數位器材及家庭劇院

2020年6月3日星期三

更上一層樓的DIY音樂串流方案

現在，聽音響已經進入無實體光碟的時代了，去音響展看看就知道，除非廠商是在展示 CD 唱盤、唱片，不然大多數廠商都是以數位串流方式在播放、展示他家的音響了。

為了不讓自己成為落後的音響迷，很早以前就開始嘗試各種串流架構的 CAT （Computer as Transport），雖然現在已有不少成品串流機，但是看上眼的買不起，買得起的看不上眼，最終 DIY 魂讓我堅持自己架構音樂串流。

1. 最早試過：桌機 + Windows + foobar2000，心得：難搞，想要好聲真不容易，從硬體主機到OS都要優化處理，光是一台桌機從外殼到 CPU，晶片組，電源供應器就不知有多少顆大大小小的風扇，加上當時沒有 SSD，多了硬碟馬達的噪音，要搞好聲真的真的不容易。另外 Windows 功能太複雜，必須精簡，甚至有人精簡到整個 Windows 塞到 RAM 內，稱為 RAMOS。這精簡手續不是一般人能做的，所以從麻煩搞變成懶得搞到最後還是距離 CD 轉盤一大段距離，放棄！

2. 筆電 + Windows + foobar2000，心得：聲音好多了，至少電腦這部分可以不必像桌機那樣難搞，這 ACER 老筆電全機只有一顆小小且轉速不快的風扇，和一個小容量的 SSD，這種架構確實很安靜，對聲音加分很多。可惜老機 RAM 只有 2GB，無法升級，不能使用 RAM OS。

3. Raspberry PI + Volumio / Runeaudio：Raspberry PI 完全沒有風扇這種機械動做的東西，OS 裝在SD 卡內不必硬碟。一試聽下巴掉下來一點，更朝 CD 轉盤一步了，但是還是有些距離。改大顆 5V 電源供應器，好一點但不多。

4. 筆電 + Daphile：一聽下巴掉下來更多一點，弦樂質感出現了，更像 CD 轉盤了，這樣組合聽了很久，這台老筆電真的聲音很好呢，後來換了 Intel NUC 迷你小電腦也沒有比較好，但是新電腦效能高，可以在 Daphile 內玩玩 PCM 轉 DSD，聲音也不錯。

5. Raspberry PI + PiCorePlayer：PiCorePlayer 和 Daphile 系出同源，都是 LMS（Logitech Media Server ）系統，聲音也很接近，在以 Raspberry PI 做為音樂串流器中，個人認為 PiCorePlayer 勝過 Volumio。但它的缺點是設定麻煩許多，不過也因為這樣才有後續可調校的空間。

至於 PiCorePlayer 如何安裝到 Raspberry PI，請參考這篇：

https://bbs.audiohall.net/viewtopic.php?t=11302

6. 最後再更進一步的做法是把 Raspberry PI 跟筆電或 NUC兩者合體成為一套音樂串流器，聲音不只會讓下巴掉下來，還會滴幾滴口水！非常接近 CD 轉盤了！這才是目前為止的終極方案， Raspberry PI 內安裝 PiCorePlayer（請使用 Experimental RealTime 版本），筆電或 NUC 安裝 Daphile （這裡只當 Server 用，不需要 RT 版本因較不穩，建議用 64 bit 版本），因為 PiCorePlayer 和 Daphile 都是屬於 LMS（Logitech Media Server ）系統，所以二者只要一同連上同一區域網路時， Daphile 就直接可以在 Player Device 看到 PiCorePlayer，如下圖，按三角形符號並選 PiCorePlayer。

在這方案中，PiCorePlayer 只用它接 DAC 的播放功能及連網路的部分，而 Daphile 則當做音樂檔案的 Server，將音樂資料透過網路傳給 PiCorePlayer，如果有要將 PCM 轉成 DSD，也是在 Daphile Server 端處理，使的 PiCorePlayer 的工作非常單純只是將收到的資料傳給 DAC 而已。這樣的方式確實會讓聲音再進一大步。

不過並不是安裝好軟體就有好聲，當中有許多參數需要調整，這篇文章：

https://soundcheck-audio.blogspot.com/p/raspberry-pi-audio-engine-part-1.html

非常棒，一定要看清楚，以下是我根據此篇做的一些設定，這裡假設PiCorePlayer 和 Daphile 的基本安裝設定都已做好可以單獨當 Player，這裡只說明改雙機串流時要做的修正和調整值：

一、串流音樂 client 端（PiCorePlayer）

首先，上面連結的作者認為硬體應該使用最新的 Raspberry PI 4B，用好一點的電源，而且盡量關掉一些周邊，如藍芽、Wi Fi等，使用有線網路。Headless player 不要外接螢幕，不要外接鍵盤（好像也沒必要），不要啟用紅外線遙控。以下是我的設定：

DAC Amanero USB 介面設定：

其中，紅圈是按該文要改的 Buffer 設定值（記得 Save）。

網路設定：

因為使用有線網路，Wi Fi 就關掉吧，藍芽順便關了（Save）。

Tweaks:

該關的都關了吧。（記得 Save）

CPU Governor 改為 Performance（Save）。

CPU Isolation 和 Squeezelite Output CPU 值。

接下來，上面畫面按Advenced Overclock，出現以下畫面：

照上面這樣的設定其實是強制降頻，因為這裡只是原汁原味地將接收到的資料往 DAC 送，CPU 不必太快但頻率要穩定，所以設 Underclock，force turbo 避免 clock 自動做動態調整。

因為是當 Player 端，所以把 LMS 也關了吧。Autostart 設 NO，下次開機就不會開啟 LMS。

Client 端設定完了，接下來設定 Server 端。

二、 Streaming Server (Daphile)：

Server 端一樣使用有線網路並遠離音響系統，我放在靠近 AP 的地方，以短的網路線連接。

前面說了， Daphile 已經可以看到 PiCorePlayer，那麼進去設定頁，確認其它 Audio Device 是不是都關了。

接下來按 Advenced Setting

在 Player --> PiCorePlayer --> Audio 中，把跟 Crossfade 有關的都關掉。

如果要 PCM to DSD 可以在這裡勾選（電腦太老效能太低的不要做，聲音會斷續）：

最後在 Plugins 內能關的都關的吧，我只留這幾項

其中 Material Skin 能讓手機介面像樣一點。

在手機的瀏覽器內打入 Daphile 的 IP 位址：9000/Material/，如：http://192.168.*.**:9000/material/ 就會出現如上圖的UI，

如果只打http://192.168.*.**：9000 則出現標準 LMS 的 UI。

如果只打 IP 位址，http://192.168.*.** 則出現 Daphile 的 UI

看個人高興使用囉！Daphile 可以設靜態 IP，這樣就可以把網址存到書籤中了，方便下次用。

好了，調整好後現在可以好好享受升級後的音樂吧。祝好運！

2020年5月3日星期日

Super DAC 升級至尊晶片 -- ES9038PRO

目前，擁有最頂級規格的 DAC chip, 非ESS的 ES9038PRO 莫屬了。我的 Super DAC 要超級，當然得將前一代 ES9028PRO Chip 升級為更新一代的 ES9038PRO，不然怎對得起 Super DAC 的名號？

不過此次升級的原因卻是非常的 Low End，因為一時突然手癢想要玩一下不同OP AMP 的聲音變化，結果一個手殘竟然把OP AMP 插反，發生這種低級錯誤，代價是高價的 OP 和 ES9028PRO 一起升天了。

這下全機心臟 DAC CHIP 毀了要是買不到就玩完了。幸好，拍賣網一搜就有。現在既然要解銲這顆 QFP chip, 這樣大工程都花下去了，乾脆把 DAC CHIP 換上更新一代的 ES9038PRO，因為這兩顆是 PIN to PIN 相容的。不過下單時心卻在淌血，這顆小小 64 PIN QFP 的 CHIP 要價兩三張小朋友，以後還是要心存敬畏的面對這顆 DAC CHIP，別再眼花手殘了。

ES9038PRO 到底有什麼神威能賣這麼貴？原來相對於 ES9028PRO 它並沒有多什麼功能，而是規格更驚人，它們的類比輸出都是電流模式輸出，後面一定要加一個 IV converter 線路。聽說 ES9038PRO 輸出每個channel高達 15mA, 立體聲時兩個聲道是4個channel並連，共60mA，是 ES9028PRO 的兩倍，因此 DAC 後面的 IV converter，它的 OP AMP 要挑選一下，輸出電流太小的 OP AMP 可能會承受不住。

高輸出電流使的該 DAC 的噪音跟失真都降低，DNR 由 133db (ES9028PRO) 提升至 137db (ES9038PRO)，THD 由 -120db (ES9028PRO) 提升至 -122db (ES9038PRO)。其實 ES9028PRO 規格已經很不錯了，而且它價格也沒多便宜，只比 ES9038PRO 便宜幾百元NT$。

關於 IV converter，其線路如上圖，DAC 的電流輸出模式是每一類比階梯波都是固定電流，階梯越高電流越大；再經過上圖的 IV converter 將電流轉為電壓輸出。在這裡先複習一下電子學，理想 OP AMP 的特性：
1. 輸入阻抗無限大，因此 OP AMP 動作時不會有任何電流流進正負輸入。
2. 輸出阻抗等於零，因此需要多大電流輸出 OP AMP 都必須能提供。
3. 正負輸入壓差必須為零，OP AMP 才能在線性範圍工作。
4. 極高的頻寬。

OK, 上面 IV converter 的電路和一般反向放大電路只差在少了一隻負端輸入電阻，因為訊號源是電流源，所以 DAC 輸出電流就直接流經回授電阻，再流入OP AMP 的輸出端。因為正輸入是接地 0V，所以負輸入也必須是 0V，所以電流流經回授電阻產生的壓降就正好是 OP AMP 的輸出電壓了，這就是 IV converter 的原理。DAC 使用電流輸出模式的好處是 DAC CHIP 可以使用很低的電源電壓以降低 Power consumption，只要調整回授電阻的阻值就可以調整類比輸出電壓振幅，振幅甚至可超出 DAC 的電源電壓。然而，實際使用的 OP AMP 並不是真的理想放大器，前面說 ES9038PRO 輸出電流很大，所以在 DAC CHIP 銲好後首先將回授電阻由 330ohm 換成 120ohm, 讓轉換出來的電壓和以前 ES9028PRO 時差不多，因為輸出電流大兩倍，所以改阻值少一半。然後 OP AMP 我用原始套件附的 JRC 5532，用 PC 輸出 1KHZ 正弦波聲音檔案給 DAC，果然波峰被削掉了，很明顯 JRC5532 不符理想 OP 的第二項，輸出吃不下 ES9038PRO 的輸出電流。

OP AMP 的挑選，在搜尋網友的論述發現有兩派，一派認為要使用高速的 OP AMP，才能完整地將 DAC 輸出之階梯形電流轉為階梯電壓。說到高速 OP，就想到 Analog Devices 的 AD811，它的 Slew rate 高達驚人的 2500V/us, 不過它其實是一顆 Video AMP, 但由於它的高速，適當的使用在 Audio 也會有優異的表現，像我的前後級裡面都有用到這顆。把它用到 ES9038PRO 的 IV converter 時有兩大好處，除了極高的速度外，它還有很高的輸出電流，高達 100mA 應付 ES9038PRO 的大輸出電流毫無問題。但是它也是一顆極難搞的 OP，首先它非常容易震盪，並不能直接代換原本的 OP，否則必定震盪，線路必須要改。而且它一樣是非理想 OP AMP，因為它的輸入 Bias current 高達 2uA typical, 在某些狀況下竟然會高達 30uA max。

OP amp 不理想，輸入不該吃電流卻吃了大量電流會有什麼問題？這正是另一派的論述，OP 要選極低 Input bias current 的，但是 OP 沒有真正理想的，高速的 OP, Input bias current 很高，而低 Input bias current 的卻是速度遠不如前者，魚與熊掌不可兼得下，這派支持者認為 OP 速度不是那麼重要，因為 IV converter 的回授電阻本來就併一個電容做低通濾波，將階梯波濾除，那麼追求 OP 速度意義就沒那麼重要了。不過我不懂的是：信號沒被放大跟放大了再被濾掉實際差異是什麼？我看還有得吵，最終還是實際試試自己喜歡哪種聲音吧。

OP 要選極低 Input bias current 的為什麼重要？ES9038PRO 在 Stereo 模式下是四組並聯輸出 15mApp（應該是吧，網路搜到的值，ESS很小氣 Datasheet 並沒有公開），聽說此輸出已是天下無敵手了？！好，但 DAC 並不是一直輸出這麼大的電流，它是隨著聲音波幅變化，沒聲音信號就沒電流輸出吧。那能不能算出最小電流，一個階梯是多少A？

以下是我的想法不見得對：假設 ES9038PRO 滿幅輸出電流是15mA，而它是32 bit DAC, 所以總共有 2^32 階梯，
15mA / (2^32) = 3.5pA 這是一階所輸出的電流，前面 AD811 Input bias current 2uA typical,
2uA / 3.5pA = 571,428.6 也就是說會有五十七萬多階的電流被 AD811 的 Input bias current 吃掉了，這樣聲音還會＂高傳真嗎＂？更何況這可是至尊 DAC 晶片，其他 DAC CHIP 輸出可是更小呢！

不過實際應該不會這麼慘，因為 DAC 都只有正電源，所以 IV converter 的正負輸入不會是 0V，而是 1/2 AVCC。在此， DAC 的 AVCC = 3.3V，所以正負輸入會有 1.65V的偏壓，既有偏壓就有偏流。在有預先偏流的情形下，極其微量的電流變化，會不會被 OP 的 Input bias current 吃掉？我的想法是不會，但是這恐怕難以證實，因為幾個 pA 的變化，早超出儀器的量測範圍。

既然公說公有理婆說婆有理，我們就各取些優點來選擇 OP AMP 吧，在我手上有的 OP 當中， Input bias current 最小的是 BB 的 OPA627，2pA typical. 其 slew rate 55V/us 也算優秀，雖然無法和 AD811 比。但和我之前用的 AD797 相比，AD797 Input bias current 0.25uA typical, Slew Rate 20V/us，看起來 OPA627 規格都優秀很多。不過，ESS 原廠樣板線路卻是選用 AD797耶！

不過規格好聲音就好嗎？試聽結果，OPA627 解析力是比 AD797 好一皮，低頻也稍有力一點，但 AD797 中頻較厚也很討喜，很難說誰贏誰。其實我是不太有耐心去龜毛每個小零件的差異，因為雖然比較時聽出差異，但大部分聽音樂並不比較，而是音樂一放躺在沙發上，舒服就好。所以我決定還是以規格為師，OPA627 是我手上有的 OP 中各方面最接近理想放大器的，就把它用在 IV converter 這級吧。原線路在 IV converter 之後就串一個交連電容組絕 1.65V 直流就直接輸出到前級放大器了，而我是自行外加一片 Buffer，再用一級 OP AMP 將正負輸出的 1.65V 相減，最後再經分離原件組成的 HDAM 線路直接交連輸出，這級 OP 我就選用 AD797，整台 DAC 聲音相當不錯了，就此定案。

有發燒友在 IV converter 的 OP 選用規格非常極端的 OPA128，它的 Input bias current 極小到只有 75fA (1pA = 1000fA), 而它的 Slew Rate 只有 3V/us, 單增益下頻寬只有 1MHZ，這應該是特殊用途的 OP，發燒友拿來用在 IV converter 發現聲音非常好。我沒試過，也相信它聲音真的好，因為這顆 OP 已被炒高價格，但是因為聲音好而反推 IV converter OP 的規格要用 Input bias current 越小越好，頻寬越低越好，好像邏輯上也說不過去。

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2017年8月23日星期三

DSD Play！ES9028PRO 超級 DAC 第二代（二）

接下來把 LCD 固定起來吧。一樣先用 3D 印表機做一個架子。

裝上 LCD 再鎖上機殼。

離完成又進了一步。
套件有三個按鈕分別是：訊源選擇及音量升降，我在這三個按鈕旁再加一個鈕，是電源開關。要做到輕觸一下開啟、關閉，必須要有一組 Stand-by 電源給繼電器控制電路，以往都是再買一顆小變壓器來做 Stand-by 電源, 這次突然腦門大開想到好方法：家裡一堆淘汰的 3C 產品留下的 Adapter, 把外殼拆掉裡面那片小小電路板就是 AC 110V 轉 DC 5V 的變壓器，可以當 5V stand-by 電源，而且還是 Switching 的甚至 AC 輸入是 Universal 的，呵呵，雖然用在這裡 Universal 完全無意義但重點是資源回收環保又不用錢 ^_^！。

當然還需要電源繼電器控制電路，發現網拍有現成的，電路板 layout 的漂漂亮亮，不用在自己堆砌了。

一樣用 3D 印表機為它們做一個家，左邊是電源開關板右邊是拆開的 5V Adapter，供給開關板電源。

雙層床的構造：第一層上蓋後還可疊上第二層。

層與層之間再用銅箔貼紙隔離。

疊上第二層。

上層內部是第二組 5V 供應給 DVCC，因為之前試了 LT1963 3.3V 穩壓 IC很燙，主要是輸入將近 10V 的壓差太大導致高溫，因此改接另一組 5V Adapter 輸出 DC 5V 再給 LT1963，等於兩級穩壓了，這樣輸入從 10V 降了一半電壓下來果然溫度降幅非常大，現在用手摸也沒關係了。因為是 DAC 數位電路電源，所以找了這顆 Adapter 是 Sony 手機的充電器，拆開看果然內部比一般的 Adapter 品質要好很多，因此只將輸出電容改為 OS-CON SEP 其它沒動。

DAC 數位電源改用小 Switching 聲音會不會變差？我想數位電路跟 Switching 本來就是絕配，試聽下也真覺得沒什麼差，反正原先變壓器線頭還留著，有需要再來慢慢比較。

電源黑盒子完成，內含 5Vstand-by, 電源開關控制及 DAC 數位電源。

至此，DAC的 Function 都有了可以安心的聽音樂並做必要調整。首先將套件所附的 OP amp 給換掉，因為我只會用平衡輸出所以只需換掉兩個 JRC 5532，另兩個 JRC 5534 是將平衡信號組成單端信號，因為不會用到所以不去動它。

JRC 5532 是雙 OP 而我要用單 OP AD797 來代換，所以用到這個來轉接。

違章高架建築，兩個 AD797 擠在一個 socket 上。改完後果然聲音更細緻粗躁感減少了聲音更高貴。
現在聲音其實可達95分了，原本未改時低頻量感就非常足，跟第一代CS43122比，這部 ES9028PRO 像是孔武有力又有溫柔一面的壯漢，CS43122 是溫柔小姐。我覺得中低頻充足會使整個音像更清晰，調音變的容易多。ESS 新一代的 DAC Chip 確實進步很多。

到此電子電路部分可以算告一段落了。機箱可以先蓋起來聽音樂了...........
等一下，我裝機是對外觀有要求的，機箱還沒有面板呢！原機箱有一片鋁面板，但是以前已經挖過洞，這次 LCD panel 的 layout又大不同，再挖下去很難看了。所以只能再造另一片面板了。
現在一些 DIY 網站倒的倒關的關，要找人做一片面板還真不容易，只好自己解決，想到一個先進科技的 DIY 面板方法：3D 印表機 + 髮絲貼皮來呼巄一下，當然不是真鋁面板，呵呵！

既然是 3D 印表機上場，那面板就不在限定是以往平平板板的樣子，來做點弧度曲線吧！

因為 3D 印表機尺寸限制，所以拆成三片分印。

由於 3D 印表機印出來的東西表面並不是很平整，因此若需求要很平整的話，就要做一些表面處理。

處理的方法就是用以下的 Epoxy 塗一層於表面，就會展現出光滑的外表。但這裡是要求平整而不要求光滑，所以還要用粗細砂紙來打磨讓表面變得非常平整。