Внешний Аудио ЦАП, качественный звук-просто и доступно.

Автор: saschai
Опубликовано 20.09.2013
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2013!"

Здоровья и долголетия всем!

       Очень долго думал, к чему отнести эти устройства к цифровой или аналоговой технике. В итоге, склонился к мысли, что результат преобразования, аналоговый сигнал, и качественный звук, соответственно и категория, все таки аналоговая :)) .

       Скорее всего, данная статья, малоинтересна специалистам в этой области, она, в первую очередь, нацелена в помощь тем, кто хочет сделать первый шаг... .

       Часть вступительная, ностальгическая (для прочтения необязательная)

       Так случилось, что моя молодость прошла в аналоговую эпоху. Аналоговые, компьютеры(да были такие), аналоговый звук и даже сигареты аналоговые :)) . Сейчас такие слова, как сквозной канал, стеклоферрит, Хромдиоксид, Металл, думаю, многим, мало что скажут, а в те годы, это были составляющие воспроизведения звука высокого качества. Жизнь была не такой «сумасшедшей», от процесса слива с винила на пленку получали истинное удовольствие, и пару часов, потраченного на это времени, было совершенно не жалко. Музыку слушали, вернее так, СЛУШАЛИ, сидя на диване, кресле, надев наушники, это был ПРОЦЕСС. Иногда под что нибудь, с закусочкой в хорошей компании и музыка была составляющей этой компании, а не фоновым приложением, иногда, «стекля» чертежи для очередного курсовика :)) , под «Pink Floyd» в предвкушении, вот сейчас, вот этот проигрыш, и вот эти мурашки по спине. Но жизнь очень быстро меняется, к сожалению, ключевое слово здесь «быстро». Наступила эпоха цифры, кассеты, винил и бобины заменили компакт диски. «Музыка нуля и единицы» (название статьи в журнале Радио)Вот оно счастье истинного меломана, никаких потерь, чистый, честный звук, быстрая перемотка с трека на трек, быстрая запись, 2-х скоростные, 4-х скоростные...52-х скоростные рекордеры, все быстрее и быстрее. А вот уже сегодня, и жизнь диктует новые условия, все еще проще, практичнее, быстрее, доступнее, твердотельные накопители и формат МП3, слушаем в метро в машине, на работе. Что слушаем? А не важно, главное, что что то «бундосит» и «колбасит» в уши, ритм без содержания, ритм нашей жизни!

Вот только, иногда, так хочется остановиться...

       Часть вторая, описательная.

       Что такое ЦАП(DAC), понятно из расшифровки аббревиатуры, цифро аналоговый преобразователь (digital analog converter). Аудио ЦАП (АЦАП), то, что позволяет нам преобразовать цифровой массив, в звуковую информацию, приемлемую для человеческого уха. Соответственно чем выше характеристики этого АЦАП, тем точнее, будет преобразована цифровая информация и тем ближе(допустим музыкальный фрагмент), будет воспроизведен к изначально оцифрованному варианту. К сожалению, я никогда не причислял себя к людям, которые могут, что то толково объяснить или чему то научить. По этому не буду даже пытаться, есть желание ознакомиться с теорией, формулами, графиками и диаграммами, воспользуйтесь услугами поисковых систем. Сегодня очень много, действительно профессиональных сайтов, повещенных данному вопросу, которые объясняют принцип работы, основные различия и характеристики различных микросхем ЦАП. Это очень большой материал, в мою статью, в необходимом объеме, просто не влезет, а пройтись по верхам, думаю, оно того не стоит. И еще, мне всегда, больше импонировала практика... .

       АЦАП сегодня окружают нас, в том или ином виде, всюду, начиная с «навороченных» DVD, HD и т.п. и заканчивая детскими игрушками и музыкальными открытками. К сожалению, жесточайшая конкуренция заставляет производителя, при проектировании новых изделий принимать во внимание особые условия, и определяющей характеристикой стала себестоимость изделия и цена продажи, соответственно экономия на всем, к сожалению в ущерб качеству. Конечно, на рынке представлены изделия, высочайшего качества, ручной сборки и настройкой, но купить эти «шедевры», позволить себе, могут очень немногие. Выход, попытаться решить проблему самостоятельно.

       Предлагаю вашему вниманию внешний S/PDIF, Toslink, USB АЦАП начального уровня, построенный на доступных, во всех отношениях, деталях. Тем не менее данный ЦАП обладает очень высокими характеристиками и приятным, а самое главное качественным "голосом".

   Небольшие пояснения:

   Внешний — Цап выполненный как отдельное, функционально законченное устройство, есть еще категория встраиваемых, они предназначены для замены плат ЦАП заводского производства, в CD проигрывателях, на более качественные.

   S/PDIF - цифровой аудио интерфейс разработанный фирмами SONY/PHILIPS, предназначен для передачи цифрового сигнала между аудио устройствами.

   Toslink - интерфейс по назначению, аналогичный S/PDIF, но передача цифрового потока осуществляется при помощи оптоволоконного кабеля.

   USB – тут немножечко покривил душой, на самом деле ЦАП не считывает напрямую данные с USB, для этого служит еще одна микросхема, выделенная в отдельное устройство, которая преобразует цифровой поток от компьютерного порта в сигнал S/PDIF, а уже тот подается на вход ЦАП.

Маленькая ремарка, ЦАП - микросхема, которая преобразует цифровой сигнал в аналоговый, кроме того ЦАП - совокупность микросхем и деталей(законченное устройство), по этому, если мы говорим ЦАП, то речь идет именно об устройстве, если же речь пойдет непосредственно об микросхеме, это будет обговорено отдельно.

Все вышеописанные интерфейсы очень полезны и служат для передачи данных от источника, на котором храниться наша цифровая аудио информация, до нашего ЦАП. К счастью в большинстве современных устройств присутствует, хотя бы один из этих выходов, а значит, нам не составит труда подключить наш ЦАП к CD или DVD плееру или к тому же HD проигрывателю. Возможность же подключения по USB позволяет хранить большую аудио коллекцию в формате FLAC(аудио-кодек для сжатия аудиоданных без потерь) и прослушивать ее, в высоком качестве, непосредственно с компьютера.

       Часть третья, что там внутри, разбираемся со схемой.

       На сегодняшний день самыми недорогими, из заслуживающих внимания, являются микросхемы фирмы Cirrus Logic, кроме того данные микросхемы можно без проблем приобрести во многих магазинах , они есть в наличии и под заказ. Для этого проекта я выбрал топовую микросхему, данного производителя, CS4398 и в пару к ней микросхему ресивера CS8416. Мс CS4398 имеет выход по напряжению, преобразователь ток-напряжение и ФНЧ у нее встроенные, что еще более упрощает схему, хотя, многие считают, что это является спорным решение, в плане качества этого встроенного преобразователя.

На рис.1 представлена принципиальная схема описываемого устройства. Я постарался все максимально упростить и не применять дефицитные или дорогостоящие схемные решения.

Сигнал от источников приходит на цифровой ресивер на мс CS8416. Микросхема включена по стандартной схеме в Хардварном режиме, задействовано три входа, один из них под Toslink, два под S/PDIF. Выбор активного входа осуществляется джамперами 1;2. Светодиод VD3, сигнализирует об отсутствии сигнала на выбранном входе. Далее сигнал поступает на микросхему ЦАП CS4398, собственно, которая и производит преобразование цифрового потока в аудио сигнал. С выхода микросхемы ЦАП сигнал поступает на вычитатель дифференциальных сигналов и на линейный выход. Питание «цифровой» части ЦАП осуществляется от четырех линейных стабилизаторов LM317L, Для питания аналоговой части используется двухполярное питание напряжение плюс-минус 15В, в качестве стабилизаторов использованы 78L15 и 79L15 соответственно. Цифровая и аналоговая земли разделены ферритовой бусиной.

      Схема источников питания и первичных стабилизаторов на рис. 2

Все выпрямители, желательно выполнить на Диодах Шоттки.

       На рис.3 модуль переходника USB – S/PDIF. Модуль выполнен на мс PCM2704/5.

Данная микросхема, представляет собой, кроме преобразователя сигнала, функционально законченный АЦАП с интерфейсом USB, в одном корпусе и может, сам по себе, послужить отличной альтернативой, встроенным звуковым карточкам в десктопах, ноутбуках и нетбуках. То есть в рамках этой стати, можно сказать, представлены два независимых, родственных устройства :)) . Схема аналогична той, что в Даташите в варианте питания от USB, тот себя добавил, разделение цифровой и аналоговой земли и ферритовую бусину по питанию. Плюс к этому индикация включения. Данная м/с так же есть в наличии у многих продавцов и стоит достаточно недорого.

       Часть четвертая, посвящена конструкции и деталям.

       ЦАП смонтирован на печатной плате из двухстороннего фольгированного текстолита размером 58х138мм, рис.4

Плата изготовлена при помощи лазерно-утюжной технологии(ЛУТ). К сожалению все мс используемые в проекте имеют корпус формата 28-TSSOP , и сделать плату такого формата методом ЛУТ достаточно сложно, но нет ничего невозможного, просто потребуется больше времени и усилий. В устройстве применены, плоскостные SMD резисторы формата 0805, в аналоговой части высокоточные резисторы MELF формата 0204, возможна замена на СМД резисторы формата 1206, класс точности 1% . Можно применить и 5%-ые, но с жестким отбором. Керамические SMD конденсаторы формата 0805. Электролитические конденсаторы Panasonic и Sanyo, пленочные Wima FKP2 и Arcotronics. В законченном варианте ЦАП, я остановился на варианте со сдвоенным операционным усилителем AD823, при ограниченном бюджете, рекомендую, очень неплохо сыгравший, MC33078. При всех условиях, по возможности, лучше послушать и другие варианты, подбор ОУ дело индивидуальное и достаточно увлекательное :)).

       Плата переходника USB - S/PDIF, изготовлена аналогичным образом и имеет размер 27х69мм, рис. 5. Монтаж плотный, но серьезных проблем не вызывает.

       Свой вариант платы источников питания и первичных стабилизаторов, я не выкладываю, думаю никакой сложности для проектирования она не представляет, кроме того, логичнее делать ее под имеющиеся у вас электролиты, диоды и радиаторы(последние особо не нужны, но поставить стоит). Ток потребления устройства, в целом не превышает 150мА(это с запасом), трансформаторы подойдут маломощные. Настоятельно рекомендую поставить два трансформатора, с двумя независимыми обмотками в каждом, один для цифровых цепей, другой для аналоговых.

       Часть пятая, немного о звуке.

       На многих форумах идут жаркие споры, сторонников и противников микросхем ЦАП фирмы Cirrus Logic. Как правило, мнения диаметрально противоположные. Я же придерживаюсь того мнения, что восприятие звука очень субъективно и всегда найдутся те кто проголосует за или против. Любой ЦАП это как скрипка великих мастеров прошлого, Гварнери, Амати, Страдивари. Все скрипки внешне почти одинаковы, но каждая скрипка обладает своим голосом и имеет свои предпочтения. Так и про различные ЦАП, нельзя сказать что один хуже другого, просто они звучат по разному и какой то лучше справляться с одним материалом, хуже с другим, другой наоборот, а с учетом субъективности понятия «правильный звук», думаю, что найти универсальный ЦАП, звучание которого понравиться всем, достаточно проблематично.

       Впрочем вернемся к нашему подопечному. Я специально не стал напрямую сравнивать его с более серьезными ЦАП, это было бы не совсем корректно в силу упрощенной схемы и платы домашнего приготовления. Но звучание ЦАП мне очень понравилось, хорошая детализация, локализация, объем, звук чистый, прозрачный. Низы собранные и присутствуют в должном объеме. Теперь по предпочтениям, если Вы любитель сложной классической музыки и оперных арий, то к сожалению, это не конек данного ЦАП. Джазовые композиции тоже где то на 4 с минусом, зато Блюз зазвучал достаточно необычно и можно сказать, так даже, в некоторых местах интересно. Рок на твердую четверочку, но тут надо слушать, кое что очень даже.... Электронная музыка, прошла просто на Ура! С огромным удовольствием заново послушал диск инструментальной группы «Зодиак» «Музыка во Вселенной». Жан-Мишель Жарр, сыграл совершенно по другому, слегка непривычно, но тем не менее мне понравилось. Вот, что действительно является коньком данного ЦАП, это «колбаса» и современная «клубная» музыка, я не являюсь поклонником данного стиля, зато в семье есть настенный ценитель и эксперт, который и вынес итоговую оценку :).

Понятно, что мое мнение может и не совпасть, с другими оценками, но для устройства, общей стоимостью, менее 1000руб РФ, все очень достойно. Кроме того данный ЦАП можно рассматривать как первую ступеньку, высокой лестницы ведущей к мечте об идеальном звуке :))

       Ну и напоследок. Очень характерно, что многие производители, элитной техники, так же не обошли стороной этот ЦАП. Выпущено более десятка моделей CD проигрывателей, с CS4398 в главной роли, причем стоимость большинства из них превышает 100 000 рублей РФ. Кроме того, данный комплект, очень популярен у Китайски мастеров, тут конечно каждый сам принимает решение, но если стоимость готовой платы ЦАП, Китайского производства, ниже отпускной цены производителя, на комплект мс при заказе от 1000шт., вероятно, что то тут не так :)) .

       Часть шестая, самая маленькая, заключительная.

       Плата спроектирована немного на «вырост». Можно поработать с настройками. Для любителей управлять всем и вся, есть возможность Подключить Микроконтроллер, кстати, это, по моему, единственный комплект микросхем, где и мс ресивера и мс ЦАП поддерживают и шины SPI и I2C. При программном управлении, помимо доступа ко всем функциям и настройкам, мы дополнительно получаем четыре цифровых входа. Еше, желательно поставить реле, которое будет управляться от ног мс ЦАП Mute. Задача реле прижимать на землю выход ЦАП, при активном состоянии на этих ногах.

Файлы:
Печатные платы в формате Sprint Layout 6

Все вопросы в Форум.