Ламповый фильтр для цап. Цап с ламповым выходом. комментариев к “Простой ламповый фильтр для ЦАП или СD-проигрывателя”

Чтобы идти дальше в конструировании усилителей, я уперся в проблему качественного источника. Очень был нужен хороший ЦАП. Качеством тех, которые я имел дома и которые приходилось слушать до этого я не был удовлетворен в полной мере. Если это классический ЦАП на операционных усилителях на выходе, то это как правило приводит к проблемке воспроизведения верхней середины и верхов. Середина становится слегка режущей ухо, резковатой, как-бы с песочком или металлом в голосе, особенно на высокой громкости. С ламповыми ЦАПами тоже не все в порядке – часто нет хорошего баса или плоский, невыразительный звук, да и к тому же, почему-то разработчики очень любят ставить на выходе катодный повторитель, который хотя и снижает выходное сопротивление, но по моему скромному мнению звука мягко говоря не украшает. В общем, пришел к выводу, что надо делать самому.

Почему я выбрал Ад1955 ? Ее выход рассчитан на I – U преобразователь с током 3 – 5 мА положительной полярности. А тут – широкое поле вариантов для подключения к высокому анодному напряжению таким образом, чтобы выходной ток микросхемы ЦАПа проходил через лампу.

Да, конечно, я хотел ЦАП с ламповым выходом. А учитывая мою слабость к каскадам с общей сеткой и трансформаторам – то выход был запланирован на моей любимой лампе 6Э6П с трансформаторным выходом. Выбор этой лампы обусловлен также ее невысоким внутренним сопротивлением в триоде, а также высокой крутизной (30 мА на вольт), а в случае с каскадом с общей сеткой это дает пониженное входное сопротивление – и это очень хорошо для I – U преобразователей ЦАПов, для которых входное сопротивление должно стремиться к нулю. Логично сделать вход I – U преобразователя на германиевом транзисторе включенном по схеме с общей базой. Отсюда родилась и схема. По моим грубым прикидкам входное сопротивление моего гибридного каскода где-то порядка 1 Ом. Как посчитал? Берем формулу расчета входного сопротивления каскада с общей сеткой Rin = (Ra + Ri)/(u +1). В нагрузке лампы 3.3 КОма, сама 6Э6П в триоде имеет около 1500 Ом. Складываем и делим на 30 – это коэффициент усиления лампы. Получается 160 Ом. Это входное сопротивление лампы, включенной по схеме с общей сеткой. Теперь для транзистора – лампа является нагрузкой Rа. Внутреннее сопротивление германиевого транзистора я не знаю, но берем грубо 50 Ом, тогда если его Кус около 250, то (160 + 50) / 250 = 0.84 Ома.

Если кому-то 6Э6П покажется слишком подчеркивающей середину, то ее можно заменить на 6Ж9П, 6Ж11П или 6Ж49П. Только в этом случае следует обратить внимание на то, чтобы коллектор транзистора был соединен с выводами 1 или 3 ламповой панельки (а не с выводом 6) – тогда вы сможете простым перетыком выбрать ту лампочку, которая вам покажется более певучей.

Привожу первый вариант схемы, хотя уверен, придется его доработать, потому что нет предела совершенству….

Чтобы самому не делать цифровую часть, я взял на е-Вае платку ЦАПа на АД1955 и удалил из нее операционные усилители, также отпаял от выходов АД1955 положенные по даташиту резисторы 2К от плюса питания, а 100 пф (конденсаторы С1 и С2 на схеме) оставил те, которые были на плате. Более подробную деталировку дам чуть позднее.

В качестве блока питания пробовал транзисторный стабилизатор, но все-таки оказался лучшим по звуку ламповый удвоитель на 6Н1П, которая все-таки потом была заменена на ЕСС99. Причина применения этой редкой лампы проста – для упаковки своего ЦАПа я использовал корпус от китайского ЦАПа Lite, который приказал долго жить, слава богу, корпус я не выкинул. Пригодились оба сетевых трансформатора, сетевая кнопка и разъемы входов – выходов. Вот схема БП:

Как видно, накал 6Э6П питается постоянным током, но нестабилизированным.

Теперь немного о прослушивании. Источник – СД-плейер Денон 1500 и сравнивал с его моим ЦАПом, подача сигнала через оптический цифровой кабель. Усилитель – мой каскод на 6Э5П – 2А3 . Колонки – широкополосник в ОЯ от 3АС505. Первое впечатление было совсем плохим, я был очень огорчен и уже собирался отнести свое творение в чулан в компанию к другим неудачным проектам. Мне показалось, что мой ЦАП дает излишне резкий женский вокал и трубу. Но потом – о чудо! – оказалось, что это я на коммутаторе перед усилителем перепутал входы – то, в чем я разочаровался – это был как раз Деноновский ЦАП, а вот мой ЦАП дает прекрасную подачу материала! И тембральный баланс, ширина сцены, и эмоциональная насыщенность будут повыше, чем у Денона. В общем, поет чистенько, детально, прозрачно, и что особенно отличает от моего фирменного Денона – очень мягкая подача вокала и вообще верхней середины и верхов – никакого звона, излишней резкости практически на любой громкости, в общем – намного натуральнее. Тут уместно сказать про “окраску” звука. Как и в колориметрии, говоря про окраску, важно ответить на вопрос – а что принято за эталон белого? Если за этот эталон принять транзисторный звук – то да, лампы дают “окраску”. Но в моем понятии ламповый звук – это и есть эталон белого. А операционные усилители на выходе (кстати, всегда применяемые с глубокой ООС) дают слегка металлическую окраску и немного ненатуральный верхний регистр, что живому исполнению имхо не присуще. В общем остался весьма и весьма доволен своим творением.

Вот его характеристики

– выходное напряжие на уровне 0 дБ – 2 Вольта;

– уровень шумов – менее -80 дБ, меньше просто не нечем померить;

– суммарный коэффициент гармоник на максимальном уровне – менее 0.15 % – опять-таки пока точнее не могу измерить.

– входы – оптический и SPDIF;

– выходы – небалансный 2 Вольта и балансный 10 Вольт;

– выходное сопротивление – на небалансном выходе – менее 100 Ом, балансный выход – около 2 КОм;

– схема не содержит цепей ООС.

Вот как выглядит упакованный в корпус прибор и фото всего комплекта аппаратуры для прослушивания.

Выходные трансформаторы были намотаны на заказ в фирме Аудиоинструмент, за что поклон Сергею Глазунову. А еще – читайте на форуме http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=4180.0 . Мои первые попытки (не совсем удачные) сделать ЦАП только на лампах есть в другой ветке на этом же форуме http://www.diyaudio.ru/forum/index.php?topic=1267.570 .

Дополнено 6 июня 2015 года. Пришлось немного подкорректировать схемку. Во-первых, на пиках громкости наблюдался возбуд (резонансы) и поэтому пришлось добавить конденсаторы С3 и С5 в сетки ламп, а также С1 и С6 в аноды. Также, по причине дрейфа напряжения на выходе АД1955 пришлось застабилизировать базы транзиcторов при помощи стабилитрона Д1 на 3.0 вольта. Ну, и все-таки 6Э6П я заменил на 6Ж49П – мне она из всех перечисленных ранее показалась самой сбалансированной тембрально.

****************************************************************************************************

2295

Цифровой преобразователь имеет ряд эксклюзивных решений

• Два ламповых клока (ДЕМ и мастер);
• Два режима работы: master и slave;
• Раздельные блоки питания для аналоговой и цифровой частей с балластными лампами вместо дросселей и резисторов. В качестве источника стабильного напряжения внешнего ЦАП -а применены параллельные стабилизаторы на германиевых транзисторах П605. В блоке питания установлено 4 высококачественных тороидальных трансформатора;
• Односторонние печатные платы увеличенной толщины 2,5 мм с медной фольгой 100 мкм (обычно 30-60). Дорожки плат цифрового преобразователя покрыты золотом и скрипичным лаком;
• Распайка плат производится отслушанным винтажным (30-х годов) припоем.

История создания audio DAC abbasaudio 3.0

Наконец то приехали окончательные, "чистовые" платы первого из нескольких внешних ЦАП -ов, задуманных много лет назад и претерпевших множество промежуточных модификаций. Это цифровые преобразователи четырех уровней качества, вобравшие в себя все последние изыскания в области эзотерики, включая совсем уж нетрадиционные способы воздействие на материалы (о которых позволю себе умолчать дабы не смущать неокрепших разумом). Я даже возьму на себя смелость утверждать, что эти внешние ЦАП -и единственные в своем роде, так как в их конструкции подавляющее большинство решений было принято не в результате умозрительных теорий, как принято у инженеров, а после многолетних слуховых тестов, подтвержденных к тому же статистикой отзывов на платы для апгрейдов, на которых отрабатывались многие узлы будущих audio DAC -ов. Не будь помощи множества непредвзятых слушателей, которые произвели с моими платами сотни экспериментов, мне бы пришлось гораздо сложнее. За это огромная благодарность всем, кто не поленился и написал о своих впечатления от работы тех или иных устройств - клоков, стабилизаторов, спдиф трансформаторов, дем клоков, буферных предусилителей.

В целом же идеология построения подобных цифровых преобразователей сформировалась под влиянием Анатолия Марковича Лихницкого. После чтения и осмысления его концептуальных статей, позже в ходе живого общения и прослушивания АМЛ-овской системы и нескольких десятков ремастеров АМЛ+, многие из которых для меня остаются эталоном качества СД.

Постепенно я стал приходить к выводу, что в природе практически не встречаются ни СД проигрыватели, ни audio DAC -и, которые бы удовлетворяли требованиям качественной передачи хорошо записанной живой музыки. Снижение стандартов записи повлекло за собой еще более катастрофическое снижение стандартов воспроизведения. И если проигрыватели первого-второго поколения еще могли обеспечить музыкальное удовлетворение слушателя, особенно после несложных доработок, то последние модели, которые индустрия предлагает нам в качестве бытового аудио, просто противопоказано применять для получения удовольствия от музыки. Более антимузыкального и выхолощенного звучания встроенных в них цифровых преобразователей себе и представить невозможно. Причем апгрейду эти аппараты уже не поддаются и даже ламповый клок может сыграть роль припарки для мертвого. Я прекрасно понимаю презрение к цифре, которое испытывают любители, имеющие серьезные аналоговые источники. Это совершенно справедливое презрение, ведь то что нам предлагает даже хай энд в области цифры представляет собой нечто совершенно непотребное и несъедобное.

Поэтому я сделал попытку вернуться в прошлое и, воспользовавшись снятыми с производства чипами, попытаться создать цифровой преобразователь, приближенный по качеству к хорошим аналоговым источникам - ленте, винилу. Эта непростая работа отняла массу свободного времени, но в основных чертах она закончена и третий из линейки внешний ЦАП 3.0 подготовлен к выпуску небольшой серией (не более 10 экземпляров, из которых половина уже заказаны). Как оказалось, из-за огромного количества элементов, требующих контроля качества, приобретать мелочевку для такого устройства приходится буквально отдельно по каждой позиции, а значит даже устройство на печатной плате превращается в индивидуальный заказ с большим сроком изготовления, регулировки и отстройки. Отсюда и небольшой тираж - больше сделать просто невозможно. Поскольку я физически не смогу собрать десять внешних ЦАП -ов в виде законченных устройств с корпусами, оставшиеся пять экземпляров будут реализовываться в виде набора собранных и отлаженных плат (основная и два блока питания).

Описание проектов

Упомянутый выше цифровой преобразователь на РСМ58, распался на несколько проектов, если быть точным - на четыре.

• Два из них на ТДА-1541, признанной во всем мире как наиболее аналогово звучащий цап, правда вернуться к нему меня побудило не чье-то признание, а эксперименты с ДЕМ клоком, дающие многообещающий результат на пути приближения цифровых источников к аналогу.
• По-прежнему, в работе дорогой проект на РСМ58, но уже несколько иной конфигурации - с древним СПДИФ приемником сони, с петлей ФАПЧ и ламповым ГУН-ом.
• Внешний ЦАП средней ценовой категории на ТДА1541А с дем-клоком на пальчиковых лампах.
• Простой недорогой цифровой преобразователь на РСМ56К с подстройкой линейности и ламповым клоком на миниатюрной лампе ЕФ732.
• Ко всему этому испытывается преобразователь I/U на германиевых транзисторах, как альтернатива хорошему трансформатору, но об этом позже.

Подчеркну, что даже в самом простом внешнем ЦАП -е на РСМ56 будут соблюдены все принципы, положенные в основу дорогих конструкций. Качественные материалы и элементы, отобранные на слух на тестовом тракте, минимализм в питании, параллельные стабилизаторы, как минимум один ламповый клок на борту, печатная плата без маски на дне, золото и скрипичный лак в качестве покрытия.

Описание ABBAS AUDIO DAC 3.0

Сегодня речь пойдет о внешнем ЦАП -е под названием ABBAS AUDIO DAC 3.0, предназначенном для работы с внешним ламповым буфером и желательно трансформатором после микросхемы ЦАП.

На слух определялась пригодность абсолютно каждого компонента, включая клемники и панельки, проверялись различные способы организации питания, я искал оптимальные "связки" компонентов, которые бы давали наилучший результат при сочетании.

Ламповых клоков для цифровых преобразователей было изготовлено огромное количество, на самых разных лампах, отбиралась по звуку. Логика - по годам, сериям и производителям.

Схемотехника audio DAC

Поэкспериментировав с различными СПДИФ приемниками, я все-таки вернулся к кристалловскому чипу, обнаружив, что на рынке есть экземпляры, изготовленные в США (нашел только два), в Южной Корее и на Тайване. В таком же порядке я их предпочитаю по звуку.

Во внешнем ЦАП -е применяются только южнокорейские чипы, оценка и сравнение производились на слух, естественно. Цифровой преобразователь может работать в двух режимах - мастер и слэйв. Расположение перемычек указано на плате (смотрите фото).

В MASTER режиме вставляется триггер 74LS74 и одна перемычка согласно таблице (393-я микросхема не должна находиться в панельке!!!), в SLAVE 74LS393 (74-я микросхема не должна находиться в панельке!!!)

Такой несколько громоздкий способ переключения гарантирует цифровому преобразователю минимум лишних паек, чипов и переходов, а значит максимальное качество звука. ПЛИСК-и оставим Вега-лабу и прочему детсаду!

В слэйв режиме ламповый клок делится и «ведет» как транспорт, так и audio DAC для ЦАП -а ТДА1541 создается новая сетка частот (эффект замечательный) - вордклок и битклок.

Сравнивая разные варианты, я пришел к выводу, что сформированный с помощью лампы битклок дает большой выигрыш в звучании, даже несмотря на применение СПДИФ интерфейса, а усложнение подключения небольшое - всего еще один коаксиальный кабель или витая пара. Сам же спдиф приемник в этом случае не вызывает драматического ухудшения звучания, как в традиционных audio DAC -ах.

Единственный недостаток режима «слэйв» - нужно обязательно заводить клок и в транспорт, что при разнице тактовых частот иногда является серьезной проблемой. Не заводить нельзя - между тактовыми частотами возникнут биения, которые прослушиваются в виде периодических щелчков, нарастающих по частоте при повышении уровня сигнала. Для этих «безнадежных» случаев я предусмотрел переключение в традиционный режим «мастер», который делает внешний ЦАП полностью независимым устройством, правда с небольшими жертвами качества. При этом включается асинхронный реклок, решение несколько вульгарное, но при соблюдении некоторых условий чрезвычайно эффективное, а иногда и превосходящее синхронный реклок. Для объяснения этого факта у меня не хватит знаний, но своему слуху я доверяю на 100 %.

Лампы

Тактовый генератор собран на черепашках. После многих экспериментов я вернулся к тому с чего начинал - клок на EF14. Применение этой относительно дорогой лампы во внешнем ЦАП -е вполне оправдано. Среди ламп 30-х годов ЕФ14 телефункен аналогов не имеет! Высокая крутизна, малый шум, долговечность, кроме того, у ЕФ14 корпус не соединен с катодом, а значит является эффективным экраном, чего не скажешь о ЕФ12 и ЕФ13

ДЕМ клок цифрового преобразователя собран на ЕФ13,"разбег"в лампах сделан не только благодаря описанным выше особенностям ЕФ14, я по-прежнему стараюсь избегать многократного повторения одних и тех же ламп или компонентов в пределах одного устройства. Это чисто интуитивное решение. Если выложить все мои соображения по этому поводу, получится еще несколько страниц текста.

Кенотроны типа EZ11 или EZ12, не запрещается применить AZ11 (придется поставить 4 вольтовый отдельный накальный транс). Разбег в кенотронах также крайне желателен.

Включение цифровых микросхем

ТДА1541А, не считая применения лампового ДЕМ узла, включена совершенно обычным образом. В каких-то особых режимах (дифференциальный, параллельный) я не вижу смысла - они себя не оправдывают.

На входе РС цепочки - фильтры, но с применением качественных резисторов и конденсаторов.

Керамики в цифровом преобразователе практически нет, если мы хотим получить от цифры аналоговый звук - про керамику следует забыть. Один керамический конденсатор стоит возле компаратора, и то в силу острой необходимости. Применение в двух местах нелюбимых мною осконов связано опять же с проблемами помех, излучаемых некоторыми узлами. Именно поэтому участок с компаратором имеет полигончик снизу и сверху и переходные отверстия - это черезвычайно «шумный» узел, который производит много мусора как по шине питания, так и по земле. Его нужно правильно запитать и «стреножить», не дав помехам разлететься вокруг.

Главное в нашем деле - взять верный старт! Я не обязан заботиться о выстраивании линейки продуктов от дешёвого ширпотреба до самого что ни на есть high-end"а. Поэтому могу позволить себе сразу выбрать понравившийся чип цифро-аналогового преобразователя и строить дизайн вокруг него. Итак, за основу был взят "мистический ЦАП" как его называют в Сети. Я не буду делать из маленькой микросхемы большого секрета, но давайте всё же для начала сохраним интригу.

Построить хороший ЦАП для себя любимого я собирался ещё с прошлого столетия, но как-то всё руки не доходили и более приоритетные задачи брали верх. И вот тут-то мне на радость появился заказчик, с одной стороны способный оценить хороший звук, с другой же стороны - согласный мириться с некоторым уровнем "самодельщины" в законченном устройстве. Естественно я приложу все усилия, чтобы мои клиенты остались довольны своим выбором. Что теряют мои "pre-production" изделия по сравнению с серийными аппаратами раскрученных брендов - так это:

1. часть монтажа выполнена паутинкой на "слепышах", а не на печати, что положительно отражается на качестве звука, но, увы, не будет доступно в серийных образцах;
2. я не экономлю на мелочах типа сетевого фильтра или шунтирующих ёмкостей, в чём, кстати, не раз доводилось уличать всеми признанные авторитеты;
3. "брэнд" мой ещё не слишком широко известен в узких кругах 🙂

На старт, внимание...

С чего начать? Правильно, лучше всего с готового устройства, пусть даже и простенького, но содержащего ключевые компоненты. В Китае за US$ 50 был приобретён неплохой в общем-то набор для самостоятельной сборки ЦАП. Как я уже , китайский экономический гений не отличается особыми техническими талантами, так что всё в том наборе было по-минимуму, в точности по datasheet"ам. Разве что питание создатели набора выстроили, как им казалось, прямо-таки очень качественное: навтыкали "КРЕНок" гирляндами. Зато к наборам прилагались весьма сообразные R-core трансформаторы.

На данном этапе не стояла задача как-то особо управлять цифровым приёмником или ЦАП"ом, поэтому жёстко зашитая минималистская цепочка S/PDIF->I2S->DAC меня вполне устроила.

Сознательно не стремился найти ЦАП с USB входом. Причина простая: компьютер фонит очень сильно и пускать весь этот мусор в аудио-аппарат нету никакого желания. Конечно, есть методы, но мне до сих пор так и не попалось ни одного ЦАП с грамотной развязкой USB входа (аппараты за 1К зелёных и выше, а так же изделия российских аудио-"левшей" не в счёт).

Считаю необходимым отметить, что несмотря на все мои придирки к схемотехнике и т.п., качество исполнения печатной платы просто отличное!

Берём контроль над ситуацией в свои руки

В документации на ЦАП в одном месте написано, что ножку аналогового питания надо зашунтировать электролитом в 10мкФ и керамикой 0.1мкФ. На схеме нога 18 именно так и зашунтирована.

Чуть дальше в том же документе сказано, что вход на ножке 17 желательно зашунтировать электролитом в 10мкФ и керамикой 0.1мкФ. Разработчик поступил в полном соответствии, исполнительный товарищ, просто молодец!

Ещё в одном месте документации сказано, что 17 ногу можно завести прямиком на аналоговое питание. Что и видим на схеме 🙂

Что самое забавное, не только в схеме, но и на печатной плате всё так и разведено: с двумя электролитами и двумя конденсаторами по 0.1мкФ, с коротышом прямо между 17 и 18 ногами чипа (дорожка к конденсаторам от 17 ноги уходит под корпус микросхемы):

Всё пришло именно таким вот грязненьким с завода. Как я это отмывал - отдельная история 🙂

Для особо любопытных: шаг ножек корпуса микросхемы - 0.65мм.

У друга моего Вадича-Борисыча попалась мне как-то ВКонтакте шикарная картинка: "сопротивление бесполезно ". Вот, навеяло, оно тут так же бесполезно, как дублированные шунтирующие конденсаторы на схемке выше, перерисовал "схему" специально для Вас:

Мне же необходимо было управлять тем, что происходит на 17-й ножке. Пришлось резать по живому. Хорошо ещё не под чипом завели перемычку - перспектива отпаивать одну ножку SSOP корпуса как-то не радует.

Посредственность - за борт

Какой цифро-аналоговый преобразователь обходится без операционных усилителей?

Правильно, только качественный ЦАП . Так что скромный фильтр на NE5532 я просто не стал напаивать. Может и стоило, чтобы было что послушать для сравнения и удостовериться, насколько неубедительно играют глубокие петлевые ООС... Но у меня уже есть CD-проигрыватель от маститого производителя, который очень старательно отыгрывает весьма посредственный звук ОУ, хоть и спрятанных за звучным названием HDAM и упаяных в экранчики. Да и других подобных "образцов" достаточно.

Учиться, учиться, и... думать!

Пожалуй на всех без исключения ЦАП от производителей из "поднебесной" наблюдаю одни и те же паровозы из "КРЕНок" (фото справа не моё, выловлено в Сети). Включая веером последовательные стабилизаторы напряжения разработчики, очевидно, пытаются добиться лучшей развязки по питанию и уменьшения проникновения помех из цифровой части в аналоговую. К сожалению, в массах отсутствует то, что я называю "токовым мышлением" в схемотехнике. На самом-то деле всё просто и... немножко грустно.

Посмотрите на какую-нибудь LM317 со стороны выхода. Наверняка найдёте 10мкФ электролит и ещё немного мелких емкостей. Теперь давайте прикинем постоянную времени в этой цепи: достаточно заглянуть в datasheet и убедиться, что выходное сопротивление "кренки" весьма невелико, чего и добивались разработчики интегрального стабилизатора. Точно считать, честно признаюсь, сейчас лень, но помехи с частотами скажем от 100КГц и ниже кренка "видит" прямо на своём выходе, сиречь управляющем электроде и, как её и спроектировали - передаёт эти пульсации "наверх по команде", старательно пытаясь удержать напряжение на своём выходе.

Колебания тока попадают на выход более высоковольтного стабилизатора. Следуя той же логике всё ещё достаточно высокочастотные изменения тока практически беспрепятственно гуляют по всей цепочке стабилизаторов. И свистят и шумят на всё окружение.

Единственное рациональное зерно в применении двух линейных стабилизаторов подряд я вижу лишь в том, что маленькие точные стабилизаторы обычно не переносят высоких входных напряжений, а наборы для само-сборки ЦАП"ов часто попадают в руки паяльщиков-такелажников, которые нередко даже не утруждаются заглянуть в доки на применённые компоненты. И наборы те по-прежнему должны работать...

Распространение достаточно высокочастотных помех легко предотвратить добавив в схему... обыкновенных резисторов. Простые RC фильтры по входу линейных стабилизаторов обеспечат прекрасную развязку ВЧ пульсаций в обе стороны, резко сократив "расстояние" по схеме, докуда доберутся броски тока (включая и "земляной" провод!)

Так что питание претерпело серьёзные изменения на плате. Увы, не обошлось без пары перерезанных дорожек и навесного монтажа.

Иногда маленький резистор много эффективней, нежели большой конденсатор:

Относимся с уважением к наследию предков

Вместо тупого моста ставим супер-быстрые диоды в выпрямитель, что ощутимо снижает "удары" тока в моменты запирания диодов. Этот приём достаточно популярен и вполне осмыслен, так что воспользуемся им и мы:

Кстати, именно непонимание того, как развязать линейные стабилизаторы по ВЧ и приводит дотошных разработчиков к тому, что на каждый блок схемы начинают ставить отдельный трансформатор. Другое весьма популярное, но тоже затратное решение проблемы последовательных стабилизаторов: использование связок источник тока - параллельный стабилизатор. В данном случае с развязкой всё в порядке, только вот мощности рассеивать приходится с немалым запасом.

Не будем требовать слишком много от "кита"

Для описания серии экспериментов с различными стабилизаторами нужна отдельная статья. Здесь лишь отмечу, что к чести разработчиков из Поднебесной, выбранный ими LDO стабилизатор lm1117, возможно, наилучший вариант из серийно выпускаемых и относительно доступных интегральных стабилизаторов. Всякие 78ХУ, LM317 и иже с ними просто отдыхают из-за несообразно большого выходного импеданса (мерял на 100КГц). Увы, в ту же корзину пошли и прецизионные LP2951. Чуть лучше ведёт себя TL431 в схеме шунтирующего стабилизатора, но там своя история: TL431 бывают очень разные, в зависимости от того, кто их делал. 1117 выигрывает с большим опережением. Увы, он же оказывается и самым шумным стабилизатором. Урчит, пищит и с нагрузкой и без.

Пришлось собирать стабилизатор самому, на дискретных компонентах. Всего из двух скромных транзисторов, следуя идеологии HotFET, удалось "выжать" всё то, что в интегральном исполнении требует десятков транзисторов и всё одно не дотягивает. Конечно, для обеспечения работы "сладкой парочки" потребовалось ещё несколько активных компонентов... но это опять уже совсем другая история.

Интересный результат макросъёмки: невооружённым глазом не заметил, что плата не до конца отмылась от флюса .

Полимеры правят балом

Последней доработкой, направленной на достижение наиболее верной передачи звука, стало "выглаживание" питания.

В критических местах были заменены обычные (пусть и неплохие ChemiCon) алюминиевые электролиты из набора - на твердотельные алюминиевые Sanyo OS-CON. Поскольку собирал два одинаковых набора в параллель, была возможность устроить "А/Б" тестирование. Разница на грани слышимости, но она есть! Без сигнала с обычными электролитами, на (очень) большом усилении, в наушниках присутствовало некое "шумовое пространство". Полимерные электролиты переносят нас в абсолют.

Sanyo OS-CON - фиолетовые бочонки без надпила на крышке.

Не хочешь думать головой - работай руками

Практически на всех платах и наборах ЦАП с применением цифрового приёмника CS8416 китайцы ставят тумблер, чтобы пользователь мог выбрать между оптическим и медным входом S/PDIF (фото справа - типичный пример, выловленный в Сети). Так вот: не нужен там переключатель, микросхема приёмника вполне может слушать два входа безо всякой помощи извне, будь то грубый тумблер или мудрый микроконтроллер.

Делюсь с Вами трюком, подсмотренным на демо-плате от самих Cristal Semiconductor. Достаточно подключить к примеру медный S/PDIF к RXN, а выход оптического TOSLINK приёмника - к RXP0.

Надеюсь, не надо объяснять, как такое работает? 😉

Даже в референтном дизайне фирмачи напахали, забыли-таки шунтирующий конденсатор в питании TORX 🙁

Экономия или безграмотность?

Очень полезно бывает почитать документацию производителей, особенно тех, что делают те самые микросхемки, на которые потом молются аудиофилы. Раскрываю самый секретный секрет: reference design board, evaluation board и тому подобные "пробнички" от производителей обычно содержат в себе примеры грамотного применения тех самых микросхем. Причём покупать все эти платы совсем не обязательно, да и ценники на такие "образцы" бывают самые разные: и 50, и 400, и за тысячу зелёных могут перевалить. Но, дорогие мои разработчики, документация на все эти платы выложена в открытом доступе! Ладно, хорош поучать.

Итак, чего недочитали китайцы, или на чём они сэкономили: скромные шунтирующие керамические конденсаторчики в 1000пФ в параллель к 10мкФ и 0.1мкФ. Казалось бы - зачем, ведь такими емкостями мы шунтируем частоты от десятков мегагерц и выше. Аудио-диапазон принято считать до 20кГц, ну до сотни кГц. Но цифровую-то часть в цифро-аналоговом преобразователе никто не отменял. Так вот именно помехи на десятках мегагерц беспрепятственно гуляют по недорогим самостройным ЦАП"ам, заставляя дрожать в страхе все PLL и создавая тем самым идеальные условия для возникновения наводящего ужас ДЖИТТЕРА.

Ещё один популярный способ сэкономить на спичках

Подавляющее большинство производителей как источников цифрового аудио-сигнала, так и цифро-аналоговых преобразователей экономят 30...50 центов на каждом устройстве. Расплачиваемся за это мы, пользователи. Подробности читать .

Какой high-end без ламп?

Веселят меня полчища tube-DAC и tube-headphone-amplifier"s в ценовом диапазоне от полутора сотен до сотен долларов, наводнившие рынок в последнее время. Видать нравится народу, как шипит и искажает лампочка при 15...24 вольт анодного. Впрочем, разбор всех болячек подобных ЦАП"ов и псевдо-ламповых усилителей для наушников - тема для отдельной статьи, да не одной.

(фото справа для примера, у меня такого лампоцапа нет)

Богатая тема. Я тут лишь по верхам пробежался, аналоговую часть вообще не затронул. А уж как интересно бывает развести правильно "землю" или организовать простое и при том удобное управление аппаратом. И чего стоят одни аттенюаторы - их ведь можно выбирать разного сопротивления, строить по разным топологиям, включать в разных частях тракта. Согласование источников с нагрузкой - очень, очень интересный, знаете ли, вопрос!... Но на сегодня пора мне уже закругляться.

BOM, или Bill of Materials

Конечно, пятьюдесятью долларами дело не ограничивается. Керамические конденсаторы из набора были заменены плёнкой. Диоды Шоттки, качественные электролиты, да много ещё чего пришлось добавить, не говоря уже о корпусе. Ну и, конечно, мой усилитель HotFET: всего 2 (два) каскада усиления от выхода ЦАП до наушников или выхода на усилитель. Ни много ни мало, а только в самом усилителе 32 транзистора насчитал в стерео варианте. Да транзисторы все - JFET"ы да depletion MOSFET"ы. Никак в полтинник зелёных не укладываюсь даже по комплектующим 🙂 Причём заметьте, это безо всякой аудиофильской эзотерики. Ну да на этот счёт у меня тоже есть своё мнение. Ведь есть же люди, считающие, что поставив "правильные" компоненты - любую схему можно заставить звучать. Если Вы, дорогой читатель, из их рядов - научите, я прислушаюсь, поспорю, отслушаю и расскажу всем о своих опытах прямо на этом сайте.

Так где же обещанная халява???

Друзья, эта статья - просто размышления, заметки на полях, была написана по горячим следам переделки китайскоЦАПа. Сам я больше в такую авантюру ни за что не ввяжусь: хоть и получилось неплохо, но обошлось слишком дорого по времени и по затраченным усилиям. И никому не советую. Когда разбирался с тем набором - яд просто сочился, что и отразилось в статье 🙂 Прошу прощения за слегка надменный стиль изложения, и ежели не оправдал ваши ожидания и не предложил раздачу почти бесплатных хайендных цапов населению 😉

Если же Вам было интересно - дайте знать, пожалуйста. Материала в закромах ещё много, а вот силы, мотивацию публиковать да оформлять всё это дают в основном отзывы, комментарии моих читателей.

3181

Эксклюзивный ЦАП на PCM58 с лампами EF11, EF13 "черепашками" Telefunken в задающем генераторе

Лампа "черепашка" Telefunken клока впаяна прямо в плату ЦАП на PCM58, срок ее службы 10-15 лет

Выбор цифрового фильтра

Итак, остановив свой выбор в финальном варианте цифро аналогового преобразователя на микросхеме ЦАП Burr-Brown PCM58 передо мной в полный рост встала проблема интеграции в схему цифрового фильтра. Хочу сказать, что цифро аналоговые преобразователи, использующие дельта/сигма и похожие на него алгоритмы я недолюбливаю за неестественные эффекты, возникающие на их выходе. Цифровых фильтров я испытал множество и так и не пришел к однозначному выводу, нужны ли они в составе высококлассного ЦАП-а или нет. Некоторые фрагменты музыки и целые композиции без цифрового фильтра звучат намного рельефнее, живее и богаче, чем с ним. А некоторые без ЦФ вообще слушать невозможно, вот такая двойственность - малопонятная… Здесь многое зависит от того с чем работает non-over-sampling ЦАП, но результат по любому - неоднозначный.

Еще в своих первых в цифро аналоговых преобразователях я делал тумблеры, позволяющие либо подключать цифровой фильтр на выход микросхемы ЦАП-а, либо работать напрямую. Пять лет непрерывного щелканья убедили меня в том, что аудиофилам нужно предоставлять возможность самим выбирать работу ЦАП-а: с цифровым фильтром или без. В связи с этим в схеме экспериментального цифро аналогового преобразователя топ класса на микросхемах PCM58 Burr-Brown я предусмотрел разъем с шестью модулями, которые меняются в течение нескольких секунд. В разъем можно установить либо сдвиговый регистр моей разработки (смотрите по ссылке), либо цифровой фильтр из приведенного ниже перечня:

• CXD1144 в режиме Х4;
• CXD1244;
• SM5842;
• SM5813 (DF1700);
• PMD100 в режиме Х8.

Чего вполне достаточно для подбора характера звучания ЦАП-а практически под любой вкус. О сравнении звучания и особенностях применения разных микросхем цифровых фильтров есть отдельная статья. Предварительно могу сказать, что из представленного перечня больше всего мне нравится микросхема цифрового фильтра CXD1144, однако именно этот ЧИП очень дефицитен, достать его у поставщиков практически не реально и в серийный ЦАП на PCM58 Burr-Brown он ставиться не будет.

Сдвиговый регистр

Что касается сдвиговых регистров, я так же, как и с цифровыми фильтрами перепробовал массу разнообразных вариантов. В интернете информацию по сдвиговым регистрам распространяют какие-то неадекваты или вредители, пишущие про необходимые для их реализации «десятиэтажные» схемы. На самом же деле, для того чтобы подключить ЦАП-ы с разрешением 18, 20, 24 bit к сигнальному процессору по шине i2s и протоколом передачи данных Sony нужно всего 3 логических микросхемы. При этом в шину данных ничего врезать не нужно т.к. это приводит к сильной деградации звучания.

Я не говорю про моду - ставить сложные PLIS-конверторы форматов, которые одновременно выполняют роль сдвигового регистра. Такой PLIS-конвертор я пробовал в качестве эксперимента один раз и убедился в его полной непригодности для получения качественного звука. Регистр сдвига предназначен для того, чтобы задерживать сигнал обновления загрузки ЦАП-а на 2, 4, 8 bit клоков соответственно (для 18, 20 и 24 bit). Сам сдвиговый регистр должен быть собран на высококачественных винтажных элементах, проверенных на музыкальность и иметь хорошо организованное линейное питание. Для серийного варианта своего ЦАП-а я предусмотрел сдвиговый регистр на логических микросхемах 80-х годов Сигнетикс, питающийся от «параллельного» стабилизатора напряжения на винтажном транзисторе Telefunken.

S/ Pdif приемник

Расскажу о входном S/Pdif приемнике. Выбор микросхемы Yamaha YM3623 скорее спонтанный, чем основанный на каком-либо расчете. По всем интернет публикациям эта допотопная микросхема имеет огромный джиттер, что неприемлемо с точки зрения инженерного подхода к конструированию ЦАП-а высокого класса. Однако здесь не все так просто. Именно этот синхронный S/Pdif приемник с реклоком звучит гораздо круче намного более новых и схемотехнически навороченных. Из чего возникает законный вопрос, а намного худший звук более новых девайсов не от внутренней ли навороченности зависит? Может в том и дело, что входной S/Pdif приемник Yamaha YM3623 внутри сделан так, что проще некуда: минимум логики, минимум форматов, потребляемый ток меньше 10 мА. Особенно в сравнении с чипом от Crystal cs8412 и модными сейчас DIR микросхемами.

Вся эта масса логики внутри DIR и Crystal требует качественного питания и генерирует помехи по внутренним шинам, которые естественно пролезают на выход микросхемы. Ведь по логике хорошего звука «чем проще структура микросхемы, тем экологичнее, чище и натуральнее обстановка внутри нее».

Эти измышления нашли подтверждение в сравнениях звучания макета ЦАП-а на PCM58 с возможностью горячего «перетыка» S/Pdif приемников разных производителей и годов выпуска. В результате я остановился на Yamaha YM3623, хоть ее и ругают все, кому не лень. Вспомните, самые дорогие внешние цифро аналоговые преобразователи 80-90 годов, которые были укомплектованы именно этой микросхемой! Yamaha YM3623 так же стояла в многочисленной профессиональной технике для обработки звука. Для ЦАП-а высшего класса я выбрал эту микросхему как базовую и дополнил ее внешним приемником с гистерезисом типа AM26LS32 (в керамическом корпусе) и входным S/Pdif трансформатором.

Ламповый задающий генератор

Ну и главная «фишка» моего цифро аналогового преобразователя это встроенный ламповый задающий генератор на «черепашках» Telefunken EF13 и кенотронным питанием на лампе E311. Выбор для серийного ЦАП-а на PMC58 именно этих ламп обусловлен тем, что из массы винтажа именно они легко доставаемы и снабжены металлическим корпусом выполняющем роль экрана. Звук у них более выразительный чем у пальчиковых триодов, а ресурс настолько велик, что в щадящих режимах лампового клока ЦАП-а они могут работать десятилетиями.

В своем цифро аналоговом преобразователе на PCM58 я предусмотрел джамперы - перемычки, позволяющие выбирать режимы работы тактового генератора:

• Синхронный реклок. Клок подается на ЦФ, на триггеры пересинхронизации и в транспорт (в транспорте сигнал возможно придется поделить на 2 или 3. Для этой опции у меня в производственной программе есть универсальный делитель, описанный в статье про ламповые задающие генераторы);
• Асинхронный реклок. Цифровой фильтр получает тактовую частоту из S/Pdif потока, а сам ЦАП соединяется с транспортом только S/Pdif кабелем. Таким образом, задающий генератор (клок) задействован только в узле пересинхронизации. Вариант асинхронного реклока по звуку немного хуже синхронного, но он позволяет подключать ЦАП к различным CD проигрывателям и транспортам, что важно для аудиофилов, которые пока не определились с приводом CD дисков.

И в том и в том варианте ламповый задающий генератор работает постоянно. Все питающие напряжения поступают на него из высококачественного внешнего источника питания.

Система питания

Качеству питания ЦАП-а уделено повышенное внимание. В нем нет ни одного стандартного для таких устройств параметрического (последовательного с обратной связью) стабилизатора напряжения. В этом цифро аналоговом преобразователе установлены лучшие по звуку (ИМХО) параллельные регуляторы шунтового типа. Большинство из них собрано по простейшей схеме на двух деталях высокого качества и проверенных по звуку: винтажном стабилитроне: Telefunken, Mullard, Motorola и винтажных балластных резисторах: NCF, Allen Bradley, Siemens.

Только два потребителя подключены через умощненный параллельный стабилизатор напряжения на винтажном германиевом PNP транзисторе Motorolla. Это шина питания ЦАП-а PCM58 напряжением -12 V и узел цифрового фильтра или сдвигового регистра. Некоторые микросхемы потребляют ток более 50 мА, который выдать простейший параметрический стабилизатор на балластном резисторе и стабилитроне не может.

Различия в звучании параллельных и последовательных стабилизаторов напряжения я описываю практически в каждой статье, и параллельный стабилизатор всегда оказывается лучше. Хотя он потребляет значительно больший ток, чем последовательный и соответственно требует силового трансформатора большей мощности.

Электролитические конденсаторы в обвязке микросхем ЦАП-а тоже слышны очень сильно. У меня в ЦАП-е стоят винтажные баночки на 25 мкФ 35 В, фирмы Гидра, обыгрывающие 90% дорогих электролитов и звучащие просто превосходно. В менее ответственных местах, где требуются минимальные габариты - установлены ничиконы, выпаянные из CD проигрывателей первого поколения вертикальной конструкции. К большому сожалению найти современные электролиты подобных габаритов с таким же прозрачным звуком мне не удалось. Посему пользуюсь проверенным винтажом (естественно не высохшим от времени). В нескольких местах ЦАП-а стоят электролиты ELNA Cerafine и одинокий Black Gate серии NX (бездумное «втыкание» Black Gate везде, где только можно - вредит звуку и кошельку намного больше, чем их полное отсутствие).

В обвязке микросхем PCM58 нет керамических конденсаторов и CMD элементов. В тех местах, где нужно подавить помеху стоят пленочные емкости Siemens и Philips, их количество, тип и номиналы в каждом аппарате подбираются на слух. Нет ни одного ЦАП-а с впаянными деталями «по образу и подобию» пилотного экземпляра. Каждый цифро аналоговый преобразователь сугубо индивидуален (почти) и настраивается индивидуально, а на глаз я не работаю…

Я кстати заметил, что увеличение номинала электролитических конденсаторов сверх определенного значения звук, как правило - утяжеляет. Наверное, не напрасно в самых музыкальных и «душевных» винтажных CD проигрывателях номинал электролитов в обвязке микросхем ЦАП-а не превышает значений 20-50 мкФ.

В источнике питания цифро аналогового преобразователя стоят двухполупериодные (ДППВ) выпрямители на винтажных диодах 1N5060. Именно такие диоды стояли в CD плеерах первого поколения Philips, до сих пор являющихся эталоном цифрового звука. Попытка заменить эти диоды современными приборами Шоттки, Ультрафастами и т.д. приводит к полной деградации и убийству звучания… Так что, даже в маломощных выпрямителях - только винтаж и ни как иначе… Обмотки силовых трансформаторов выполнены винтажным проводом со средней точкой. Схема ДППВ перекочевала в ЦАП из ламповых усилителей, и все хорошо знают, что играет она лучше мостовой.

Обвязка микросхем PCM58

Сигнал на микросхемы PCM58 подается с D триггеров фирмы Fairchild Semiconductor или 74LS74 Сигнетикс, в них происходит реклок сигнала обновления ЦАП-а. На мой слух остальные данные обновлять вредно и бессмысленно.

На выходе цифро аналогового преобразователя я установил трансформаторы с к.тр. 1/10 на винтажном пермаллое Telefunken. Я когда-то мотал их для предусилителя корректора как MM/MC трансформаторы. В серийном же ЦАП-е скорее всего установлю трансформаторы с двумя катушками на основе пермаллоя от промышленных трансформаторов UTC, т.к. на слух они получаются воздушно-прозрачными, а по приборам экстремально широкополосными. Вторая пара экспериментальных послецаповых трансформаторов на плату не помещается, поэтому на фотографиях они стоят рядом с ней.

Необходимость применения балластного резистора в плюсовой шине питания ЦАП-а на микросхемах PCM58 натолкнула меня на решение, которое я применял в гибридном усилителе - использовать в качестве резистора балласта нить накала лампы. В том усилителе я нагружал мощный полевой транзистор с током покоя 3 ампера на нить накала лампы ГМ-70. Аппарат играл очень выразительно и был прост как доска, но по выделению тепла и габаритам был «монструозным» и непригодным к серии.

В экспериментальном ЦАП-е эту роль взяла на себя пальчиковая лампа, установленная в блоке питания. У нее задействован только накал, и для цифро аналогового преобразователя ее работоспособность не играет никакой роли, главное, чтобы нить накала была цела. Характер звука можно подбирать, втыкая разнообразные лампы, подходящие по напряжению накала и току.

И один существенный нюанс, удалось осуществить очень простую и эффективную подстройку линейности 4-х старших разрядов микросхемы PCM58. В этом узле установлены немецкие углеродистые подстроечные резисторы 70-х годов выпуска. Подстройка каждого канала производится индивидуально и только на слух. Подстроечные резисторы военного предназначения отличаются повышенной надежностью.

Попалась мне как-то на глаза схема ЦАП на PCM2704. И очень мне захотелось её повторить. Подкупала простота и хорошие отзывы. Потом, когда начал помаленьку прирастать знаниями, обнаружилось, что эта микросхема не единственная, да и реализованных любительских ЦАПов хоть пруд пруди. Почитав некоторые форумы выяснил. Есть мнение, что микросхема PCM2702E хоть и имеет меньший функционал, зато, по отзывам пишущих, дает более приятное звучание. Вот и решил я проверить эти высказывания. Покопавшись в интернете выяснил, что PCM2702Е до сих пор считается неплохим ЦАПом хотя давно уже перешагнула возрастной рубеж в 10 лет. Более того, есть много разных схем реализации этого преобразователя с фильтром и усилителем как на кремнии, так и на лампах. Ну а так как лампы для меня сейчас представляют больший интерес, я остановил свой выбор на двух схемах от Laconic Lab .

Но сначала о реализации модуля ЦАП на PCM2702Е.