDac, twee DAC’s met een oorsprong in de professionele audio. PS Audio, NAD, Naim, Aqua en Esoteric vulden mijn luisterruimte tot een Nederlandse slimmerd onder de naam Metrum DAC’s ging bouwen die gebaande paden verlieten en hier in huis een permanente plaats kregen.

Het waren aanvankelijk niet alleen maar losse DAC’s aan een digitale bron, techniek was best nog krakkemikkig en het digitale signaal moest opgepoetst worden door middel van apparaatjes die het kloksignaal verbeterden. 

PS Audio bracht ze als Digital Lens uit, Monarchy Audio als Digital Interface Processor, het Canadese Sonic Frontiers onder de naam Assemblage en zo waren er meer. Nog steeds zijn ze te vinden van diverse nieuwe merken, maar merendeels voor USB-verbindingen waar meer zorg aan besteed moet worden dan aan de 100 procent beproefde S/PDIF of AES/EBU connecties, optisch, met coax of gebalanceerde kabels uitgevoerd.

Ladders en één-bitters

Laten we teruggaan naar de eerste DAC’s, kijken naar het principe en de merken even vergeten. Die DAC’s werden in eerste instantie uitgevoerd als netwerken met weerstanden. 16 weerstanden per kanaal voor de 16 bits. Onder aansturing van het patroon van de bits werden via elektronische schakelaars poortjes opengezet en werd met een spanningsval over de weerstanden een stroom opgewekt. Met stroom kunnen apparaten niet zo veel, dus ontwikkelde men een I/V omzetter (stroom naar spanning), het aldus ontstane analoge signaal was een recreatie van het oorspronkelijke analoge signaal. Helaas met enig verlies, al beweerden Sony en Philips om het hardst dat de cd een perfect medium was. Leg een aantal weerstanden op een rij op een printplaat en het resultaat ziet eruit als een ladder met de weerstand als sporten. Zie hier de herkomst van de term ladderdac. 

Mijn Sony DAS-702ES was een prachtig apparaat om de ladders in te aanschouwen. Iedereen zal begrijpen dat deze oplossing kostbaar is. De weerstanden moeten voldoen aan zeer hoge eisen en zeer nauwkeurig zijn in waarde, anders is het eindresultaat vervormd. Een oplossing kwam in de vorm van IC’s, chips waarin de weerstanden geëtst zijn op een silicium drager. Beroemde en nog steeds gezochte dac-chips zijn de TDA154x modellen van Philips en van Burr Brown, een PCM63 of PCM 1704.

Doorontwikkeling

Nog steeds werden de weerstanden in een ladder dac met een laser getrimd tot de juiste waarde. Een tijdrovend en kostbaar werkje in een productieproces. Vooral met de toenemende vraag naar digitale elektronica is dat een probleem, productie moest dringend omhoog en de kostprijs omlaag. Let maar eens op, de TDA154x serie van Philips kreeg kroontjes mee als bewijs van nauwkeurigheid. De Triple Silver Crown kwam terecht in de topklasse cd-spelers van Marantz, chips met een lagere nauwkeurigheid vonden hun weg in de goedkope Philips spelers. Idem met Burr Brown PCM63 in J-, K- en P-uitvoeringen.

Om het productieprobleem op te lossen ontwikkelden de chipmakers een Bitstream dac-chip, daarin was slechts één weerstand in gebruik. De stroom van signaaltjes met een hoge en lage waarde gaat er doorheen als DSD en wordt opgebouwd tot een analoog signaal dat er net zo uitziet als dat vanuit een ladder dac. De fabrikanten speelden handig in op de nieuwe techniek. In plaats van de prijs van spelers te verlagen, wat logisch zou zijn omdat een ladder dac-chip al snel 40 dollar kostte en een bitstream dac-chip 1 dollar, werden bitstream-spelers juist duurder. Nieuw en beter, ach nee, nieuw en anders. En nu bitstream met zijn 1-bit techniek er toch was, kreeg de SACD een kans. Op de drager van een SACD staat in plaats van PCM alle muziek opgetekend als DSD en DSD is, u raadt het al, een 1-bit patroon dat zo door de dac-chip heen gaat. Minder bekend zijn voorbeelden van chips waarin de meest significante bits omgezet worden met een ladder, de onderste via bitstream. Merason zweert bij deze chips en heeft een riante voorraad. Ze worden namelijk niet langer door Burr Brown gemaakt.

Is een ladder dac superieur aan een bitstream? Daarover valt uren en dagen te discussiëren zonder een vaste uitkomst. Ik geloof niet dat het één beter is dan het ander. Wel zie en hoor ik verschillen. Heel grof gesteld vind ik een ladder dac puntiger en dynamischer klinken, terwijl een bitstream ronder en vriendelijker speelt. Oei, op deze uitspraak zullen wel reacties op komen. Daarom ga ik mijn antwoord sterk nuanceren...

Ten eerste is de dac-chip slechts een onderdeel van een totale schakeling, ongeacht of die in een losse behuizing een plaats krijgt of in een cd-speler, streamer, DAB radio of andere digitale bron. Een fabrikant kan ervoor kiezen de totale functionaliteit van een chip te benutten of slechts het convertergedeelte, en een eigen schakeling daaromheen te bouwen met digitale klok, first-in, first-out geheugen, PPL-schakeling, up- of downsampling, digitaal filter, enzovoort. Moderne chips kunnen bijna alles in één minidoosjes uitvoeren, maar niet iedere fabrikant wil dat. Juist de complexe omgeving rond de dac-chip bepaalt in hoge mate het analoge eindresultaat.

Vooral ook niet te vergeten de voeding in de DAC, die mag geen jitter veroorzaken, blijft liefst gescheiden in minstens twee delen, voor een digitaal deel en een analoog deel, nummer drie soms nog voor een klok. Zoals altijd begint het met de voeding, is die niet in orde, dan blijft het een krakkemikkige DAC. Derde punt is dat een moderne dac-chip vaak op veel manieren ingesteld kan worden. Een keur aan digitale filters staat de fabrikant van een speler ter beschikking. Soms wordt een vast filter gekozen, soms mag de gebruiker een keuze maken via een menu. Elke filterstand heeft een andere klank, niet schokkend anders, maar wel goed hoorbaar op een transparant systeem. Om al deze redenen kun je een DAC niet beoordelen op zijn chips en dus is een uitspraak over ladder versus bitstream heel erg gevaarlijk.

Meer dan een chip

Het bouwen van een schakeling rondom een dac-chip is een lastige opgave. Niet als je de fabrikant van de chip volgt, wel als je streeft naar een beter eindresultaat. Een paar voorbeelden hoe je tot een analoog naar digitaal converter kunt komen volgen nu. Overigens zonder daaraan en waardeoordeel te koppelen, daarvoor zijn er de reviews.

dCS maakt gebruik van een Ring dac. Dat is een ladder dac, waarbij de weerstanden niet sequentieel worden aangesproken maar random. Chord onderkent dat de verschillende weerstanden niet 100 procent nauwkeurig zijn en spreekt daarom telkens een andere weerstand aan via het elektronische schakelproces. Zo worden minimale onnauwkeurigheden afgevlakt in de conversie. Ook Arcam apparatuur pakt de Chord technologie mee in hun spelers.

De term ring dac laat zich verklaren uit de opstelling van weerstanden in een stervorm. Linn doet dat met zijn Klimax serie weer net wat anders. Ook Linn bouwt een ladder met weerstanden, op de printplaat gesoldeerde mini-onderdelen. Surface Mount Technologie. Linn begrijpt net als Chord het belang van correcte timing in een dac en maakt de printsporen naar elke weerstand precies even lang. 

Nog een ladder, dan kom je terecht bij Metrum Acoustics en Sonnet Audio. Deze Nederlandse fabrikant stelt dat een ladder dac nooit meer dan 16 bit kan zijn, anders verzandt het signaal in ruis. Daarom splitst het signaal aan de ingang in tweemaal 12 bits. Twee ladders staan per kanaal ter beschikking. Elke ladder dac is in staat 16 bit te verwerken, de 4 laagste weerstanden worden dus nooit gebruikt, juist in die laagste zit vervorming en ruis. Het uitgesplitste signaal gaat tegelijk door de ladders, waarbij voor de bovenste 12 bit niets verandert; de onderste 12 bits worden verschoven naar boven en gelijkwaardig. Na conversie zijn de onderste 12 bits ‘te hard’ en met een weerstand worden ze 60 dB verzwakt. 60 dB dynamiek omvang is het maximum met 12 bits.

Naim doet het weer anders. Naim hield in zijn topconverters heel lang vast aan een oude 16-bit ladder dac met een maximale sample rate van 96 kHz. Om toch signalen te verwerken met een hogere sample rate en meer bits maken ze gebruik van een snelle en complexe SHARC-processor die zorgt dat de dac via oversampling meer verwerkt dan standaard. Oversampling is trouwens al oud, Philips deed dat al in zijn eerste spelers die eigenlijk 14-bit converters aan boord hadden. PS Audio doet het weer totaal anders, PS Audio gebruikt FPGA’s, elektronische schakelaars die programmeerbaar zijn. PS Audio doet de conversie op die manier via de software die zij zelf schrijven. Het is wel een DSD-conversie, alle PCM-signalen aan de ingang moeten eerst omgezet worden naar DSD (bitstream). Groot voordeel is dat de DAC’s van PS Audio steeds een update kunnen krijgen van de software als die is verbeterd. Wat ook met regelmaat gebeurt waardoor de DAC steeds beter presteert. Dat omzetten van PCM naar DSD zie je meer, CEN.Grand doet het ook maar laat zich niet vanuit het web upgraden. Zo maakt iedere fabrikant zijn eigen keuzes.

Een extra vermelding dient gemaakt te worden over DAC’s met een eigen volumeregeling. In het begin van het DAC-tijdperk kon het volume geregeld worden aan de digitale zijde. Dat deed men door te gaan werken met extra bits (tot 32) om die vervolgens weg te snoepen. Dat gaat een tijdje goed, maar haal je te veel bits weg omdat zacht gespeeld moet worden, dan gaat het fout en tast je uiteindelijk de 16 muziekbits aan. Alternatief is een volumeregelaar opnemen in het analoge deel van de DAC. Een echte potmeter of een ladder met weerstanden in een chip met daarbij elektronisch schakelen. Dus geen tweede DAC, het is een verzwakker. In dit soort DAC’s zijn vaak naast de digitale inputs een set analoge ingangen te vinden, zodat-ie echt als lijnversterker kan werken.

Een heel fraaie oplossing bedacht Metrum. Over een ladder dac staat een referentiespanning. Door het verhogen van de referentiespanning wordt het uitgangssignaal sterker en andersom. De dac-chip merkt geen verschil, er worden geen bits gesnoept en in het analoge circuit zit geen extra component. De dac-chips worden soms wel gebufferd voor een lage uitgangsimpedantie en het kunnen leveren van voldoende signaal aan de versterker.

Blijvers?

Na de opkomst van streamen is de grote vraag of een losse DAC nog wel past bij moderne audio. Het aanbod is verschraald en spitst zich grotendeels toe op twee segmenten. De DAC’s met een lage prijs, veelal voorzien van een hoofdtelefoon aansluiting en in gebruik voor onderweg of thuis. Muziek komt uit een pc, tablet of telefoon, desnoods is er een streamingfunctie ingebouwd. Voor een paar honderd euro heb je al heel fijne spelers. Een enkeling waagt zich nog aan een DAC in een prijsklasse van duizend euro, gaat wat verder met zijn techniek en voegt eigen elektronica toe aan de dac-chip voor een betere geluidskwaliteit. Dan is er het hogere segment. Maar ook daar zie je een steeds verdere integratie van streamer of cd-loopwerk met een DAC. Niet langer twee of meer kastjes maar één totaaloplossing. Voor de audiofiel, de man of vrouw die kastjes spaart, maximale keuzevrijheid wenst en de hoogste kwaliteit wil, zijn er nog DAC’s te koop.

Metrum, Sonnet, Chord, Aqua, MSB, Wadax, Merason, McIntosh, Moon, Lumïn, Matrix, Auralic, Audio Analogue en Esoteric zijn enkele namen die veelal opduiken en vers in mijn geheugen zitten. Soms met een streaming module erin, waarmee het eigenlijk een netwerkspeler is met ingangen. Of het is een endpoint dat gebruikt kan worden voor ROON software. Vaker zie ik de trend om een versterker uit te rusten met een dac-chip en zo extra functies te bieden aan de klant. Hierbij wordt een wisselend resultaat gehaald, vaak is de interne dac leuk voor tv-geluid of gaming, maar van hoogwaardige conversie kun je niet spreken. Ongeacht de vaak waanzinnige specificaties van 768kHz/32bit – de goede en serieuze fabrikanten uitgezonderd. Opvallende namen in conversiechips die ingezet worden zijn ESS Sabre, AKM of Burr Brown dat eigendom is geworden van Texas Instruments. De makers van ladder converters maken die onder hun eigen naam. Veel ladder DAC’s komen uit China waarin met trots op foto’s de rijen weerstanden worden getoond. Overigens, dat 24- of zelfs 32-bit ladder DAC’s kunnen werken is te danken aan datamanipulatie met snelle processoren die in 1999 nog ondenkbaar was.

Een losse DAC kan zeer de moeite waard zijn voor een muziekliefhebber die een kostbaar systeem heeft staan. We hebben het dan steeds over DAC’s die starten rond de 3.000 euro en waarvan het prijskaartje bij MSB en Wadax kan oplopen tot in de tonnen. Dat gegeven koppelt een losse DAC aan audiosystemen waarvan de componenten gelijksoortige prijzen dragen. Een DAC van 500 euro gaat uw systeem van 25.000 euro niet verbeteren. Een externe DAC van 5.000 euro heeft andersom geen zin in een set van 10.000 euro.

Een losse DAC is bijvoorbeeld ook heel fijn als u een streamer, cd-loopwerk, tv en andere bronnen digitaal wil aansluiten. Een losse DAC met volumeregeling kan een eindversterker aansturen of actieve luidsprekers met een analoge ingang. Dat scheelt een lijnversterker en het scheelt interne dac’s in alle bronapparaten. Dus als u vraagt: ‘heeft de losse DAC een toekomst?’, dan is mijn antwoord ‘ja’ – met een ‘maar’. Ze zijn dunner gezaaid dan ooit, ze staan bij weinig dealers op de plank, ze nemen een extra plek in op het audiorek, extra interlinks zijn nodig net als een afgeschermd netsnoer. Edoch, ze presteren vaak beter dan een ingebouwde dac, hebben een eigen voeding, zijn specifiek ontwikkeld voor hun taak, niet meegekomen als bijproduct en voor de onrustige audiofiel: je kunt af en toe een andere DAC kopen zonder de bronnen te vervangen.

Mijn twee externe DAC’s laat ik mij niet afnemen en tot nu toe steken ze vrijwel altijd uit boven een geïntegreerde oplossing in een cd- of netwerkspeler. Ook in 2025 en verder, daar ben ik van overtuigd.