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2021年7月12日 星期一

新舊穩壓電路與 Soekris dam1021

時光飛逝,最近幾年能玩的時間不多,Soekris dam1021 DAC 雖然已經一聽六年,但似乎還有很多構想尚未實踐。去年將 Soekris dam1021 連同類比輸出級、訊源 BeagleBone Black 和專用時脈一起裝箱,不過尚有兩個方向還想繼續嘗試,一是 Soekris dam1021 的主供電,二是 BeagleBone Black 所需的 22.5792MHz 或 45.1584MHz (CD 規格)時脈。

玩音響,無人不知電源的重要。我印象最深的就是當年玩振盪器時,振盪器本身固然有其音色,但只要換上不同的電源,差異卻更是鮮明(詳見多年前的專文)。Soekris dam1021 主板需要一組正負 8 至 15 V 的直流供電,我買的早期版本甚至支援交流供電,透過板上內建的二級體整流。我先後試過交流供電、IC 穩壓(老朋友7812與7912)、儘整流濾波無穩壓等簡單的電源,當中最喜歡的是無穩壓的直流。8V的交流電經 Schottky 二極體整流後,接上 2200uF 的濾波電容,就這麼輸出 12V 左右的直流電。比起 IC 穩壓,這樣子的聲音更為開闊、活潑、自然。如原廠表示,dam1021 正電需要 180mA、負電僅需 60mA,後來將正電源再加上一顆 2200uF 濾波電容,總容值提高到 4400uF,低頻變得更為渾厚,背景也更為安靜了。

這個無穩壓的電源,不知不覺聽了六年。不過心中一直有個計畫想嘗試,那就是無負迴授穩壓電路。這類的電路又稱 voltage stabilizer,共集極電路搭配參考電壓放大電流。參考電壓源可以是二極體、TL431、或高精度的電壓參考 IC,若用分壓電阻得到相對參考電壓,即是所謂的 capacitance multiplier。這種電源因為輸出端沒有負迴授,所以 load regulation 不甚理想,但也因為沒有負迴授,所以聲音往往自然、輕鬆、充滿音樂性。早年的 Audio Note DAC 裡,就用這樣的電源供應 DAC 晶片的正負電,參考電壓是 8.2V 的基納二極體,搭配五級達靈頓隨耦器,最終得到大約正負 5V 的供電。


NOS TDA1543 DAC 的發明人 Kusunoki 先生當年在 MJ 雜誌上發表了三種  NOS TDA1543 DAC 電路,其中有一個版本併聯四顆 TDA1543,搭配的也是 TL431 + 2SC2336 的無負迴授穩壓。

我自己是這類穩壓的愛好者,將近二十年前剛開始接觸音響 DIY 時,曾參考 Elso Kwak 的三級達靈頓穩壓電路製作 8.5V 無負迴授穩壓,餵給 NOS TDA1543 DAC。用這樣子的穩壓供應 DAC,聲音相當開放、自然、寬鬆,沒有壓迫感。心中一直想在 dam1021 上嘗試,於是先裝了一個輸出約正負 10V 的版本,作為整張 dam1021 板子的供電。延用 Pedja AYA II TDA1541A  DAC 的 PCB,只是小改設定把原本正負 5V 換為正負 11V。這 8 至 15 V 的供電,還會再經過 dam1021 主板上局部的穩壓,得到正負 5V、3.3V、1.8V 等電壓,才真正供應給對應的負載。


從僅有整流濾波的無穩壓電源換成上圖的無負回授穩壓,聲音有立竿見影的改變,尤其是透明度和空氣感,顯著提升。比起先前用三端子 7812、7912 穩壓,活生感更是好上許多。由於 dam1021 正電源負戴有 180mA,在 BD139 上加了散熱片,溫度仍然頗高。

初步效果不錯,接下來,則是把上圖的電源改為正負 5V,直接供應 dam1021 的 DAC 電路。國內外有不少玩家嘗試此處的供電,似乎都有滿正面的改變。我的改法是把主板原本的正負 8-15V 改回先前的無穩壓版本,接著移除主板上原本的 78L05 正 5V 穩壓(U7)和 79L05 負 5V 穩壓 (U5),再把外部的正負 5V 焊接到 C28 與 C23 的腳上,此處的負載僅約 30mA。開聲之後,效果讓人啞然失笑。無負回授穩壓用在此處,聲音非常的輕鬆流暢、沒有壓力,但也相當鬆散,控制力不足,聽感與當年在 First Watt B1 上如出一轍。當時把無負回授穩壓換成 TL431 為基礎的併聯穩壓,得到很好的效果。過了十年,我變不出新花樣,搭了兩套 5V 的 TL431 併聯穩壓,疊在一起變成正負 5V,來供應 dam1021 的 DA 電路。

這類的併聯壓穩我相當熟稔,過去用在不少訊源、前級上,皆有自然鮮活、暫態靈敏、透明度高的特點。不過要根據負載設計限流電阻,應用上比較不便。這回上電之後,立刻聽見彷彿純 A 類管機的「發燒味」,背景寧靜深沉,中高頻通透而溫潤,充滿了活生感。

在嘗試這些老電路時,一邊也好奇穩壓 IC 新近的進展。近來超低雜訊的小功率穩壓,其實進步飛快,特別是 Analog Device 的 LT3045 與 LT3094,一正一負,規格優異,近期頗為熱門。表面黏著包裝越來越小,搭棚手焊不便,好在現在網購發達,一下就找到了看起來 layout 緊湊,價格也合理的成品。於是下訂了正負 5V 的版本,比較一下古董的離散併聯穩壓,與當今 state of  the art 的串聯穩壓 IC。


LT3045/LT3094 很小,應用上也與常見的三端子串聯式穩壓沒有什麼差別,非常便利。上電一聽,聽感和併聯穩壓真的很不相同。相較於併聯穩壓類似純 A 類管機的聽感,這對串聯穩壓IC動態寬大,生猛有力,低頻較為強勁而 Q 彈。雖然有點不倫不類,但居然讓我想起早年 Burr-Brown OP-Amps 的美式風味。與 7805 或 317 等傳統晶片相比,LT3045/LT3094 相對來說,不僅背景乾淨,而且較為寬鬆、更有活生感。若與前一版 TL431 的併聯穩壓相比,併聯穩壓仍然較有氣質,多了些發燒味,可說是一動一靜,各有不同的聆聽樂趣。


電源在音響上扮演至關重要的角色,不過許多高價廠機也能用三端子穩壓調出鮮活、生動的音質。音響也就好玩在沒有絕對的好壞,只有搭配的問題、口味的問題。有時困難卻是在要從許多好的方案中,挑選一個出來。一些發燒名廠在長年探索精進之餘,始終能維持一貫的美學,建立獨家的 signature,想來真的是非常的厲害。

2015年2月23日 星期一

Soekris Discrete Sign Magnitude R-2R DAC 的幾種電源

Soekris dam1021 離散式 DAC 一須要一組正負 9-12V 直流或正負 7-8V 交流的電源。一開始我用常見的三端子穩壓 7812/7912 搭了一組輸出正負 12V 的直流穩壓供應 Soekris DAC。

就我去過的經驗,一級穩壓的聲音比多級穩壓自然,較為開活不受壓抑。如果怕聲音不夠乾淨,可以加強濾波電路,或者在初級使用無負迴授的 follower 穩壓。聽了幾天後,就開始動手修改。Soekris DAC 板上有許多組小穩壓,所以外部這組正負 12V 的穩壓算是第一級穩壓。

首先換上 7VAC 的 Nuvotem Talema 變壓器,直接交流供應。Soekris 板上內建了橋式整流器與濾波電容,正極有三顆 Nichicon CL 系列的 820uF 電解電容,負極有一顆。

交流供電的聲音很有趣,與穩壓相比,背景似不那麼寂靜,多了一點底噪,但也多了幾分活生感,而且有個神奇的韻味,好像用交流點燈的真空管機一樣。同時低頻的控制力較鬆了些,不夠紮實,反應稍慢。

聽了幾天,拿出常常用在數位電源的二極體 11DQ06,重新搭了一組簡單的無穩壓直流電源,Nuvotem Talema 的 7V 交流,經整流之後過電解電容濾波,得到約 10V 的直流,送入 DAC。這樣聽起來效果相當不錯,似乎兼有穩壓與交流的優點,背景乾淨、低頻控制力變好,活生感和韻味也比穩壓供電來得優秀。

隔了幾天又在 hifiduino 看到 Soekris 電路板上有預留直流電源接孔,可以跳過板上的橋式整流器。如下圖所示,PWR A- 接負極、PWR A+ 接正極,地則可以延用原本的 PWR GND。我很明白整流二極體對聲音的影響,立刻動手把直流重接,上電一聽,效果果然明顯,聲底的特質是一樣的,但透明感大增,音樂中細膩的速度變化變得更清楚更鮮活,讓人非常滿意。


Soekris dam1021 板上還有許多小穩壓,想來是尚有諸多可以調整之處。但板上元件極多,布局緊湊,現在盡量只在外部做調整。單是電源、類比緩衝就有許多空間可以嘗試,firmware 裡的濾波器似乎也還有很大的修改空間。雖然 Soekris dam1021 已是 all-in-one,完成度極高的 DAC 模組,但在每個 DIYer 不同的品味與思路之下,最終調出來的聲音還是可以有很不同的風格。

2011年5月30日 星期一

在 Shigaclone 上測試 Clock 穩壓

最近半年沒有新的 DIY 計劃,稍有餘力只是繼續在現有的機器上微調。DCB1 或 DAC 沒什麼好講的,只是玩玩不同的機內線材和零件。在 Shigaclone 上試了不少有趣的東西,特別是 clock。

去年也曾小玩過 Shigaclone 上的 clock,寫在 Reclocking the Shiagaclone 一文裡。那時 Shigaclone 只有單電源供應,從變壓器裡得到 12V 的未穩壓電源。在單電源的情況下,可以嘗試的 clock 架構就少了些,只試了 odiofan 的離散穩壓與阿仁的 Pureclock。後來網兄 odiofan 與熱心的網友分別惠借我 The FleaTentLabs XO3 等兩款穩壓,同時我也很想試試過去愛用的 Kwak Clock 7 在 Shigaclone 上的表現,索性重做了一個新的電源模組。新的電源模組裡有兩顆變壓器,一顆功率較大,照舊輸出 12V 的直流,供應 Shigaclone 主電路;另一顆則有中間抽頭,輸出電壓為 12-0-12,只要抽換接法,就可以得到 12V、24V、正負 12V 等三種供電,如此手邊的各種穩壓都能使用了。


除此之外,我也集收了幾顆震盪器(oscillator)。除了 Kwak Clock 7 之外,手邊的穩壓都要額外裝上震盪器,所以每換上不同的穩壓,就逐一測試每顆震盪器在該穩壓架構上的表現。這些震盪器音色各自不同,其實也有滿多故事可講,將來再寫。但總括來說,我覺得穩壓對聲音的影響,更勝於震盪器。追求那些昂貴的震盪器之前,其實先把穩壓做好才是根本之道。


先講阿仁的 Pureclock,國內許多人應該都用過這款。Pureclock 的穩壓電路並無出奇之處,僅採用常見的三端子穩壓 IC,特色在於震盪器置於獨立的子板上,與母板間以橡膠圈懸吊固定。這是效仿 Mark Levinson 當年某部 CD-Player 的作法。我不知道橡膠圈懸吊帶來多少幫助,但三端子穩壓 IC 供應我手上這些震盪器,效果並不是非常好,音質不夠清澈、純淨,毛邊多了點。在 Shigaclone 上,這樣子的聲音似乎還不如原本 PCB 上裝 crystal 的表現。


再來是 odiofan 之前推出的穩壓,電路與 Kwak Clock 7 類似,用 TL431 搭配電晶體作併聯穩壓,但只有 5V 的單電源。Kwak Clock 的表現聲名素著,這款穩壓也確實比三端子穩壓好一些,清晰乾淨,有個甜美的韻味。比起原始 Shigaclone 內建的 crystal,這款穩壓配上好的震盪器之後,聲音更為 hi-fi,音響性強。而原始的 crystal 則聽起來溫和悠揚有韻味,算是各有好處。須知 Shigaclone 上的 crystal 是個特例,許多 diyaudio 上的網友更換多種穩壓之後,仍然獨沽原始的設計。而在一般的場合上,無論是 Pureclock 或是這款,應該都會比一般的 crystal 好些。

 

接下來是 TentLabs 推出的 XO3。TentLabs 是荷蘭前 Philips 工程師 Guido Tent 開設的 DIY 零件舖,專賣低 jitter 震盪器起家。XO2 與 XO3 是該廠配合震盪器所推出的穩壓板,XO2 與 XO3 的穩壓電路相同,但 XO3 多了 SPDIF Re-clock 的功能。XO3 這張板子價格不低,原本沒有機會觸接,幸得網友熱情相借,終於能聽到 XO3 的聲音。原本以為 XO3 的聲音音響性強,突出頻寬動態,想不到聽感截然不同。XO3 的聲音很樸素,但很有氣質,格調不俗。這種聲底,讓人聯想到 1990 年代前後的 Philips 或 Studer CD 唱機。雖不是現代音響的聲音取向,但溫文儒雅,頗為耐聽。


The Flea 是一群 pink fish media 討論區上的網友,專為 TenLabs 的震盪器量身訂做的穩壓。因為震盪器消耗的電流其實不多,所以 The Flea 的設計是直接用小訊號 op-amp 的輸出去供應震盪器。而他們預設的 op-amp 是低失真、低雜訊的 AD797。這個穩壓的聲音非常驚人,動態大、頻寬佳、氣勢飽滿、開闔如自,音響性能無與倫比,是所有穩壓中最優秀的。 而且既然用的是 op-amp,也就代表可以換 op-amp 來調音。我把手邊的 op-amp 試過一輪,大致上和過往的試聽經驗相符。像 OPA111AM 中頻密度就特別高,質感極佳;AD847 則音樂性好,聽感靈活流暢;ADA4627 的頻寬延伸特別突出。但總而言之,AD797 似乎是最平衡,最能呈現這個穩壓特性的 OP。裝上 AD797 之後,這個穩壓的聲音特別飽滿濃密,音樂聽起來更為艷麗,真是非常有特色的穩壓。


最後是 Kwak Clock 7。Kwak Clock 7 是知名 DIYer Elso Kwak 在 2003 年左右提出的 clock。這個 clock 並不須要震盪器,只要使用便宜的 crystal 就行了。特別的地方則是 Elso Kwak 精心設計的穩壓架構,以及時脈輸出前,經過一顆 comparator(例如 AD8561 或 MAX913)作波型重整。因為 Elso Kwak 免費公開電路圖,世界各地眾多 DIYer 都曾試過這個 clock。先前曾在 Philips CD-680 上使用 Kwak Clock 7,印象十分良好,這次也很期待它的表現。

聽了一陣子 The Flea 之後,換成 Kwak Clock 7,又是全然不同的感受。相較於 The Flea 上窮碧落下黃泉的驚人音響性能,Kwak Clock 7 則顯得一派從容優雅,氣度高尚。Kwak Clock 7 有種歐洲高級器材的風味,聽起來自然和煦,沒什麼侵略性,素質卻相當高。但若要追求高動態、高張力、氣勢飽滿的聲音,Kwak Clock 7 自然是不及 The Flea 遠矣。

這些穩壓各有特色,各有吸引人之處。當中最讓我吃驚、印象最深刻的是 The Flea,而目前用來聽音樂的則是 Kwak Clock 7。如前所述,我換過許多穩壓與震盪器的組合之後,發現穩壓對聲音的影響實遠勝於震盪器,甚至更換穩壓上的 OP-Amp,也能讓整體音色改頭換面。買了昂貴的震盪器,卻沒有花心思在穩壓上,不能充份發揮震盪器的性能,那就太可惜了。

2010年9月21日 星期二

沒有電容就是最好的電容?--DCB1

Nelson Pass 設計的 First Watt B1 前級,我用了將近兩年,歷經幾次調音改版,一直相處愉快。B1 的線路非常簡單,僅僅一對 JFET 作一級隨藕器。Pass 的設計是單電源,所以 18V 的供電由分壓電阻拆成 9V 與 18V 兩半,JFET 工作的中點在 9V 附近。於是,輸入訊號必須經過交連電容,將訊號位移到 9V 送入 JFET;而 JFET 放大之後,又要經由另一顆交連電容,再次將訊號位移回到 0V 輸出。因此,那時看著 B1 的電路,便想,只要改由對稱的正負 9V 供電,似乎就能省掉了前後兩次中點位移,於是便不需要輸入輸出交連電容了。

話是這麼說,但要讓輸出直流穩定地維持在數 mV 之下,並不那麼簡單,所以我這兩年還是認命的用交連電容聽音樂。diyAudio 上的網友當然也想到了這個 idea,在 Salas 等網友的努力之下,DCB1(Direct Coupled B1、直交 B1)的計劃開始成形。經過一年多的沿革,DCB1 終於漸漸成熟穩定,又逢網兄 Coffin 分了一張 PCB 給我,於是這兩三個月間慢慢備料,並在上週完成了 DCB1。

Nelson Pass 原始的 B1 並沒有設計電源穩壓線路,Pass 曾說,這個線路對電源並不「挑剔」,廠製 First Watt B1 甚至只用 Adapter 供電。然而,事實上電源對 B1 的音色影響頗鉅,想要讓 B1 更上一層樓,穩壓設計絕不可輕忽。為了讓輸出直流穩定,DCB1 最主要的設計重點當然在於對稱的正負穩壓。這個穩壓可說是集 diyAudio 眾人之力,Web 2.0 audio design 的成果,完成度極高。這是併聯穩壓,其實架構和我先前用在 B1 上的併聯穩壓差不多,但用了一串 LED 作電壓參考,又改用大功率 MOSFET IRFP240/IRFP9240 放大電流。為了讓輸出直流在 5mV 以下,所以 LED 必須配對,總共需要八對 1.7V ~ 1.8V 的 LED。此外主放大的線路和 B1 完全一樣,只差不必使用輸出入交連電容,並有保護後端器材的開機延遲線路。

我拿到的這張 PCB 是前一個版本,最近有了更新、更大張的 Blue Edition,但基本架構一樣。我第一次配對 LED,花了好些時間才從 50 顆綠色 LED 中找出比較理想的八對。此外其他裝機的工作倒是滿單純的,甚至比原始的 B1 更簡單(因為不必煩腦穩壓線路……)。零件不多,電容更是相當少,扣除開機 delay 的部份,主要電路上只有六顆電解電容。放大部份的電阻,我照例採用 Audio Note Tantalum 電阻,電源部採用 Philips/BC MPR24,但有四顆 470 歐姆的電阻,官方建議使用碳質電阻。台灣能買到的「非雜牌」碳質電阻只有 Allen-Bradley 和 Riken,選擇甚少(我現在最喜歡的碳質電阻是 Takman 碳膜電阻),臨時無奈,就先用了 AB。此外,併聯穩壓的輸入電阻,官方建議用兩根 1/2 瓦 68 歐姆電阻併聯,我直接以 33 歐姆的 Dale CPF 2 代替。Dale CPF 2 是我最喜歡的電阻之一,額定功率二瓦,聲音非常飽滿寬鬆。重點是唐竹有售,而且不貴,在功率較大的場合,我幾乎不作他想。

開機 delay 的部份,有兩個零件比較難找。一是十腳的 2 pole 小型 relay,輸出迅號會經過這顆 relay,勢不可馬虎,在光華商場與中華路連找了些家電料行,方才買到兩款合用品。另一個難找的是達靈頓電晶體 BC517,在兩大商圈遍尋不著,所以我目前尚未裝妥 delay 的部份,只好小心翼翼的注意前後級開關順序,但還是很擔心跳電。

裝好 DCB1,在開聲前為怕問題,仍然在輸出端串上了一對 4.7uF Black Gate N 電容,形成有輸出交連電容的 "DCB1"。然後,一開聲我就聽到了非常棒的聲音。之前朋友說,DCB1 的電源架構,聽起來有 Class A 擴大機的質感,溫暖豐厚,充滿水份。聽了幾分鐘之後,我完全同意他的感想。其實本來 B1 就是 Class A 放大,但配合不同的穩壓,卻有各異的音色。DCB1 確實有種醇美溫潤的特質,而且低頻、動態、氣勢、能量感都更勝前一版的 B1。我的 DCB1 兩聲道輸出直流都在 3mV 之下,據設計者的說法,在 5mV 以下為理想(very good),在 3mV 以下為極佳(great)。所以,聽了一天覺得工作相當穩定之後,就把輸出交連電容移除,達成真正的 DCB1。

我的 DAC TDA1541A 原本就沒有輸出交連電容,後級 Gainclone 也是直接交連。如今配上 DCB1,我的系統成為全直交,訊號從訊源到喇叭,中間不經過任何電容和變壓器。移除交連電容後,我聽到了更為直接、明亮、不修飾的聲音。特別明顯的是中高頻,相當鮮銳靈活,而低頻則更為結實有線條感。不過調性也變得比較亮,比較衝,不如先前柔順。因此我系統的其餘部份勢必也要相應調整,重新找尋最佳的平衡點。整體來說,我喜歡直交的聲音,可是全直交與經過一兩顆交連電容之間的差別,卻不如想像中的大。常看有些 DIYer 千方百計的想省掉一顆兩顆交連電容,甚至不惜引入 DC-Servo 等同樣帶來失真的方式,不禁讓人懷疑是否值得。我覺得 DCB1 更有價值的卻是那套精心設計的併聯穩壓,無怪有人買 DCB1 的 PCB 來當穩壓板供應其他電路使用。

DCB1 無疑是相當成熟的設計,完成度極高,甚至已經有網兄整理好調音配方,照帖抓藥即可。現在如果有人想玩 B1,直接從 DCB1 下手即是,又方便又好。原始的 B1 似乎已經可以「成身退」了。

2010年8月23日 星期一

Jonathan Carr 談電源變壓器

diyaudio 網站真是知識寶庫,累積了許多專業人士與進階 DIYer 的智慧,用 Google 搜尋時加個 site:diyaudio.com 常能找到意想不到的好文章。

例如今天想找一些變壓器的資料,意外發現 Lyra Connoisseur 的設計師 Jonathan Carr 曾寫過一篇詳實的文章,比較 EI、環型(Toroidal)、R-Core 等三種電源變壓器的優缺點,從 audio 的使用需求出發,簡單易懂,值得一看(可惜他後來被 Elso Kwak 惹毛了)。

原文見此:Where can found R-Core Transformer?

美國變壓器製造商Custom Magnetics 也提供了一個簡明的變壓器比較表

簡而言之,Jonathan Carr 認為 R-Core 電源變壓器是最理想的,不像環型會交連雜訊,洩磁又低,震動也少。EI 變壓器先天有洩磁的缺點,但品質好壞差距頗大,好 EI 變壓器不發熱、震動亦少。環型變壓器則要選擇有隔離網的(隔離初級和次級),並確實接地,減少雜訊交連。

這個討論串最初是想問,哪裡有好的 R-Core 變壓器貨源。我自己也很想知道,台灣哪裡買得到好的 R-Core 變壓器呢?觀察廠機和 DIY 社群,R-Core 變壓器的似乎僅在日本和中國流行,其他地方的機器仍然以環型與 EI 為主。台灣網路上偶爾會出現一些中國製 R-Core 變壓器,但規格少,也不知品質如何。長年以來真想試試看 R-Core 變壓器,希望台灣也有好的貨源,不必花費高昂的運費,甚至可以指定規格訂製,那就太好了。

2010年7月11日 星期日

Reclocking the Shigaclone

從今年三月底開始玩 Shigaclone 以來,歷經了許多次的改機與調整,包括避震懸吊SPDIF 輸出 bufferSPDIF 輸出電阻、還有神秘的小電容 C906 等等,幾個主要能調能動的部份,都玩得差不多了。最後除了裝箱之外,還剩下電源和 Reclock 兩個未知的部份,上個月正是把心思放到 reclock 上。

對 CD-Transport 作 reclock 通常都有正面的改善,這幾乎是普世認可的改機重點。之前我曾對 Sony SCD-XE600 作的 reclock,也對 Philips CD-680 以及 CEC TL51X 試過,效果都不錯。一般 CD-Player/CD-Transport 上採用的時脈產生器,多半是石英振盪器(crystal oscillator),這種振盪器便宜、小巧、規格齊全,但穩定性及精確度不如高階製品。是以在此所謂的 reclocking,就是用更好的振盪器來代替原本的 crystal。

Shigaclone 的原始機構,JVC RC-EZ31 電路板採用的時脈是 16.9344MHz,這是 CD-Player 常用的頻率。但時脈產生器並不是常見的 crystal,而是更便宜、精度更差的陶磁振盪器(ceramic resonator)。在 diyAudio 上,Peter Daniel 建議使用 Citizen 的 crystal 更換,但也有人實驗之後,覺得原始的 ceramic resonator 比較溫和耐聽。Peter Daniel 推薦 Citizen,不見得是此牌特別好,而是 16.9344MHz 的 crystal 並不好找,在 Digi-Key 上只有此一選擇(SMD 倒是還有別牌)。相形之下,在台灣方便多了,德昌和金電子等地方就能輕易買到這個頻率的 crystal,還有許多款式可以選,甚至也買得到大顆的 XO。

起初我用德昌所賣的不知名 crystal 代替 ceramic resonator,果然體會到 diyAudio 網友對此二者的觀感。Crystal 的聲音比較清楚,細節多,定位精準;原始的 ceramic resonator 比較糊,稍微悶了點,但確實有個溫和的韻味,似乎比較沒有「數位聲」,但整體來說我還是比較喜歡 crystal。

接下來,我參考 Peter 的作法,將主板上 clock 的接腳拉線出來,嘗試其他振盪器。一開始直接採用 CD 機構主電路板上的 5V 為電源,接上手邊的 XO 和 TCXO 來試聽。主板上只有一組 5V 電源,同時供應眾多元件,並不是非常乾淨。加上 XO/TCXO 本身也會反饋高頻雜訊,在這樣的組態下聲音實在不理想。於是,接下來我改用獨立的專屬 5V 電源來供應振盪器。在此我試了兩種電源,一是阿仁著名的 Pure-Clock V1.1,另一個是露天賣家 odiofan 先前出售的振盪器專用電路板。Pure-Clock V1.1 的電源是三端子 IC 穩壓(同時支援 LT317 和 LM7805 兩種 pinout),特色在於採用 O 環懸吊振盪器,模仿 Mark Levinson No. 31.5 的設計。

Mark Levinson No. 31.5 的 SPDIF 輸出板

odiofan 的重點在穩壓線路。這個電路採用 TL431 與 BJT 作離散穩壓,之前曾專文介紹。Elso Kwak 著名的 Kwak-Clock 7 (KC7) 也採用了類似的穩壓架構。


這兩張電路板有專屬穩壓,聲音自然比先前借用主板的 5V 來得好。兩張板子相比,odiofan 的離散穩壓又勝過了 Pure-Clock,聲音更清楚,分離度更高,低頻也更結實。看來振盪器對電源果然相當敏感,Pure-Clock 雖有避振懸吊,但三端子 IC 穩壓在此確實遜於 TL431/BJT 的離散穩壓。

我在兩張穩壓電路板上,又各別測試 XO、TCXO 等不同的振盪器。XO 多年前購自台北地下街的「金電子」,聲音不比便宜的 crystal 好上多少。雖然較為清晰,分離度高,但聲底有點硬,不太耐聽。TCXO 我有兩顆,同樣分別購自阿仁odiofan,都是四五百元的平價品,並非聲名卓著價格高貴的「三田電波」製品,卻也相當不錯。這兩顆 TCXO 音色略有不同,阿仁的溫暖厚實,odiofan 的比較強調解析,但都在同一個等級。困擾的是,odiofan 的 TCXO 裝在他自家的離散穩壓板上,有時會不能工作,常要重覆上電許多次才能正常啟動。但這顆 TCXO 裝在 Pure-Clock 上用三端子 IC 穩壓卻又毫無問題。與賣方連絡後,據說其舊款的 TCXO 對電源的 rising time 十分敏感,因而或有此不穩定的情況。

過去在 Philips CD-680 和 CEC TL51X 上都有採用 TCXO 的經驗,聲音確然都有顯著提升。但相比於 TCXO,我目前最喜歡的仍然是 Kwak Clock 7。KC7 用普通的 crystal 作參考時脈,輸出波型也不是非常漂亮,音響性不如 TCXO 精確清晰,但有個非常流暢自然的聽感。可惜 KC7 需要正負 9V 的供電,而我的 Shigaclone 只準備了單電源,必須大幅修改才能裝下 KC7。據說 TentLabs 的 XO2 也很優秀,但要價頗高讓人遲疑。

總而言之,振盪器對電源相當敏感,就我這幾次的經驗裡,電源的影響實超過了 XO 本身。因此,不是買了昂貴的 TCXO 或某某 XO 就能成事,必須配合良好的供電才能充份發揮 XO 的能耐。

2010年3月21日 星期日

Shunt Regulator for First Watt B1 Buffer

去年是成果豐碩的一年,做了新的音箱給 Jordan JX92S 單體,也完成了 Nelson Pass 的 First Watt B1 Buffer 前級。新喇叭和新前級,兩者都讓我很滿意。Jordan 原廠的 VTL 音箱設計已經很成熟,按圖做好,單體裝上去,再經過幾個月的 break-in,聲音就自然和諧了。全音域單體沒有分音器,除了接線和端子之外,無可調整之處。前級可以下手調校的部份就多了。Pass 宣稱 B1 對電源品質並不太敏感,用便宜的 adapter 聲音就很好了,在他的廠機上也的確採用 adapter。雖然如此,我在 B1 試過幾種電源架構,音色各自不同,有時甚至還非常敏感。例如用 UCC 穩壓時,稍微更動旁路電容或更換 op-amp,聲音就有明顯的變化(詳見此)。

除了最早的 LT317 IC 穩壓和 UCC 穩壓,後來又玩了 non-feedback 穩壓和併聯式穩壓(shunt regulator),當中我最滿意併聯穩壓的表現,和 B1 意想不到的合拍。

Non-feedback 穩壓是參考 Elso Kwak 為 TDA1543 設計的電源電路。用 zener 作電壓參考,後面接三級隨藕器(follower)放大(達靈頓電路),無負回授。這樣的架構前先用在 TDA1543 DAC 上,聲音非常優秀,寬鬆舒暢,游刃有餘。後來 Pedja 修改此電路,增加輸出電流,作為 Gainclone 的穩壓。我參考 Elso Kwak 和 Pedja 兩人的電路,也做了一個 non-feedback 穩壓,輸出 18V 給 B1 使用。這個穩壓與 B1 搭配之下,聲音非常奇特,一方面音樂性絕佳,音符源源不絕地流洩而出,流暢無比,毫無勉強之處,十分引人入勝。另一方面,控制力極差,尤其低頻下不去、出不來,於是整體音色也偏薄,沒有底。這個穩壓非常有趣,我聽了一陣子,覺得和 UCC 穩壓實在各有千秋,各擅勝場。UCC 穩壓音響性非常好,動態大,兩端頻寬延伸也很好,上窮碧落下黃泉,叫人大呼過癮;Non-feedback 穩壓對音樂的詮釋很有魅力,出眾的音樂性與極其貧乏的音響性能矛盾地糾纏在一起,古怪而迷人。

後來我開始嘗試先前印象良好的 TL431 併聯式穩壓。最初採用基本的架構,一顆 TL431,三根電阻,算好工作點就完成了一個精簡的併聯式穩壓。接上 B1 之後,只覺得聲音很虛浮,有氣無力,唱歌始終少了一口氣,無法全力施展。這個線路最高可以輸出 50mA 的電流,而 B1 兩聲道加起來只要 14mA,理應足夠。但經過一些配料和週邊環境的調整之後,問題依舊沒有改善。我想或許是單顆 TL431 輸出仍然餘裕不足,無法推好 B1,於是參考 TL431 的 datasheet 和 Pedja 的 DAC 線路,加入電晶體提高輸出電流。

基本 TL431 併聯穩壓


高電流併聯穩壓

高電流的併聯穩壓稍微複雜一點,輸入端用電晶體代替限流電阻,輸出端也多了電晶體放大電流。因為只是試作,用的都是普通的零件,以 Panasonic FM 電容和 BC MRS-25 為主,在洞洞板上搭棚。完成之後接上 B1,一聽之下讓我感到意外的高興。這個穩壓的聲音,非常的「正常」。也就是說,不像 UCC 穩壓有威猛的頻寬和動態,也不像 non-feedback 穩壓有驚人的韻味,然而一切的表現都那麼的合理,那麼的適當,各方面都相當均衡。低頻刻劃清晰,量感恰到好處,而且這個特質從低頻到高頻都維持一致。中高頻不過亮,也不過暗,樂器的音色再現得頗為真實。音場並不特別寬闊,動態也不十分威猛,收放之間彷彿不太著意,但卻不會讓人感到絲毫不足。乍聽之下似乎沒有什麼「韻味」,只覺得音樂的詮釋很合理,很對味。我簡直不知道該怎麼形容這個穩壓了。中庸、樸素、自然、沒有癖性,這些辭彙都不足以描述這個穩壓的特質。只能說,這個穩壓沒有鮮明的特出之處,但怎麼聽都挑不出毛病,非常耐聽,非常好聽。

併聯式穩壓和 B1 如此契合,讓我喜出望外。這幾個月一路聽來,至今仍然十分滿意,依舊挑不出什麼缺點。而且目前還是原型的組態,穩壓電路板上都是普通的零件,沒有發燒料,也沒有特別調音。雖然未來的事情永遠不能預料,但我想手邊這台 B1 目前已然達到成熟而平衡的狀態,偶爾可以換換零件調調音,但基本架構已經穩定,可以心安理得地聽上幾年。2009 年的 First Watt B1 buffer 之旅,也算暫時告一段落。

2009年10月14日 星期三

OP-Amps 印象

不同的 OP-Amps 內部的電路都不一樣,但許多 OP-Amps 接腳相同,特性相近,可以替換使用。於是,換 OP-Amps 就像換電容、換電阻一樣,變成調音的環節之一。不過電容電阻這種被動零件,不論怎麼換,只能修飾門面,作最後的微調。OP-Amps 內部是複雜的電路,換 OP-Amps 等同於大幅更動電路,帶來的效果比換零件更有趣,可能改變全系統的氣質和走向。

UCC 穩壓用到一顆 OP-Amps,這顆 OP-Amps 用來控制輸出電壓,就在迴授路徑上,責任重大。最近持續調整 First Watt B1 Preamp 的電源,幾經試驗,確認 UCC 穩壓對此 OP-Amps 非常敏感,OP-Amps 本身的個性走向對 B1,乃至於對全系統的音色韻味都有鮮明的影響。在完成 UCC 穩壓之初,先採用 UCC 推薦的 NS LME49710,這顆 OP-Amp 表現穩定,我也頗愛其音色。如今穩壓的其他環節已經調整得差不多了,於是重新回到這個部份,針對目前的系統,慎重挑選最適合的 OP-Amps。

晚上朋友來找我,正好一起試聽各家 OP-Amps,以下稍微筆記一下這些 OP-Amps 的音色和個性。

1. NS LME49710NA
這是 UCC 官方推薦的 OP-Amps。這顆 OP-Amps 很新,專為 Hi-Fi 音響應用設計。聲音的確也相當不凡,非常通透,是手邊所有 OP-Amps 裡最透明的。全頻段的音色一致,非常平坦寬闊。可惜聲音過於直率,對音樂的表現比較單調,缺乏張力,久聽之後常常感到無趣。

2. ADI AD847J
這是我最喜歡的 OP-Amps 之一,也是 ADI 的 OP-Amps 裡我個人最偏愛的。AD847 速度夠快,頻寬表現也不錯,難得的是非常有表現力,嬌柔婉轉,特別強調音樂中的抑揚頓挫,傳達情緒起伏。與 LME49710 相比,高頻稍為衰減,高、中、低頻的音色不太一致,不如 LME49710 那麼平坦寬敞。

3. ADI ADA4627BRZ
OPA627 是 TI/BB 旗下大名鼎鼎的「天王級」OP-Amp。這顆 ADA4627 據說是 ADI 版的 OPA627,架構、特性皆類似 OPA627,可以作為 OPA627 的替換品。ADA4627 高低頻延伸非常優秀,音響性極佳,尤其低頻渾厚、氣勢如虹,確實有 OPA627 的味道。與 OPA627 相比,音色比較直接,不經修飾。對我來說,ADA4627 可以當作「沒有 BB 味的 OPA627」來用。因為 Burr-Brown 系列的 OP-Amps,高頻往往修飾得太過圓潤,調味過重,不如 ADI 素雅,也不如 NS 清澈。

4. ADI AD8065AR
這是 ADI 的超高速 OP-Amps,頻寬達 145MHz,相當驚人。用在 UCC 穩壓上,效果也同樣驚人。音樂的速度飛快,所有音符都草草帶過,匆促異常。事實上音樂的速度不可能隨 OP-Amps 而變化,但聽起來就是奇快,非常詭異。故而 AD8065 雖然有趣,但完全不適用於目前的位置。

5. ADI AD8610BR
這是 ADI 針對音響應用設計的 OP-Amps。在剛推出的那陣子,頗為熱門。尤其是 dual 版 AD8620 經常用於耳擴,廣受耳機族好評。但 AD8610BR 和前面幾款 ADI 的 OP-Amps  相比,卻顯得最平庸,最沒有個性。而且,AD8610 的音色也有點修飾,好像多了一顆交連電容一樣,不透明,不如其他 ADI 直接。相比之下,TI/BB 設計給音響用的 OPA134,雖然有 BB 味,但韻味更好更有特色。

6. TI/BB OPA627BP
OPA627 或許是最著名的 OP-Amp,不玩 DIY 的音響迷也能琅琅上口。更有一些廠機用家,根本不考慮電路需求和音色偏好,盲目購買昂貴的 OPA627SM 來替換,以為這樣就是王道中的王道。這顆 OP-Amp 的特色是頻帶寬闊,低頻豐沛,動態強勁,或許迎合了台灣人的口味。而我始終覺得 OPA627 偏向「大港」,標準美式作風,一味強調動態和寬頻,沒有什麼氣質,對音樂的刻劃不夠深入。

7. TI/BB OPA277PA
這顆 OP-Amp 聲底稍薄,但音色非常樸素,又有特別的韻味,是 TI/BB 旗下少數有氣質者。不過整體來說,雖有特色,等級卻不夠高,不如同樣樸素卻遠為高貴的 OPA111。

8. TI/BB OPA227P
在以往印象中,這顆 OP-Amp 編號類似 OPA277,聲音走向也接近。果然聲音同樣樸素,但各方面都比 OPA277 要差一點,完全沒有獨特之處,不如直接採用 OPA277。非常平庸的 OP-Amp。

9. TI/BB OPA134PA
這是 TI/BB 專為音響應用設計的 OP-Amp,聽感上的確有一種 Audio Grade 的質感,滑順、有彈性,但反過來說就是音染明顯。我不欣賞這種調味。同樣針對音響應用的 OP-Amps,透明平實的 NS LME49710 品味高明許多,然而 OPA134 又比平庸無趣的 AD8610 好上一點。

10. TI/BB OPA111BM
OPA111 相當特別,只有 AM、BM、SM 三種金屬殼等級,與前面的塑膠等級相比,似乎不太公平,但不論音色走向,OPA111BM 的質感和 S/N 比確實高出其他 OP-Amps 一大截。OPA111 速度稍慢,音色平實,不特別強調動態或低頻,較無我所不喜的「BB 味」,比 OPA627 更樸素內斂。把 OPA111BM 用在 UCC 穩壓上,噪訊超低,分離度極佳,質感高貴,大幅提高了整體的客觀品質,卻沒有添加太多本身個性,是相當實用的選擇。

手邊還有很多 OP-Amps,但有些用在此處會震盪(如 AD797 和 AD843),有些則是向來不合我的胃口(如 NE5534 和 OPA604),還有一些是電流回授(如 AD844 和 AD811),也就不試聽詳述了。

以上十顆裡,我目前比較偏好 AD847、ADA4627、OPA111 這三顆。這三者走向有別,各有妙處。AD847 婉轉動人、ADA4627 痛快淋漓,OPA111 噪訊極低,質感特佳。OP-Amps 有半標準化的介面,電路設計不同,卻可以替換使用,這比單純換真空管或電容電阻有趣許多。同樣的,如果只追求昂貴的 BM、SM 等級,那仍然是在相同電路下,找尋更好的封裝方式或製造品質而已。不如在不同種類的 OP-Amps 之間試聽比較,針對當前的應用位置,選擇出最合適自己聆賞品味的款式。

2009年9月18日 星期五

UCC Golden Reference Regulator for First Watt B1 Buffer

之前用過幾次 UCC 穩壓,印象不差,特別是用在前級或 DAC 的類比輸出級,音響性很好。但用在 DAC 或數位電路上,效果就不是那麼全面,有時還不如小巧便宜的三端子 IC 穩壓。每看國內 DIYer 製作 DAC,動輒採用三五組 UCC 穩壓,佔了機箱 2/3 的空間,所有供電一概由 UCC 穩壓供應,如此施為效果如何,實在令人好奇。

在 diyAudio 與 diyhifi 等討論區上閱覽,國外 DIYer 對於穩壓的使用比較靈活,處理不同的 loading 皆有個別考量。即使是 IC 穩壓,用法也相對多元細膩,針對不同的負載特性而設計。像小電流穩壓,10mA、50mA、200mA 即有許多選擇,不若國人毫無頭緒,一概採用 78xx 系列或 317 系列。

UCC 穩壓屬於 op-amps 串連式穩壓,這類穩壓相當經典,Horowitz 的教科書 The Art of Electronics 有教,Walt-Jung 發表的 Regulators for High-Performance Audio 更是響譽 DIY 社群,簡稱 Jung Regulator。Jung Regulator 初始也是針對 DAC 的類比放大、op-amps 前級等應用而設計,自始至終,很少看到外國人將 op-amps 穩壓應用在前級以外的地方。我過去曾以 8V 的 UCC 單電源穩壓供應 TDA1543 DAC,不至於衰聲,但也未盡理想。主要的問題是聲音較緊,不夠輕鬆,音質近似通用的三端子穩壓。以數位電路來說,仍然仔細校調的穩壓 IC 或 non-feedback 達靈頓電晶體串連式穩壓為佳。

同是 op-amps 串連穩壓架構,但不同的組態設定與調整,聲音仍然有相當大的區別。UCC 調音非常用心,幾年間不斷地改版演進,國內少見。其穩壓在小功率類比線路上確然不錯,聲音輕快活潑,收放自如,動態大,全頻帶也相當平衡。對於前級和 DAC 輸出,不失為一個理想的電源選擇。

自從年初完成 Nelson Pass 的 First Watt B1 Buffer Preamp 之後,一直採用基本的 LT317 穩壓來供應 B1 所需的 +18V 電源。B1 所需的電流非常小,兩聲道合計只要 15mA 左右,大多數穩壓都能輕鬆應付。雖然如此,我嘗試以簡單的 TL431 shunt regulator 穩壓供電,效果卻不理想,聲音薄弱,推不出正常的動態。後來,又以自己相當喜愛,用為 TDA1543 供電的 non-feedback 三級達靈頓電晶體穩壓,音質純淨,但仍然有氣無力,要死不活,讓人舒不過氣。總而言之,經過幾個月的測試,最後仍然採用表現最穩定,聲音已相當全面的 LT317 作穩壓。

然而,我還是很想繼續嘗試 B1 的供電。這時想起過去將 UCC 穩壓用在 DAC 與前級的印象,便想拿出庫存的 UCC 正電單電源穩壓成品來使用。這個單電源成品是 2004 年的製作,設定為 8V 輸出,用來推動 TDA1543 DAC。試用一陣子之後,發覺 Elso Kwak 為 TDA1543 設計的 non-feedback 三級達靈頓電晶體穩壓更為寬鬆自然,便將這張 UCC 穩壓退役下來。當我上網找詢資料,想將 8V 輸出調整為 18V 時,卻發現 UCC 已經移除舊的安裝資料,改推新版的穩壓 PCB,Golden Reference Regulator。據 UCC 表示,新版穩壓表現全面勝出,於是便訂了一張來玩。

新版的電路其實差異不大,仍然是以 op-amps 決定輸出電壓,再由功率晶體隨藕的方式輸出電流。不過在配料的哲學上,卻有明顯的差異。雖然 UCC 自己賣電容,但這次竟然全面採用 WIMA MKP2 作 bypass,而完全沒有使用口碑卓著的 MKP2000 系列。或許是 WIMA MKP2 更小,腳距更短,更容易 layout 吧!當然,應該也有調音的學問在。此外,這次對整流二極體也有新的手法,不再採用 1N5062,改用 very short recovery time / soft recovery 的 IXYS DSEP 15-06A 二極體,併且併上小電容吸收噪訊。PCB 維持一貫的生產品質,組裝非常容易,三兩下就完成了。

我大致上是依照 UCC 的建議來配料的,但採用 AD780BN 來作電壓參考,是 2.5V 而不是 5V,所以更動了電阻比例,才能正確輸出 18V。此外電容改用手邊庫存的 Panasonic FM、Black Gate FK / N 等產品,電阻也改用熟悉的 Philips MPR-24,經過簡單的測試就安裝到 B1 上了。

起初,穩壓輸出電容是 Black Gate N Type 47uF / 50V 的規格,由於這顆電容和 B1 PCB 上的 input 電容併聯(我取消了原本 1 ohm 的輸入電阻),input 電容同樣也是 Black Gate N Type 47uF / 50V,形成 Super E-Caps 佈置,所以對 UCC 穩壓來說,輸出電容大約是 100uF 左右。然而,在這樣的組態下,B1 的聲音有點薄弱,低頻略少,氣勢不能完全施展。我記得之前使用 UCC 穩壓時,輸出電容的容值對其音色表現影響頗大,容值越小,速度越快,反之則較為寬厚。於是我改採 UCC 建議的數值,裝上 220uF 的 Black Gate FK,聲音果然寬鬆適暢許多。雖然 FK 不如 N Type,但在這個情況下容值比電容的級數更為重要。

另一個調整是 op-amps 的穩定電容 C3,這是一顆 22pF 的小電容。據之前的經驗,這顆小電容對聲音也有不小的影響,特別會改變泛音的音色和音樂的尾韻。UCC 建議使用陶磁電容,然而國內電料行所售之陶磁電容,皆不知其廠牌規格,難以選購最高級之 COG/NP0 級產品。只好先以 silver mica 電容取代,後來又以熟悉的 Philips 銀膜電容試音。相比之下,silver mica 電容較為活潑銳利,然而卻稍為硬了一點,又有一點髒。Philips 銀膜則比較平順自然,沒有什麼副作用,目前便使用 Philips 銀膜,有待日後購入 COG 陶磁電容再繼續試音。

至於整個穩壓電路的核心要角,op-amps,我仍然採用 UCC 建議之 NS LME49710。這的確是非常棒的 op-amps,之前曾與 AD797、AD847、AD8610、OPA627、OPA111 等在音響上頗有好評的 op-amps 比較,雖然 LME49710 並沒有 AD 系列的音樂性,也沒有 TI OPA 系列的厚實有力, 但非常的流暢平順,像水一樣透明,幾乎沒有存在感,實在難能可貴。

First Watt B1 Buffer Preamp 裝上 UCC Golden Reference Regulator 之後,經過兩三天的 run-in 和調整,聲音漸漸穩定。UCC 的音色與頻帶表現,與 LT317 穩壓差異不大,但細節豐富許多,S/N 比似乎更高了。最主要的改進則在動態,迭遇大場面時,比 LT317 更強健,足以穩定地支撐出堅實的音場,維持飽滿的音色,毫不軟腳,毫不紊亂,聽起來真的非常生動過癮。LT317 相比之下,在大動態、大場面下似乎少了口氣,音色突然轉薄,無法舒暢地大聲鳴放。不過目前 UCC 穩壓聲底比較尖細,聽小品、人聲、鋼琴,總覺得聲音太細瘦,不夠豐滿,LT317 相比之下卻沒有這個問題。或許 UCC 穩壓先天上聲音較薄,配上同樣不厚聲的 Panasonic FM、Black Gate、Philips MPR-24 等零件,有失平衡,這就仍然要繼續調整了。

雖然 Pass 說 B1 Buffer 對電源並不挑剔,接上便宜的 adaptor 就有好聲。事實上 B1 Buffer 對電源頗為敏感,搭配適當的穩壓設計,絕對有更上一層樓的助益。

2009年8月13日 星期四

Modifying Philips CD-680, Part III

這次改機重點有二,一是從 Philips CD-680 I2S 訊號出來,直入 TDA1541A DAC,二是更換新的電源穩壓 IC。

CD-680 的解碼晶片是 SAA7210P 與 SAA7220P/A,很容易拉出 NOS I2S。參照這個波蘭文的連結,SAA7210 的 pinout 為:

1. pin 37 => SDATA
2. pin 38 => BCK
3. pin 39 => WS
4. pin 32 => DEEM

把這四條線,再加上地,用屏蔽線拉出來,以 5-pin 的佳能(Canon)端子輸出。

此外,還要把 mute 控制訊號拉到 SAA7210 上,也就是把 SAA7220 的 pin 23 拉線接到 SAA7210 的 pin 11,以免輸出雜訊。在 TDA1541A DAC 也做了對應的修改。先把 SPDIF 輸入斷路,再加入 5-pin Canon 端子作輸入,把三條 I2S 訊號,各串上小數值的碳膜電阻,接到 TDA1541A。

開聲一切順利,但直入 I2S 的聲音,卻沒有我想像中好。與 SPDIF 相比,聲音比較自然活潑,但整體平衡較為乾瘦,沒有 SPDIF 厚實,SN 也似乎較差。推測這應該和 I2S 的連線過長有關。I2S 連線最好不超過 30 公分,這在實做上相當困難,光是從 SAA7210 連到機殼就要 20 公分,TDA1541A 連到機殼又要 20 公分,外部連線盡量縮短也要 50 公分,加起來就將近一公尺了。難怪同樣支援 I2S 連線的 North Star Model 192,將機箱做得極淺,CD 與 DAC 疊在一起,如此才能大幅縮短 I2S 的連線。

Elso Kwak 對這個問題,提出了解決的方案:為 I2S 加上 buffer。用 74HC125 和 2N4401 做輸出 buffer,以幫助 I2S 傳輸。看起來滿妙的,也許是下一個改機的方案。

這次改機的第二個重點是電源。CD-680 的 5V 用電相當吃重,機構、Servo、解碼、DAC,都吃同一個 7805 穩壓 IC,早期的晶片耗電兇,這顆 7805 將近通過 1A 的電流。摘除了 TDA1541 之後,儘管有稍微好一點,但工作時仍然相當熱,許多 IC 共用一組穩壓,也不是很乾淨。所以增設多組 5V 穩壓,讓 Servo、SAA7210、SAA7220 獨立供電,勢在必行。但在獨立供電之前,我想先測試更動穩壓 IC 是否會帶來明顯的改善,所以目前還是維持單一 5V 的架構,先更換穩壓 IC。

原機採用的 IC 是 Motorola MC7805,已經相當優秀的 IC。一開始考慮更換的 candidate IC 是 LT1086-5LM2940-5。這兩顆都是定固輸出電壓的穩壓 IC,LT1086 規格明顯優於 MC7805,更遠勝 LM2940,但腳位與 7805 不同,使用起來麻煩。LM2940 則與 7805 腳位相容,但規格遠遜。會考慮這顆 IC,是因為曾在 diyaudio 上看到討論,據說這系列的穩壓器,用在前級電路還不錯,Mark Levinson 的前級也以同系列的 LM2937 取代 7805,所以想試試看。但 LM2940 的規格真的太差,不論 line regulation、load regulation、PSRR 都與 MC7805 有所差距,所以實在不看好其表現。裝上 LM2940,並加上 SMD 電容 bypassing,就上電開聲了。聲音果然不理想,聽感上 SN 比下降了,聲音有點乾薄,不耐聽。聽了半天仍然沒有任何改善,於是放棄,換回 MC7805。

在試聽 LM2940 的同時,我又查到一顆 TI 的新穩壓 IC TL780-05,這顆 IC 完全相容於 7805,但規格非常優秀,遠勝傳統的 7805,也勝過 LT1086 系列。於是我立刻向 RS Components 訂購這顆 IC 來試。TL780-05 到貨之後,立刻裝上去試用,結果非常好,似乎 SN 提高了,背景更安靜,聲音質感大幅提升,整體音色細膩許多。改善的幅度比過去將 7805 換成 LT1086 更明顯,效果更全面,特別是聲音寬鬆,沒有 317 或 1086 會讓聲音緊縮的缺點。這種改善的面向,很類似當年把 TDA1541A 普通版升級為皇冠版的感受。

發現好用的 TL780 系列,真是教人興奮。接下來便可以運用這顆 IC 來製作獨立穩壓了。要如何在現有的 PCB 下,加入新的穩壓,又要縮短穩壓與負載的距離,還要考慮 layout 和 grounding,似乎還要花時間研究實驗。看來在改機箱結構之前,單是電路就還有許多地方可以玩呢。

2009年4月23日 星期四

TL431 based power supplies

前面講到國內 DIYer 電源製作的盲點。其實說到底,全部的問題都指向資訊缺乏,少數幾種固定的方案過度地應用在所有場合,沒有因時制宜,針對負載需求而調整。也因此,三端子 IC 穩壓和 UCC 等輸出電流夠大,電壓應用範圍靈活的泛用型穩壓大行其道,幾乎所有 DIYer 的裝機文都不出這兩種穩壓架構。

然而,許多需求,特別是 DAC 或前級,需要的電流實在很小,常常只有幾十 mA,甚至只有幾 mA 而已。動輒使用輸出高達 1A 以上的三端子 IC 穩壓或 UCC 穩壓,未免有牛刀之嫌。而且,對於這種小需求,事實上有許多特性更好的穩壓可以選擇,配合適當的 layout 與實作,效果往往遠勝於三端子 IC 穩壓或 op-amps 穩壓。

TL431 就是非常有趣又好用的 IC,配合簡單的主被動零件,就能做出高品質的供電。即使只用最基本的架構,一根限流電阻,兩根電壓設定電阻,就是輸出電流達 50mA 的低雜訊高速併聯式穩壓。而且 TL431 有 TO-92 包裝,不佔空間,使用起來非常方便,可以緊鄰負載配置。

以下隨手剪貼一些 TI data sheet 上的線路,就當作運用的 memo 吧。


這就是最基本的 Shunt Regulator 線路,最高有 50mA 的輸出,許多數位或前級電路都夠用了。


Precision High-Current Series Regulator,這是以 TL431 作為電壓控制,配合電晶體讓輸出電流更高的串連式穩壓。


High-Current Shunt Regulator,這比上面的趣,因為這是高電流的併聯式穩壓,也可以串更多電晶體構成達靈頓電路提供更高的電流。


Precision 5V 1.5A Regulator,配合 LM317 使用。


Efficient 5V Precision Regulator,配合晶體使用。


Precision Constant-Current Sink,也可以當電流源用,電流量比 LM334 更大一點。


Kuei Yang Wang's Super Regulator 非常有趣,用恆流源 IC LM334 代替限流電阻,讓 shunt regulator 更乾淨穩定。不過 LM334 效果雖好,輸出電流實在太小,用其他方式來做電流源應該也不錯。

2009年4月17日 星期五

也談國內DIY界的電源規畫

我想應該沒有人忽視電源供應對音響的重要性。外從電源專線、壁插、排插、電源線(power cord),內至保險絲、變壓器、整流器、濾波線路、穩壓線路、旁路(decoupling),每個環節對聲音都有明顯可聞的影響。一般的音響迷碰不到線路,在保險絲、電源線、排插這些配件上下足功夫;國內稍有一點經驗的 DIYer 也莫不知道電源處理的重要性,對於整流、濾波、穩壓線路相當重視,常常不惜血本,用上了昂貴的零件和複雜的線路。然而,問題也在這裡。許多 DIYer 固然在用心,卻往往不得其法,不知其然,更不知其所以然。以致於常見到錯用、誤用、濫用,亂搞一氣的裝機怪現象。

以下隨便列舉幾個常見的怪現象:

1. 電容越大越好。
明明最後只需要 50mA 的前級電路,主濾波電容竟用到上萬 uF 的容值。78 系列、317 系列穩壓 IC 的輸出電容不放過,動輒上千 uf,不看 data sheet 上的建議值,以為越大低頻就越好。特別是很多高手改機時,看到電路板,二話不說,一律把所有的電容加大,硬是要得。那些製作 Gainclone 的玩家也一樣,毫不懷疑原廠何以使用 1000uf 的超小濾波電容,嗤之以鼻之餘,直接拿 10,000uF 的電容硬上。不知該說是無知帶來傲慢,還是傲慢帶來無知?

2. 1N5062 遍地開花。
過去國內 DIYer 普遍不重視整流二極體(rectifiers),往往只用最常見的 1N4004 或橋式整流器。後來 UCCDIY Zone 引進 1N5062 之後,國人開始重視整流二極體對聲音的影響,但卻不求甚解,不看 data sheet,也不試聽比較,只當作萬靈丹濫用。數位電路用、晶體前級用、真空管機用、甚至連後級都有人用,莫名奇妙。教科書建議在低電壓電路使用 Schottky diodes,外國 DIYer 也用得相當普遍,卻少見國人採用。而 MUR、MSR 等優秀的大電流二極體,也是這一兩年才終於漸漸得到注目,資訊落差至此。

3. 塞滿 UCC 穩壓。
知道穩壓的重要是好的開始,知道 UCC 穩壓不錯,也是很好的資訊,但不分青紅皂白的使用,每一組供電都配一張 UCC 穩壓,就是愚蠢,就是黑白不分了。UCC 穩壓是串聯式 op-amp 穩壓,是相當典型的架構,教科書上有類似架構的線路,大師 Walt Jung 也針對 CD-Player 和前級的 op-amps 供電設計經典的 Jung regulator。UCC 穩壓設計成熟,又小張,裝起來不貴,運用起來很方便。但並沒有任何一種穩壓是萬能的,對於不同的場合,不同的負載,自有適合的電源架構。常看到很多 DIYer 在裝 DAC 時,所有的數位供電都用獨立的 UCC 穩壓伺候,機箱裡塞滿了四五張穩壓板,陣仗之大,教人瞠目結舌。而事實上,DAC 和 digital receiver 等晶片需要的電流很小,UCC 穩壓高達 1A 的輸出能力根本派不上用場,反而因為外接穩壓,過長的走線,損害了高頻特性,甚至有振盪之虞。當然,UCC 穩壓不是孤例,也有一些 DIYer 是何博士穩壓或其他穩壓套件的重度迷戀者,認定某一個電源架構就是「最好的電源」,而當作百病可除的靈丹妙藥。殊不知電源要配合負載對症下藥,沒有最好的電源,只有最適合的電源。

從小大到,不時聽到社會賢達批評台灣人封閉,缺乏國際觀。小時候不甚了然,但觀察 DIY 社群日久,真的漸漸體會「封閉」、「缺乏國際觀」的真義。穩壓電路早有多年的發展,變化多端,常見世界各地的高手靈活地運用各種架構在適合的電路上。國人卻把一兩樣穩壓套件當作寶貝,死命地填滿所有的供電須求,正是坐井觀天,以為世界之大,好用的穩壓線路不過一兩種而已。1N5062 不過是眾多二極體之一,只因少數意見領袖推廣,竟然統一了社群大眾的選擇,這不也是資訊封閉所衍生的人云亦云和盲目從眾嗎?

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