簡單前級計畫 - 復活!!

本文由 jasonh77tw2009-02-26 發表於 "效果器、Amp、DIY" 討論區

  1. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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    喔~這次我買的沒有鍍金 XD
    我是用 PRO/E,4.0 版的有一個光線場景的功能,render 出來比以前漂亮不少,又不用自己橋照明橋半天。材質的部份我也沒做,只有選顏色而已,所以每個零件都像鋼琴烤漆一樣雪亮 =_=

    對了,如果你有用 PRO/E 的話,我有自己做的 Pantone 色彩表和 SVG 網頁常用色盤,我這個人有個怪癖,凡是可以自由調整參數的東西,我都會希望設定值符合某種規格、某種學理、或是特殊的規則.... 電視畫面對比要調到 5 的倍數或是符合某某規範的規定,畫曲線就要用整數比例的相切弧銜接... 等等諸如此類的,所以做了這兩個顏色定義檔... 好保證... 選出來的顏色符合某種規格 XD

    說實在的沒有很好用,Pantone 的顏色太多了,SVG 的顏色又少了點 =_=,不過如果你用得著的話我可以把定義檔寄給你~~
     
    Last edited: 2009-03-10
  2. wizardma

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    之前工作都是使用Slidworks...看到這幾張圖片,決定再次轉戰Pro/E了。先找到軟體再說...找到了再跟您要定義檔。謝謝先~
     
  3. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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    今天拿到大部分零件了,尺寸也確認過了,不過發現一件事情,像照片裡面這種 Phone Jack 太高了,沒辦法塞進 PCI 擋板的空間裡,心裡又琢磨了好久,想盡辦法要 "共用" (預留共用真是工程師的惡夢),腦筋還動到....在一個殼子裡塞兩片前級板....就是超迷你的 4ch....後來還是放棄了,這樣一直想下去會想不完,還是趕快動作免得又冷了 =_=

    不過這幾天好幾個朋友都問到一個問題 - 真的不做電源開關嗎,看來還是很多人覺得有開關會比較方便,所以目前正想辦法用剩下的板材塞個電源開關下去.... 不過開關真的要錢的,加這個開關 (雙刀搖頭) 和電源指示燈,光材料成本就多了好幾十塊....
     
  4. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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    [​IMG]

      第一版的功能、線路和尺寸已經定案了,下禮拜就會請朋友幫我出 Layout 檔案,跟之前的照片不同的是這次加裝了阻抗匹配式平衡輸出子板,也順便設計了電源開關板,不過初步只做測試用吧,因為如果把這些都加上去成本就增加了,而且這些功能也不是很必須的。

      離目標又進了一步啦,加油加油~
     
  5. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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    今天朋友開始幫我 Layout 了,一直到最後一刻才又發現 output phone jack 的左右聲道我弄反了 (零件規格書有的寫 top side 有的寫 bottom side 一不小心就會看錯)。

    其實做到這個程度,以 "簡單" 為名的這個前級我想差不多也就是這樣了,雖然還有很多的想法,但是一一加進去的話,就變得一點都不 "簡單" 了,所以我想簡單前級接下來如果沒有什模大問題的話,可能只會做零件的選擇更換、尺寸佈線的調整等等,大概不太會增加新功能~

    當然現有的東西到了一個階段,新的想法又開始一直湧入,例如:
    1. 幻象電源 (這是最多人問的)
    2. 波段式增益控制 (比 VR 可靠,比 DIP 好用)
    3. 更複雜、更穩定的供電設計
    4. USB 供電轉正負雙電源
    5. USB DAC/ADC 功能 (不過沒有寫驅動程式的能力,大概只能玩簡單的 PCM290X)
    6. DSP.... (同樣的.. 沒有寫程式能力,大概只能玩 3201)
    7. 電平計
    8. 高通、低通濾波保護....
    9. PAD 切換、輸入阻抗切換
    10. 電子式平衡輸出

    不過列出來以後發現,很詭異吧....除了加強供電可能改善音質以外,其餘的基本上跟 "放大" 沒什麼關係....我想,這也是一開始會有 "簡單前級" 的初衷吧,市面上入門產品或許看起來功能不少,但是大部分心力和成本都花在這些附加功能上,反而是 "放大" 這件事不見得有多少著墨,今天我們當然可以設計一款前級擁有市面上一般產品的完整功能,但是這樣做出來的結果可能只是另一台 DMP3,要說品質也不見得有多少差異,要說成本也不見得拼得過大量生產的產品 (如果跟美國售價比的話)。當你設計的產品既不特別好、又不特別便宜,也不特別漂亮的話,這樣好像就沒什麼區別性了。

    所以一開始才會有簡單前級這個想法吧,因為當我自己在找又小、又便宜、而沒有一堆用不著功能的前級時,市面上根本找不到品質可以接受的產品~
     
    Last edited: 2009-03-17
  6. wizardma

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    再搞下去真的一點也不簡單了,有時候取捨也是很重要。
     
  7. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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      這篇寫的是一些研究心得,可能看得懂或是有興趣的人不多 (我也不懂... 只是在嘗試瞭解中),反正也沒別的地方好寫,誰叫這個版掛了個 "DIY" 勒,大家就罔看吧~

      今天繼續在等 Layout,沒什麼可以進行的,於是做了一些資料研究。一開始是在研究 OP 的規格,因為 "簡單前級" 的架構真的是簡單到不行,比較明顯能夠調音的只有三件事:交連電容的容值、反饋網路的電阻阻值、OP的選擇。一開始的想法是.... 電容和電阻等板子洗回來再慢慢試最佳的組合,先找找看有沒有在成本可以接受的範圍內,品質最好的 OP,所謂的品質最好,定義縮小到噪音最小,失真最小,心想這樣應該不難找吧。找來找去,發現一顆 AD797,Vn 真的超極低,不過爬文時發現了這篇文章:

    http://bbs.hifidiy.net/viewthread.php?tid=121440

       才知道代志不是像憨人想的那麼簡單,OP 的規格書裡面除了 Vn (電壓雜訊) 之外,還有 In (電流雜訊),因為電壓雜訊是絕對存在的,一般標榜的也是這個數據,In 因為之前看不懂所以都不理他,現在才知道電流噪音乘上反饋網路的等效電阻,也變成電壓雜訊,這麼一來反饋網路的電阻越大噪音也會越大,所以在選擇 OP 時整個電路都要考慮進去,才能知道真正的噪音表現。那是不是反正把回饋網路的阻抗降低就一切搞定? 阻抗降低會增加 OP 的負載,之前太蠢了.... 忘了回饋網路也會消耗功率。

      先前測過簡單前級上 RC4558 之後,在 +58dB 增益時頻率響應開始滑落,那時做了 4558 不適合高增益這樣的結論,其實當時就覺得不太合理,頻率響應是前後兩級增益疊出來的,如果第一級 34dB + 第二級 0dB 沒問題的話,沒理由第二級增加到 24dB 就出事 (因為 24dB 還是小於 34dB),我想真正的原因是,第二級的 24dB我是用並聯後等效電阻為 62Ω 的 R1 和 1kΩ 的 R2 達成 16 倍的增益,這算是滿小的電阻 (電阻越小負載越大),而 OPA2134 頻率響應沒有受影響的真正原因,我想是因為他的輸出電流能力是 4558 的兩倍以上...

      或許這些問題點對於科班出身的朋友是很基礎的問題,不過說實在的在網路上一些 DIY 討論或分享裡面,往往就是補料,補料,還是補料,好像只要貴的零件換上去就一定有效、電容有多大顆上多大顆,真正討論到設計原理的文章就很難得一見了。其實知道這個事實後,我反而對簡單前級有更大的信心,至少我們有測試的方法和工具,也越來越知道設計的控制參數,這樣就有機會在固定的架構中找出最佳的設計值....

      嗯.. 沒啥重點 :p 今天就寫到這裡。下一個簡單的結論好了,有人說規格是參考用的,實際還是要用聽的,但我覺得,要真的看得懂規格書中每一個數據背後意義的人,才有資格說 "規格是參考用的",當然不是每個人都有機會從這樣的角度去切入,但是既然要玩,就要玩徹底一點才過癮 :D


    P.S. 想到另一個問題,如果要把 OP 性能逼到極限,兩個 Channel 供電 100mA 可能比較吃緊,要考慮看看孔位能不能共用 78XX/79XX 了...
     
    Last edited: 2009-03-18
  8. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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      繼續昨天的話題,我今天按照昨天引述的這篇文章建立模型計算簡單前級的噪音表現,假設模型正確 (而且我也沒弄錯的話),發現這些超低 En 的 OP 大多是屬於 Bipolar 輸入的,例如 NE5532, LM4562,另一類就是 FET 或 JFET 輸入的,特色是輸入阻抗很高,例如 TL072, OPA2134 等等。 Bipolar 輸入的雖然 En 很低,但是 In 跟 FET/JFET 比起來卻高了數百倍,這麼一來受訊源阻抗的影響就很大,最明顯的差別在哪裡呢?

      以麥克風放大來說,麥克風的輸出阻抗大多數百歐姆,這時 In 造成的噪音成份下降,Bipolar 就能有優異的表現,但是仍然要注意回饋網路的電阻值,電阻越高雜音越大,但電阻太小負載增加的話又會有其他問題,而且 Bipolar 的 THD 表現也普遍比 FET 差一點。但是碰到訊源的輸出阻抗大時,In 就佔了決定性的角色,假設一個電吉他輸出阻抗 100kΩ,由 OP 前級提供 10 倍增益時,JFET 輸入的 TL072 的噪音表現甚至可以比 NE5532 好 10dB 以上,如果我們只看 En 這項規格選用 NE5532 來推電吉他的話就中招了... (所以 Line6 Toneport GX 用 TL072 當輸入果然不是省錢而已)

      所以雖然簡單前級的架構可以拿來推麥克風或電吉他,但是拿來推電吉他時,OP 的選用方向就不同了....繼續研究....

      可以用的 OP 很多但是市面上好買的不多,目前暫定,基本版的 MIC-preamp 用 NE5532,INST-preamp 用 TL072,進階版的 MIC-preamp 用 LM4562,INST 用 OPA2134,不過比較麻煩的是 LM4562 和 OPA2134 的價差比較大..
     
    Last edited: 2009-03-18
  9. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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      繼續等 Layout 中,本來是要做元件搭配 try and error 測試的,因為沒什麼實體可以玩的,所以繼續研究做理論分析~~ 把 OPA2134, OPA2604, TL072, NE5532, LM4562, AD797 全部都建模型分析噪音,再來分享一下心得好了。

      TL072, OPA2134, OPA2604 屬於 FET 輸入的 OP 放大,配合電吉他這類高阻抗訊源時可以有比較好的訊噪比,這三個也算市面上比較容易取得的 OP,由於電吉他的電阻熱噪佔了整體噪音很大的一部分,所以雖然這三顆 OP 規格上等效輸入噪音有很大的差別,但是模擬出來的結果 S/N 相差不大。本來是計畫一般版本的 INST 選用 TL072,但是後來計算到輸出電流後,發現 TL072 恐怕推不動耳機,OPA2134 不但推耳機沒問題,失真度也比 TL072 好得太多,所以我想設定在吉他放大時直接把 OPA2134 當標準配備,畢竟我想會對這個計畫有興趣的朋友,不會為了省幾十塊犧牲這個品質吧。至於 OPA2604 在 Hi-Fi 界的謠傳評價是比 OPA2134 好,但是規格上噪音、失真的表現都比不過 OPA2134,只有頻寬明顯得比較好,但是 OPA2134 的頻寬也有幾 Mhz,我認為就前級放大這種高增益的應用來說,噪音和失真應該比較重要,這樣看來似乎就沒什麼理由去用 2604 了,而且 2604 又貴多 (大概要再貴兩百左右吧)。所以 OPA2134 是目前心目中 C/P 值最佳的選擇,大概也只會出這一種版本吧。

      再看到比較適合麥克風放大的 NE5532, LM4562, AD797,看來看去 NE5532 這樣的價位帶真的是滿難找到敵手的,難怪到現在還是有機器用 NE5532 做麥克風放大。其實市面上在 $1 USD 以內噪音比 NE5532 小的還真的很難找,RC4580 可以,很多低階混音器也用這顆,4580 的噪音和 NE5532 差不多但是失真
    比較小,問題是這顆不好買。要往上跳一級的話,目前看到最合適的就是 LM4562,理論上 S/N 會再提高 3~4dB,失真也會降非常多,代價是一個 Channel 大概兩三百塊,我個人覺得 C/P 還算可以,這部份我也會進一些零件來試試看吧。再上去超低雜訊的 AD797,S/N 可能可以再提高 2dB,但是失真並沒有比 LM4562 好,而且 AD797 是單 OP 包裝的,兩顆 OP 加上轉接板後,一個 Channel 可能要貴七八百塊,個人覺得好像沒什麼意義,結論是 -- 初步會試 NE5532 和 LM4562 兩種版本吧。

      再說到被動原件吧,上次和 E-MU XTC 前級比較之下,低頻有提早滾落的現象,這是由於輸入交連電容和 OP 的輸入阻抗形成 RC 高通濾波電路,計算模擬出來的結果也和實際量到的差不多,基本上只要加大電容就可以往低頻延伸,目前計畫加大到 22uF ,這樣截止頻率會降低到 2.8Hz,我想更低也沒什麼意思吧~

      而回饋網路的電阻設計之前沒什麼概念,只知道用好買得零件兜出增益比就上了,但現在瞭解到電阻越大噪音就越大,但電阻也不能太小,電阻小的話電流消耗就變大,超出了 OP 的承受範圍頻率響應及失真度就會劣化,除了不能超出 OP 的範圍,也不能超出系統供電的範圍,瞭解的參數越多,就發現最佳化越困難...

      零件選擇的問題也在計算模擬中進行的差不多了,接下來就是等板子,驗證理論吧。如果理論能夠得以驗證,就表示設計參數可以比一般大家慣用的設計有更好得表現,這大概是最開心的事吧,否則花半天力氣做出來的跟別人也沒什麼兩樣,那就比較沒意思了。最怕的就是繞了一大圈,發現自己還有更多的問題沒考慮到,結果做出來的效果還不如網路上隨便抓得到的一般設計... 那就比較悶了 =_=
     
  10. jackcloud

    jackcloud Member

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    推推推~~~!!
    真的很熱血!! 又非常專業Orz
     
  11. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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    亂入一下:p 前天在想,既然有 "熱噪音" 這玩意,如果我在機殼裡面丟乾冰.... 把溫度降下來,是不是 S/N 會更高。算一下,乾冰本身的溫度是 -78度,電子元件保證工作範圍大概是 -40~-55度,用乾冰把元件降到這個溫度應該是辦得到的,但是這樣 S/N 能提昇多少呢?

    根據理論,熱噪音和絕對溫度 K 的開根號成正比,假設元件元件從攝氏 30 度被降到 -40度,換算 K 就是 303K -> 233K,相除開根號是 0.88 倍,換成 dB 是..... -1.1dB,也就是說 S/N 頂多提高 1.1dB,還是算了吧 XD
     
  12. adamgirlplus

    adamgirlplus New Member

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    根據我的測試,
    opa2604及opa2134用在bass上,
    低頻在我聽來有點怪
    opa2604的低頻聽起來有點空
    opa2134情況比opa2604好得多, 但還是不對
    這跟它們的頻寬有關
    目前bandwith比較寬的應該就是opa128sm
    殘念的是....它的底噪比較強
    but 用在吉他裡, opa2134應該會是一個好的選擇
    anyway, 根據自己的口味來選料才不會亂發錢

    jasonh77tw大, 你的"簡單前級"越來越有"半發燒"的感覺了~
     
  13. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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      其實這些 OP 的頻寬用儀器去測的話,在聽覺範圍內幾乎都是平直的 (落差可能小於 0.1dB),但是聽覺就是件很奇妙的事情,有些差別真的很難用數據去量化,所以簡單前級特別設計的讓大家很方便改裝 :p

      電阻都按照功能對稱的排開來,交連電容腳距從 2.0mm~5.0mm 都可以裝,最大可以裝到直徑 10mm 電容。供電、輸出也都有提供杜邦端子接頭,各位高興的話可以自己加裝輸出緩衝、電子平衡輸出、DC-servo 供電等等等... 就是希望 "簡單前級" 不但好用而且好玩啦~ 除此之外,畢竟我個人幾乎只玩設備,沒有真正的彈樂器,所以怎麼搭配才真正好用還是要靠大家提供意見囉~

      順便更新一下進度,Layout 目前零件都件好了,因為.... 電子公司現在幾乎都沒在用這些手插件的電阻電容、電晶體、IC... 等等等,我好心的同事光是建零件就花了好幾天去了 =_=,不過看樣子零件 ok 之後線路其實非常簡單,可能再一天就好了吧,再加上檢查等等工作,我想下禮拜可以去洗板子了。殼子方面我也找到噴漆的配合廠商,所以第一版就可能有完整的噴漆外觀了。關於外觀顏色大家要不要投票建議一下啊 :p
     
  14. 阿祖

    阿祖 Member

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    這次不會又要沉寂個兩年了吧......
    關於機殼我推黑色~
     
  15. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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    放心啦,只是現在 Layout 卡在朋友手上,但是這裡拜應該沒問題囉,(因為上禮拜他在座位上處理的時候被 "關切" ,現在要回家弄又沒辦法即時討論,所以進度慢一點..=_=)
     
  16. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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    今天 4/6,等了三個禮拜 Layout 終於完成了,本來預計只需要一個禮拜到十天的,但是一方面方便溝通的時間不多,朋友也很久沒做這種全插件的板子,再加上很少碰到我這麼龜毛的顧客每一個零件的位置、走線都要求的 =_= 所以意外的多花了不少時間。等有空一點自己來學 Allegro 好了,雖然朋友很樂意幫忙,但是這個進度掌握在別人手裡也影響太大了~

    明天要來發包 PCB 啦,希望一切順利~
     
    Last edited: 2009-04-06
  17. 黑糖膏

    黑糖膏 New Member

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    其實我乖乖閉嘴等很久了
    終於看到這一天的來到.......

    我一直都相信好東西是不會被時間的浪潮沖走的!!
     
  18. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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    真是好事多磨... 圖丟給板廠先說是開啟有問題,橋了兩天好不容易圖能開了,但是製程技術不夠又希望我改拼板,而且價格大暴漲... 現在又得重新找板廠... 真他X的機車.......
     
  19. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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    終於.... 找到新板廠今天開始處理了,這一版的規格是 2oz 銅箔 + 噴錫,因為不同尺寸合板比較複雜所以比量產單一尺寸連片板貴很多,本來有機會跟別人併板的話可以再便宜一些,不過還要等一兩個禮拜,我已經等夠久不想再等了 =_= 所以就這樣囉~ 今天會知道交期,基本上應該是下禮拜某一天就會拿到吧~
     
  20. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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    快要昏倒了.... 新板廠拿到圖隔了兩天,又打來說連片製程有問題.... 又要討論.... 但是寄給我他們做過的東西明明又是幾乎一樣的 =_= 天啊,不要再折磨我了.... 趕快給我個痛快吧。這個板子在我開始波這串的第一天就幾乎已經畫好了,等 gerber files + 板廠溝通,現在已經過了一個半月了....
     

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