ФИЛИН DAC-4. ЦАП с задержками

[SOVA]

Выкладываю на обсуждение очередной проект. Релизован пока не до конца, только в виде отдельных составляющих. Пока есть возможность его подкорректировать. Прошу высказать своё мнение.

ФИЛИН DAC-4. ЦАП с задержками

1. Предпосылки.

В настоящий момент вся автомобильная аудио индустрия совершенно сошла с ума. Все производители (вообще все, и бренды и китайцы) гонятся наперегонки за повышением функциональности автомобильных магнитол, буквально фаршируют головные устройства всем, что можно представить. Один перечень источников сигнала может просто ошеломить, если на него обратить внимание:
- CD-AUDIO
- CD-ROM
- USB MPEG3, WMA, FLAC, ALAC, WAV
- DVD-VIDEO
- DVD-AUDIO
- DVD-ROM
- DVD MULTICHANNEL 5.1
- IPOD AUDIO
- IPOD MIRROR LINK AUDIO VIDEO
- BT PHONE
- BT AUDIO
- NAVI AUDIO VIDEO
- FM RADIO
- AUX AUDIO VIDEO
и т.д.
Просто перечитайте этот список ещё раз!
А ведь каждый из этих источников звука является совершенно уникальным устройством, со своими возможностями и требованиями, как к железу, так и к способу передачи аудио информации. Изучив структурные и принципиальные схемы современных мультимедийных аппаратов, я понял, что только для того, чтобы заставить все источники воспроизводить звук на одних и тех же динамиках, требуется вагон и маленькая тележка всевозможных коммутаторов, преобразователей, и микшеров. От одного источника звук идёт в цифре SPDIF, от другого – в аналоговом виде, от третьего – в цифре I2S, от четвёртого в виде TDM потока, от пятого после DSP обработки с нестандартной частотой (32кГц) звук выводится через паршивенький ЦАП, чтобы в аналоговом виде снова преобразоваться в цифровой поток.
И вот до чего докатилась техника: топовые аппараты знаменитых производителей этого года выпуска, с процессорами на борту, из несжатых форматов читают только CD AUDIO, так же, как пятнадцать лет назад!
Зачем великими потугами гора рожает мышь?
Я, наверное, отношусь к тому вымирающему племени, которое прежде всего ценит в аудиосистеме её основную функцию – воспроизведение качественного звука. Все эти мультики на втором плане, как довески, хороши, если они не ухудшают основную функцию. Если система не может качественно играть, то она не нужна в принципе.
2. Описание системы

Сложившаяся ситуация подтолкнула меня к созданию собственных аппаратов, которые имеют потенциал донести до слушателя эмоции, вложенные исполнителями при записи музыки. Первым в цепочке был источник сигнала, который я сделал на основе донора – Pioneer DEH-1400 и Pioneer DEH-1500. Несмотря на кажущуюся простоту доработок, решены две главные проблемы воспроизведения звука:
1) Применение отдельного стабилизированного генератора опорной частоты, единого для всей системы, даёт возможность точно воспроизвести цифровой аудио поток;
2) На цифровой выход звуковой сигнал передаётся точно в том виде, в котором записан на исходном файле и со всех источников звука.
Кроме этого, удалось перейти на современную базу хранения музыки (USB) и уйти от подвижных деталей. Дальнейшая работа привела к созданию довольно качественного цифрового регулятора громкости. Перехватывая команды управления родным регулятором громкости и селектором входов, я заставил работать дополнительную плату точно так же, как работают оригинальные блоки.
У этого источника есть и свои недостатки. Прежде всего, в новом автомобиле для него не предусмотрено места. Хорошо, что у меня Getz в котором штатное место под 1 DIN, а как быть владельцам автомобилей с интегрированным головным устройством? Затем, не всеядность. Воспроизведение CD-AUDIO и WAV 44.1 кГц / 16 бит. В данном случае я говорю о форматах без потерь, так как MP3 в современных магнитолах есть по умолчанию J. Хотя, если реализовать возможности даже данных форматов, уже можно слушать хорошую музыку.
Следующий шаг. Источник сигнала ничто без ЦАП. Стратегически место расположения преобразователя цифры в аналог должно быть рядом с усилителем. Пример предыдущей инсталляции в моём автомобиле с головным устройством Clarion HX-D2 и усилителями в багажнике меня в этом убедил. Семь пятиметровых линейных кабелей общей стоимостью больше двухсот пятидесяти долларов отлично портили звук в этой аудиосистеме. В рамках новой концепции лучше иметь один длинный коаксиал с цифрой, чем восемь длинных кабелей с аналогом.
Место я выбрал. Теперь речь пойдёт за функционалом. Что минимально должен выполнять блок ЦАП? Прошу посмотреть на блок-схему ниже.




Блок должен иметь не только основной вход, но и дополнительный. Дополнительный вход может активироваться при включении AUX входа на магнитоле. Этот вход можно использовать, например, для подключения мультимедийного проигрывателя. Поэтому второй вход должен иметь как электрический, так и оптический разъёмы. Выход S/PDIF не имеет большой практической ценности, но, поскольку он получается автоматически, то его можно использовать для наращивания системы.
Регулировка громкости в цифре. Это довольно спорный момент с точки зрения качества звучания. Наилучшим решением считается регулятор громкости на специализированном переменном резисторе. Но многосекционный резистор ALPS стоит немало, и дистанционное управление им – непростая задача. Дополнительно, в довесок к регулятору громкости необходим каскад усиления из-за высокого выходного сопротивления самого регулятора громкости. С другой стороны, если между ЦАП и усилителем нет никаких промежуточных блоков, то качество звука в варианте с хорошим цифровым регулятором оказывается даже выше, чем с пассивным регулятором и дополнительным каскадом.
Поскольку я хочу сделать вещь, полезную не только для себя, но и для других людей, необходимо предусмотреть управление громкостью не только с «родного» для этого ЦАПа источника – Pioneer DEH-1500, но и в автономном режиме – от управляющего переменного резистора. Правда, в автономном режиме будет доступна только регулировка общей громкости, без баланса и фейдера, но это уже детали. Переключение входов в автономном режиме осуществляется подачей напряжения +12В на управляющий провод.
Задержки. В автомобиле без них невозможно ни сцену построить, ни динамики свести между собой. В данном, минимальном варианте, в ЦАП будет независимая задержка сигналов двух фронтальных каналов. Это позволит согласовать между собой фронтальные каналы и согласовать фронт с сабвуфером. Диапазон задержек 0-5м, шаг 1 см.
Выходных каналов планируется четыре. Два (фронт) с задержками, два (тыл или саб) – без задержек. Все каналы работают в полную полосу, и фильтроваться должны в усилителе (если вообще будут фильтроваться). Номинальное напряжение на выходах от 2 до 4 вольт. Запас по питанию позволяет передать до восьми вольт, но я никогда не использую усилитель без запаса по амплитуде. Сам ЦАП построен на микросхеме WM8741 (отношение сигнал / шум - 123дБ, уровень гармоник -100дБ). 24 Бита, частота до 192 кГц. Такие микросхемы выбраны прежде всего потому, что они у меня есть. А ещё потому, что грамотная реализация дельта - сигмы также даёт хороший звук (проверено на опытном ЦАП-е). После ЦАПовый фильтр третьего порядка на одном хорошем операционном усилителе с пересчитанными номиналами и плёночными конденсаторами. Использование только одного операционного усилителя на канал выбрано для уменьшения количества каскадов усиления. Это тоже в рамках данной концепции.
Питание и дополнительный сервис. Вопрос организации питания очень важен для воспроизведения качественной музыки. Поэтому применение импульсного блока питания повышенной мощности с дополнительной фильтрацией аналоговыми стабилизаторами – обязательная вещь. Дополнительный сервис заключается в алгоритме управления ремоутом для включения внешних усилителей, исключающим появление щелчков при включении и выключении. Напряжение на выходе ремоута для усилителей появляется только после того, как закончились все переходные процессы в ЦАП и пришёл стабильный цифровой сигнал, а пропадает сразу же после выключения аудиосистемы. При этом сам ЦАП выключается гораздо позже усилителей, чтобы дать спокойно им «заснуть».
3. Лирическое отступление.

В этой статье я описал предполагаемые возможности нового ЦАПа. Конечно, большинство людей будут сравнивать данный проект с уже имеющимися решениями на рынке автомобильного аудио. Хочу отметить, что данный подход к получению действительно высококачественного звука в корне отличается от принципа построения любого аппарата из выпускающихся в настоящее время. Поэтому прямое сравнение по отношению функционал / стоимость некорректно. Гораздо более правильно сравнивать данный проект с конкурентами по количеству эмоций, передаваемых к слушателю, по той вовлечённости в музыкальный материал, которую может дать данный проект.
В дополнение скажу, что данный проект пока реализован только в виде отдельных модулей, и вынесен на обсуждение принципов построения и необходимых сервисных функций до того, как получен в виде единого блока. Это сделано специально, чтобы учесть пожелания независимых критиков. Ориентировочный срок изготовления такого ЦАП - конец апреля - начало мая 2013 года.

[Каток]

Респект и уважуха! Автозвуковые бренды могут сворачивать свою деятельность на Украине...

Добавлено через 26 минут
Раз вопрос о пожеланиях, то:
мне кажется, ещё два канала задержек и DAC отнюдь не помешали бы. Двухполоска-поканалка с задержками на каждый динамик + саб, это по-моему самая выигрышная конфигурация. Фильтрацию можно выполнить и снаружи, пассивно или активно, а вот задержки - это самое большое богатство...
Поэтому просятся четыре канала ЦАП (стерео, миды + твитеры) и один-два канала сабовых.

В идеале, конечно, не помешали бы в каналах мидов отключаемые HPF на две-три настройки (а может, и одну даже) для подрезки мидов снизу. Ещё, наверное, не помешала бы подстройка уровней каждого канала поотдельности, например в диапазоне +/-10дБ, хотя и не обязательно.

А для настроек всего хозяйства можно было бы если не блютуз, то хотя бы USB прикрутить: подоткнул ноут, выставил птичками конфигурацию ЦАПа и отключился.

[Cobox]

Если будет расматриваться вариант, когда задержки будут использоваться и для сведения вертикальной фазировки, то шаг 1см очень большой, нужно делать меньше.

[Рост ®]

Теж хочу потиснути руку Іллі.

Щодо роздумів з приводу.

Підтримаю Катка, для багатьох машин достатньо затримок ліво-право, але це все рівно накладає певні вимоги до розташування твітерів, особливо правого. А якщо робиться інстал в стилі "сток", це вже проблема.
А є такі автомобілі, де взагалі неможливо акустично, тобто без затримок звести твітери з мідами.
Тому варіант ЦАПа з 4-ма затримками комерційно значно привабливіший.
Хоча зрозуміло, що він стане дорожчим на 2 канали.

Так може зробити плату з розрахунку на 4 канали + саб, а в легкій версії (2+1) просто не впаювати компоненти "зайвих" каналів.


Також цікавить інтерфейс взаємодії з налаштуваннями ЦАПа.

Цитата

Если будет расматриваться вариант, когда задержки будут использоваться и для сведения вертикальной фазировки, то шаг 1см очень большой, нужно делать меньше.

Та ні, достатній.
Звичайно, плавно, і по міліметру - взагалі супер, але не так уже й в тому багато смислу. Суджу по своїй роботі з 701-им, а там взагалі 1,7.

[SOVA]

Цитата:

Сообщение от Каток

Респект и уважуха! Автозвуковые бренды могут сворачивать свою деятельность на Украине...

Добавлено через 26 минут
Раз вопрос о пожеланиях, то:
мне кажется, ещё два канала задержек и DAC отнюдь не помешали бы. Двухполоска-поканалка с задержками на каждый динамик + саб, это по-моему самая выигрышная конфигурация. Фильтрацию можно выполнить и снаружи, пассивно или активно, а вот задержки - это самое большое богатство...
Поэтому просятся четыре канала ЦАП (стерео, миды + твитеры) и один-два канала сабовых.

В идеале, конечно, не помешали бы в каналах мидов отключаемые HPF на две-три настройки (а может, и одну даже) для подрезки мидов снизу. Ещё, наверное, не помешала бы подстройка уровней каждого канала поотдельности, например в диапазоне +/-10дБ, хотя и не обязательно.

А для настроек всего хозяйства можно было бы если не блютуз, то хотя бы USB прикрутить: подоткнул ноут, выставил птичками конфигурацию ЦАПа и отключился.

Для систем с поканальным усилением разрабатывается аналого - цифровой аудио процессор.Он будет иметь либо шесть, либо восемь каналов, и особенные фильтры на борту.
Данный ЦАП предназначен именно для систем с пассивной фильтрацией, и больше, чем четыре канала ему не нужно. Достаточно даже три.

Добавлено через 6 минут

Цитата:

Сообщение от Cobox

Если будет расматриваться вариант, когда задержки будут использоваться и для сведения вертикальной фазировки, то шаг 1см очень большой, нужно делать меньше.

Рома, если посчитаешь, что длина звуковой волны на частоте раздела СЧ/ВЧ 3 кГц равна 11 см, а один отсчёт сигнала при частоте дискретизации 44,1 кГц соответствует 0,77 см звуковой волны, то поймёшь, что 1 см здесь вполне разумное предложение.

[Cobox]

Цитата:

Сообщение от SOVA

Рома, если посчитаешь, что длина звуковой волны на частоте раздела СЧ/ВЧ 3 кГц равна 11 см, а один отсчёт сигнала при частоте дискретизации 44,1 кГц соответствует 0,77 см звуковой волны, то поймёшь, что 1 см здесь вполне разумное предложение.

Илья, я не просто так написал, а исходил из своего личного опыта. Я когда определял разницу акустических центров между Вч и СЧ, то стваил их в одну плоскость и сводил их через твою машинку времени, а уж потом по ней определял получившееся смещение акустических центров. Так вот, на чатосте раздела 9кГц длина волны уже составляет около 3.6см. И когда я делал сведение ВЧ и СЧ, я просто балдел от тех возможностей, которые заложены были тобой в мою машинку времени, шаг в 1мм позволил очень четко определить необходимое смещение ВЧ от СЧ
Так что не забывай, что не у всех двухполосные системы с частотой раздела в 3кГц, есть системы, где частота раздела доходит до 10кГц.

[Борис К]

Цитата:

Сообщение от SOVA

Для систем с поканальным усилением разрабатывается аналого - цифровой аудио процессор.Он будет иметь либо шесть, либо восемь каналов, и особенные фильтры на борту.
Данный ЦАП предназначен именно для систем с пассивной фильтрацией, и больше, чем четыре канала ему не нужно. Достаточно даже три.

Коммерчекая привлекательность у шести/восьми канального (по мне, так четыре на фронт+ один на саб), еще и с фильтрами будет значительно выше чем предлагаемый вариант для систем с пассивной фильтрацией. Лично я терпеливо буду ждать более продвинутого варианта.

А в общем хочется пожелать успешной реализации обоих этих не простых проектов, да и всего задуманого.

[Рост ®]

Я тут наскоками зараз писати хіба можу. Часу не дуже.
Чергова порція.

Виходячи з аналізу тенденцій ринку..
Виробники автомобілів конкретно рубанули серпом по бюджетному і в деякій мірі середньобюджетному відростку галузі автомобільного аудіо. В першу чергу це стосується головних пристроїв.
Сучасні автомобілі в основній своїй масі оснащені штатними "головами", вмонтованими в торпедо, заміна яких на інші, навіть з використанням заводських перехідних рамок, в більшості своїй виглядає колгоспним тюнінгом. А ідеальна інтеграція чогось інородного потребує уже чималих фінансових вливань і теж не завжди реалізується в силу нестиковки дизайну.
Тому в повний зріст стоїть питання управління усіма додатковими пристроями, які встановлюються в автомобіль.
Звичайно, перший варіант - це щось типу альпайнівського рукса.
Який має мінус в тому, що його кудись треба встановлювати, тобто все та ж інтеграція.
Варіанти "в бардачок" і йому подібні я не розглядаю, тому що це "колгосп". В бардачок можна ставити ченджер, але ніяк не головний пристрій.
Пульт. Можна розглядати, як крайній вихід з положення, тому що треба бачити, що робиш. Та й пульти схильні губитися.
Сучасні віяння дали поштовх до розвитку нового сегменту - пристроїв типу XCarLink. За винятком зовсім бюджетних авто, більшість головних пристроїв мають вихід на ченджер. І КарЛінк, під'єднаний до "голови" бачиться останньою як ченджер і повністю керується нею.
Тут питання лише в тому, наскільки проблематично реалізовувати таке управління.
Також прийшла мені, поки пишу, в голову ідея про реалізацію управління зі смартфонів. Основних їх типів не багато - андроїд, айфон, вінмобайл... На смартфон ставиться софтинка, яка через блютуз, наприклад, керує системою.
Такий варіант гірший, ніж щось, залізно вмонтоване в машину, але відповідає, так би мовити, віянням часу, тому одразу може не варто відкидати.

Далі. У нас є ЦАП, з с/пдіф. І цифра по цьому інтерфейсу на нього звідкись має прийти, з якогось транспорту. Скоріш за все це буде додатковий транспорт, бо де в автомобілі ще взяти цифру? Тобто керувати потрібно і ним, і гучністю ЦАПа.
Або робити наступним чином. Є панелька управління/транспорт USB, яка керує ЦАПом в тому числі, а нею теж, опціонально, можна керувати визначеним способом. Маю на увазі, керувати основними функціями - гучність, треки... От тоді панельку можна і в бардачок.

Бо якщо не продумати якісну реалізацію способу управління, пристрій буде неконкурентноздатним. Так, він буде користуватись попитом серед автозвукофілів, які готові жертвувати зручністю заради якості звуку, але скільки їх - один на тисячу?

Добавлено через 4 минуты
Борис К, комерційна привабливість визначається також і ціною...

[SOVA]

Цитата:

Сообщение от Cobox

Илья, я не просто так написал, а исходил из своего личного опыта. Я когда определял разницу акустических центров между Вч и СЧ, то стваил их в одну плоскость и сводил их через твою машинку времени, а уж потом по ней определял получившееся смещение акустических центров. Так вот, на чатосте раздела 9кГц длина волны уже составляет около 3.6см. И когда я делал сведение ВЧ и СЧ, я просто балдел от тех возможностей, которые заложены были тобой в мою машинку времени, шаг в 1мм позволил очень четко определить необходимое смещение ВЧ от СЧ
Так что не забывай, что не у всех двухполосные системы с частотой раздела в 3кГц, есть системы, где частота раздела доходит до 10кГц.

В твоей голове 8-ми кратная передискретизация. Отсюда и возможность уменьшения шага с 7-ми до 1 мм.

[Рост ®]

Вчора заїжджав до мене Михаїл, поговорили в тому числі і про цей ЦАП.
І ще раз зійшлися на думці, що серйозним конкурентом він стане тільки при умові хорошої інтеграції в сучасні штатні аудіо системи по управлінню.
І єдиний, напевно, варіант - це емуляція підключення ченджера. Тобто, так, як реалізовано в XCarLink.
В інших випадках він буде привабливий автозвуколюбителям з автомобілями, в яких є 1-дін місце, а таких усе менше, і окремим фанатам цієї справи, які заради звуку будуть ставити щось через перехідні рамки, в бардачки і т.д, жертвуючи виглядом і зручністю управління. А це втрата значної кількості клієнтів уже зі старту.