Denne artikel er udspringer fra trådene omkring USB lydkort i min worklog

Jeg skal forsøge at holde niveauet så højt som muligt, og undgå alt for mange tekniske udtryk ;-) Hele konceptet ved at lave sit eget lydkort, er først og fremmest at få en lydkvalitet der kan måle sig med rigtig hi-fi, det er ikke rigtig lykkedes mig at finde et lydkort der kan det endnu... der er self. lydkort der er bedre end andre, men der mangler alligevel det sidste for at det bliver rigtig godt.

De fleste lydkort forhandlere vil nok påstå at jo større specifikationer et lydkort har jo bedre lyder det... det skal man dog ikke helt tro på! Jeg vil nok sige at hvis man sammenligner et 24bit lydkort med et 16bit lydkort, så vil man ha et bedre udgangspunkt i 24bit lydkortet, men hvis man ikke behandler signalerne ordentlig efterfølgende, så kan man lige så godt skrotte de ekstra bit... Man kan faktisk udregne den reelle opløsning på et lydkort, hvis man kender dets "DNR" (Dynamic Range).

for lige at tage formlen først, så kan man lige starte med at beregne den maksimale Dynamic Range ud fra opløsningen. 6,02 x [bit] + 1,76 = DNR

16bit = 6,02 x 16bit + 1,76 = 98,08 dB. DNR
24bit = 6,02 x 24bit + 1,76 = 146,24 dB. DNR

Hvis man laver et hurtigt eksempel med f.eks. Sound Blasters Audigy2 lydkort, som har en DNR på 106dB. og er et 24bit lydkort (har ikke noget med opsamplingen fra 16bit at gøre!) med en let omskrivning af formlen, kan vi nu beregne den reelle bitrate, som vi er i stand til at få ud af lydkortet. Så kan vi tage Audigy2's DNR på 106dB. og sige (106dB. - 1,76) / 6,02 = 17,3bit. Så kan man jo spekulere lidt over det...
Der skal så igen tages højde for at de 106dB. nok er muligt at opnå i en testopstilling, og ikke er målt i den specifikke miljø i en computer, med en masse støj og switchmode strømforsyning osv. osv.

En anden specifikation der ofte er angivet sammen med DNR, er båndbredden angivet i KHz. hvis man f.eks. ser på DVD Audio, så er båndbredden 192Khz., sammenlignet med båndbredden på en normal cd, 44,1Khz. Båndbredden er fordelt på 2 kanaler (stereo), dvs. for cd, ca. 22Khz. til hver kanal. Som mange nok er bekendt så er et menneske i stand til at høre op til omkring 20Khz... Dette er dog nok kun meget få mennesker der i stand til det i praksis. Fik for et par år siden målt min egen hørelse til omkring 16Khz. hvilket egentlig er ret meget, sammenlignet med andre på min egen alder.
Men for at komme til sagen, så er bla. en af grundene til at man har en båndbredde, der går udover det hørbare område, at dele af lydenes komponenter (hvis man kan kalde det, det?) ligger oppe i dette område, og hvis man har en lavere båndbredde, vil disse være dæmpet eller helt undertrykt.

Som udgangspunkt har jeg forsøgt at holde lydkortet så simpelt som muligt, og har fundet den geniale kreds fra Burr-Brown ved Texas Instruments. En PCM2707, som indeholder både USB interface / D/A konverter / og udgangstrin. Det betyder at selve kredsen stort set er et færdig pakket lydkort, som bare skal tilsluttes...
De fleste kommercielle USB lydkort der findes derude, er så åndsvagt konstrueret, at de benytter de 5v. der findes på USB bussen, som forsynings spænding. Ved at gøre det, har de stort set elimineret den fordel der er ved at separere lydkortet, fra selve computeren, lydkortet bliver nemlig stadig forsynet med den støjfyldte 5v. forsyning via USB kablet. Mit lydkort er derfor self. forsynet med sin egen strømforsyning, det har den fordelen af selve strømforsyningen er så støjfri som muligt, men man slipper desuden for at benytte den indbyggede spændingsregulator i kredsen. Kredsen køre i sig selv på 3,3v. men spændingen på USB bussen er 5v. og derfor er kredsen forsynet med sin egen spændingsregulator(som ikke bliver brugt i min konstruktion!).
Strømforsyningen på lydkortet, er self. udstyret med den bedste afkobling som det har været muligt at skaffe, hvilket vil sige de bedste kondensatorer som det har været muligt at fremskaffe, uden at skulle sælge en arm for det... Som det også fremgår af min worklog, så har jeg også prøvet at benytte standard kondensatorer på en af udgaverne, og det kan ikke anbefales på nogen måder! De ekstra "småpenge" den super gode afkobling koster, giver sig igen, i en lydkvalitet der er klasser bedre.

De omtalte 5v. der findes på USB bussen skal dog ikke gå helt til spilde, og bliver brugt til at trække et relæ, som tænder for lydkortet, når man tænder sin computer ;-) Det vil jo sige den er strømbesparende! men det er nu heller ikke fordi, den i forvejen trækker specielt meget strøm. Under 3W. i fuld drift...

Selve lydkortet køre på den indbyggede USB audio driver som findes i de fleste moderne styresystemer. Man kan i databladet for PCM2707 se en liste over testede platforme, jeg har dog kun testet den på Windows XP pro DK. og det fungere helt simpelt og ligetil som plug'n'play. Man skal muligvis lige vælge USB audio DAC som primært lydkort, eller vælge USB audio DAC som output i div. audio applikationer!
Hvis man har problemer med at enheden ikke genkendes, kan det skyldes af man ikke har en fuldt fungerende plug'n'play funktion på ens system! (ofte deaktiverede services)

Selve kredsen vil jeg ikke gå i dybden med, for alt det tekniske har Burr-Brown taget sig af, og det kan vi stort set være ligeglade med... Ellers kan man studere databladet, hvis man vil se flere specs.
Kredsen er også udstyret med en S/PDIF (Sony / Philips Digital InterFace) som man kan bruge som man har lyst... Det er dog lidt fråds, da den indbyggede D/A konverter i kredsen nok er noget af det bedste 16bit konvertere der findes, og man skal ha fat i mere end en billig surround receiver, for at det kan betale sig. Det skal desuden understreges at S/PDIF udgangen er en std. 16bit stereo udgang! Alle de fancy S/PDIF codecs osv. der findes på div. dvd afspillere / receivere / lydkort osv. det er et komprimeret signal, hvis det er mere end 2 kanaler(stereo)! S/PDIF kan dog understøtte 24bit, men det understøtter PCM2707 kredsen ikke, da det kun er et 16bit system. Og for lige at slå det fast så findes der kun én slags "rigtig" S/PDIF, og det er det, mange i daglig tale kalder Coax... Man kan dog konvertere dette signal yderligere og derved lave det om til et optisk signal (TOSLINK), dette er dog sjældent en fordel pga. de ekstra konverteringer. Lydkortet hér er udstyret med Coax udgang, om man vil. Denne udgang skal dog strømforstærkes for at kunne holde til impedansen på 75ohm i et S/PDIF kabel. Forstærkningen er simpelt opnået ved at bruge en 74HC04 (74HCT04 kan IKKE køre på 3,3v!!) inverter kreds. Inverteren indeholder 6 individuelle invertere, den første inverter bliver brugt til at invertere signalet én gang, og de sidste 5 invertere er koblet parallelt og invertere signalet tilbage til dets oprindelige form. De 5 parallelle udgange er tilsammen strømstærke nok til at drive impedansen. Denne del kan dog sagtens spares væk hvis man kun vil bruge den indbyggede D/A konverter (ingen S/PDIF udgang).

Selve lydkortet er bygget op på et std. europrint på 16x10cm. For at kunne producere dette lydkort, skal man have mulighed for at kunne ætse sine egne print! dette er dog rimelig enkelt, og man skal udover de ting der er skrevet på indkøbslisten længere nede, kun have en spand jern-klorid eller anden form for ætsebad for at kunne ætse printet. Selve ætse / photo processen er beskrevet på adskillige hjemmesider rundt omkring på nettet. (hvis man kun lige skal belyse et enkelt print, så kan man sagtens belyse printet med sollys i en vindueskarm, så er man fri for at indkøbe belysnings udstyr).
Det kan dog anbefales at man har en rimelig erfaring med at montere elektronik og lodde, før man begiver sig i gang med dette projekt! Især kredsen kan være svær at montere pga. af de meget tynde baner, og man skal desuden tage meget hensyn til statisk elektricitet, og ens loddekolbe kan let ødelægge kredsen hvis den ikke er reguleret trinløst!

Komponent placering:

Printudlæg:

Komponent list, med evt. forhandler:
Elfa.se
- TR1: Trafo (56-177-41) 15V. Pris = 27,375kr.
- C5,C6,C9: Elektrolyt (67-235-06) Sanyo 1000uF/35v. WX - Pris = 11,69kr. x 3 = 35,07kr.
- C10,C13: Elektrolyt (67-201-30) Sanyo OS-CON 47uF/10v. SC - Pris = 11,89kr. x 2 = 23,78kr.
- C12: Elektrolyt (67-201-14) Sanyo OS-CON 10uF/10v. SC - Pris = 5,50kr.
- C18,C19: Polypropylene (65-470-04) SCR 1uF - Pris = 19,50kr. x 2  = 39kr.
- CON3,CON4: Phonostik sort (42-253-55) printmontage - Pris = 8,54kr. x 2 = 17,08kr.
- CON5: Phonostik rød (42-253-63) printmontage - Pris = 8,54kr.
- S1: Relæ (37-061-08) 5v. / 250v. kontakt - Pris = 28,88kr.
- Fragt = 40kr.
Ialt = 233,765kr.

El-supply.dk
- C1,C2,C3,C4: Keramisk (15238) 1nF - Pris = 0,63kr. x 4 = 2,52kr.
- C14,C15: Keramisk (18410) 1uF/63v. - Pris = 4,94kr. x 2 = 9,88kr.
- C11: Keramisk (18406) 100nF/50v. - Pris = 0,62kr.
- C16,C17: Keramisk (15122) 33pF. - Pris = 0,63kr. x 2 = 1,26kr.
- R1: Modstand (07122) 56ohm/2W. - Pris = 1,19kr. //std. ½w. er også fin!
- R2: Modstand 3,3K - Pris = 0,13kr.
- R3: Modstand 1K - Pris = 0,13kr.
- R4: Modstand 33ohm - Pris = 0,13kr.
- R11,R5: Modstand 1,5K - Pris = 0,13kr. x 2 = 0,26kr.
- R6,R14: Modstand 1M - Pris = 0,13kr. x 2 = 0,26kr.
- R7,R8,R9,R10: Modstand 47ohm - Pris = 0,13kr. x 4 = 0,52kr.
- R12: Modstand 390ohm - Pris = 0,13kr.
- R13: Modstand (061190) 93,1ohm 1% = 0,8kr.
- R15,R16: Modstand 22ohm = 0,13kr. x 2 = 0,26kr.
- D1,D2,D3,D4,D5: Diode (251N4005) 1N4005 - Pris = 0,44Kr. x 5 = 2,20kr.
- Z1: Zenerdiode (27103.9) 3,9v/0,5w - Pris = 0,69kr.
- LED1: (4511) grøn - Pris = 0,74Kr.
- T1: Transistor (30BD139-16) BD139 - Pris = 2,44kr.
- CON2: USB hun (5568FB) - Pris = 5kr.
- F1.1: Sikringsholder (6319) mikro sikring - Pris = 3,75kr.
- F1.2: Sikring (59710) 160mA mikro sikring - Pris = 3,63kr.
- IC2: 74HC04 (36HC04) - Pris = 2,5kr.
- APPARAT CHASS.BØSNING - pris = 6,125kr.
- Print: Photoprint enkelt sidet (7612) - Pris = 22,5kr.
- Fremkalder: (7617F) - Pris = 23,75kr.
- Fragt = 35kr.
Ialt = 126,675kr.

Århus radiolager.
- C7,C8,C22: Plastikfilm (022235) 100nF - Pris = 1,80kr. x 3 = 5,4kr.
Ialt = 5,40kr.

RS
- Kabinet: (146-9911) Pris = 176,25kr //Længden er måske lige kort nok!
- Q1: Krystal (658-924) 12Mhz. - Pris = 13,125kr.
- fragt: 45kr.
ialt = 234,375kr.

Digikey.com
- IC1: PCM2707 (296-15276-5-ND) - Pris = ca. 50kr.
- Fragt = ca. 300kr. i gebyr/fragt
Ialt = ca. 350kr.

Ialt = 950,215kr.

Alternative kabinetter
- (Elfa 50-240-05) Pris 146,25kr.
- (Elfa 50-797-10) Pris 257,50kr.
- (Elfa 50-250-10) Pris 438,75kr.

Lyden:
For at sammenligne lyden med det bedste lydkort jeg ellers har hørt (TerraTec Aureon 7.1 space), så er lyden mere åben, og meget mere præcis i toppen især. Hvor man direkte kan kalde Aureon 7.1 kold i lyden, så er det her lydkort lun og rimelig rund i bassen, samtidig med at det har en meget præcis top. Vil ikke kalde den rund og varm i bassen, for det er den dog ikke, men kombinationen af lun bas, og præcis top er ikke noget jeg har hørt på de kommercielle lydkort ellers. Denne egenskab kan nok tilskrives de Polypropylen overførsels kondensatorerne i udgangen ;-) mange kloge hoveder vil nok ikke anbefale en så fysisk stor kondensator, for at undgå at den skulle samle støj, men jeg har nu alligevel valgt at bruge denne kondensator, udelukkende pga. dens lyd egenskaber. Men der er nok også et rimelig ømt punkt i konstruktionen og et oplagt sted at teste forskellige kondensatorer for at optimere lyden.

Jeg tager intet ansvar for fejl, mangler eller forkert konstruktion, brug eller inkompatibilitet e.lign.!

Konstruktionen kan frit benyttes som privat DIY projekt. Copyright Michael Hartvig 2004