![[The TNT Convertus]](../gif/convertus.gif)
Prima di tutto dobbiamo definire chiaramente gli obiettivi di progetto:
Ora che ho spiegato tutte queste cose, vi potrei dire che il chip set scelto per questo DAC è stato selezionato dopo lunghe sessioni di ascolto, ricercando esclusivamente la prestazione sonora a prescindere da qualunque altro parametro meno nobile.
Invece, ciò che è accaduto è estremamente più semplice.........
Un grosso problema per gli autocostruttori, almeno qui in Italia, è trovare qualcuno disponibile a vendere questo tipo di componenti. È quantomeno chiaro che se ti metti a chiedere agli amici puoi trovare qualunque componenti cerchi, ma se vuoi proporre un progetto per autocostruzione, devi per forza di cose trovare un canale di vendita facilmente accessibile.
Bene, devo dire che non trovato realmente un canale accessibile a chiunque, ma almeno ho trovato un canale cui il mio fornitore è disponibile ad accedere per me, così che devo solo spendere più soldi per ottenere ciò che voglio. Per informazioni, leggete più oltre.
Data la scarsa reperibilità di questi prodotti, spesso ciò che puoi trovare non è molto aggiornato.
Un punto nodale è stata persino la reperibilità di un case adeguato; infatti ho notato che i progetti più recenti tendono ad essere proposti solo in pacchetti di tipo SMD (surface mount), i quali non possono essere maneggiati da normali autocostruttori, sebbene non sia completamente impossibile il loro montaggio manuale... Ciò, a volte, può essere risolto usando prese speciali, ma sembra che le prese per alcuni case non siano disponibili affatto. Se sapete di cosa sto parlando, potrete facilmente capire il problema: dovreste semplicemente saldare dei pin che possono essere larghi 0.3 mm e distanziati di 0.65mm!!!!!!
Giusto per capirci, ho dovuto scegliere uno dei pochi chip set che sono stato capace di trovare, considerando che il progetto doveva essere il più semplice possibile. All'inizio sono stato piuttosto dubbioso sul chip set, che è invero piuttosto obsoleto, ma ho deciso prendendo in considerazione alcuni punti.
Per prima cosa, questo non è semplicemente un Kit da proporre così com'è. Ho voluto usare questo progetto, giusto per far avvicinare il lettore meno esperto ai segnali digitali e misti, che non molti autocostruttori audio sembrano apprezzare, e specialmente per dimostrare che la progettazione e la costruzione di un convertitore D/A non è così complessa come sembra. Vorrei consentirvi di ottenere tutte le informazioni di cui avete bisogno direttamente dalla loro fonte e insegnarvi ad usarle.
Secondo. Ho voluto discutere alcuni problemi sui DAC tentando di spiegare ciò che sta realmente accadendo nella meniera più semplice, e, per discutere questo tipo di cose, un Dac particolarmente complesso non serve: se deve essere un progetto a scopo didattico, allora più è semplice, meglio è.
Terzo. Mentre stavo testando il mio dac personale, basato sul chip selezionato, e avvertivo un certo disappunto perché non riuscivo ad avvertire alcun sensibile miglioramento rapportandolo ad esempio al mio Linn Mimik, Thorsten mi ha parlato del DAC di Kusunoki ed ho deciso di testare una soluzione basata sul suo concetto; è comunque persino più economica dell'altra, così...... Ma ciò che realmente non mi aspettavo (sapevo di avere torto: ogni qual volta Thorsten ti da un consiglio, puoi essere sicuro che si tratti di un consiglio eccellente...) fu che molto presto mi innamorai del suo suono e decisi che sarebbe stato il circuito ufficiale del CONVERTUS.
Così la ricerca è terminata con la scelta del Ricevitore Digitale CS8412 e dei vecchi convertitori D/A stereo a 16 bit TDA 1543.
Il ricevitore è un buon componente, è conosciuto per una piuttosto buona immunità al Jitter (meno di 200ps di Jitter in uscita). Il DAC invece è un vecchio componente a basso costo, normalmente usato dopo il filtro di sovracampionamento, che qui invece non c'è.
Il CS8412 è un chip piuttosto versatile che consente di ricevere un flusso S/PDIF ed estrarre da questo tutti i segnali digitali richiesti da un DAC. Il Chip è costituito da una serie di blocchi funzionali differenti.
Per primo c'è un ricevitore differenziale di linea RS422, al quale può essere direttamente connesso il terminale d'entrata della interfaccia S/PDIF (in caso di interfaccia ottica, è richiesto ovviamente un accoppiatore ottico, mentre per l'interfaccia AES si raccomanda fortemente un trasformatore e per la EBU è obbligatorio).
I dati digitali estratti dal ricevitore vengono fatti passare da un blocco di ricostruzione del clock dai dati, il quale, usando un PLL (Phase locked loop) sul chip, estrae il clock principale (MCK) e i dati dal flusso.
Alla fine il flusso di dati viene spedito al cosiddetto blocco della porta seriale audio, dove i differenti pezzi di informazione vengono organizzati al fine di essere inviati ai pin di uscita. La interfaccia audio di uscita può essere organizzata in una varietà di configurazioni standard e non standard tramite una selezione di pin.
I segnali fondamentali presenti in questa interfaccia sono:
L'interfaccia può essere configurata in modo che il SCK e l'FSYNC siano in uscita, derivata dal master Clock, o in entrata. Anche in quest'ultimo caso MCK è disponibile come uscita, in modo che è possibile utilizzare un PLL separato ad alta stabilità basato su un oscillatore a cristalli controllato in tensione (VCXO) per ottenere un clock molto stabile e da questo un SCK e FSYNC esterni, così che l'intera interfaccia audio sia basata sul clock esterno a bassissimo Jitter. Questo è tutto il processo effettuato da poche (sebbene costose) unità di riclockaggio: l'interfaccia infatti può essere configurata per emettere lo stesso segnale bifase ricevuto con il nuovo clock.
Nel nostro caso stiamo cercando di rendere le cose il più semplici possibile, quindi ci fermeremo ai clocks interni.
L'interfaccia audio e' quindi programmata nel modo 2, che è compatibile con l'interfaccia I2S usata dal TDA 1543, ma se usassi invece il chip DAC CS4329 potrei decidere di usare un qualunque altro modo compatibile con questo.
Un resistore da 1kohm in parallelo con un condensatore da 0.047uF deve essere anche connesso dal pin FILT, che è il pin PLL, alla massa (vedremo dopo sull'alimentazione).
Alla fine, giusto per essere completamente sicuri, possiamo fare uso del fatto che il chip rende l'informazione non enfatizzata disponibile sui cosiddetti pin multifunzione.
Questi sono un set di pins che rendono disponibile o l'errore e l'informazione di frequenza (pin SEL basso) o lo stato di informazione del canale (SEL alto); nel nostro caso (consumer), lasciando il pin SEL alto otterremmo l'informazione de enfatizzata sul pin Cc, e la useremmo per controllare la de enfatizzazione sul DAC; poiché non ho Cd con la de-enfatizzazione, ho semplicemente escluso tale circuito. Il DAC originale di Kusunoki (ed anche una versione precedente del mio) invece lo usava.
Al fine di avere una connessione in ingresso all'interfaccia digitale di altissima qualità, ho scelto di usare un connettore maschio BNC a 75 ohm. Notate, comunque, che questa soluzione, sebbene migliore, non è compatibile con lo standard S/PDIF, che richiede un pin RCA.
Ad ogni modo anche l'uscita digitale del Linn Mimik usa i BNC, così in questo modo posso usare un cavo BNC/BNC, con tutti i componenti a 75 ohm nella interconnessione. Ho usato un cavo di qualità standard da 75 ohm (RG59/U), ma il livello di qualità in entrata probabilmente dipende dalla qualità della connessione all'interfaccia (il campione sembra quasi deformato all'oscilloscopio), quindi vi suggerirei di provare cavi differenti; personalmente non sono stato in grado di sentire la differenza (alcun effetto negativo sul suono) neanche facendo cose strane e proibite....
Il DAC è persino più semplice da usare. È in realtà niente di più di un semplice DAC: c'è soltanto il registro e controllo seriale in ingresso, un DAC ed un circuito per mantenere l'uscita stabile fra una conversione e l'altra.
Prima di tutto c'è ovviamente una interfaccia seriale di tipo I2C a tre cavi: non c'è modo di programmarla. I dati ricevuti dalla interfaccia seriale sono rinchiusi in un registro e portati direttamente al convertitore a 16 bit, che quindi ha una corrente in uscita costante durante ogni periodo di campionamento.
Nient'altro.
La connessione I2S dal ricevitore al DAC è alla fine limitata a tre segnali digitali. Essi sono:
Un dettaglio non meno importante: nel nostro progetto il TDA 1543 è usato in una configurazione parallela a 4X; l'oscillazione del voltaggio di uscita sembra non essere così limitata, ma per ottenere un uscita di 2 Vrms è necessario pilotarla con un voltaggio piuttosto alto (8.8V), molto vicino al suo limite massimo (9V).
Si richiede quindi una regolazione accurata: è necessario alimentarla senza i chips del DAC (o disconnettendo l'alimentazione dai chips del DAC), che comunque pilotano molta corrente (60mA e oltre) e settare il voltaggio di alimentazione a meno di 8V, togliere l'alimentazione, inserire i chips del DAC, alimentarla nuovamente, attivare il Cd transport affinché controlli che un suono vagamente corretto esca dall'uscita analogica e settare l'alimentatore al voltaggio finale. Se possibile, dovreste anche controllare che la distorsione ad 1 Khz sia molto bassa.
Inizialmente, nella prima versione, ho seguito le istruzioni per costruire uno stadio di uscita passa-basso ad operazionali. Ciò è stato largamente insoddisfacente: il suono non era così trasparente ed era povero di musicalità. Alla fine ho optato per una soluzione più semplice, ed ho realizzato la configurazione molto semplice che uso adesso.
È stata leggermente cambiata quando ho deciso di usare il TDA 1543, poiché questo convertitore ha l'uscita in corrente. Infatti, in questo circuito la conversione corrente/tensione (I/V) è effettuata da un resistore a 680 Ohm in parallelo con quattro capacitori da 680pF (uno per ogni uscita del convertitore, saldati il più vicino possibile a questa), utilizzando un filtro passa-basso di primo ordine a 344KHz; dopo questo vi è un filtro passa basso LRC passivo del secondo ordine molto semplice, che ha scarsi effetti sull'intera banda audio, incluso il suo limite superiore, ma taglia piuttosto drasticamente qualunque frequenza maggiore di qualche centinaio di KHz, seguito da un condensatore di accoppiamento per eliminare il componente DC (circa 2.2V all'uscita del chip del DAC).
Quindi il circuito d'uscita è quasi inesistente. Per renderlo ulteriormente trasparente, in uscita è montato un condensatore a film di buona qualità (WIMA) in parallelo con un condensatore in carta e olio Jensen da 0.47 uF.
I progettisti di chips creano oggetti il cui uso, specialmente per i più complessi, è stato completamente predefinito nei minimi dettagli. Ottenere risultati migliori da questi oggetti è molto difficile e spesso costoso; è spesso necessario semplicemente sostituire alcuni blocchi interni, ove il segnale di transito viene reso disponibile, con circuiti complessi esterni. In molti casi tutto ciò che il progettista può fare è giocare con i chips disponibili e combinarli in maniera differente.
Nel caso dei nostri chips e specialmente per il DAC, non c'è molto da fare. Le aree di intervento possibili sono essenzialmente lo stadio di uscita (ma l'abbiamo ridotto al minimo necessario), e gli alimentatori.
Alla fine ho deciso di mettere su il miglior PSU (Power Supply Unit) possibile: c'è un PSU completamente separato , incluso il trasformatore, per ognuno dei tre alimentatori indipendenti richiesti dai chips.
Il primo alimentatore è quello del ricevitore digitale, chiamato PSU-D; i suoi condensatori di filtro non sono così così alti come negli altri PSU, ma la struttura è sempre molto simile. C'è un trasformatore toroidale con i due secondari da 12V in parallelo, seguito da un raddrizzatori superveloci a onda intera, un primo filtro CLC, un regolatore di tensione con uno zener, un trimmer per settare il voltaggio in uscita precisamente a 5V ed un altro condensatore, seguito da un induttore da 1000uH, ed infine un altro filtro CLC, piazzato sulla scheda del DAC. Notate che gli induttori in questo progetto non sono utilizzati per ridurre il ripple a 50Hz, ma solo per evitare che i disturbi ad alta frequenza presenti sui pin di alimentazione dei chips tornino indietro e siano irradiati da tutto il circuito dell'alimentatore.
Il secondo alimentatore, chiamato PSU-A2 è l'alimentazione analogica del ricevitore; è usato per fornire un voltaggio molto pulito al circuito PLL, permettendogli di lavorare correttamente e riducendo il Jitter drasticamente. La struttura è esattamente simile alla precedente, sempre con un secondo trasformatore a 30VA, ma i valori dei condensatori sono decisamente più alti. Notate che anche qui c'è un filtro CLC sulla scheda del DAC.
Entrambi questi trasformatori sono molto più potenti di quanto richiesto, probabilmente non danno alcun beneficio rispetto a quelli da 10VA: la ragione di questo valore è che il mio fornitore abituale non aveva dei toroidali al di sotto di 30VA, e comunque la differenza di prezzo non è così alta.
Il terzo ed ultimo alimentatore, il PSU-A, è l'alimentatore del DAC. I DAC hanno solo un alimentatore che deve quindi essere trattato come un alimentatore per circuiti analogici. Richiedono una corrente piuttosto alta (ho trovato qualcosa come 80 mA per ognuno, per un totale, alla fine, di 300mA)cosi' che il PSU è leggermente differente.
C'è un trasformatore da 50VA o più seguito dai diodi rettificatori ma non dal filtro LC (potete metterne uno, ma dovreste trovare un induttore da 1mH con una resistenza DC inferiore a 1 ohm): il ponte dei diodi rettificatori è connesso direttamente in parallelo al primo set di quattro capacitori da 4700uF; quindi c'è una unità di regolazione del voltaggio a FET molto semplice, con un trimmer per regolare precisamente il voltaggio di alimentazione, un'altra coppia di condensatori a 4700uF ed un induttore da 1000uH; sulla scheda del DAC c'è pure un condensatore a 0.47uF vicino ai pin di ingresso dell'alimentatore, ed un condensatore da 4700uF in parallelo con un condensatore da 0.47 uF per ogni chip TDA 1543, il più vicino possibile a questo.
In tutto ci sono circa 100,000uF
Per lo più i condensatori di filtro sono composti in pratica da un parallelo di condensatori elettrolitici di alto valore (solitamente 4700uF), un condensatore a film di buona qualità (solitamente 0.47uF) ed un condensatore ceramico che deve essere assolutamente trasparente alle alte frequenza. Gli induttori spesso hanno anche un anello di ferrite in serie.
I componenti del DAC sono distribuiti su due schede, una per gli alimentatori ed una per i circuiti analogici e digitali.
È buona norma utilizzare accoppiatori ottici molto veloci per isolare la scheda analogica dal ricevitore. Nel nostro caso non ho potuto usarli principalmente perché non sono riuscito a trovare un accoppiatore abbastanza veloce, ma sospetto che possano anche peggiorare un po' il jitter: ovviamente non ho prove, la misura del Jitter non è affatto semplice, la qual cosa dovrebbe fare considerare la mia solo una idea stupida. Ad ogni modo per un DAC minimalista, non è sicuramente un gran problema.
Giusto per essere sicuri e tenere basso il disturbo RF proveniente dal ricevitore, ho aggiunto un set di anelli di ferrite su ciascun conduttore che connette il ricevitore al DAC. Altri anelli sono inseriti sui cavi di alimentazione in serie con l'ultimo induttore RF in direzione dei chips del ricevitore.
I chips sono montati sulla faccia ramata di una normale scheda per circuiti stampati ad una sola faccia; la parte ramata è utilizzata come un set di piani di massa: ci sono tre aree indipendenti (ma interconnesse in un punto), una per ogni alimentatore. La struttura dei primi due, i piani di massa digitale ed analogica del ricevitore, derivano dal layout della evaluation board del Crystal CS4329-4390; l'area del DAC non ha necessità particolari, eccetto il fatto che tutti i componenti del circuito analogico ed i Chips del DAC devono essere montati sulla stessa.
I buchi in cui montare i pins attraverso la scheda sono stati allargati da una punta per trapano più larga dalla parte ramata, in modo che non sia possibile un improprio contatto fra i pins e il piano di terra. Dall'altra parte tutte le connessioni sono fatte usando direttamente i pins dei componenti ove possibile, ed un cavo di rame monofilare negli altri casi.
I pin di massa del DAC non sono connessi al piano di massa, ma hanno un conduttore separato che si connette al piano di massa nello stesso punto del cavo di massa del PSU-D.
Ho tentato di mantenere la pianta della scheda del DAC il più ordinata possibile; prima viene l'ingresso digitale, quindi il ricevitore, dopo di questo i chip del DAC, uno dietro l'altro con la parte digitale (tutti gli ingressi digitali sono da una parte dei chips e le uscite analogiche dall'altra) verso il ricevitore, quindi i circuiti analogici, i conduttori di accoppiamento in uscita e i pins di uscita: sia gli ingressi che le uscite sono sullo stesso lato della scheda.
Nel cabinet, dovreste essere in grado di usare anche un cabinet con rack da 19" per unità, tutti i blocchi funzionali devono essere posizionati in ordine: prima il connettore IEC dell'alimentatore con un filtro RF ed un fusibile, quindi i trasformatori dell'alimentatore, le schede delle unità di alimentazione ed infine la scheda del ricevitore/DAC.
Un'altra opzione, più utile a coloro i quali vogliono testare DACs differenti allo stesso tempo, potrebbe essere utilizzare una scheda separata per il DAC e connetterla al ricevitore con qualche tipo di connettore. Ho utilizzato questa opzione poiché consente facilmente di testare chips differenti, ma se vi preoccupate più del suono che della tecnologia, come dovreste, è meglio utilizzare una singola scheda per entrambi ricevitore e DACs.
Questo è un Dac veramente poco convenzionale. Le misure che otterrete in uscita sono quantomeno sorprendenti e sconcertanti allo stesso tempo.
Quando guardate alla ricostruzione del segnale di un singolo campione, prima noterete che è il più chiaro e pulito possibile, senza alcuna ridondanza prima o dopo, ma dopo un po' vi sembrerà chiaro che vi è un altro problema maggiore: la durata dell'impulso è lunga un periodo, mentre dovrebbe essere corta il più possibile. Quindi e' quantomeno diversa, ma non sono sicuro che sia realmente meglio di quella degli altri DAC.
La risposta in frequenza non è facilmente misurabile al limite superiore: il segnale ha un battimento con la frequenza di campionamento e produce ciò che sull'oscilloscopio sembra un tono modulato. Questa è la pura uscita di un DAC a 44.1Ksps: non vi è sovracampionamento né alcun filtro passa basso di ricostruzione. L'unico leggero effetto filtrante è ancora il filtraggio sen(x)/x dovuto al campionamento.
L'assenza di un filtro antialias elettronico causa la abbondante presenza di righe di alias, l'unico effetto filtrante è anche qui il seno (x)/x.
Infine, solo un suggerimento: ascoltatelo, prima di misurarlo.......
Che musica suonare con un DAC minimalista? Ma musica minimalista, ovviamente. Quindi vi posso suggerire "Music for 18 Musicians" (Musica per 18 musicisti) di Steve Reich. (ehm.....per favore, dovreste ascoltarlo prima di comprarlo....porta veramente nuovi standards nella musica....ma non vorrei essere inseguito da gente infuriata che cerca di impiccarmi.....si, sarebbe effettivamente meglio se lo ascoltaste: mi piace la musica contemporanea, ma posso immaginare che altri possano essere, per così dire, meno interessati....).
Il DAC è capace di offrire una buona performance con qualunque tipo di musica: è abbastanza buono per il rock, ma anche la musica classica e barocca assumono un look tutto nuovo suo tramite. Il suono è molto particolare, e questo è il motivo per cui ho scelto questo progetto rispetto all'altra opzione più aggiornata che ho testato (era CS8412 + CS4329). Giusto per cercare di spiegarmi, posso dire che suona in maniera naturale. Non è affatto eufonico, riporta soltanto ciò che è inciso sul Cd che state suonando. Presenta un limite superiore completo e non tagliente (a meno che non sia registrato in tal modo), il basso è pieno, veloce.
Ciò che manca, secondo me, è - apparentemente - una piccola oscillazione nella risposta in frequenza che è presente in ogni DAC da me ascoltato e che è responsabile di quel suono non completamente naturale, un po' colorito, eccezionalmente brillante al quale siamo abituati dalla maggior parte dei DAC.
Ora dovrei iniziare a dirvi che questo DAC è di gran lunga migliore di qualunque altro al mondo, e che solo per un paio di milioni di dollari è veramente un buon affare.
Beh, non sono completamente sicuro che sia realmente molto buono. Ciò che posso dire è che il suo suono è, secondo me, simile a quello dei dischi neri più di quello di qualunque altro DAC io abbia ascoltato e che anche altra gente che lo ha ascoltato ha notato la differenza dagli altri DAC.
Posso anche dire che non mi stanco mai di ascoltarlo. E posso anche dire che quando ascolto un altro DAC, torno costantemente ad ascoltare questo. Il suo suono minimalista, di basso profilo, poco appariscente, è veramente caratteristico.
Ma queste sono le parole dello stesso progettista sulla sua creatura. Non credetemi. Invece, prego notare che è veramente poco costoso (direi 150 dollari USA), probabilmente ve lo potete permettere. Quindi dovreste provare a costruirlo ed ascoltarlo, e poi dirmi cosa ne pensate.
Le informazioni originali di Kusunoki si trovano su
http://www.geocities.com/ResearchTriangle/8231/
e
http://www.sakurasystems.com/reviews/a2.kusunoki.html.
È una lettura interessante. Vi suggerisco veramente di farla.
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