Декодер звука своими руками

ЦАП — своими руками

Автор: CODE43
Опубликовано 12.09.2012
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2012!»

Итак, прежде всего, хочу выразить большую благодарность хорошему человеку (в целях конспирации не называю, кто это :)), который в рамках новогоднего проекта Кот-Мороз 2012 прислал мне подарок. Кроме прочих полезностей, внутри обнаружился чип PCM1794 от Burr-Brown. Здоровый интерес взял верх, и я, отложив в сторону все, чем занимался до этого, начал искать информацию о том, что это такое и с чем его едят. Выяснилось, что данный чип применяется для построения высококачественных цифро-аналоговых преобразователей, которые преобразуют цифровой аудио-поток в аналоговый аудио-сигнал с максимально возможным качеством. Также выяснилось, что подобные устройства от ведущих производителей (Cyrus, Cambridge Audio, Hegel и др.) стоят очень немалых денег, как и сам чип не дешевый. Интерес возрос вдвойне – за что аудио-маньяки и аудиофилы готовы отдавать бешеные деньги – за красивую оболочку и дизайн или все-таки за действительно качественный звук?

Данная область электроники для меня оказалась новой и, чтоб сильно не углубляться в дебри цифро-аналогового преобразования (как выяснилось потом, углубиться все-таки пришлось), решил сначала поискать в сети готовые самодельные конструкции ЦАП. Прежде всего, искал конструкции с применением имеющегося у меня чипа. Как выяснилось, данная тема активно развивается на разных форумах о качественном звуке (в частности – Вегалаб). Просмотрев несколько схем, отчаялся – так как, мне оказалось проблематично на территории Украины приобрести необходимые комплектующие. Но, как это часто бывает, чисто случайно наткнулся на один забугорный ресурс [1], где оказалось много конструкций ЦАП. Из описанных там отдельных модулей удалось собрать единую схему ЦАП, к которой нашлись комплектующие в доступных мне Интернет-магазинах и базах (пришлось заказывать из нескольких). Об этой конструкции и хочу рассказать.

Большинство современной аудио-аппаратуры имеет выход для передачи цифрового аудио-потока, именуемый S/PDIF. Также цифровой выход может присутствовать в звуковых картах для ПК и материнских платах. Есть он и в старых моделях компьютерных CD-ROM (с кнопками Плей/пауза, стоп, в некоторых моделях еще и с переключением треков).

Данный стандарт был разработан компаниями SONY и PHILIPS и расшифровывается как Sony/PhilipsDigital Interface. Является совокупностью спецификаций протокола низкого уровня и аппаратной реализации, описывающих передачу цифрового звука между различными компонентами аудиоаппаратуры. Цифровой сигнал может передаваться по коаксиальному 75-омному кабелю (выход обозначается COAX) или по оптоволоконному кабелю (выход обозначается TOSLINK или OPTICAL) (рис.1). Оптический выход обычно закрыт заглушкой.

Рис.1

Формат S/PDIF подразумевает передачу цифрових аудио сигналов от одного устройства к другому без процедуры преобразования в аналоговый сигнал, что позволяет избежать ухудшения качества звука.

Схема.

Предварительно нарисовал блок-схему ЦАП (рис. 2):

Рис. 2 блок-схема ЦАП

S/PDIF to I2S receiver – это приемник/преобразователь цифрового аудио-потока из S/PDIF в двунаправленную асинхронную шину с последовательной передачей данныхI2S (Inter-IC Sound or Integrated Interchip Sound), может иметь в своем составе несколько цифровых входов, которые коммутируются программно или хардварно, цифровой фильтр, подавление джиттера, и еще много чего полезного. Данные из шины поступают, собственно в сам ЦАП (DAC), где и преобразуются в аудио-сигнал. Выход ЦАП – дифференциальный, токовый. Далее сигналы левого и правого каналов поступают в преобразователь ток/напряжение (I/U+ single-endedout) и после него – на выход устройства, которое имеет несимметричный заземленный выход. После него стерео-сигнал можно подавать на предварительный усилитель или усилитель мощности. Следует заметить, что усилитель мощности и акустика должны быть если не HI-END качества, то близкого к нему. Каждое из устройств этой блок-схемы имеет свой собственный высококачественный источник питания (особенно это касается аналоговой части). Это нужно для исключения взаимного проникновения помех, которые могут возникать при работе отдельных модулей устройства.

Рис.3 Принципиальная схема ЦАП

В данном случае реализован аппаратный метод управления. Для этого 26 ножка SDOUT микросхемы подключена через резистор R38 на корпус. В этом режиме функции чипа ограничены, но зато не требуется подключения внешнего управляющего контроллера. Микросхема IC2 — это супервизор питания для микросхемы декодера. С выхода микросхемы преобразованный цифровой аудио-поток через резисторы R27-R30 поступает в шину и, далее, в микросхему ЦАП ІС1, при этом имеется возможность выбрать джамперами JP8 и JP10 один из четырех форматов: 24-bit I2S, 24-bit right-justified, 24-bit, left-justified, Direct AES3. Джамперы JP1-JP4 служат для конфигурирования микросхемы ЦАП. С выхода ЦАП сигналы левого и правого каналов через преобразователи ток/напряжение на резисторах R7-R10 приходят на входы малошумящего операционного усилителя TL072 (U5)и далее, через токоограничивающие резисторы R19, R20 – на аудио-выход ЦАП.

Рис.4 Блок питания ЦАП

Блок питания построен с применением маломощных стабилизаторов с малым падением напряжения серии LE00 от ST. Стабилизаторы U6, U7, U8 питают микросхему декодера, U1, U2 – микросхему ЦАП, U3, U4 – операционный усилитель.

Этот ЦАП был собран исключительно ради эксперимента и для того, чтоб услышать как оно звучит (о прослушивании и впечатлениях ниже). Один мой коллега, услышав звук, издаваемый этим устройством, загорелся желанием собрать себе такой же, но чипа PCM1794 так и не удалось найти в продаже – только под заказ, и только с бешеными накрутками (в одном интернет-магазине цена под заказ была в районе 80$). Но не беда – в свободной продаже нашелся чип WM8740 от Wolfson – это также 24-битный ЦАП с частотой дискретизации до 192кГц, и почти на порядок дешевле. Эта микросхема успешно состыковалась с входной частью предыдущей схемы, в итоге имеем еще одну схему ЦАП:

Сборка и настройка

Оба ЦАП выполнены на печатных платах из двухстороннего стеклотекстолита – на одной стороне дорожки, на второй оставляем слой фольги в качестве экрана и соединяем его с общим проводом.

(Здесь на рисунках ПП видны артефакты преобразования – это результат вытягивания рисунка ПП из KiCad. В самом проекте KiCad файлы ПП нормальные)

Монтаж выполняем в такой последовательности: сначала собираем источники питания – впаиваем все диодные мосты, фильтрующие конденсаторы, стабилизаторы. Вместо стабилизаторов серии LE00 можно использовать стабилизаторы серий L78Lxx, UA78Lxx. Затем подключаем сетевой трансформатор. Трансформатор используется тороидальный мощностью 6 -10 Вт с напряжениями на вторичных обмотках 9В и 12Вх2 (Я когда заказывал эти трансформаторы – подходящего по мощности и напряжениям в наличии не оказалось. Пришлось заказывать два меньшей мощности и перематывать вторички на нужное напряжение. Это, кстати самая дорогостояща деталь в этой конструкции).

Читайте также: Баба елка своими руками

Далее включаем в сеть и проверяем напряжения на стабилизаторах согласно схеме. Если нет спецэффектов и все напряжения в норме, двигаемся дальше (спецэффекты могут быть, если неправильно впаять 79L12 – у них расположение выводов отличается от 78хх).

Собираем входную часть – впаиваем микросхему декодера CS8416 с обвязкой, входные цепи – входной трансформатор, оптический приемник с соответствующими элементами. Тут нужно сказать несколько слов о трансформаторе и оптическом приемнике. Погуглив примененные в (1) эти изделия, понял что приобрести их не удастся. Только под заказ и только по зверским ценам. Будем применять то, что удалось найти. Входной трансформатор был выдран из какой-то ВЧ платы made in USSR. Параметры его не определялись – был впаян как есть. Ориентировочно – это ферритовое кольцо типоразмера 10х6х6, скорее всего из ВЧ феррита. На нем намотаны две обмотки проводом 0,1мм в шелковой изоляции в количестве 15 – 20 витков каждая. Оптический приемник ищется в Интернет-магазинах по кодовому названию GQ-04 и стоит в районе 2$. Если вы попытаетесь найти какой-либо даташит на это произведение китайской промышленности, и даже если вам это удастся – не верьте! Во всем, что мне удалось найти неправильно указано расположение и цоколевка выводов, причем во всех по разному. Методом великого Научного Тыка было определено правильное подключение, — оно нарисовано во второй схеме ЦАП.

Согласно таблице конфигурируем перемычками микросхему декодера:

Источник

Сделай сам. Как подключить 5.1 акустику к любому устройству

Сегодня научу вас подключать аудиосистемы 5.1 к девайсам без поддержки многоканального звука. Любым.

Итак, представим ситуацию: у вас уже есть неплохая многоканальная аудиосистема. Подчеркнем — аналоговая, в качестве входов используются классические разъема RCA (тюльпан). При этом в результате модернизации гаджетов устройств с подходящими интерфейсами систему нельзя задействовать.

Как подключить такую 5.1-канальную акустику к устройствам с цифровым выходам HDMI/Toslink, популярному USB или использовать стереовыход? Или, как преобразовать многоканальный цифровой аудиосигнал в многоканальный аналоговый?

Настоящий и «виртуальный» многоканальный звук

Настоящая многоканальная аудиодорожка выводит голос в центральный канал, эффекты и музыка — в тыловые и фронтальные колонки. Либо — в соответствии с распределением при записи (в некоторых стандартах многоканального звука).

«Виртуальное» многоканальное аудио распределяется в соответствии с спектральной характеристикой воспроизводимого звука. Программные и аппаратные средства разбирают сигнал на компоненты по заранее определенным алгоритмам, и распределяют звуки вокруг точки прослушивания, создавая объемное звучание.

Способ 1. Не жалеем средств на качественный звук

Проще всего — купить многоканальный ресивер под свои предпочтения и нужды. Самый простой, самый эффективный. И самый всеядный.

Покупка даст разнообразные интерфейсы ввода-вывода для видео- и аудиосигнала, сможет самостоятельно декодировать файлы и станет центром домашней развлекательной системы. Всегда можно подобрать модель с необходимым количеством подходящих входов — и RCA в ресиверах живее всех живых.

Современные ресиверы поддерживают улучшенные алгоритмы распределения звука, в том числе Dolby Atmos, который умеет раскидывать любое число дорожек на любое число динамиков с учетом акустических свойств помещения.

Недостаток решения — стоимость. Она начинается от 10 тысяч рублей за б/у и от 30 тысяч за ресивер с поддержкой Dolby Atmos.

К тому же, ресиверы обладают внушительными габаритами. Хорошо, если место и интерьер позволяют. А если нет?

Читайте также: Асимметричный конденсатор яблочкова своими руками
Способ 2. (Digital) Optical -> Multichannel Analog

Ради этого статья и затевалась. Мне часто задают вопросы вида: «Как подключить мой домашний кинотеатр к новому телевизору? У него нет аналоговых аудиовыходов!».

У моего DEXP есть только двухканальный мини-джек и оптический Toslink. На время до покупки новой акустики старый комплект 5.1 я подключил при помощи такого китайского конвертера.

Внутри устройства прячется довольно примитивный цифроаналоговый преобразователь и DSP-процессор — микросхема, отвечающая за микширование, эквалайзинг и эффекты.

Применение очень простое — подключаем в аналоговые RCA-выходы акустическую систему, с другой стороны подаем аудиосигнал через коаксикальный или оптический разъем и внешнее питание от комплектного блока питания.

Если сигнал соответствует числу подключенных каналов акустики — он проходит без микширования и обработки. Как есть.

То есть, если у фильма 5.1-канальная аудиодорожка, и мы используем соответствующую аудиосистему — качество звука будет таким же, как в оригинале.

Если на него подается двухканальная дорожка, то сигнал преобразовывается с помощью «виртуального» микширования в процессоре, и раскидывается на все колонки.

Конечно, это сильно отличается от настоящего 5.1-канального звука, но, все-таки — звучит приятнее, чем обычное стерео. Если, конечно, мы говорим о фильмах.

Так можно подключить акустику и к другим устройствам — например, через обычных выход для наушников ноутбука, планшета или плеера.

Но на выходе получится только виртуальный 5.1-канальный звук, даже если изначальная дорожка — многоканальная. Из стереоразъема иного получить не выйдет.

При необходимости, конвертер позволяет воспроизводить любой входящий аудиосигнал в двухканальный. Удобно для музыкальных систем стандарта систем 2.1, а так же в тех случаях, когда DSP-конвертер воспроизводит дорожку некорректно.

Способ 3. HDMI -> Multichannel Analog

Вариант с использованием HDMI более перспективен, поскольку этот интерфейс используется в современных гаджетах намного чаще.

Для передачи многоканальной аудиодорожки разъем в источнике звука должен поддерживать протокол HDMI Arc. В противном случае, будет транслироваться обычное стереосигнал, который будет преобразовываться в «виртуальный» 5.1 программным путем.

Если HDMI поддерживает эту функцию, можно приобрести такой конвертер. Данная коробочка поддерживает и сквозную передачу составного сигнала: подключив источник по HDMI, можно отдельно вывести звук на аудиосистему через коаксикальный, оптический или аналоговый разъемы, при этом запустив видеоряд на проектор или телевизор.

Способ 4. USB -> Multichannel Analog

Большинство предлагаемых на просторах интернета китайских «многоканальных USB-аудиокарт» довольно примитивные обманки, выдающие обработанное стерео. Сэкономить не получится.

Другое дело — внешние аудиокарты. Некоторые из них способны выдавать многоканальный звук, и подходят для подключения к планшетам, ноутбукам, настольным компьютерам.

К сожалению, даже Smart TV, не говоря о большинстве устройств с пропиетарными прошивками (ресиверы, медиаплееры) не смогут распознать ее как аудиоустройство. Поэтому Creative Sound Blaster Omni Surround 5.1, Creative X-Fi Surround 5.1 Pro или ST Lab M-330 USB подойдет только как компьютерные аксессуары, либо в случае раздельной трансляции звука и видеоряда с компьютера. А это уже совсем другая история.

«Китайская коробка» или полноценный ресивер?

На самом деле, выбор неоднозначен. При необходимости связывать несколько устройств в единую систему выбор очевиден.

Однако, покупка ресивера здорово ударит по бюджету, и при отсутствии необходимости масштабирования развлекательной системы станет неоправданной тратой. Коробочка вполне справляется с поставленными задачами, если необходимо связать акустику и единственный источник звука.

Николай Маслов

Kanban-инженер, радиофизик и музыкант. Рассказываю об технике простым языком.

Источник