用USB音频模块低成本系统设计打造高端发烧音源方案

图1

图2

发烧音响系统3大件：音源、功放、音箱，三者搭配很重要。这几年笔者接触了部份音源，有CD唱机、SACD播放机、数字音频播放机，也有黑胶唱机和开盘磁带播放机，参考如图1与图2所示。国内复古风盛行，高烧友多追求黑胶唱机、开盘磁带机、胆机、全频音箱等等，并且有一定数量的烧友追求着。每种机都有特色，若玩好可能费用不会少花，特别是唱片部分，无论是CD唱片或是黑胶唱盘，高品质制作的唱盘售价不平，售价数百元或数千元一张是很平常的事，多看看一些唱片展你会收获很多，如图3所示。笔者看好CD唱机与数字音频播放机，因CD唱机与CD唱盘技术成熟，数字音频播放机因硬件成本较低，这几年风头正劲。黑胶唱机、开盘磁带机毕竟是早期技术的产物，时过境迁，若发烧友怀旧玩玩可以，若音响厂家花大力研发推广笔者觉得有点不妥，必竟过时的产品用户数量太少，其不足以支撑整个产业长期健康发展。

图3

图4

而在国外，感觉整个家用音源以数码音源为主，CD、SACD播放与流媒体播放一体机仍是音响厂家的前沿产品，很多厂家花巨资研发。如日本Luxman力士公司推出了最新的高端音源数码产品D-03X CD／数字媒体播放机，如图4所示，该机支持CD光盘播放与USB输入，可解码WAV、FLAC、Mp3、DSF、DSDIFF、ALAC、和AIFF文件，该机采用了PCM1795解码方案，最高支持384KHz／32Bit的PCM文件，USB输入可支持采样率为2.82MHz、5.64MHz、11.28MHz的DSD音频文件。

图5

日本Esoteric公司去年推出了N-01旗舰版网络串流播放机，如图5所示。该机采用了AK4497解码方案，最高支持768KHz／32Bit的PCM文件。USB输入可支持采样率为2.82MHz、5.64MHz、11.28MHz的DSD音频文件。

图6

透过现象看本质，这些高端音源多采用新技术，采用最新的USB音频桥接IC，使用较高端的音频DAC来开发高端信号源。然而这些高端音源售价不便宜，售价数万元或数十万元是很正常的事。如今台式电脑、笔记本电脑、网络硬盘播放机、智能手机等其它数码播放设备售价很平，我们可以通过这些设备作数字音频播放转盘，通过外接USB音频接码器来改善音质。详情可参考笔者在本报发表的《采用模块打造前卫的音频解码器方案》一文（可在2019年2月2日《电子报》公众号查询），针对该文的不足，部份音响爱好者选料或制作DAC部份可能存在部份困难。部份模块作了升级，这次把音频桥接控制器和高性能的数模转换器及部份模拟放大电路系统设计集成在一起，该板暂命名为蓝舰智慧分享LJAV-FX-DAC001，如图6所示，该板体积较小仅55mm×14.5mm×8mm，有如下功能特点：

1. USB2.0高速音频，Type-c接口。

2. USB接口供电。

3. 过USB播放的PCM和DSD音频硬解码。

4. 支持PCM规格：

16/24/32bit 44.1/48/88.2/96/176.4/192/352.8/384/705.6/768 KHz。

5. 支持DSD规格：DSD 64/DSD 128/DSD 256/DSD 512等。

6. 支持Windows、Mac OS、Android、iOS等。

7. 模拟音频输出。

日本AKM公司的音频DAC应用较广，在专业音频设备、如一些音频分析仪与专业音频DSP处理器中总能见到其身影，如AK4395/AK4397/AK4490/AK4495/AK4493/AK4497等，蓝舰智慧分享FX-LJAV-DAC001使用AK4493作音频解码。

图7

动态范围和失真度是衡量DAC芯片性能的两个重要指标，AK4493EQ是日本AKM公司2018年的最新产品，用图示意各DAC之间的关系，如图7所示。AK4493在整个DAC产品线的地位较高，DR为123dB THD+N为-113dB，AK4493的动态范围与AK4495持平，仅次于AK4497，比顶级的AK 4497仅低4 db，而在失真度方面，比AK4495低8dB，是仅次于AK4497，比顶级的AK 4497仅高2 dB，然而AK 4493成本却大幅度降低。

并且AK4493和AK4497都属于AKM VELVET SOUND系列芯片，并都使用了OSRD（过采样频率倍增器）技术，可大幅度的降低带外噪声，为播放器或处理器提供更优质、更纯净的声音。

AK4493自带6种数字滤波器：短延时快速滚降、短延时慢速滚降、快速滚降、慢速滚降、低分散短延时、超级慢速滚降等，可给用户不同的音乐体验。

DAC进化越来越高，从第1代进化到了第3+代，对应22.4MHz DSD，实现了高规格水平，最高兼容768KHz／32Bit PCM，USB输入可支持采样率为2.82MHz、5.64MHz、11.28MHz、22.4MHz DSD的DSD音频文件。

图8

图9

厂机由于批量生产，多采用发烧运放作线路放大，如图8所示，业余条件下，发烧友对模拟音频放大都有一些独门绝技，可以用发烧运放、也可以用分立元件设计的电路作线路放大，也可不计成本用电子管作线路放大，放大倍数设为1~5倍，电子管主要作阻抗变换与线路放大，参考如图9所示。若要自己喜爱的音色还可用古老的音频变压器作线络放大，如图10所示。很多人喜欢磁带开盘机的暖声，殊不知磁头就是一个电感器件，与胆功放的输出变压器有着异曲同功之处。用电子管作线路放大与音频变压器作线络放大结合使用，用作蓝舰智慧分享FX-LJAV-DAC001的模拟放大部分，能否得到黑胶唱机与磁带开盘机的类似音色，我们探索者，或许这是个捷径。

图10

蓝舰智慧分享LJAV-FX-DAC001能有哪些用途?很多用途，如：

1. 低成本打造个性化的USB音频DAC，如上面所述，可让台式电脑、笔记本电脑、网络硬盘播放机、智能手机等其它数码播放设备的音频快速升级，成本可控制在数百元，也可在千元左右。

图11

2. 由于该板体积较小，该板卡可与×86电脑主板或ARM主板整合，可快速开发高端数字音频播放机，还利用现有资源如触摸屏、外壳等，开发成带触摸大屏功能的发烧级数字音频播放机，参考如图11所示，操作更人性化。

图12

3. 创新是发展的动力！由于该板体积较小，还可内置集成发烧耳机放大器，直接驱动发烧耳机，如图12所示是是蓝舰智慧分享一款发烧耳机LJAV-FX-EJ 01，该耳机按监听级标准设计，频响可达10Hz~25KHz，灵敏度：100±3dB；额定功率：30mW；最大功率：100mW；阻抗：32Ω。该耳机可设计为单端输入与平衡输入两个版本，LJAV-FX-DAC001也可采用专用集成耳机放大器，可设计为单端输出与平衡输出，推动相应的耳机，或者直接把LJAV-FX-DAC001内置于耳机头盔内部，外部只保留一条USB联接线。利用现有数码播放设备如手机、电脑等，或许花费不足千元，即可组建监听级高保真耳机音乐系统。其效果如何，或许只有体验后才知其“妙”，在较小的空间内可让用户体验到“纯净之声”。与发烧组合音响相比，除声场定位稍逊色外，其它优势更明显，用途不一样。看看每年各地的耳机音响展，除吸引年青一代的发烧友，特别是学生朋友，也吸引了更多年长一辈的发烧友，生活环境改变，很多生活方式也随之改变。

很多读者会问，CD格式为44.1KHz／16Bit，SACD的格式为DSD64，蓝舰智慧分享LJAV-FX-DAC001 768KHz／32Bit与DSD512高规格音频解码是否有意义？笔者暂不急着回答这个问题。社会在发展，科技在进步！现在4K电视机已普及，很多影音爱好者都在购买、搜集4K影片资料，4K影院也很平常，现在还有多少影音爱好者在购买、搜集VCD、DVD影片？生产厂家与商业机构更是看好8K电视，特别是在商业场所，这也是其利润增长点的必经之路，同理使用高规格音频解码也是大趋势。

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十多年前国内外的音响厂家的CD机或音频解码器都主打升频功能，部分产品也赢得了发烧友的口碑，这类升频功能多采用硬件升频，如一些专用IC：AD1896、CS8421，把信号最高升频到192KHz／24Bit，详情可参考本报相关文章。也可用示意图如图13所示来说明重采样之间的差异，若设计较好新采样波形能更好接近原始波形。某些音频DAC其PCM解码与DSD解码音色有稍许差异，也可以说是不同的音色。现在一部二手笔记本电脑低至五百元左右，即是组装一台新台式电脑也仅一千多元。可以硬件升频也可软件升频，电脑就是一个很好的升频工具，很多音频软件具有升频功能，也有降频功能，参数可任意设置，可以把PCM信号转为DSD信号，也可把DSD信号转为PCM信号，若升频音频文件变大，比如把44.1KHz／16Bit的PCM信号转成DSD256的信号，文件会增大数十倍；也可把DSD128的信号升频到DSD512，现在硬盘存储费用很低，对音响发烧友不是难事。某些音响发烧友花数百元、数千元、数万元去玩信号线、喇叭线、电源线，这或许仅是“量”的变化。LJAV-FX-DAC001支持768KHz／32Bit的PCM解码与DSD512解码，是“质”的飞变，可把用户的器材潜能发挥极至！在此笔者暂不多谈，本文也没给出具体的模拟放大电路，读者可任意发挥，欢迎音响爱好者交流，可通过电子报读者与影音爱好者交流群与笔者互动。

怎样作能让您的发烧音响更好听？怎样作能让您的专业音响更耐听？怎样作能让您的手机更动听？“量变”太慢，要变就“质”的飞越。不改变原有结构性能，或许你的音响系统核心之处升级一下即可“立竿见影”，也能让您的数码音频播放设备轻松拥有黑胶唱机或开盘磁带机的“风味”，我们一起探索！