Внешний аудио ЦАП (DAC) — микросхемы и готовые платы

Чудеса аудиофильского дизайна: внешний ЦАП с одной лампочкойНередко мне приходится сталкиваться с недоуменными вопросами: "Зачем он вообще нужен, этот ЦАП?"

ЦАП - известный науке зверь

В современной цифровой звуковоспроизводящей аппаратуре аудио сигнал передаётся в закодированном (цифровом) виде. В таком звуко-записывающем устройстве аналоговый аудио сигнал сначала оцифровывается: измеряется определённое количество раз в секунду (44100 для компакт-дисков) и полученное число передаётся дальше на обработку и запись.

При проигрывании с CD или других источников эти циферки надо преобразовать обратно в уровни напряжения или тока, чтобы усилить их и привести в движение мембраны динамиков или наушников. Вот этим вот преобразованием цифр в сигнал и занимается ЦАП (Цифро-Аналоговый Преобразователь). Понятно, что ЦАП присутствует в любом цифровом плеере, выдающем аналоговый сигнал. Так зачем же городить огород и строить внешний ЦАП?

За $50 лучше, чем за $600

Совсем необязательно ударяться в аудиофильскую эзотерику и прочий хай-энд фанатизм, чтобы понять и услышать отличия в звучании различных реализаций ЦАП. Первое такое "озарение" у меня случилось, когда я сравнил звучание с аналогового выхода дорогого CD-проигрывателя с тем, что производила тестовая плата от Crystal Semiconductor Corp. на базе CS4390. Я не мастер описывать звук, но вкратце дело обстояло так, что напрямую с того CD-плеера музыку я больше слушать не хотел. А когда по лености своей после переезда не подключил DAC - то как-то само собою стал всё реже и реже тянуться за компакт-дисками... пока не вернул запылившийся ЦАП на его законное место.

Плата ЦАП на CS8412 и CS4390

Evaluation Board от CS обошлась мне в конце прошлого столетия где-то в районе 50 баксов плюс пересылка. Учитывая тот факт, что за CD-player было уплачено в те же времена около шести сотен зелёных, разница в цене/звуке обескураживала.  Причём плата с CS4390 была мною тогда цинично прикручена на фанерку, запитана через банальные "КРЕНки" с использованием самых что ни на есть советских конденсаторов в фильтрах питания, в общем, никаких изысков. Сама плата и всё, что на ней собрано - простейший пример применения микросхем CS8412 и CS4390 от Cirrus-Logic / Crystal "по учебнику", т.е. как рекомендовано у них в даташитах.

Инженерный зуд не давал остановиться на использовании корявенькой, пусть и неплохо звучащей, отладочной платы и требовал дальнейшего развития ЦАП'о-строения. А работа над HotFET-Pre навела на весьма оригинальное решение преобразователя ток-напряжение. Вобщем, тема аудио-ЦАП очень богата и я буду публиковать схемки и заметки, особенно если они найдут отклик у читателей. Как минимум PCM1794, TDA1541 и TDA1543, а так же "супер-ЦАП" AK4396 ждут своей очереди.

Китайский гений

На момент написания статьи слушал AD1955. Опять же никаких чудачеств: недорогая плата китайского коммерческого гения. Ни капли фантазии, просто аккуратное воплощение рекомендаций производителей чипов. Цифровой приёмник WM8805. PCM2706 использован лишь для того, чтобы организовать USB вход, и то, как это воплощено у разработчика платы - абсолютно лишняя вещь, но об этом в другой раз. Выход на ОУ в точности по datasheet (см. стр. 19). Операционные усилители взяты тоже от Analog - AD827, но отнюдь не такие качественные, как рекомендовано в доке на ЦАП (там AD797). Полной схемы продавец платы не предоставил, так что срисую и опубликую только если будет на то необходимость.

Плата ЦАП на AD1955, вид со стороны "больших" компонентов

Плата ЦАП на AD1955, вид на микросхемы

Пионерский горн

Пара интересных замечаний по поводу звука этой платы. Во-первых, плате ЦАП потребовалось с полчасика погреться, чтобы зазвучать. Конечно, можно списать это на субъективность моего восприятия и привыкание, но сдаётся мне, что немалую роль в этом эффекте прогрева играют алюминиевые электролитические конденсаторы, которые восстанавливают свои свойства под напряжением. Во-вторых, играет этот ЦАП ощутимо "честнее", нежели CS4390, я бы сказал "по-пионерски", без прикрас. Вобщем-то ничего удивительного: и разработка посвежее, и у AD, вроде, опыта в аналоговой технике должно быть поболе. Правда, это "честнее" получается у AD как-то менее "душевно", чем у старичка от CS. Но если между внешними DAC / ЦАП можно устраивать состязания, то попытка послушать музыку напрямую с именитого CD-проигрывателя не вызывает никаких эмоций, кроме сожаления о низком уровне грамотности инженеров фирмы "М......".

Покорение целины

Мы совсем не затронули ни управление от микроконтроллера и возможные манипуляции и варианты передачи цифрового сигнала, ни построение аналоговых каскадов без ОУ и петлевых ООС, ни грамотное питание различных блоков ЦАП... А уж тема ламповых ЦАП'ов - вообще клондайк! Сдаётся мне, что тема ЦАП в современном аудио - это ящик Пандоры, приоткрыв который ты уже не в силах остановиться 🙂 У Вас, дорогой мой читатель - та же история, не правда ли? 😉

Комментарии ВКонтакте

24 thoughts on “Внешний аудио ЦАП (DAC) — микросхемы и готовые платы

  1. Ну молодца, ну хорошо сказал, с радостью почитал статейку, спасибо, надо бы соьрать какой нить ЦАП и с ламрповым выходом, и с хорошим дорогим чипом, с качественным питанием, думается кто КИТ это не очень кошерно…

    • Спасибо, друже, на добром слове 🙂
      Наборы из Китая исключительно удобны тем, что вся цифровая часть уже собрана. Если хочется поиграться, к примеру, с ламповым выхлопом — вряд ли одновременно полезешь копать протоколы и настройки цифрового приёмника. Берёшь набор, выкидываешь аналоговый выход (пару резюков, да ОУ из кроваток вынуть) — и наслаждаешься лампочкой 😉
      Сам так же сейчас делаю, но пока не с лампой, а с моим «HotFET» диф-каскадом и буфером… С дорогим, кстати, чипом 😛

  2. Pingback: High-end DAC за US$ 50 — возможно ли это? | MyElectrons.ru

  3. Использую медиаплеер для прослушивания музыки с NAT-хранилища, звук оставляет желать лучшего. Хочу попробовать внешний цап. Можно заказать у вас доработанный вариант ?

    • Артём, рад, что вы заинтересовались!
      Не только можно, но и очень даже нужно и сообразно 😉 Подробности давайте по e-mail обсудим.

  4. Добрый день, хотел бы внешний цап, так как паять умею, но не белее чем 2 контакта

    • Здравствуйте, Конст,
      спасибо, что заглянули!

      Список вопросов ушел почтой 🙂
      Вообще пора составлять чек-лист, чтобы народ самостоятельно заполнял, чего собственно хочется — а мы уж постараемся! 😉

  5. Не нравится мне идея собрать хороший цап и его выход испортить шумом лампы.
    Я к лампам отношусь очень негативно и это мое мнение конечно.
    Хороший цап построить сложно. И причин тому как я считаю две.. это источник питания ОЧЕНЬ высокого качества и опорный генератор ОЧЕНЬ стабильной частоты.
    Но не далек тот день когда я таки доберусь да допилю схему своего цапа с упором на качество питания и опорник.

    • По поводу питания критических узлов ЦАП’а — согласен полностью. Кстати, лучшее, до чего додумалась промышленность, на сколько мне известно, это LP5907. Но мы-то можем лучше! 😉

      На счёт генератора — не так всё однозначно. Надо смотреть топологию, думать. В некоторых случаях можно обойтись хорошей ФАПЧ. Впрочем, направление верное: снижаем джиттер по всем фронтам.

      НО! ни тишайшие источники, ни идеальный генератор, не спасут в случае неудачного I/V конвертера, несообразного LP фильтра или косенького дифференциального усилка…

      Так что сдаётся мне, что хороший ЦАП построить всё-таки можно 😉 (это из личного опыта 😉 )

      Теперь поспорю чуть, уж простите, не могу иначе 🙂
      При осознанном подходе «выход ЦАП’а шумом лампы» не испортишь. Конечно, если делать как большинство: загубить токовый выход низкоомной нагрузкой и потом усиливать несколько милливольт лампочкой — почти наверняка получится хлам, тут спору нет. Да и если есть жёсткое давно сформировавшееся мнение, то словами тут ничего не изменишь — только прослушиванием с последующим разбором схемотехники 😉

      В общем, будет желание обсудить — пишите, с радостью поспорю, а то, глядишь, и насоветую чего дельного…

      И в любом случае — удачи!

  6. в хорошем исполнении лампу не слушал.. довелось раз столкнутся с проф игрушкой ..
    это был пред. усилитель и там хитро сделали… спецом для фанатов лампового шума установили лампу . Вывели переключатель, которым можно было переключить через реле либо на тракт через лампу.. либо через ОУ. Я лично в наушниках разницу в звучании не словил. Какие Оу там стояли не помню. Но сам пред по деньгам пару тис. у.е стоял.

    • Над подобным же вывертом Джон Бруски потешался пару лет тому назад…

      По-моему, разумный дизайн всегда строится на базе определённых активных компонентов (будь то лампы или п.п.), и всё выстраивается вокруг этого дизайна так, чтобы добиться наилучшего достижимого качества.

      Если же пользователю предоставляют на выбор слушать «лампу» или «ОУ» — то это какой-то потребительский цирк, и в такое изделие разработчик не вложит душу и индивидуальность. Единственная «индивидуальность» такой поделки — это продаться подороже.

      Что до ламп — то я искренне надеюсь, что лично Вам доведётся-таки оценить по достоинству не только неуютный шум вакуумных приборов, но и ту восхитительную натуральность звукопередачи, которой можно с ними добиться… А то глядишь, мы тут всем гуртом навалимся на задачку 😉

  7. Здравствуйте Сергей, сколько будет стоить ЦАП доработанный из кита!?

    • Здравствуйте, Иван!
      Не уверен, что точно понял Ваш вопрос, посему постараюсь ответить развёрнуто.

      1) Доработка поделок из Поднебесной дело, конечно, забавное, но очень затратное по времени, так что позволить себе такое могу лишь на стадии поиска и отладки собственных идей.

      2) В планах выпуск набора «народного ЦАП» — пожелания и идеи приветствуются! По цене за поделками с ebay мне не угнаться, впрочем как и им за нами — по качеству 😉 На данный момент надеюсь, что базовую комплектацию удастся сделать меньше чем за сотню «зелёных», может даже и с пересылкой, но без транса.

      3) Дела семейные, с электроникой напрямую никак не связанные, допустят меня до реальных дел где-то начиная с ноября.

  8. Здравствуйте Сергей!
    Восхищаюсь Вашими творениями, терпением и профессионализмом! Ни капли не жалею, что забрёл на Ваш сайт, очень понравился стиль и самого сайта и содержимое 🙂 Не так давно встал вопрос об усилителе для наушников, не столько из-за наушников, сколько из-за невозможности слушать музыку через мощник и колонки. И начались мои странствия по интернетам в поисках готового девайса, вот тут меня ожидало первое разочарование от цен и качества исполнения. Начались поиски схем для самостоятельной сборки на дискретных элементах(жалею, что в то время не нашёл Ваш сайт), остановился на конструкторе Laconic TLM-07. Присмотрелся и решил не заказывать, а просто повторить схему. Это был мой первый опыт в самостоятельном изготовлении транзисторного усилителя. Усилитель хорош, но хотелось чего-то ещё и началась пора экспериментов с заменой транзисторов и так далее. Был потрачен год, но как говориться стоит только начать… Следующим экспериментом для меня стал клон знаменитого L ehmann Black Cube не менее известный Lovely Cube(тогда душа не выдержала и заказал его не Ибэе в виде кита). И опять же эксперименты не обошли стороной, желаемый результат был получен… Теперь появилась необходимость в ЦАПе как источнике, читаю, изучаю, выбираю, а в голове звучит что-то такое: «Перекрёсток семи дорог, вот и я!» .В интернете нахожу ссылку на ваш сайт… Эта статья про ЦАПовую китайщатину просто отбила всё желание брать ЦАП из поднебесной. Но желание приобрести хороший ЦАП (чтобы работал в паре с усилителем для наушников) в виде кита не пропало. И ваш последний пост меня очень воодушевил когда сказали про «народный ЦАП»

    • Михаил, приветствую!
      Простите великодушно, что не ответил Вам сразу же. У всех у нас пути-тропиночки вобщем-то схожи. И Ваш покорный слуга в своё время озадачился качественными ушками лишь из-за того, что на акустику слушать было просто невозможно из-за жилищных условий.
      Отправил Вам несколько фоток того проекта, по следам которого эти статьи про ЦАПы накатал (может как-нибудь и на сайт выложу). Сейчас в проработке гораздо более амбициозный проект, и, искренне надеюсь, результаты не заставят себя долго ждать. К тому же никаких больше слепышей и доработки поделок китайских крестьян: хоть оно в итоге и очень даже хорошо получилось, но на круг вышло неоправданно затратно — глаза и спина устают, долго, не растиражировать (а как следствие, ни о какой «народной» цене тогда речи быть и не могло).

  9. Добрый день, заказал на алиэкспрес SMSL Sanskrit, с последующей заменой операционников на x2 OPA2134PA x1 AD8620ARZ, и кондесаторов Nichicon UPX1C102MHD (некоторые владельцы получили брак). Интересно узнать ваше мнение по поводу цапа, а так же порекомендуйте блок питания желательно на американских-азиатских магазинах. В комплекте идёт убогий бп на 9В 1.2А 11Вт. Из за проживания в РБ, я не имею возможности купить за адекватную сумму готовые решения по типу АП 6121.

    • Ridd, приветствую!

      Вы уж простите, наелся я уже вдоволь китайского чабудо 🙂
      Совсем недавно отвечал на подобный вопрос, там постарался высказать всё, что наболело: http://myelectrons.ru/high-end-dac-za-50/#comment-18659

      Хотя «собственноушно» именно этот ЦАП мне слушать не доводилось. Вообще народ в Сети его хвалит. Когда придёт, запустите — поделитесь впечатлениями, пожалуйста!

      По поводу блока питания могу лишь посоветовать взять обычный низкочастотный трансформатор ватт на 30…50, со вторичкой на 12…15 Вольт, да собрать к нему выпрямитель на диодах Шоттки, с толстенной ёмкостью накопительного конденсатора и простенький стабилизатор на LM1084 или что-либо подобное. Результат просто обречён быть ощутимо лучше того, что получится с импульсником, идущим в комплекте.

      Удачи!

  10. Сегодня забрёл случайно на сайт одного интернет-магазина радиодеталей и с удивлением обнаружил там 32- разрядные ЦАП! Я, как человек, не обладающий особым слухом удивляюсь, как вообще можно различать качество воспроизведения того что воспроизводится в разрешении свыше 16 бит- 44кГц.Как вы считаете, что именно ценим мы в ламповых усилителях, крутых ЦАП?

    • Степан, Ваш вопрос слишком глубок и широк для быстрого ответа. Вы позволите, я сейчас кратенько, а дальше — надеюсь, друзья поддержат 😉

      32 бит ЦАП.

      Цифровая обработка звука даже в 64 бита на сегодня — отнюдь не дань моде. Ошибки вычисления накапливаются, влияют порою незаметно, необъяснимо на сознательном уровне, ну слушать такой звук уже не хочется — мозг отторгает такую синтетическую котлету.

      Тем не менее заявленные 32 бита в звуковых ЦАП — чаще всего маркетинговый ход, когда вполне возможно цифровой фильтр там на самом деле 32-х битный, а сам же ЦАП, во всяком случае если внимательно изучить datasheet’ы самих же производителей, будет стоять плечо-к-плечу со своими менее «расфуфыренными» 24-битными собратьями в линейке продуктов.

      Часто организация питания и аналоговые цепи после собственно ЦАП’а — позволяют звуку «раскрыться», либо губят звучание любого, самого навороченного чипа на корню.

      Что мы ищем в звуке? Для себя я давно уже нашел ответ: максимального приближения к естественности. Любые искажения, которые невозможны в природе (дискретизация, ступеньки в АБ, чудеса петлевых ООС и т.п.) — будут «резать ухо». Зато искажения, к которым мы привыкли в живом звуке (те же чётные гармоники) — могут быть даже приятны на слух.

      Это не ответ (ну, или не полный ответ) на ваш вопрос, а скорее приглашение к дискуссии!

      • Но мы же не в состоянии услышать звуки, частота которых выше 20-25кГц! И не каждый динамик воспроизведёт звуки даже во всём слышимом диапазоне частот. Значит если взять цифровой сигнал частотой 190 кГц и вывести его через 16-битный ШИМ на D-усилитель, то если полезный звуковой сигнал будет в полосе до 20 кГц, то наложения спектров не произойдёт, и на выходеаккустической системы будет сигнал, спектр которого будет соответствовать спектру передаваемого в цифровом виде аналогового сигнала , периодичного с частотой 190кц

        • Вот тут я бы был осторожней…
          Да, мы не слышим писк выше 20кГц, не слышим гул ниже 20Гц. Но инфранизкие звуки могут влиять на эмоциональное состояние, да ещё как! С ВЧ, похоже, та же петрушка: то, что не воспринимает наше сознательное, вполне возможно каким-то образом считывается уровнем выше/глубже. Скажем так, я бы не стал слишком идеализировать достижения и ограничения сегодняшних точных наук 😉

          D-усилитель — не довелось ещё услышать ни одного, который оставил бы желание слушать его долго. К чему бы это? 😉 Хотя согласен, рационально объяснить, что мне в них не нравится в звуке я во многих случаях не справлюсь.

          И ещё моментик: спектральный анализ как-то не заостряет внимания на фазовых соотношениях. При этом наше сознательное различает временные сдвиги где то до 10мс: два щелчка с задержкой от 10мс и более будут восприниматься как раздельные звуки. Но те же два щелчка с разными задержками порядка 10мкс (!) будут восприняты как звуки с разных направлений. Исследования не мои и первоисточник сейчас не вспомню, надеюсь ничего не переврал. Но вывод интересный: подсознание ловит гораздо более тонкие нюансы, нежели мы привыкли оперировать, ограничиваясь слышимым диапазоном в десяток октав.

          Направление, откуда приходит звук, т.е. фазовые соотношения сигналов, наши первобытные предки (да и сегодня любой настоящий боец) должны были быть натренированы воспринимать с поразительной точностью, ибо цена той точности — выживание.

          Так что для себя я определяю 16/44.1 как минимум, необходимый для того, чтобы обмануть неискушённого слушателя. Больше — лучше. Докуда больше — я честно признаюсь — мне пока неизвестно. Но очень быстро мы добираемся до чисто технических ограничений, в первую очередь в виде шумов и нелинейностей.

          • Мне кажется, что сигналы выше 20кГц фильтруются самим динамиком.. Про фазовый спектр сейчас сказать не могу, но знаю. что мы не слышим фазу сигнала-только частоту.. Когда-то писали с товарищем мал. программу, чтобы это проверить

  11. «А работа над HotFET-Pre навела на весьма оригинальное решение преобразователя ток-напряжение. » А можно ли в личке поподробнее про это?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *