2012年3月2日 星期五

New Clock for the Apple AirPort Express

年初使用 Apple AirPort Exress Wi-Fi 基地台為基礎,更換電源及數位輸出線路,做出了一台聲音還不錯的數位播放器。後來一個月在電源上繼續微調,雖有效果,但改變並不是非常大,於是開始把心思轉移到時脈上。

時脈之於數位電路,就好像脈搏之於人體,是基本運作之基礎。過去我在許多數位訊源上試過不同的時脈,不論是 Sony SCD-XE600CEC TL51XPhilips CD-680,以及最近的 Shigaclone,在數位訊源上更換時脈,對於聲音總是有不小的影響,影響之大,甚至可以改變整個訊源的個性,彷彿整個系統承載了新的靈魂

更換時脈的奧妙之處在於,不同的時脈架構(包含所選用的 crystal、穩壓線路、穩壓上的週邊零件等等),聲音或有相當的差異,但不見得有明顯的高下,卻更涉及主觀的偏好以及搭配性。換上所謂高規格或昂貴的時脈,有時反而讓聲音變糟,或是音響性提升而犧牲音樂性。前幾期 Stereo Sound 就曾有評論員指出,Esoteric 兩台時脈產生器中,他反而喜歡比較便宜、定位為下級機種的款式。這是時脈有趣而玩味之處。

因此,在 AirPort Express 上裝新的時脈,原是我的既定計畫,只是在 Internet 上搜尋半天,只看見兩家廠商 La Rosita 與 Micromega 的文宣指出他們的改機都有更換時脈,然而究竟要怎麼換、怎麼接線等細節,卻找不到前人分享。一直等不是辦法,總得有人多花點時間做白老鼠,所以最後決定自己來摸索。

Apple AirPort Express 的 PCB 背面有兩顆 SMT crystal,頻率都是 25MHz。其中一顆比較靠近 88F6183,查過資料後確認 88F6183 晶片有 I2S 與 SPDIF 輸出,當是處理音訊的核心,所以就先鎖定鄰近的這顆 crystal(PCB 標記為 Y700)。解焊 crystal 以及週邊的兩顆 load capacitors  C700 與 C701 之後,其中一個 crystal 的腳位要接到新的時脈,另一個腳位則是空接。

移除 Y700、C700、C701。
Remove the crystal Y700 and its load capacitors C700 & C701

由於我手上沒有 88F6183 的 pinout 資料,只好用猜的,兩邊都試試看。歷經開機失敗,最後終於確定了接法。如下圖,藍線的接點(靠近電容 C700)就是時脈的 input,白線是地,找了一個比較容易施工的接地點焊上。如此就順利拉出外接時脈的界面了,藍線另一端要接到外接 25MHz 時脈的 output,白線另一端則接到外接時脈的地。


藍線接到 25MHz 的時脈,白線是地。
Blue is 25MHz clock; white is clock ground.

接下來就是一般更換時脈的簡單操作了,拿一個 25MHz 輸出的時脈--豐儉由人,任君選擇--,分別接上電源和藍線、白線,應該就可以上電開機了。我最熟悉也最喜歡的 clock 是 Kwak Clock 7,不過現在手邊沒有現成品可用,所以用閒置的 The Flea 穩壓先上。The Flea 要搭配 XO (oscillator)使用,之前買過不少昂貴的 oscillator,可惜都沒有 25MHz 這個規格。臨時到川禾與金電子買了幾種便宜的 XO 來用。然後就上電了。上電之後,AirPort Express 主板全無動靜,檢查也沒有冷焊或接錯,clock 也有正常輸出,後來想到 The Flea 預設的電壓是 5V,clock 的輸出擺幅也將近 5V,高於 AirPort Express 的工作電壓 3.3V。調整 The Flea 的輸出電壓後,降低 clock 的輸出電平,再次上電 AirPort Express 終於順利開聲。


開聲之後,試聽不到五秒,我就確認了改機的成果。並不是說變得非常好聲,而是我改對 clock 了,現在的聲音正是更換 clock 之後的反應。第一個裝上 The Flea 的是川禾的 XO,品牌不知,聲音很鬆很渾厚,有點糊有點毛邊,不如原本的 crystal 乾淨,但聽起來卻多了一份說不出來的活生感,讓人雖然不覺得滿意,但卻聽得很快樂。


接下來再換上金電子 XO。這顆 XO 價格便宜,但之前在 The Flea 測試,聽感卻物超所值,表現中規中距,水準和數百元的 TCXO 在伯仲之間。把這顆 XO 接上 The Flea 之後,AirPort Express 果然又有煥然一新的表現,前一顆 XO 的毛邊大幅減少了,聲音變得高雅細緻,而活生感還是很理想。後來查了這顆 XO 的 datasheet 得知,正常的工作電壓是 5V,我硬調到 3.3V,恐怕不能完全發揮水準。不過已經是目前手上最好聽的 XO。


最後,我把系統整理一下,將 AirPort Express 放上音響架,開心的享受改機成果。原本的 AirPort Express 聲音非常乾淨沉謐,表現比較靜態,聲音也很精確,井井有條。然而聽久之後,不免稍嫌不夠活潑,缺乏生命力。換上 The Flea 之後,聲音的乾淨稍微有些犧牲,但卻換來了更寶貴,讓人沉醉不已的活生感,彷彿為 AirPort Express 畫上眼睛,終於有了生命和神彩。這真的是相當有趣的改變,不過這只是開始。接下來還有很多可以玩:可以改善 clock 訊號的走線與接地點,可以換更多 XO,當然,更可以換 clock 架構。我已經迫不及待要試 Kwak Clock 7 了,同時也準備了其他幾種方案。以前改時脈,用的頻率是 11.2896MHz、16.9344 等等,沒有太多業界的解決方案。AirPort Express 用的 25MHz 則是網路工業常用的頻率,有許許多多現成的 IC 可以玩,相信又會有一番新的樂趣。話說回來,25MHz 不是 44100x16 的倍數,88F6183 晶片以 25MHz 為基頻去產生音樂訊號,處理過程中應該會利用 PLL 等方式合成 44100x16 倍數的時脈,理論上不如原生時脈。話雖如此,只好聽起來有效,結果是好的,那就好了。



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