做為一個貧窮卻手癢想玩改造的鍵盤電子學專家,採購一台廉價的 USB DAC來玩玩也是很合理的事。雖然手邊有一台很適合改造的 hud-mx1,不過因為是學弟的,不好意思隨便拆來完,所以幾番尋覓之下以很便宜的價格入手了一台二手 monitor 02 US dragon。選這台來玩的原因一方面是看過 pcm5102 的 datasheet 覺得這顆 DAC 感覺還不錯(鍵盤專家的第一步一定是先紙上談兵),內建兩組FIR 跟 IIR 數位濾波可以切換用,理論上可以餵入24bit-384khz的信號去賺換,最酷的地方在於規格書裡對於晶片自身數位濾波處理 outband noise很有信心,只建議在RCA 輸出端接上一個截止頻率 153khz 的被動低通濾波器。採用 pcm5012 來設計的 DAC 電路可以改造的點除了更動 RC filter的兩顆被動元件以外,就是追加一組正常 2~20khz 的帶通濾波器,也許有些敏感且高頻寬的後級會受到更少的高頻干擾。可以透過類比調音的因素少,也代表這顆 dac ic 的聲底僻性強,不需要花太多改造經費在後端類比調音上,只要改到能適當表達出 dac 特性即可。
會挑 02 us dragon 的另一個原因是覺得它用 fpga很有親切感,以前修數電實驗時候也玩過 altera DE2,雖然只有邏輯閘只有少少的三萬門,還是可以做出有趣的東西(大部分靠強者我同學寫code完成的遊戲 http://www.youtube.com/watch?v=wxV0SiPcEbw);不過 pcm5102 不需要靠軟體控制來設置數位濾波(比如說 AD1955),所以用 fpga 其實也沒有太大的優勢,不過 02 us dragon 的面板與電腦端 UI 連動的數位音量調整就是可以透過 fpga 簡單實作出來的功能。
關於 02 us dragon 的聽感網路上已經有相當多的資料可以參考,就不多著墨,供電面簡單改成電池供電就有遠勝原廠 USB 供電的效果,至於其原生濾波器的效果可以參考這兩篇文章:
azureimf, Monitor 02 US Dragon vs AT-HA26D DAC輸出示波器量測結果比較:AT-HA26D大勝
yamamoto2002, Musiland Monitor 02 US Dragon (2) パッシブLPFで音質改善? http://community.phileweb.com/mypage/entry/2721/20121122/34013/
實際拆機觀察,我發現 02 us dragon 濾波設計幾乎遵照 pcm5102 的建議,使用一個截止頻率大約為取樣率一半的 RC filter(串連的smd電阻為 331 ohm,與地端相連的電容值看不出來),所以看上述兩篇文章的實測會發現輸出波形會呈現醜醜的鋸齒狀。當然過後級,耳機與人耳後這些高頻成份很自然會除去,不過以現在後級與耳機極寬的頻率響應來說,信號放大後在終端轉換成聲音的過程中會得到什麼額外失真很難說,後級的諧波失真基本上遠大於 DAC,沒濾乾淨的高頻成份餵進去還是感到不太踏實。簡單透過電路模擬軟體來還原一下 azureimf 的量測結果:
會挑 02 us dragon 的另一個原因是覺得它用 fpga很有親切感,以前修數電實驗時候也玩過 altera DE2,雖然只有邏輯閘只有少少的三萬門,還是可以做出有趣的東西(大部分靠強者我同學寫code完成的遊戲 http://www.youtube.com/watch?v=wxV0SiPcEbw);不過 pcm5102 不需要靠軟體控制來設置數位濾波(比如說 AD1955),所以用 fpga 其實也沒有太大的優勢,不過 02 us dragon 的面板與電腦端 UI 連動的數位音量調整就是可以透過 fpga 簡單實作出來的功能。
關於 02 us dragon 的聽感網路上已經有相當多的資料可以參考,就不多著墨,供電面簡單改成電池供電就有遠勝原廠 USB 供電的效果,至於其原生濾波器的效果可以參考這兩篇文章:
azureimf, Monitor 02 US Dragon vs AT-HA26D DAC輸出示波器量測結果比較:AT-HA26D大勝
yamamoto2002, Musiland Monitor 02 US Dragon (2) パッシブLPFで音質改善? http://community.phileweb.com/mypage/entry/2721/20121122/34013/
實際拆機觀察,我發現 02 us dragon 濾波設計幾乎遵照 pcm5102 的建議,使用一個截止頻率大約為取樣率一半的 RC filter(串連的smd電阻為 331 ohm,與地端相連的電容值看不出來),所以看上述兩篇文章的實測會發現輸出波形會呈現醜醜的鋸齒狀。當然過後級,耳機與人耳後這些高頻成份很自然會除去,不過以現在後級與耳機極寬的頻率響應來說,信號放大後在終端轉換成聲音的過程中會得到什麼額外失真很難說,後級的諧波失真基本上遠大於 DAC,沒濾乾淨的高頻成份餵進去還是感到不太踏實。簡單透過電路模擬軟體來還原一下 azureimf 的量測結果:
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要處理掉看起來討厭的鋸齒波形最簡單的方法就是在輸出端套一個截止頻率比較低的被動濾波器,比如 yamamoto2002 就在輸出端並聯了電容,把截止頻率移到 20khz 附近。更簡單的作法就是打開 02 us dragon 的機殼,直接在 rca 座的正負端焊接上需要的電容,只要焊上 4.4nF的電容就可以將截止頻率移到 50khz 附近。這是簡單好玩又有趣的玩法,簡單在於只要焊上一個元件就可以把波形弄的很平滑,好玩在於可以常識不同類型電容的效果。不過我認為這種方法不會有太大的好處,因為一旦你把被動濾波器的截止頻率移近 20khz 頻段,對於頻譜相位響應的影響就會非常大,大到喪失 dac 本身使用數位濾波電路的意義 ,只能作為一種調音的手段,對於獲得更真實,扭曲更少的訊號這件事幫助不大(除非你看到平滑的輸出就很爽)。
所以我又找了一些文件來參考,比如 5102 的老祖宗的 pcm1794 就給出了一個不錯的 LPF 設計(事實上也就是阿仁DAC 3.1 HDCD DAC 裡面採用的方案)
所以我又找了一些文件來參考,比如 5102 的老祖宗的 pcm1794 就給出了一個不錯的 LPF 設計(事實上也就是阿仁DAC 3.1 HDCD DAC 裡面採用的方案)
參數的選定可以參考德儀的 application note: DACPost-FilterDesignBasedonDRV6xxFamily 原則上前面是一個 50khz 左右的 butterworth filter, 後面再加一個將反轉相位補償回來的一階主動低通濾波器。op 採用 LT1358/57 25Mhz, 600V/us opamp (沒辦法,懶得自己找參數建模型,使用軟體中既有的元件來模擬),這顆基本上也有 DIYer 用在 hifi 電路上,價格也不貴。整體的增益主要為 R3/R1=~12k/5.6k= 2.14, 如果要用在 02 us dragon 上也許調整成 gain~1 就好。
虛線為相位,藍線為過第一級 butterworth filter 的頻率響應,紅線則為最後結果。看起來設計的 butterworth filter 在 10k~20khz 的相位響應其實也沒有很好,但是通過 20khz 後的 dB/oct. 衰減比簡單的 RC 濾波好很多,可以預期有比較好的濾波效果。實際丟 1khz 與 20khz 的正弦波去觀察響應感覺也還不錯,不應該存在的高頻 peak 都砍得相當乾淨(紅色為過濾波器輸出,藍色為原始信號,上圖為1khz, 下圖為 20khz, 右方為 fft 頻譜)。
以一個鍵盤 DIYer 來說差不多可以對結果笑一笑,丟掉手邊爛爛的 02 us dragon 跑去弄一台 luxman DA-100 DAC 玩,然後下個結論:pcm5102 也能出好聲,別埋沒了好 dac IC。也許過一陣子有機會使用儀器量測的時候會將以上想法付諸實做(假如能弄到更多實用的 LPF 的電路來測試就更好了)。