Один из многих, ЦАП на АК4493 - DIY

VitB · 25.Март.2019 20:06:36

ЦАП-ом на АК4493 в DIY мире давно никого не удивишь. Десятки конструкций. Зачем множить сущности?

Академический интерес - может ли обычный человек с небольшим опытом и без специального образования (то есть я) самостоятельно спроектировать и сделать ЦАП с отличными объективными характеристиками?

Я около 2-ух лет в DIY, в ЦАП-о строении прошел Soekris dam1021 и 1121, несколько версий Signalyst DSC и несколько версий от DIYinHK на чипах АК. Перепробовал много различных источников питания.
Все, как оказалось - очень неплохие устройства. Вполне (IMO часто совершенно легко) могущие конкурировать с промышленными изделиями. В конце концов стало просто интересно что могу сделать я. Лично.

Основные источники информации (большая личная благодарность всем указанным):

Даташит по АК, описание их evaluation board крайне подробны и сравнительно просты.
собственно платы от DIYinHK (разводка),
Проекты ЦАП на АК4490/4493 от dimdim, audiohobby.ru и, безусловно, изучение мануала Lynx D81 Дмитрия Андронникова.

Дополнительные цели проекта:

Изучить влияние организации питания VREF и аналоговых линий (всего 4 линии). Попробовать разные решения (на базе низкошумящих LDO и популярного в России ИОН-ФНЧ-ОУ).
Изучить влияние конденсаторов в этих цепях.
Попробовать разные выходные каскады (трансформаторный, на базе ОУ, дискретный).
Изучить влияние реклокинга и клоков на линиях I2S. Определиться с оптимальными клоками для АК4493.
В идеале - сделать себе ЦАП отлично воспроизводящий как PCM любых форматов до 768К, так и DSD вплоть до 512. Я активно использую апсемплинг в HQP (по вполне объективным причинам), поэтому это для меня важно.

АК4493 в этом смысле подходит идеально - это трушный дельта сигма ЦАП (любой входящий поток конвертируется в SDM) с наконец то добавленным авто-определением PCM-DSD (это уже давно было реализовано в Sabre, АК мучил всех ручным переключением регистров).

Итак имеем:

PCB - свеженькую, спроектированную в январе 4-слойную модульную плату с возможностью раздельного питания VREF L/R и VDD L/R (опорное аналоговое напряжение, напряжение выходных линий ЦАП)

PCB.jpg1200×837 360 KB
управление настройками (состоянием регистров АК) - Arduino с написанным мной софтом (спасибо dimdim). Подключение Ардуино к плате ЦАП осуществляется через гальваноразвязку на Si8606. Реализован внешний MUTE на реле Omron (две линии - от источника сигнала и Ардуино).
Платы питания:

Разработанная мной (спасибо IanCanada c diyaudio . com) плата на LDO ADM7150
Платы на LT3042, разработанные IanCanada.
Плата на Источнике Опорного Напряжения (LTC6655) + ФНЧ + ОУ (OPA1641) + биполярный транзистор (спасибо audiohobby . ru и Андронникову за подробные описания). Разведена самостоятельно.

Power.jpg1200×664 281 KB

Коммутация - подключение к источнику сигнала I2S - только по uFl. Сделано сознательно, для унификации - собираюсь применить не только USB интерфейс, но и реклокер от IanCanada (IMO - лучший вообще на текущий день асинхронный реклокер/изолятор).
Выхлоп реализован на PCB AMB a24. Планирую сделать полностью дискретный выхлоп +балансный из даташита АК.

Собрано 2 варианта:

“Аудиофильский” - в питании VREF и аналоговых линий Nichicon Muse, Fine Gold, Elna Silmic II
“Инженерный” - на Panasonic SEPC (OSCON).

Результаты измерений - выходной сигнал ЦАП -1dBFS. Но, т.к. в RME уровень входного сигнала был выбран +19dBu, видим на измерениях -5.88dB.

Джиттер (боковые спуры вокруг основного тона) при использовании USB Advanced Amanero c клоками Crystek 22/24МГц пренебрежимо мал (ниже 150dB). Привожу ссылку на версию “слышимых искажений” по версии audiosciencereview

“Аудиофильная” версия на измерениях нелинейных искажений показала себя чуть хуже (не сильно). Замена Panasonic SEPC на Nichicon Muse или ELNA не приводили к ухудшению характеристик, Nichicon Fine Gold показал себя немного хуже.

Bato · 26.Март.2019 00:36:23

А музыку-то слушали?
Сравнивали с чем-нибудь?
Или собрали-померяли и всё?

VitB · 26.Март.2019 05:53:48

Слушал - да.
Сравнивал с чем нибудь еще - да.
Собрал - померял и все - нет.

Обидно, что не было четвертого вопроса - могло бы получиться Да, Да, Нет, Да. (вспоминаем историю России)

Идем дальше по второму вопросу (содержательному, основному):

сравнивал с RME (переключения между ЦАП, краткосрочная память).
со всей совокупностью моих прошлых ЦАП - долгосрочная память.
Вот именно на этом форуме, видимо, стоит упомянуть что я более года владел Auralic Vega. Забавно, но на Вегалабе (или ixbt) в ветке по Signalyst DAC кто-то написал - “А с нормальными ЦАП, не китайцами, кто то вообще Signalyst DSC сравнивал?”. Это было по поводу Auralic Vega - какой то китаец.
“Вот такая вот биполярочка, бояре” (копирайт главного стерео-бармена).

Играет хорошо. Очень. IMO.

Еще глубже:

Слух - ненадежный, не повторяемый “измерительный инструмент”. Expectation biasing, ненадежность даже краткосрочной памяти, тренировка слушателя - это только малая часть подводных камней. Любопытствующим, например, можно почитать рассуждения серьезных взрослых дядек на тему прихоакустики и восприятия на audiosciencereview. Там, например, описан пример двойного слепого тестирования кабелей питания, в котором группа “неверующих” провалила сравнения, а группа “верующих” и “сомневающихся” зафиксировала статистически достоверную разницу. Полно примеров и обратного.
Я заинтересованное лицо - любые мои личные оценки будут вызывать сомнения.

Итог - нормально организованные двойные слепые тесты с выравниванием уровня до 0,1dB я не делал. Утверждать что то категорично не могу.

Повторюсь, что у меня интерес чисто академический. Можно ли вообще расслышать разницу, видимую на измерениях (и наоборот). Например в следующих ситуациях:

по влиянию конденсаторов,
USB интерфейс vs I2S - ethernet интерфейс
разная организация питания
разные выхлопы.

Ответ на главный свой вопрос - может ли лох (то есть я) сделать ЦАП хороший по результатам измерений я получил примерно неделю назад. Да, может

dmitre · 26.Март.2019 05:57:00

С каких пор у нас лохи собирают на своих печатных платах?

Я просто спросить.

dmitre · 26.Март.2019 05:58:04

Ну и сразу закрепить. Платы сделаны с прицелом на продажу?

Жаль, что не сделали третий вариант для Бара. Нормальный, меломанский.

VitB · 26.Март.2019 06:07:51

Я не считаю себя профи. Честно. Поэтому пишу прямо. В ЦАПе нет ничего уникального, созданного именно мной. Это не мое достижение совсем.
PCB рисовать - просто навык. Там нет ничего заумного и сложного. Не сложнее графического редактора.
Пайка тоже навык, приходит с опытом. При сборке, например, я убил один АК4493 (чип) по собственной глупости. Дело житейское.

Нет, никакого коммерческого интереса. Это не рыночный продукт (дельта-сигма), продвижение нового устройства на рынке - непосильная задача для одиночки, будет жрать много времени.
Да мне и не интересно совсем. Проще купить готовый ЦАП.

По итогам экспериментов, если будет интересно, я смогу дать экземпляр. Но на данный момент это просто конструктор. С ним неопытному человеку будет очень сложно.

Karakodil · 26.Март.2019 06:49:04

Прежде всего , что касаемо слова ЛОХ, давайте уважать родной язык и не приписывать словам иные значения, обычно словом ЛОХ ( ещё со времён коробейников- Офеней/скоморохов) именовали простака, которого легко обмануть.

Что касаемо конструкции как таковой, то безусловно построение в виде модулей даёт большую гибкость в конструировании и как следствии в получении результата. Мне в данной конструкции не нравится только отсутствие генератора мастерклока в непосредственной близости от самого чипа DAC.

VitB · 26.Март.2019 07:41:05

Лох — в русском языке жаргонизм, употребляющийся в разговорной речи для обозначения человека, не умеющего «устроиться» и приспособиться к изменениям жизни, в результате обычно небогатого[1], а в воровском арго для обозначения жертвы. Антоним слова «крутой»[2].

Да, не удачно слово использовал. Вложенный мной смысл - антоним слова “крутой” наиболее близок.

Да, именно так. Я не могу определиться с лучшим источкиком питания и необходимостью использования отдельных источников для VREF и аналоговых линий.
Эксперименты не завершены, но на сейчас раздельное питание, к моему удивлению, приводит к заметному росту THD (в 1.6 раза), источник питания на базе ИОН+ФНЧ+ОУ хуже ADM7150.
Т.е. лучший вариант - VREF и аналоговые линии питаются от одного на канал ADM7150.

Это сделано сознательно на сейчас.

Мастерклок вблизи АК делается для снижения джиттера и шума из за переотражений на линии передачи. При этом нужно либо делать асинхронный реклок на входе ЦАП через FIFO буфер (развязать для клоковых домена источник-ЦАП), либо переводить источник в slave режим (работа от внешних тактовых генераторов) с обязательным реклоком (flip-flop)/изоляцией на входе ЦАП.
Т.е. нужно было бы создавать реклокер. Это задача следующего этапа - если IanCanada McFIFO/DualXO (асинхронный реклокинг через буфер FIFO, гальваническая изоляция) покажет себя хорошо - разведу его аналог на плате.

В этом конкретном проекте использованы uFl кабеля (волновое сопротивление 50 Ом) и контролировался импеданс дорожек на плате (54 Ом). Т.е. переотражений на линиях I2S не должно было быть много. Что и подтвердилось на J-test.

Для подстраховки при разводке платы я поставил терминирующий резистор на дорожке мастерклока (сейчас установлена перемычка Vishay Beyschlag 0 Ом). Если бы были проблемы - установил бы другой номинал для увеличения поглощения.

Собственно с помощью IanCanada я достаточно глубоко залез в эту тему. По опыту использования аналогичного подхода на Signalyst DSC не ожидал проблем.

Karakodil · 26.Март.2019 07:49:24

Дело, естественно вкуса, но по мне установив клок в непосредственной близости от чипа DAC (хотя я предпочитаю,исходя из опыта инженеров ML по возможности механически изолировать генераторы от основной платы) мы выигрываем от более простой конструкции , без реклоков ипр дающего свои ЭМ наводки . Естественно USB приёмник( транспорт) должен быть в режиме SLAVE ( dtljvsv)

Bato · 26.Март.2019 07:59:07

Конструктор прикольный. DIY проект достойный.
Я только не совсем понял, на входе только i2s или есть ещё варианты?

VitB · 26.Март.2019 08:15:21

На входе только I2S с MCLK. Это родной формат АК.

Я буду использовать два варианта коммутации:

USB Advanced Amanero (6 LDO на плате, клоки Кристек CCHD957 22/24МГц)
BeagleBone Black в слейве (вход сигнала - ethernet) + реклокер IanCanada (McFIFO + McDual XO) на Кристеках CCHD957 45/49 МГц.

Есть и NDK NZ2520SDA 45/49МГц и 22/24МГц. Можно и с ними поиграть. Интересно - будет ли вообще слышна разница.

VitB · 26.Март.2019 08:31:03

Есть еще одна интересная тема.

Т.к. я устал от постоянных споров “субъективистов” и “объективистов” (не dastereo имею ввиду), то хочу провести следующий эксперимент:

Родная плата на АК4493 от DIYinHK при том же питании и том же выхлопе характеризуется THD не менее 0,00015% (буквально - тот же источник, те же стабы, тот же выхлоп). Моя - 0,00009%. С моей точки зрения причина - я использовал лучшую комплектуху (COG, пленка PPS - низкие шумы, хорошие электролитические конденсаторы), у сингапурцев - X7R и Panasonic FR серия (хорошие, но не лучшие)
Оба значения являются “не слышимими” с точки зрения “объективистов” (см ссылку на пределы восприятия звука по версии AmirM c audiosciencereview . com

Т.е. в правильно огранизованном слепом тесте я не должен услышать разницы между этими платами вообще. Совершенно.

Если услышу - это будет означать, что представления представителей этого сайта некорректны.
Если не услышу - это ничего не будет означать для всех, т.к. отличия может услышать кто то другой (лучший слух, например). Но для меня это будет иметь значение. Мой личный порог восприятия, так сказать, станет очевидным.

Еще одна тема - “слышимость” фильтров апсемплинга. Я уверен, что услышу их. Весь мой опыт говорит об этом.
Но никогда не устраивал для себя правильно организованный слепой тест с выравниванием уровней.
Это по мотивам спора Jussi Laako (HQPlayer) уважаемыми гуру audiosciencereview (первого сильно критиковали - разница в измерениях штатных фильтров и его якобы не может быть услышана).

birdie · 26.Март.2019 08:50:53

Виталий, я приматривался к такой же связке, только не многоканальной, не могу понять какой программный драйвер в таком случае будет использоваться ?

Karakodil · 26.Март.2019 09:14:28

Для изучения влияния на звук того что нельзя померить тратится много сил.
Как говорится теории нет без практики ( тем не менее многие ‘эксперты’ могут всё объяснить даже не включая аппарат)
Мы решили выяснить влияние припоев , а уж как то электрически померить их крайне сложно (я не беру сопротивление как актуальный показатель)
Короче изготовили несколько корректоров где всё одинаково ,кроме припоя.
После чего давали людям слушать , не озвучивая где что.
В результате все уверенно отмечали разную звуковую подачу устройств. Особенности подачи были свойственны именно данному типу припоя.
То есть , например Cardas делал звук вальяжным , чуть медленным с акцентом на мидбас и нижнюю середину, с лёгким скрадыванием деталей на вч и округлением этого диапазона.Asahi ровно наоборот сух , быстр и в тоже время прост)
Я к тому , что на результатирующее звучание влияют множественные факторы и не все их можно замерить…

VitB · 26.Март.2019 10:45:10

Там нет вариантов - для BBB нужно устанавливать сборку с ядром Miero (diyaudio . com) -

bbb.ieero.com/. Его собственные сборки старые, придется интегрировать драйвер в ядро, или ставить его ядро на новый дистрибутив.
Если есть желание использовать и DSD и PCM (оба), то нужно учесть, что в BBB одна выводная линия отличается в этих режимах. По моему LRCLK. Так что нужно будет переключать линии в зависимости от выбранного формата.

Мне известно несколько российских сборок Павла Погодина - см на сайте http://puredsd.ru. У него есть и минималистическая сборка, работающая полностью из RAM. Драйвер интегрирован в свежее ядро. Arch Linux.

Есть моя на Debian Stretch. Использовано последнее родное ядро Miero в новом дистрибутиве.

Павел заметно лучший специалист Linux, рекомендовал бы его сборки. По умолчанию везде установлен NAA и Roon Bridge.

IMO мой опыт - основное влияние оказывает “голова” слушателя. Которая находит разницу таже там, где ее нет.

По крайней мере моя голова именно такая:

я несколько раз эпически проваливал (epic fail ) слепое тестирование, хотя выходя на него БЕЗУСЛОВНО слышал разницу. И не только я. Рядом со мной были ровно такие же “золотые уши”.
я часто меняю оценку звучания. Т.е. сегодня мне кажется что разница огромна. Через неделю - вообще ее не вижу или она на уровне “показалось”.

Все это - мой личный, трушный опыт. Без преукрас.
Из личной переписки со многими людьми - понял, что проблема не только у меня.

audiosciencereview.com предлагает обоснованные, простые и понятные критерии (что, как измерять, какие отклонения допустимы). Гипотеза красивая, как минимум. Мне интересно.

UPDATE
Немного однобоко получилось - добавлю.
Я не сомневаюсь в том, что припой и комплектуха влияют и это видно на измерениях. Два примера:

Павел Погодин рассказывал мне о том, что при переходе на другой вид припоя при сборке Signalyst DSC увидел рост второй гармоники (не помню какой). Это точно человек, достойный доверия.
Лично я видел как уменьшается шумовая полка DAC при замене стандартных танталовых кондеев на полимерные Kemet. Разница ~ 8dB.

Вопрос в том - слышимо ли это? В двойном слепом тесте. Вполне возможно, что есть люди, отличающиеся очень тренированным, отточенным слухом. Но это совершенно точно даже не большинство аудиофилов.

Vesor · 26.Март.2019 10:47:14

Да, было бы интересно узнать слышна ли разница между NZ2520SDA 45/49 и CCHD957 45/49?

Karakodil · 26.Март.2019 11:11:43

Я вот тут делился впечатлениями, повторюсь, например замена генераторов Fox на NDK дала изменение в звуке на уровне ''вроде бы лучше, кажется" не смотря на существенно более низкий фазовый шум NDK ( и стало быть большую стоимость) Но вот замена конденсатора , стоящего в цепи питания генераторов, дала изменение просто глобальное( Не фига себе! Как будто другой аппарат подключили)

Bato · 26.Март.2019 11:37:46

Если я правильно понял и входы только I2s, usb и ethernet, то ето грустно, поскольку
к типовому транспорту ни по spidif ни по AES не присоединить.

VitB · 26.Март.2019 11:42:20

NDK стоят ~ 10 USD за штуку.
Кристеки CCHD957 ~ 35 USD.
Измерения фазовых шумов NDK я видел только в марктинговом брифе самого NDK.

В даташите указаны только два значения - для 1К (-158 dBc/Hz) и 100К (-172 dBc/Hz). Первый хуже графика, второй как на графике.

У Кристеков они укзазаны в даташите. Для аналогичной частоты:

Имеем на 1К -153 dBc/Hz и на 100К -167 dBc/Hz.

Т.е. по этим данным NDK немного лучше.

Реалии:

Интересен фазовый шум именно в звуковой области (1 - 40К, например). Остальной диапазон заметно мене интересен. Данных для сравнения (надежных) нет.
Кристек - не только осциллятор. В разобранном виде он выглядит так:

cchd.jpg700×738 60 KB

Т.е. там есть LDO (видимо) и шунтирующие конденсаторы.
Питание клоков - ключевой вопрос. Необходимы минимально возможный уровень шума, токовое потребление постоянно. IanCanada, например, рекомендует обвязывать осциллятор 7 кондеями, два из которых COG. Т.е. просто сравнивать два осциллятора без привязки к организации питания неправильно.

На прямой вопрос - что лучше NDK SDA или CCHD957 Ян ответил - обычно использую Кристек.
На еще более прямой вопрос - лучше? Ответил, хорошее отношение цена/качество, но лучше бери Pulsar Clock (~ 900 евро за пару, сейчас уже не продаются),

VitB · 26.Март.2019 11:44:38

Сорри, что разочаровал. Я не использую эти интерфейсы, т.к. не понял в чем их преимущества вообще.
Пробовал на нескольких ЦАП (Auralic Vega, Soekris dam) c Allo DigiOne.