采用TDA1541自制高品質(zhì)DAC
一．電路設(shè)計
有人曾對筆者說，DAC是屬于數(shù)字產(chǎn)品，重點應(yīng)在數(shù)字部分上，應(yīng)在數(shù)字部分下大功夫，如加入二次鎖相電路，模擬電路應(yīng)屬其次。其實，之所以用數(shù)字方式來處理音樂，就是因為其失真度低，而音樂最后還是用模擬電路來放大再輸出。再者，看看國產(chǎn)的千元級的DAC也用上了PCM63P。IK作D／A轉(zhuǎn)換，而幾十倍價錢的進口I)AC也可能是用PCM63的，但兩者的音質(zhì)差別之大卻是無法形容，這時總不可以說國產(chǎn)的。DA C中用的PCM63P—K比進口的DAC中的差太遠(yuǎn)吧。究其原因，兩者最大的差異在于模擬輸出電路，這才是進口高檔DAC與國產(chǎn)DAC的最大分別。進口高檔的DAC往往使用了極為復(fù)雜的晶體管輸出電路。
筆者曾機緣巧合得到一片富士通的鎖相模塊，嘗試過在一臺DAC中加入二次鎖相環(huán)電路，效果比一般的鎖相電路好。但結(jié)果，提升也并不大，還不如將輸出的NE5532換成OPA2604的區(qū)別大，原因可能是現(xiàn)在的DIR芯片的性能已相當(dāng)不俗，與以前的YM3623之類的相比，其內(nèi)部時鐘鎖相電路性能優(yōu)異，令時鐘的穩(wěn)定性提高了不少。當(dāng)然，用二次鎖相電路再提高時鐘穩(wěn)定性會更好，但并不是所有的鎖相電路都能比CS8412內(nèi)部的好，一個優(yōu)良的鎖相電路的成本也不菲，且元件難覓，倒不如將更多的資源放在其他效益高的方面。
一直以來筆者都很鐘愛于．Philips的TDAl541A與DAC7(TDAl 547，此DAC的制作有機會再另文介紹)，可能是個人的主觀偏見，也因PCM系列的多比特D／A通常有LSB與MSB這兩個調(diào)整端子，而筆者沒有儀器去對此進行準(zhǔn)確測試，未經(jīng)調(diào)整會對D／A的轉(zhuǎn)換精度有一定的影響，使PCM系列的芯片沒能完全發(fā)揮，其他一些24bit精度的lbit的D／A芯片，聲音又過于冷艷和單薄。
筆者認(rèn)為TDAl 541A與DAC7這兩片IC的設(shè)計是相當(dāng)完美的。DAC7相信不少朋友會認(rèn)同其品質(zhì)，而TDAl541A可能會有異議了，因其只是一個16bit．的早期設(shè)計，距今有20年的歷史了。但試想以Philips這個開創(chuàng)CD機的巨子來說，TDAl541A是其多比特芯片中最好的D／A芯片，一直用了多年而沒有推出更高級的多比特芯片，出于商業(yè)理由，如果不是一個完美的芯片的話是不會這樣做的，各位不見PCM系列的D／A芯片出了一個又一個?
據(jù)馬蘭士首席設(shè)計師K．I．稱謂TDAl541A為：“這枚芯片其實是近乎完美的設(shè)計，只要其余線路配合得好，比任何24bit晶片還要靚聲。CD機重播余韻精細(xì)度不夠是因其數(shù)碼系統(tǒng)只是在一特定動態(tài)范圍內(nèi)工作，低過最低有效數(shù)位(LSB或LSD)和高過最高數(shù)位(MSB)的信號，都不能饋入數(shù)碼系統(tǒng)內(nèi)，因為低過LSB的信號無法推動解碼器，正是余韻在中途猝然消失的原因，高過MSB的會使解碼器出現(xiàn)與音樂無關(guān)的怪聲及高頻刺耳現(xiàn)象。TDAl54lA采用一個比較聰明的辦法，在LSB上注入了2～3dB的噪聲，作用是使最弱音信號的電平混合了噪聲電平后提高了2～3dB，避免觸及LSB的危險界限，令CD的余韻聽起來更暢順通透自然。”所以，筆者在平時幫朋友做DA c時會按朋友的要求使用PCM63、1‘704之類芯片。
當(dāng)下決心更換自己所用的。DAC時，依然選用了TDAl541A。在開始設(shè)計時，選定的工作方式為經(jīng)典的4倍取樣電路。與SAA7220P／B搭配，在之前已對比過將TDAl541A工作在8倍取樣與無數(shù)字濾波器的NOS方式下的音質(zhì)表現(xiàn)，感覺還是4倍取樣最好，8倍取樣時的動態(tài)凌厲，音色稍顯清麗；而NOS方式時，中低頻醇厚，但高頻卻表現(xiàn)不佳，如設(shè)置模擬濾波電路的截止頻率高，則高頻顯得稍硬，與中低頻難于融合；如設(shè)置截止頻率低時，雖然可以與中低頻融合了，但又覺得分析力不足，最終，還是在4倍取樣時音質(zhì)最為平衡，全頻過渡自然。
至于D／A芯片出來后的I／V轉(zhuǎn)換電路，用有源方式時會滲入了轉(zhuǎn)換電路的音色。多數(shù)情況下，這種方式會突出中低頻，而高頻顯得遜色，分析力欠佳；而無源的I／V轉(zhuǎn)換可以取得較平衡的音色，表現(xiàn)最為純真。于是就采用無源方式的I／v轉(zhuǎn)換電路，但這種電路的缺點是處理不好時信噪比較低，需要在設(shè)計時多加注意。
設(shè)計模擬濾波器電路時，理論上4倍取樣應(yīng)要有3～51gr的電路。實際上I~hilips這個芯片組合結(jié)構(gòu)的商品機多數(shù)會用兩階的模擬濾波器。而筆者在日常使用中發(fā)現(xiàn)，用一階的模擬濾波電路音質(zhì)更好，高頻的相位變動少了，音質(zhì)更顯甜美，分析力更高，在此也不例外地采用這種方式。
由于輸出模擬電路是最后的環(huán)節(jié)，對音質(zhì)的影響也最大，所以一定要設(shè)計一個性能優(yōu)異的電路。這里可以選用膽、運放或是晶體管電路。運放是最簡單最常用的一種方式，但音質(zhì)眾所皆知，難于做出高檔的效果。用膽做的話，音質(zhì)也不錯但固有的噪聲相對大，或許有發(fā)燒友認(rèn)為這并不重要，但是細(xì)想一下，假如．DAC有更低的噪聲的話，就可以多聽一些軟件中的細(xì)節(jié)部分，你就會覺得信噪比的重要了，此外，用膽會令聲音帶有一種固有的音色，這也妨礙了音質(zhì)的全面提高。順便提一下，筆者發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在不少國產(chǎn)的DA C常使用SRPt，電路作輸出，其實筆者認(rèn)為這并不適合。原因有二，一是陰極電路與SRPP電路本身的膽味不濃；二是SRPI：’電路對負(fù)載的阻抗有一定的要求，必須在一定的負(fù)載阻抗下才會好聲。至于后面的設(shè)備輸入阻抗是多少，設(shè)計者不得而知，所以聲音好壞還要看用戶的后面設(shè)備是否與設(shè)計者的設(shè)計目標(biāo)阻抗匹配，也就是說要碰運氣了，，在極端的情況下，阻抗不匹配可能令SRPt，產(chǎn)生嚴(yán)重的失真!
最終，目光還是放在晶體管輸出電路上，這也是整機分析力及音質(zhì)純正的最大關(guān)鍵。因此要設(shè)計一個高性能、高速度的晶體管輸：出電路?；蛟S有些對電路不太熟識的朋友會不解，其實分析力的重放在于輸出放大器的噪聲電平與：上沿與下沿特性。如果上沿特性不好，在信號來了時不能準(zhǔn)確及時跟上，信號消失后放大器只能跟上．信號電平的一半或更低。令信號的輸出幅度比原信號縮小，聽來自然會不清晰甚至是聽不到，分析力也就差了。所以一般的DAC，即使數(shù)字部分用了分析力極高的D／A轉(zhuǎn)換器，由于模擬電路的設(shè)計不良，大部分的細(xì)節(jié)還是放不出來。要上沿特性好只有選用高速放大器，而高速放大器可以有效減小對音質(zhì)影響極大的TIM失真，令音質(zhì)純正悅耳。
筆者一向喜歡使用菱形差動電路，因其有著極其平衡的音質(zhì)、極低的失真度。且對于菱形差動電路來說，只要參數(shù)的設(shè)計合理，三極管的要求反而降低了，即使所有的三極管的誤差高達一倍，電路還是十分穩(wěn)定，音質(zhì)還是很好的，這點在本刊1991年的有關(guān)功放文章中也有提及。筆者在這種電路的功放中試過，有意換上了誤差很大的三極管，輸出不接延時保護電路，開關(guān)機時喇叭一點沖擊聲也沒有?？梢哉f是電路復(fù)雜了，制作反而更簡單了。
對于一個音響系統(tǒng)，筆者是喜歡全程直耦的，而TDAl54lA內(nèi)部是使用單極電流的，會在放大器的輸出端產(chǎn)生較大的直流電壓。要解決這個問題可以有兩種方法，一是使用單極電流補償電路，二是使用直流伺服電路。使用單極電流補償電路，會由于TDAl541在工作時的溫度是需要一段時間來穩(wěn)定，在這段時間內(nèi)，DAC輸出的直流電壓相當(dāng)不穩(wěn)定。如果在穩(wěn)定時調(diào)整為輸出直流電平為零，則剛開機時最高可能有幾百mv的直流電平輸出，難于實現(xiàn)直耦。只有使用直流伺服電路時才能夠使整機的輸出保持零電平。雖然一直以來不少人認(rèn)為直流伺服電路的積分會對音質(zhì)產(chǎn)生不良影響，但筆者認(rèn)為這個觀點是不成立的。因直流伺服電路的設(shè)計截止頻率極低，往往只是l～2Hz或更低，距離音頻的有效頻帶20Hz有足夠的倍頻程，對音頻的影響絕對比用耦合電容低得多。另外，從許多高檔的放大器中可以看出，幾乎沒有不用直流伺服電路的。
輸出端不設(shè)耦合電容，也沒有什么值得擔(dān)心。因為如果19AC出現(xiàn)了問題輸出較大的直流電壓，后面的功放的保護電路一定會動作，不會對器材造成任何的損壞，所以可以放心地不用耦合電容，以得到最純真的聲音。
從廣義角度上說，電源電路也應(yīng)算是信號電路，所有的音頻信號都是模擬電路控制電源來產(chǎn)生的，故此電源的純凈度與速度影響著音頻信號，相信不少朋友也有過這種經(jīng)驗：用LM317更換LM78系列的穩(wěn)壓Ic后音質(zhì)會更好，而用TL43l后又會更上一層樓，而筆者在多年的實踐中，對比過多種穩(wěn)壓電源，最終一直堅持用簡單的晶體管并聯(lián)穩(wěn)壓電源。這種穩(wěn)壓電路在輸入端使用了恒流源，其交流阻抗高，可以對來自電網(wǎng)的干擾有較大的抑制，其直流阻抗低，又可以降低穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻，且這個電路雖簡單，但設(shè)有溫度補償，令電壓的穩(wěn)定性比一些常見的并聯(lián)穩(wěn)壓電源好，這在對數(shù)字電路供電時尤其重要。
最終，完成設(shè)計的數(shù)字電路如圖l所示，輸出放大電路如圖2所示。
二．印板設(shè)計
在印板的設(shè)計上，將輸出模擬放大器放在數(shù)字電路的兩邊。雖然這樣做不太規(guī)范，但這種布局可以有較高的分離度，實踐中其表達的音場更寬廣。反正是DIY的，最重要是音質(zhì)更好。繪制印板時要注意高頻信號的走線最好用弧形線，以有效減少信號的散失。至于音頻部分，可以用弧形線，也可以用具現(xiàn)代感的45度角走線。完成布線后再使用大面積的鋪銅接地，既有屏蔽作用又可以降低接地電阻。數(shù)字電路部分則使用網(wǎng)格形鋪銅接地，模擬部分用實心鋪銅接地。
供電的布線設(shè)計不容忽視，尤其是數(shù)字部分，會直接影響到數(shù)字電路的工作的好壞，最好將一個0．1 μ F的電容設(shè)計在IC的供電腳旁，而將體積較大的100“F去耦電容裝排在另外的位置，這樣做的目的是可以讓數(shù)字部分做得更緊湊。在供電回路中串聯(lián)一個低數(shù)值的電阻也可以提高Ic工作的穩(wěn)定性。電源線的走線以多條并聯(lián)走線的電感最低，對于高速工作的數(shù)字電路是較好的方式。
接地端的設(shè)計更加值得注意。在本DAC中，電源部分分離數(shù)字與模擬的地線，然后在同軸輸入端匯合接機殼，再由此處分到各部分。所有的輸入、輸出端子都與機殼直接連接，無需絕緣，用一條銅線將其全部連通。這樣的接地方式信噪比較好且分析力也較佳。 完成后的本DAC如圖3所示。
三．元件選取
在元件的選取上，電阻基本上是以DALE為主，但這種電阻的音色過于醇厚而分析力欠佳，故在重要的部位上用HOLCO以期望提高通透度。去耦電容用ELNA的SII．MIc，容量的大小對低頻量感的多少有一定的影響，可以按喜好而選用電容的容量。在SILMIC上并聯(lián)RIFA電容也是為了提高音質(zhì)的通透度，RIFA電容的音質(zhì)也是眾所周知的，中高頻柔和而纖細(xì)。在TDAl54lA的兩旁的內(nèi)部去耦電容對音質(zhì)的影響頗大，以前的舊型號CD機用’FDAl541A的電路而音質(zhì)不佳，這里也是一個原因，在這里用SOLEN是一個不錯的選擇，中頻的厚潤度比用RIFA更好一些。對于元件的選用是要整機搭配的，不是全用最好的元件就可以有好音質(zhì)的。
本DAC中可以看到電源部分占了整機面積的一半，這也是高檔機中的一個通常做法。在樣機中，共使用了10組并聯(lián)穩(wěn)壓電源對不同的電路部分進行分離供電，且每組電源都由獨立的變壓器繞組提供，以求更純凈的供電效果。在以往的制作中，發(fā)現(xiàn)此舉確實可以令音質(zhì)有一定的提升。
四．聽音評價
設(shè)計與制作可說是花盡心機了，但出來的效果如何?這個才是真正的目標(biāo)。
在完成基本的調(diào)試與測試再通電一周后正式對這臺DA C進行音質(zhì)的比較。對象機是筆者的馬蘭士CDl6，如圖4所示。此機是1993年生產(chǎn)的，比后期所出的CDl6D等有后綴的音質(zhì)要好。使用人見人愛的工業(yè)級的CDM4PRO，兩片TDA l 547推挽工作，馬蘭士的獨門武器HDAM輸出，機內(nèi)是鍍銅設(shè)計，質(zhì)量為13kg。雖不是什么極品級機型，但也算是一代名機，有一定的代表性。
本DAC所用的轉(zhuǎn)盤是自制的，用了較差品質(zhì)的CDMl2．1，多次改動過，效果也還可以，同軸線是一般幾十元／m的高耐美線，特點是較中性，同軸接口用BN c型。邀來幾位好友，同時開機，通電半小時，開始試機。
可能是筆者平時聽?wèi)T了馬蘭士的音色，所以做出來的機多數(shù)會校聲到類似于馬蘭士，本DAC的音色與馬蘭士的CDl6也不例外地相似。這也打破了人們常說的lbn與多比特音質(zhì)差異的說法。CDl6的音質(zhì)已是相當(dāng)不錯，各個頻段表現(xiàn)得較平衡，完全沒有低檔的馬蘭士機的那種過于朦朧的表現(xiàn)，而在本DAC中，低頻的分量上不如CDl6，但相比之下會覺得CDl 6的低頻多而哄，控制力比CDl6好得多。不同位置發(fā)出的鼓聲分得更清楚，中高頻要顯得圓潤而清晰，演唱者的節(jié)奏明顯，過渡音絲毫不失真，感情豐富，發(fā)音吐字清晰，輕易就能感受到演唱者的口形。而在CDl6來說，顯得有點拖泥帶水而稍顯粗糙。此外，可能是本機的輸出電路左右分離設(shè)計吧，音場的寬度與深度比CDl6稍好一些。
在場的聽眾簡直可以用目瞪口呆來形容。因為他們認(rèn)為，本機只是一臺運用最經(jīng)典的電路，在技術(shù)上根本不可以與被譽為驚世極品的的DAC7芯片組相比。在轉(zhuǎn)盤上，兩者也是差距極大，CDl6所用的是頂級的工業(yè)級CDM4PRO，時鐘電路也是低抖動設(shè)計，而本DAC的所用的轉(zhuǎn)盤卻沒有使用什么特殊方式去抗時鐘抖動。即使是馬蘭士的CD80，用的也是CDM4PRO、TDAl541ASI，音質(zhì)上也與CDl6相差甚遠(yuǎn)。
之后將本DAC的同軸信號取自CDl6，音樂感、空間感有所增強，聲音更顯圓潤，演唱者感情表達極為真實動人，總體上比用自制的轉(zhuǎn)盤要好。當(dāng)然這個CDl6的讀碟系統(tǒng)也是公認(rèn)最好音質(zhì)的工業(yè)級CDM4PRO，與CDMl2．1比肯定有差距了。這也說明了，本機的設(shè)計制作達到了預(yù)期的效果。
總結(jié)本DAC，設(shè)計的重點在于模擬輸出電路與電源供應(yīng)，而不是在于數(shù)字電路。而CDl6用的是三端的穩(wěn)壓電源(可能比我們常用的三端穩(wěn)壓IC要好吧)，運放作放大，到輸出才用HDAM模塊，這部分應(yīng)是劣于本DAC，而數(shù)字部分CDl6的設(shè)計是比本DAC要好，但總體效果卻是本DAC要比CDl6好。這也說明了，對DAC影響最大的還是電源與輸出模擬電路。
以現(xiàn)在流行的D／A芯片來說，轉(zhuǎn)換精度達到16bit已可以滿足CD信號的要求，其失真加噪聲也低于一90dB?？梢哉f，只要一臺DAC的總輸出可以保證這樣的失真水平輸出的話，音質(zhì)一定不會差，但不少DAC中的模擬電路的失真卻高得多，當(dāng)然并非所有的失真都不好，但失真大的話音質(zhì)肯定會與原信號有分別，即聽到的可能已不是錄制時的信號了。為此，設(shè)計一個低失真的輸出模擬電路是一臺DAC的關(guān)鍵所在，將電源也當(dāng)作音頻電路設(shè)計，不能掉以輕心。經(jīng)過精心設(shè)計模擬電路與電源電路的DAC，即使是用經(jīng)典的16bit的D／A芯片，效果也將令人滿意。
點擊查看:TDA1514制作的功放及電路
點擊進入:TDA1514 datasheet下載頁面
