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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      不知道還有多少朋友對「簡單前級計畫」這六個字有印象,翻一翻舊文,才發現最後的討論已經是兩年多前的事情了。當時因為一方面工作突然變忙,常常出差,另一方面紙上談兵時間太長,實做又遭到一點小差錯,最後就整個懶了 =_=

      最近閒暇時間稍微多了一點點,又想要重溫舊夢了,有鑑於上次太貪心想做的功能太多,這次真正的回歸「簡單」,希望能趕快有第一版成品做出來再說,目前規劃的功能大概如下:

    1. 2CH 平衡輸入 (6.3mm TRS
    2. 兩級放大: 第一級差動 + 固定增益 34dB
          第二級可變增益 0~24dB (兩級共 58dB)
    3. 9V or 12VAC 輸入半波整流穩壓

      為了在小小的空間裡擠下 2CH 前級,其他和「放大」沒有絕對關係的功能都拿掉了,例如幻象供電、電源開關、電源燈號、CLIP 燈號等等,拿掉這些功能當然也都有理由的:

    1. 需要幻象電源表示你有一支大約 $4000 以上的電容麥,我不敢說簡單前級的聲音會多好或多差,但是如果你有一支 $4000 的麥克風,心裡上也會覺得用一台目標價格在 $1000 左右的「簡單前級」委屈了麥克風。

    2. 沒有電源開關和燈號 - 真正的原因是根本沒地方擺了,目前規劃的 PCB 尺寸只有 70mm*78mm (連女生都可以放手心裡),反正這麼小要用就插電不用就拔掉,一目了然,有沒有電源或燈號差別也不大。

    3. 沒有 CLIP 燈 - 因為簡單前級直接控制增益而沒有衰減器,9VAC 的供電就可以提供 +21dBu 的輸出,所以在前級 CLIP 以前,錄音卡早就 CLIP 了,所以只要關心錄音卡的 meter 就好,不用擔心前級 CLIP

      此外,這次的版本還有一些特別的設計,包括:
    1. DIP 指撥開關的增益控制,會選用 DIP 原因有兩個,消極面來說,因為我買不到夠小品質又夠好的 VR。積極面來說,用 DIP 控制增益非常精確而穩定, 不用擔心用了一年半載之後就接觸不良什麼的。當然 DIP 還有其他的缺點,包括比較難操作,還有要查表才知道怎麼撥是代表多少 dB,但是簡單前級主要是設計給宅錄的朋友,通常宅錄的訊號源比較單一,第一次設定好了以後比較不需要調來調去 (我是這樣以為啦)

    2. 多種外型組態,第一個基本的版本是外接鋁殼裝的,但是也有其他版本,包括可以裝在 PCI 擋板的位置藏在電腦裡,也可以裝在 3.5" 小軟碟的位置,更可以把最多 5 台前級鎖在單一檔板上,變成 1U 10ch 的前級,並提供 6.3mm TRS 的阻抗匹配式平衡輸出

    3. 兩個 CH 可以做成 Mic + Mic、Mic + Inst、或 Inst + Inst,兩年前的版本是單一前級可切換 Mic 或 Inst,這次因為反正有兩個 CH 而且也沒空間做切換的線路,所以在選零件時就要先決定兩個 CH 的組態,Inst 模式預計第一級做 0dB 純緩衝,第二級做 0~24dB 的可調增益 (其實兩種模式差四顆電阻而已,有工具的話自己改也很簡單)

      目前的進度 Layout 已經大概排好,電路實做測試正在進行中,機構件也正在採買中,順利的話希望三月份能夠洗板子出來吧,有興趣的朋友歡迎再一起討論啦~
     
  2. yason

    yason New Member

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    加油阿!
    很期待你的作品出現
    窮人錄音計劃也可以更完整了!
     
  3. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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    實驗板快要做好了,下禮拜測一測基本的性能,如果沒什麼問題應該很快就可以洗第一版出來了吧,現在比較掙扎的是,DIP 的增益控制畢竟比較難操作,但是如果要用旋轉式 VR 的話,可能得要用 Panasonic 或 ALPS 的 9mm 小型化 VR,這個零件本身就比較貴,小批量又難買,整體成本會進一步提高。

    不知道大家使用前級的經驗裡,會需要常常去調整增益嗎? 還是說會調整增益的原因多半是因為 Rotatary VR 無法固定,常常會跑掉所以才需要去調呢?

    目前計畫如果用 DIP 的話,在動圈麥克風前級的設定上可以提供;
    34dB, 40dB, 44dB, 46dB, 48dB, 50dB, 52dB, 54dB, 56dB, 58dB 十段
    以上數字已經過四捨五入,其實總共有 16 段太是中間有些太接近的好像沒什麼意義

    設定為 Inst. 前級的話就是各少 34dB,分別是:
    0dB, 6dB, 10dB, 12dB, 14dB, 16dB, 18dB, 20dB, 22dB, 24dB

    因為我沒彈吉他,這樣的設定只是我閉門造車的,不知道彈吉他的朋友,心目中最理想的增益範圍是在哪個區段呢 @@
     
    Last edited: 2009-02-28
  4. MUTOLIAR

    MUTOLIAR New Member

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    希望大家都能夠多多提供些意見喔~~

    JASON可是個超熱血的人!!~

    希望他的東西可以幫助更多沒有預算的人!!

    雖然這只是個開頭!

    但是我個人確覺得~真的感覺很不錯!!

    加油!!!
     
  5. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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      昨天把實驗板完成了,先貼些照片吧~

    [​IMG]

      右上角是供電區塊,採取很簡單的半波整流穩壓,將 12VAC 的交流輸入用 78L12/79L12 轉為 +12V 和 -12V。左下角就是前級電路 (1CH)。輸入是 6.3mm TRS 平衡式,輸出是 3.5mm 非平衡。

    [​IMG]

      獻醜了....這是背後....我很討厭剪腳或剪線黏線路,所以都用錫珠一點一點沾起來,而這片洞洞板是兩年前進貨的,表面銅箔都氧化了一層超難上錫,真是整死我也...

    [​IMG]

      這就是主要的電路,結構很簡單 - 電容交連,第一級 51 (34.15dB) 倍差動放大,第二級 1~16.46倍 (+0~+24.33dB) 可調整增益,輸出同樣採電容交連。右邊那四個 Jumper 就是暫時代替 DIP 指撥開關用的。

      做完以後當然要上電測試啦,不過我手邊並沒有測試前級專門的設備,所以只好自己想些不正規的方式。剛好非常幸運的,昨天有位朋友寄來 E-MU 0404 USB 請我測試,所以訊號產生和擷取的部份就有著落了。再來比較麻煩的就是要模擬麥克風的輸出訊號,因為一般音效卡沒辦法輸出像麥克風這麼小的訊號,而且輸出阻抗也不同,所以我自己做了一個簡單的 200KΩ-330Ω 的分壓電路,音效卡經過分壓輸出後強度變成 -55.7dB,阻抗匹配 330Ω,很接近麥克風的典型性能指數 (例如 SM58)

    [​IMG]

      接下來就是簡單的測試結果:

    [​IMG]

    [​IMG]

      我想大部分的朋友應該也不知道要看哪裡,我簡單說明一下好了,一般麥克風前級會標示的幾個最粗淺的性能指數大概就是噪音 (E.I.N.)、失真 (THD%) 和頻率響應。業界的共識 (這樣講好像太好聽了) 為了讓數字漂亮,E.I.N. 大多是在最大增益的時候測,而 THD% 和頻率響應則是在最小增益的時候測。上面的圖表用了 JRC4558 和 OPA2134 兩種 OP,分別在 +34.15dB (最小增益) 和 +58.48dB 兩種條件下測試。

      先看比較好懂的頻率響應,基本上頻率響應
    是越平直、寬廣越好,通常拉高增益時頻寬也會下降,圖上可以看得出來 OPA2134 拉到 +58dB 時頻寬變化不大,但是 JRC4558 就明顯的掉下來,以 Mic-pre 來說是不適合的。

      再看噪音的部份 - E.I.N. 的算法大致上就是測得的 S/N 再加上當時的增益倍率,兩種 OP 在這方面的差異沒有那麼明顯,+34dB 時算出來的 E.I.N 是 125dB,+58dB 時的 E.I.N. 是 129dB。如果各位常常翻混音器或前級的規格書的話,應該常常會看到接近這樣的數字。其實 E.I.N. 並不能完全反應設備的噪音表現,噪音的來源是熱,在常溫下 E.I.N. 的最低理論值大約在 131dB 左右 (今天我才知道的),一般有基本水準的前級應該都有 120dB 以上,兩個 E.I.N. 一樣的設備也不表示實際使用時的噪音表現會一樣。不過至少知道,目前這個設計的噪音表現絕對不比人家差的。

      最後看 THD% 的部份,THD% 會隨著增益越大數值越差,所以大部分的商品規格都用最小增益去量測 THD%。例如說使用 OPA2134 時,增益從 +34dB 增加到 +58dB 時,THD% 也從 0.0018% 增加到 0.03%,剛好也差不多是 24dB 的差異。可以反推如果增益更小時,THD% 也會更好,不過實際上這沒什麼意義,因為這個前級目前能提供的最小增益就是 +34dB,而且這對動圈麥宅錄來說也夠小了。雖然目前這部份還缺乏數據跟市售產品比較,但能看得出來 OP 的選擇差異是很大的。前面提過 OPA2134 和 JRC4558 的 E.I.N. 差異不大,但是 THD% 就相差四倍之多 (價錢差不止四倍就是了)


      試作到這裡,大致上結果還滿樂觀的,而且 DIP 式的增益調整間隔,感覺還滿實用的,接下來就會進入材料選擇和電路板 Layout 的階段了。本來計畫中是打算 OP 用 NE5532 做標準配備,不過剛好手邊只有 2134 和 4558,而這兩者的差異也讓我更傷腦筋到底要配什麼樣的 OP,當然越貴的 OP 大致上會越好,但是要在性能和成本之間拿捏,這就比較麻煩啦...
     
  6. wizardma

    wizardma Active Member

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    DIP開關我的經驗是也同樣會有氧化的問題,像您目前測試用的排針+跳線這個方法可能真的就很耐用了。另外偷問一下那個測量用的軟體或者是硬體是什麼東東?

    還有就是板子設計的時候有沒有考慮直接將phone jack安裝上去?
     
    Last edited: 2009-03-03
  7. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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    是喔~ DIP 也難逃氧化,那我乾脆用轉 90 度的雙排針好了 :D

    這次我把所有的 Jack 都上板了,包含兩個 6.3mm TRS,一個 DC Jack 和一個 3.5mm TRS,所以板子面積雖然比上次大,但是 Connector 就佔掉一大半了,但是全部上板的話組裝焊接時可以省非常多時間吧~

    那個測量用的軟體叫 RMAA http://audio.rightmark.org/

    他有一段特別設計的測試信號,當這段信號經過某種傳輸方式再被紀錄下來之後,內容一定會有所變動,軟體藉著分析變動後的信號,可以算出這個傳輸方式造成的音質變化。

    一般典型的用途就是拿來測音效卡的音質,例如用 A 卡輸出 - B 卡錄下來,如果事先知道 A 卡的輸 "出" 比 B 卡的輸 "入" 好的話,測出來的數值就大致可以代表 B 卡的輸入性能,例如說拿錄音卡輸出送往一般音效卡,可以測出音效卡的錄音性能。

    反過來如果 A 卡的輸 "出" 比 B 卡輸 "入" 差的話,測出來的結果就是 A 卡的輸出性能。

    簡單的說,他可以測出品質瓶頸點的性能,以我的應用來說,因為我假設 +58dB 增益狀態下的 pre-amp 性能指數一定不如錄音卡的輸出和輸入, 所以這樣串接後測出來的結果就代表著 pre-amp 的性能。

    他可以測的性能指數包括訊噪比、失真、頻率響應、立體分離度等等。不過當測試環節當中瓶頸點不明顯時,測出來的結果就沒什麼意義,因為分不出來這樣的結果是哪個元件造成的,所以要用 RMAA 最好要準備一個性能不錯的錄音卡。
     
  8. 恭杉客心

    恭杉客心 New Member

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    Jasonh77tw大:你這篇真是令人熱血不已的好文章啊! 小弟真的很期待此套件,能早日量產發行呀,你一定記得要算小弟一份喔!
     
    Last edited: 2009-03-03
  9. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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      等零件中,今天沒什麼可以做的,既然測過了簡單前級 (以後簡稱 JP1 好了) 總要有些對照組,於是今天就用一樣的方法測了一下 E-MU 0404 USB 上面的 XTC 前級,廢話不多說,先看結果:

    [​IMG]

    [​IMG]

      從結果反推原因,XTC 未加權底噪比 JP1 高 (因為 XTC 增益較高,所以換算 E.I.N. 後兩者差不多),但是 A 加權後 XTC 反而噪音比較低,我猜這跟兩個前級的頻率響應有關係。XTC 的低頻一直延伸到 10Hz 以下,而 JP1 到 30Hz 以下開始滾落。而高頻的部份 JP1 一直延伸到 30kHz 以上,XTC 則是在大約 5kHz 就開始滾落。高頻衰減的話雜訊會被壓抑,A 加權後低頻噪音又被忽略,所以最後的 S/N 比就變得比較好了 (請參考下圖 A 加權曲線)。

    [​IMG]

      接下來看到 THD% 的部份,XTC 再增益略高於 JP1 的狀況下還得到比較好得成績,仔細看最大的差別在於 JP1 有一支大概 -75dB 的二次諧波,我想 XTC 應該是有特殊的設計抑制二次諧波,這部份確實是勝出了。

      總結來看,和 JP1 的 THD% 還有加強的空間,但是可能只能靠換更好的 OP 達成。雜訊的部份相信換成廠製電路板、加上外殼、換精密電阻後,應該還有一點進步的空間。至於高頻的部份我覺得 XTC 5kHz 就開始滾落實在低了點,應該音色會比較暗一點,而 JP1 的低頻或許更換交連電容後還能再向下延伸一點,這個要等電路板洗出來再慢慢試零件囉~
     
  10. oldog

    oldog New Member

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    期待早日完成!!

    不知會以套件還是半成品銷售?若是套件希望電路板是用玻纖且耐銲的,不要連技術中等的人,都銲得銅皮脫落,像雞大便到處都是.通常DIY會比廠製品省得多,我是較希望零件用高階一些!以上純屬個人意見.
     
  11. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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    目前的想法是成品、半成品 (套件)、空板都會發行吧。

    最初應該會發形成品和半成品套件:

    成品會用一些 C/P 值比較高的零件,主要是鎖定目前手邊只有一般音效卡想玩錄音、或是玩電腦點歌機的朋友,希望加上這個前級後,就能享受到比較合理的錄音品質。

    半成品主要是針對比較有經驗,可以協助測試或是想要自己換高檔零件的朋友,那些一定會被換掉的零件就不附了,例如 OP、電容、電阻。


    如果第一批大家反應還可以的話,第二批除了原有的型態,可能會再加上高價版,以及不同的機構套件:

    高價版大概就是 WIMA MKS + Nichicon Muse + Philips MRS-25,OP 可能是 LM4562 之類的,總之也不會高價到太誇張,還是要符合比例原則啦。

    不同的機構型態可能包括可以鎖在 PCI 擋板位置或是 3.5" 小軟碟位置的外殼。


    基本版的材料設定大致上是 FRP4 雙層板 2oz 銅箔、國產精密電阻、日系電容等等,目前的想法大概是這樣吧..
     
  12. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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      今天拿到外殼和面板了,其實這種獨立開發的小型計畫,往往遭遇到最大的困難就是外殼,開塑膠模當然是想都不用想,就算是鋁擠模也要幾萬塊,而且太少量廠商也不願意接單生產。好不容易找到現在這種外殼,鋁擠模可以用現成的,只要自己找工廠做前後面板,其實這一次的重新出發,一切設計都是以塞得進這個殼子而且方便加工為優先,看一下照片吧~

    [​IMG]

    [​IMG]

      尺寸大約是 8.2cm * 8.4cm * 4.4cm 剛好可以握在手掌上,這次只有訂做前面板 (因為那個方孔用手挖會挖死人),後面板只有兩個圓孔,打算暫時自己鑽孔。塗裝的品質我覺得還有改善的空間,數控沖床加工的前面板邊邊也有一點刮手,不過我想初期就先這樣吧,等電路穩定了再來考慮外觀要不要加強囉~
     
    Last edited: 2009-03-10
  13. wizardma

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    面板請廠商丟進去毛邊機震一震應該會好一點吧。質感不錯唷~
     
  14. jasonh77tw

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      這幾天一方面等零件確認尺寸,一方面等同事有空幫我出 gerber file,沒什麼可以做的事,無聊之下就用平常吃飯的傢伙把電路板試排了一下,高價版的 PCB 大概就長這個樣子吧:

    [​IMG]

      綠色的是 Nichicon MUSE ES 無極性電容,黑色的是 Nichicon MUSE KZ 音響電容,紅色的是 WIMA MKP2,電阻可能是 Philips MRS-25 (24 太貴了),這樣搞下去光被動零件大概就比平價版的貴六七百吧~ 話說回來,實際的零件不可能像圖上這麼雪亮啦,大家看看開心就好了 :p
     
    Last edited: 2009-03-10
  15. wizardma

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    零件模型畫的這麼仔細,真的很閒哦,哈哈!
     
  16. jasonh77tw

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    嗯嗯.... 被發現了 XD 是真的花了不少時間,每個零件都是新畫的,平常工作上 PCB 就是一片板子跟限高就好,不用擺零件的 :p
     
  17. SilentRR1

    SilentRR1 New Member

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    看完之後,只能說台灣果然是電子王國啊!!
     
  18. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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    [​IMG]

      平價版的也出來啦,Nichicon/Rubycon/NCC 等日系電解電容加進口 MEF 電容 (不知道哪裡進口的就是了),國產精密金屬膜電阻,目前主版大致定案就是這樣了,希望還有機會的話把平衡輸出 (阻抗匹配式) 子板和電源開關子板一起塞進去打樣~
     
    Last edited: 2009-03-10
  19. jasonh77tw

    jasonh77tw Member

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      圖檔失連了.... 機車,花錢租的網路空間,檔案竟然會給我玩失蹤....一年 $29USD 不是很貴,但是檔案會失蹤實在是誇張到不行吧 =_=

      喔喔~感謝瑋斯提供的網路空間,照片又出現了 :D

      不過可惡的 DriveHQ... 之前掉的東西都沒有留底的 T_T
     
    Last edited: 2009-03-10
  20. wizardma

    wizardma Active Member

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    老哥,您的IC插座忘記鍍金了....哈哈,這算吹毛求庛嗎?
    偷問一下,這是PRO/E還是Solidworks? 還是其他軟體?
    我用Solidworks材質和顏色都不怎麼好看。
     

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