もっともシンプルなオーディオ・プロセッサに!

ZYBOに搭載されたFPGA + ARMコアのSoCチップ (ZYNQ)ですが、実はこのデバイスはほかのARMプロセッサなどと違ってディスプレー出力のための専用回路を含んでません。

画面出力のためのディスプレー・コントローラ、VRAMとメモリ間のデータ転送を担うDMAC、そしてHDMIやVGA出力のためのロジック回路は、ZYNQを使う設計者がFPGA内に回路として作りこまなければ実現できないようになっています。

通常は設計者がゼロから回路設計をしなくても済むように、FPGA内に実装可能な回路コアが提供されていて、それを組み込めば良いようになっています。

実際、現行のZYBOに組み込んだFPGA内の設計データである “zybo_base_system” には、下の図のようにネットワーク・オーディオには不要なこれらの回路も組み込まれています。クリックで拡大

接続するのがUSB DACであれば、I2Sコントローラも不要ですから、極論すればZYNQだけあれば良いのです( 前述のとおり、”ZYNQ”はFPGA + ARMコアのSoCチップでありますが、回路図中とここでは FPGA部無しのARMコア自体を “ZYNQ” と称しています )。そこで、ディスプレー関連の機能をすべて削除してシンプルなオーディオ・プロセッサとして使ってみようと思います。

具体的には、下の図のようにまで回路を減らすことができます。クリックで拡大

ZYBOの上には、アナログ・デバイスのSSM2603といういわゆるコーデックが載っていて、ZYBOのメーカーであるDigilent社のサンプルプロジェクトである、”zybo_base_system” でFPGAに組みこまれている「I2Sコントローラ」の出力がこのICにも接続されています。この際、I2Sコントローラも削除し、ついでにポートを強制的に内部でGndに接続することで、SSM2603の入力ポートがバタバタしないようにします。
その結果、非常にシンプルなネットワーク・オーディオ・プロセッサが出来上がりました。

すでにご利用されている方は、MicroSDカード内のBOOT.bin と devicetree.dtb をこちらのシンプルな方に入れ替えてみてください。MicroSDカードイメージの方も期を見て入れ替えます。

QNAPだけではなく、RockDiskNext (のTwonky Media Server )からもDSDまでトラブルなく再生できたというご報告をいただいております。

UPnP on ZYBO → 試験公開中, Kinsky, Kazoo, LUMIN app OK!

6/2:MPDをmpd-dsd-0.19.14 にアップデートしました。ダウンロード先のディスクイメージが新しいものに換わっています。そのほか、使い勝手向上のために若干仕様変更しています。お使い頂いている方は再読をお願いします。

昨年から思い出したように時々書いております「ZYBO」 ( XilinxのFPGA+ArmマイコンがOne ChipになったZynqプロセッサを搭載した組み込みボード) ですが、ハードウェア面では相変わらず進化もせずに使用しております。

が、ソフトウェア面では、昨年夏から秋にかけてMPDをUPnP/OpenHome化しまして、市販のネットワークPlayerのように使用できるようになっております。当初はLinnのKinskyのみを使っていましたが、最近ではKazooを使えるようにし、さらには最新バージョンのLUMIN appも使えるようになっています。アルバムアートワークが汚くなる、いわゆるトンキー病も、最新のバージョン8.2.0では直っているようで( Twonky Media Server )、快適に使用中です。

ハードウェア面では手を入れず、というのは、オリジナルのI2S/DSDコントローラの開発をさぼっていて、未だに自前のUSBクラス2.0基板で楽して楽しんでいます、という意味です。

余談ですが、この基板はコストをかけて作っていることが見てとれます。ずっしり重く、ノイズ対策などもしっかりしています。半導体メーカーからの協賛がないと、$190程度という破格の値段では売れないと思われます。玄人向けの基板だと思いますが、秋月でも売っているのですから驚きます。

基板の仕様で、USB端子には、いわゆる”USB OTG”ケーブルを介してUSBケーブルをつなぐ必要があったり、ソフト上の唯一の問題?で解決策が自分的にはクリアになっていない、DSDモードにおいてサンプリング周波数表示が正しくない、といった細かい問題は残っておりますが、気分よく使用しております。

サポートするファイルフォーマットがWAV, FLAC, そしてDSDのみで、汎用性が低いといわれそうですが、もともと「自家用」に構築したものなので、それでも良いから使ってみたいという方のために、この、ZYBOを「UPnP/OpenHome」で動作するネットワークトラポにするためのバイナリを公開しても良いのではないかと思っています。

Digilent社から提供されているLinixのカーネルソースから必要最小限のモジュールを組み込み、MPDと、それに必要な諸ソフト群をそれぞれのGitHubからGetしてきて、PC Linux(Fedora)上でクロス・コンパイルすることでバイナリファイルを作成しました。最終的には、MPDをUPnP化するためのupmpdcliというソフトが、UPnP化の決め手になっています。

UPnP対応なので、Twonkyメディア・サーバなどのファイルサーバーに音源が格納してあって、ルーターからDHCPで自動的にIPアドレスが割り当てられるようなネットワーク環境であれば、そこに繫ぐだけで何も設定なしに動作する ことが期待できます。

============================== 以下、長文注意 ===============================

試してみたい方へ・・・

ということで、ここから先はZYBOをお持ちで、実際にこの基板をUPnPネットワーク・オーディオ・トラポにしたいと考える方への内容になります。

まずはここからmicroSDカード用のディスク・イメージ・ファイル (upmpdcli.img.zip) をダウンロードします。ファイルはzipで圧縮されていますので、適当な手段で展開してください。Windowsであれば、このファイルを右クリックして「すべて展開」を選択します。展開後はupmpdcli.imgというフォルダの中にupmpdcli.imgというmicroSDカード用のイメージファイルが格納されています。同名で紛らわしいですがmicroSDに書き込むのはこのイメージファイルの方です。

4GB以上の空のmicroSDカードを (カードリーダを介して) PCに挿します。Win32DiskImager ( ご使用経験のない方はこちらから入手可能です ) を起動し、解凍してできた upmpdcli.img を microSDカードに書き込んでください。PCからmicroSDカードを取り外す場合などに、「このドライブで問題が見つかりました。今すぐドライブをスキャンして修復してください。」とPC上にバルーンが出る場合がありますが、無視してください。

書き込みが終了したらmicroSDカードをZYBOのmicroSDカードスロットへ挿入します。

ZYBOのUSBはOTGなので、この基板をUSBホストとして使用するために、OTGケーブル (AndroidのUSBホストケーブル) を介してUSB DACの接続されたUSBケーブルを接続します。ここをクリックすると拡大されます。

各ジャンパのピンヘッダを上図のようにします。ここをクリックすると拡大されます。

上図、基板表左側のUSBコネクタは給電用経路を兼ねたUSBシリアルコネクタになっていて、動作しているPCとつながっていると、本来のUSB端子に接続されたUSB DACとZYBOとの通信が停止します。なので、USB給電する場合はPCではなく充電用アダプタなどにつなぎます。DCジャックからの給電がより好ましいでしょう。後述しますが、USBシリアルコネクタは万一動かない場合のデバッグ用途でしか使いません。

ネットワーク・ケーブル、USBケーブル (USB DACはもちろん接続しておきます)、そして給電ケーブルがつながった状態で、ネットワークのルーター、TwonkyメディアサーバなどのUPnPファイル・サーバー(Twonkyメディアサーバのみ確認しました) が動作しているのを確認してZYBOの電源SWをオンにし、USB DACの電源も投入します。

しばらくしたら、コントロール・ソフトを立ち上げます。WindowsではLinnのKinsky、iOSでは同じくKinskyとKazoo。そしてLUMINのLUMIN app (最新版) で動作を確認しています。

Kinskyを使用する場合には、ZYBOのフレンドリ・ネームは下図のように”Main Room”を選択し、”Playlist”表示が出ることを確認してください。場合によって起動毎にこの設定が必要になりますので、ウザったいという場合には他の2つのソフトから選択されるとよいと思います。どうしてもKinskyが使いたいという方はメールを下さい。対処法があります。

さて、この状態でライブラリを選択してPlayすれば、基本的に設定不要で24bit/192kHz、DSD128までの音源が再生できる「筈 (願い)」です。音源のサポート・ファイル・フォーマットはこの記事の前半に書きました。

USDA基板、USDA_MINI基板をお使いの方で、Native DSD再生をしたい方は、microSDカードの中のmpd.confを適当なテキストエディタで編集してお試しください。デフォルトではDoP再生にしています ( どちらか一方を”yes”にします。図はDoPを選択した状態のmpd.conf )。

メーカー製のUSB DACをご使用の場合にはmpd.confを書き換えずに「DoP ”yes”」「dsd_native ”no”」のままでお使いください ( 標準仕様 )。

なお、UDA2基板、USDA基板、USBDAC基板ならびにUSDA_MINI基板を。この “upmpdcli on ZYBO” でお使いになる方のために、若干機能を改善したファームウェアがあります ( WindowsやMAC OS Xでのご使用には特に効用はありません )。希望される方はご連絡ください ( アップデートそのものは無償です)。

万一動かない場合・・・

どうしても動作しない場合、PCとUSBシリアル接続してブート時のメッセージを見ることで何かわかるかもしれません。Tera Term などのシリアル設定を下記のようにしてブート時のメッセージをコピペしてお送りいただくと、何かわかる場合があります。ポートの設定(COM*)はお手持ちの環境に合わせてください。

もう一つ、microSDカードをZYBOから抜き、Linuxの動作するPCに挿入して、下図に示す”ROOT_FS”パーティションにある”upmpdcli.log”をお送りいただくと、何かがわかる可能性があります。

このパーティションはWindowsマシンでは認識できませんので、必ずLinuxマシンでファイルを採取してください。Linuxマシンをお持ちでない場合、USBカードリーダーとラズパイがあればそちらでも可能です。

Special thanks to…

AK5572

AKMの2ch用最新ADCチップを手に入れて基板を起こしてみました。

と言っても、以前出したPCM4222用の基板のPCM4222周辺のみを入れ替えた、といった方が、基板の特徴を正確に表していると思います。

PCM4222基板に関連の記事は、2014/10月頃からのブログをご覧下さい。

0.5mmピッチの48ピンQFNパッケージと言うことで、普通の人にはほとんど半田付け不可能な世界。当方も業者さんへお願いしました。

昨年末に導入したポータブルリフローを使う手もありましたが、IC底面にSMDランドがあるものに関しては、クリーム半田を塗布してICをプレースした後に、うまく置けているかどうか ( クリーム半田の上にきれいに載っているか?隣接パッドで半田がブリッジしていないか・・・?) などの確信が持てず、うまく動作しない場合には何を信じてよいか判らないという状態に陥ることがあるからです。

その点、業者さんではX線できちんと確認してくれます。自分でやるとしたら、ICをSMDパッドに載せる(落とす?) ときに手が震えなければなんとかなるともいえますが・・・。

PCM/DSDデータ吸い上げ制御も例によってUSBから行います。手元にUDA2基板が数枚転がっていましたので、今回はこれを使いました。中身はかなり書き換えて新規に近いものがあります。

AK5572がI2Cで制御できることと、PCMが32bit出しに対応していることが非常に都合が良いのです。PCM4222の時と違って、ADC基板とUSB基板間の配線がシンプルにできました。

おまけに録音時のPCM/DSD切り替えが実体SWではなくてソフトから行うことができます。

ちなみに、ASIOコントロールパネル (Windows) やAUDIO midi設定パネル (Mac)、ならびに録音ソフト側で32bitを選択するとPCM録音、24bitを選択するとDSD録音ができるようにしました。

再生はどちらのビット数からでも行えます。DSD録再はDoPで行うことにより、Macでも使用可能です。まだまだ “VinylStudio” の出番はなくなりません。

上のチャートが176.4k無信号時、下が352.8k無信号時の録音データ特性です。

50/150/250Hzは電源の残留リップルの高調波です。

これを見るだけなら、PCM4222などに較べて、32bitだから特にすごい!というのは無いように思われます。

このチップはPCM768kHzまで対応していますが、768kHz録音に対応したソフトなんてあるのでしょうか?動作は確認できないでいます(笑

DSD11.2MHz録音も結局のところ24bit/705.6kHzでPCM録音できないと実行できないこともあって未確認です。“VinylStudio” もDSD録音は5.6MHzまでのようです。

以下追記※改めて確認したところ、少なくともWindows版ではDSD録音モードは “standard”, “double”, そして”quad” と、ちゃんと3種類ありました(;;^^

5/3: さらに追記 実は、ソフトにモードは用意されていましたが、その後の検討で実際にはDSD quad録音の機能は実装されていませんでした。そこで開発者のTom Sanders氏 ( AlpineSoft ) にメールでたずねたところ、「問題は認識していて、”forthcoming
release” で対応予定」 とのことでした。

いずれにしてもソフトの負荷は高そうです。強力なPCならだいじょうぶかな?

やっと音出ししてみました

前から何度か実装済み基板を晒していましたが、内容に言及していなかったと思います。

そうです、AKMのAK4490を載せたDACの回路を描いて小さな基板を造っていました。大きさはUDA2基板の半分より少し大きい程度になっています。このサイズでアナログLPF部をディスクリートTR、しかもチップ部品で構成してあるのが特徴といえば特徴です。

もう一つ、レギュレータ1個を除いてすべて日本メーカー製の部品で固めている、という特徴も有ります(^o^

最新デバイスで、高性能でありながら、どことなく華が無いと感じているのは私だけかもしれませんが、なんとなく影が薄いDAC ICだと常々思っておりました。

OPアンプで回路を構成すれば、実にシンプルに小さな基板が作れるのですが、それではあまりに面白くないので、ディスクリートTRを採用した次第です。

オシロで波形確認まではしていましたが、雑務 ? に忙殺されて本日まで音出しをしていませんでした (;;^^) 。

写真は2代目の基板で (初代と2代目ではほとんど違いは有りません。が、初代は面付けのミシン目の幅が広くてカットが大変で端辺の切り口というか割れ口が汚くなってしまっている、というのと、電極の仕上げが半田レベラーになっている。という違いが有ります)、きわめてラフな評価環境ながら、これでようやく 音出しということになりました。

LPFのコンデンサはチップのPPSを使っていますが、抵抗はとりあえず厚膜を貼り付けて有ります(初代も2代目も)。次にリフローする時には進工業の薄膜チップ抵抗を貼り付けてみようかと考えています。

実はこのたび、進工業の薄膜チップ抵抗のサンプルキットというのを買ってしまいました。1608サイズです。意外に高くないので、1冊あっても悪くないと考えたのでした。今まではD/AやA/Dの信号系で薄膜が欲しいところには松下の薄膜チップ抵抗をその都度少量購入して使っていました。

もちろん、仕事柄安価な圧膜抵抗のサンプルキットは所有しています。

よく観察すると、A4のバインダーに35mmフィルム用の替紙?が綴じて有り、確かにチップ抵抗のリールをカットして差し込んでおくのに最適なように思えます。

これは思いつきませんでした。このアイデアは頂き!ですね。調べてみると、「Chikuma スぺアルバム台紙 ネガ フリースタイルバインディングシステム 35mm 半透明 05536-5」という商品のようです。チップ部品の整理に使えますね。

さて、このDACをシリアルバスで設定するプログラムは作っていませんので、 当面は基板上に実装したDIP SWでパラレル設定して使うだけになります(プログラムを作って外からマイコンなどでシリアル設定ができるように基板は作ってあるつもりです)。よって、少なくともしばらくの間DSD再生はお預けになり、PCM再生だけを楽しむことになります・・・。

ところで・・・・、初代の基板でよろしければ興味のある方にお貸しすることができます。改造や部品の張替えはご容赦いただきますが、AK4490をご堪能 ( というか実験 ? ) 頂く事は可能かと思います。SCLKとI2S (もどきでも大丈夫かも) が出ているデバイスをソースにすることができます。使ってみたいと言う方はご連絡ください。

買ってしまいました

昨年末に、地元の株式会社クリエイティブテクノロジーさんからお借りした小型簡易?リフロー炉ですが、結局引き取らせていただくことにしました。

ご覧の通り、見てくれは正直言って試作品のような感じですが、同社はもともと産業機器のメーカーですので、これはこれで正常な意匠といえるのでしょう。あくまでも民生品ではありません (とはいっても、想定する対象ユーザーがホビイスト、ということになってはいます・・・)。

一般の電子工作ファンが食指を伸ばすには価格がネックになりそうですが、当然のことながら動作は安定しています。温度プロファイルは4種類が用意されていますが、当方は「ガラエポ」基板のPb Free半田用を使用します。欲を言えば、SDKを公開してくれて、温度プロファイルを自分である程度細かく弄れるようになるとありがたいのですが・・・。

気になる使用感ですが、半田こてをつかって実装するよりも疲労は少なく、仕上がりは美しいです。が、リフロー以前に、クリーム半田を塗布したり部品一つ一つを手で置いて行くのはそれなりにしんどい作業で、慣れやノウハウを蓄積する必要がありそうです。とてもではないですが、頒布基板をこれを使って手載せリフローで、ということにはならなそうです。使用可能な基板サイズですが、「DSD原理基板」程度の大きさが限界です。

実装専門業者さんに払う工賃はダテでは無いと感じました。メリットは、基板を受け取ってから1~2日で動作確認ができるようになる、ということに尽きるように思います。実装をお願いすると結構時間がかかっていましたので。

巷では安いホットプレートやebayの中華製リフロー炉を使って安上がりな半田付けに挑戦する方が多いようです。また、ホットプレートなどの温度管理をマイコン制御して使いこなそうと奮闘している方もいるようです。

「テーマ」として非常に面白そうですが、当方の場合は、こと半田付けのリフロー実装に関しては「実用」に徹するつもりです。

アシンクロナスではないUSB AUDIO基板

1年半ほど前になるでしょうか。たしか夏の終わり頃でしたか、、、ある雑誌にUSB AUDIO基板の付録が付くと言うことで1冊購入したことがあります。RCAコネクタが非正規に追加してあるのは、デジタル入力用です。48k/96kHzの録音が可能になっています(もちろんコネクタだけでは無くて若干の部品も必要です)。

基板上にはUSB用の24MHzクリスタルが載っているだけで、オーディオ用のクロックはありません。USBのディスクリプタの内容を調べてみると、オーディオクロックは「アシンクロナス」ではなく、「アダプティブ」でした。つまりPCから転送されてくる速度にある程度の時間の範囲で従うものの、PCクロックにPLLでロックして追従する動作ではない、というものでした。

そういう意味でTIのPCM27XXシリーズとはクロック動作が異なるUSB AUDIO基板と言えます。どういう仕組みで24MHzからオーディオクロックを作っているのかはわかりません。DDSかもしれませんし、デジタル的なVCOかもしれません。

いずれにしても44100/48000Hzの倍数からはある程度の範囲でズレのある周波数で再生していることになると思います。PC側の送り出し速度はマザーボード上の、発振周波数が割りとアバウトなクロックに従っていることが多いですから。

回りくどい記事になってしまって申し訳ありませんが、貸出しなどでU(S)DA(_MINI)基板が出払っている時には、こういう基板のS/PDIF出力をP2D_v2基板に入れ、P2D_v2基板のオーディオ専用周波数の発振器出力クロックで受けて音楽を楽しんでいます。

P2D_v2基板に載っている発振器は、±100ppmには届きませんが、それに近い範囲で入力信号のサンプリング周波数に追従します。ただし、±の中心は必ずしも44100/48000Hzの倍数にぴたりと一致しているものではなく、個体のばらつきで数10ppmのずれがあります。

ということで、ソースのクロックが本来のオーディオ信号のサンプリング周波数から大きくずれて、上記の範囲を超えていると、P2D_v2基板側で追従可能範囲外になってしまうことはありえます。

いずれにしましても、オーディオ用の発振器クロックを持たないオーディオアダプタからの信号をP2D_v2基板のオン・ボード・クロックモードで受けて再生すると良い結果が得られる場合があります。S/PDIFで受ける場合にはその可能性が高くなると思います。

 

本年もよろしくお願いします

遅くなりましたが、本年もよろしくお願いします。

オーディオと音楽を愛する皆様のご多幸をお祈りいたします。

さて、P2D_v2基板も、欠品していたワイヤー・ハーネスが入荷し、昨日から発送を始めました。すでにご注文を頂き、当方から返信メールをお送りしている方の在庫は確保済みで、いつでも発送できる状態になっております。現在は在庫が終了しており、新規にご注文を頂きましても次回再製造までお待ち頂く事になります。何卒ご了承をお願いします。

当方も、旧P2D基板から入れ替えてDSD1794A差動出力基板とともにP2D_v2基板を使い始めております。

これで、個人的に、オーディオのデジタル面における大きな開発興味案件はひとまず落ち着きましたので、あとは各社のDAC ICを味見する、といったような楽しみが残っているかな?という感じです。

このところ、クラシックの復刻版レコード漁りをしていまして、Speaker CornersのDECCAやドイツ・グラモフォン盤、HiQ recordsのEMIなどを入手して楽しんでいます。

1年ほど前にレコードからフルデジタルでRIAA補正を施しつつDSD記録するADC、なんかを作りましたが、今はレコードではDSD録音をやめています。結局、レコードからファイル化すると、どうしてもスクラッチノイズを消したくなる、ということがわかり、編集のできないDSDではどうにもならないからです。

現在はAT1201 ADCのPCM出力から録ってWaveLabの鉛筆ツールで大きな「プチッ」「プツ」をチマチマ消して楽しんでいます(笑

今年こそは、オープンリール・テープのヘッドから直接信号を取り出して、デジタルNABでDSD化する装置をでっち上げて楽しみたいと画策しています。

そしてもう一点、ZYBOを使ったネットワークオーディオトランスポートのI2S/DSDコントローラを、年末までには100%オリジナルで置き換えたいと考えています。継ぎはぎの現在はDSD再生頭のノイズが取れずに中途半端な状態で使っています。USB経由でUSDA_MINI基板を介して再生したほうがはるかに良い状態です。ついでにTIDAL対応もさせたいと思います。汎用でTIDAL対応のDMCアプリはあるのかな?

 

 

ごめんなさい、間に合いませんでした

P2D基板v2.0ですが、期待されている方には申し訳ありませんが、年内には間に合いませんでした。

設計自体はほぼFIXし、基板も部品実装を終えて手元に納品されておりますが、ワイヤーハーネスの納期が間に合っておりません。年明け1月の中旬になってしまいます。

間に合わせで不揃いのものをかき集めて数セット分はなんとかなりますが、現状、基本的には「無い」ということになっております。

お待たせして恐縮ですが、正式なリリースはハーネスの納品を待って、ということでお願いします。一刻も早く使ってみたい、と言う方はご連絡 (メール) を頂けましたらご相談させて頂きたく思います。

価格は最初のロットはv1と同じ\23,900でお願いする予定です。円安などのために数年前と比べて主に海外製半導体の調達価格が高騰しており、たとえば今回分のFPGAはストックで凌げましたが、2年前に比べて50%くらい値上がりしています。

P2D v2.0の主な特徴を簡単にまとめますと、

  • I2S入力だけではなくて、s/pdifからの入力信号に対してもPCM->DSD変換ができる(これ自体はP2D V1.0も同じです)。
  • 外部からのDSD入力(DoP形式の入力も含む)に対してもDSDアップサンプリングができる。
  • SCLK入力がなくても、オンボードの水晶発振器が生成するクロックでDSD変換ができる。s/pdif入力など、ジッタのある入力信号のクロックもこの水晶発振クロックで置き換えることができる。

というような基板です。USB入力はありませんが、DSD非対応の安価なDDCタイプのUSBアダプターでDoP出力させてあげれば本基板を通してDSD再生が可能になります。※別途DAC基板は必要です。

最後になりますが、本年は活動が低調に終わってしまいましたが、変わらずに当ブログにお越し頂いた皆様にお礼申し上げます。

創作活動は低調でしたが、CDは結構入手しました。バーンスタインのSHM-CDによるリ・イッシューはかなりのタイトルをゲットしました。オリジナルのカップリングとアートワークなのでつい・・・。

あとは、音質狙いでハイティンク , RCO (旧Philips録音)のタイトル (結局、たいした音ではないものもそこそこ集まってしまいました・・・) 、そして シベリウスの生誕150年と言うことで、シベリウス関係も旧EMIやDGGものを中心にゲットしました。

購入した中で一番音が良かったのは、結局BISの古いCDで、グーテンベルグ交響楽団演奏によるシベリウスの交響曲第3番他でした。古いSONYのPCM-F1※で録ったソースがその辺のSACDよりも良い録音なのは複雑な気がします。

※若い方はご存知無いかもしれませんが、デジタル録音の黎明期には、民生用、というかポータブル用途として、(ポータブルの) PCMプロセッサという、A/D変換されたオーディオ信号をアナログのビデオ信号に重畳する装置を使い、そのビデオ信号をベータマックスという (生録用途にはもちろんポータブル) 民生用ビデオレコーダに記録することでデジタル録音をおこなっていました。

P2D基板 Version2

少し前に、ブログにサラっと書いた記憶がありますが、DAI基板は進化させたいと思っていて、結局P2D基板を念願どおり?リファインすることにしました。初代P2D基板からの流れで4層基板にしていますので、グラウンドを含めたパワーレーンの低インピーダンス化に寄与しているはずです。

大容量メモリーは搭載しておりませんが、結果的にP2D基板とSDRAM_DAI基板を合体させたようなものになりました。SDRAM_DAI基板のように基板上に22.5792/24.576MHzの2つの水晶発振器を設けています。入力するオーディオ信号はPCM/DSDを問わず、すべての信号において入力するシステムクロック(22.5792 or 24.576MHz)を使用するか(S/PDIF入力であればPLLでリカバリーされたマスタークロックを使用するか)、あるいはサンプリング周波数に応じてこの基板上の2つの水晶発振器クロックを切り替えて使用するか、を選択することができます。

S/PDIF入力や、I2S入力でもソース機器からシステムクロックが出ていない場合や、22.5792 or 24.576MHz以外(たとえば50MHzなど)の周波数のクロックからPLLなどで近似したクロックを出力しているようなソース機器から入力する場合には、この基板のクロックを選択すればよい結果が得られると思います。

逆に、UDA基板シリーズなど、ソース機器のクロックが水晶発振器などによる22.5792/24.576MHzである場合には、ソース機器のクロックを選択するようにした方が良い結果が得られると思います。

確か、USB2.0 Hi Speedの仕様書にオーディオの3種類のクロックシステムについて言及されていたと記憶していますが、その3種類のうちの「アダプティブ方式」と同じ考え方で入力する信号の周波数にトラッキングしています。ちなみに、入力する信号に完全追従する場合(入力するクロックで動作させる場合)は「シンクロナス方式」になりますし、仮にP2D基板からソース機器に対して転送スピードを指示できるような仕組みがあれば(ソース機器がそのような仕組みを備えていれば)「アシンクロナス方式」に例えることができます。

アダプティブなので、P2D基板上のクロックは入力するクロックに位相追従はせず、もっとアバウトにゆっくりと周波数だけを合わせて寄り添って動作します。たとえば、PLLのように位相比較までしませんので、入力する(鈍った)S/PDIF信号に相関のある悪性のジッタなどからはフリーになるという効果があります。

また、ジッタの抑圧にはジッタリムーバ、という手もありますが、ジッタリムーバは基本的にはクロックのジッタを削除しているのではなくて、そのクロックによるD/A変換後のアナログ信号に発生した(ジッタによる)歪成分が可聴帯域外になるようにジッタの周波数をシフトしてやるもの、というように理解しています。P2D基板では、ゆっくりとほんのわずかに周波数を動かすことで、ジッタの無いクロックシステムになっているといえます。本質的にはSDRAMなどの大容量RAMを積んだメモリーDAIの方がより完璧なクロックを使うことができるのですが、この基板では「アダプティブ方式」を採用しました。

対応する入力信号の種類としては、オリジナルのP2D基板に対し、PCMのオクタル・スピード(352.8kHz/384kHz)が追加になり、DSDは新たにDoP方式の入力もサポートしました。DSDアップサンプリングの回路は、オリジナルのP2D基板ではなくて、USDA_MINI基板のそれをベースに、DSD512(22.5792MHz/24.576MHz)までのアップサンプリングに対応するように拡張しました。もちろん、入力信号にシステムクロックが無い場合であってもDSDアップサンプリングは可能です。また、細かいことですが、DSDのデルタシグマ変調器に入力するディザの生成法をUSDA_MINI基板の回路から少し変更しています。

入力信号の周波数表示に関しては、PCM/DSD(DSDに関しては48kHzの倍数系列の信号も含めて)とも、サポートするすべてのサンプリング周波数の表示に対応しました。

アップサンプリングしたDSD信号の出力については、前回の記事でご紹介した改良型の原理基板(アナログFIR方式は変わりません)が使用できるようなフォーマットで出力できるようにしています。

年内にリリースしようと思っていましたが、どうやら間に合うかどうか微妙になってきました。年の早いうちから準備はできていたので、早めに検証作業を進めていればよかったのですが、今年は結構な量のCD(旧譜)を購入して聴く方に忙しかった、と言い訳をさせて下さい (;;^^

追記:ちなみにこの基板はホームリフローでは作れません (;;^^

 

ホーム・リフロー

我が国のある中堅企業がホビー用?のリフロー装置を発売することになり、幸運にもそれをお借りすることができましたので、早速何枚かの基板に部品を置き、焼いてみました(^o^)

最近は一部のホビーストの方々がホットプレートなどをリフロー炉として使い、表面実装部品を半田付けしているようです。ただ、基板の温度上昇カーブを上手に制御しなければならないため、マイコン搭載のコントローラ基板(なんていうものまですでに存在しているようです!)などと組み合わせないと良い結果が得られないことが多いようです。

すこし汚い写真ですが、ランドの形状よりわずかに小さな穴を空けた薄い金属板の上から半田ペーストを押し付けるようにして基板に塗布し、部品を置いたらこれをリフロー炉に入れて温度を上げ、半田が融点に達するとうまい具合に仕上がるという寸法です。


Sn96.5-Ag3-Cu0.5という組成のPbフリー半田を使いましたが、問題なく上手に仕上がりました。0.65mmピッチのTSSOPもブリッジすることなくきれいに実装できています。



同じく0.65mmピッチのQFPも問題なく実装できました。おそらく、1005程度のSMDや0.5mmピッチのLSIなどもこの装置でリフロー可能かと思いますが、マウンターといって自動で部品を置いて行く装置を使わずに手置きするため、かなり習熟が必要かと思われます。ピンセットで部品を掴んで目標のランド上でリリースしようとしても、結構手が震えてむずかしいものです。この場合、余り神経質にならずにエイヤで置いたほうが結果は良いようです。多少ずれて配置していても、半田が融点に達した瞬間に、表面張力で収まるべき場所にICのピンなどは収まる、という事のようです。

ディスクリートのCRやFET, TRも、手間はかかりますが辛抱強く置いて行けば当然問題なくリフローが可能です。ただし、部品点数が多くなるとさすがにシンドイです。外注に出すと工賃が簡単に1万円を超えるのもわかるというものです。

水晶発振器などはリフローの方が良いですが、BGAなどピッチの細かいランドが部品底面にあるモノなどは、位置決め後の可否の確認が不可能です。業者さんはきちんとX線で確認していますが・・・。

ちなみに最初の基板はDSD原理基板の改良バージョン(TAP数は8です)、2番目はAK4490のDAC基板+αです。前者は8月ごろから放置してありました。実は、P2D基板もVer2.0の基板を作って設計も夏ごろにほぼ終わっておりますが、気力の衰えから?一緒に放置しておりました。近いうちに形にしたいと思います。

P2D_V2は、自分的には、s/pdifからのDoP入力をサポートして思いもかけず意外なほど便利になりました(ちなみに、USDA_MINI基板の場合、再生アプリ側でDoP出力を選択するか、あるいはWindows OS以外でDSD64のファイルを再生すると、s/pdif端子からはDoPのままでDSDを出力しています)。

また、USBのオーディオクロック仕様に例えれば、その中の「シンクロナス」や「アシンクロナス」ではなく、「アダプティブ」転送に準じた方法で入力信号のクロックドメインをP2D基板に実装した水晶発振器のそれに置き換えることができるようにしており、一種のメモリーDAIの機能も一緒に取り込んだものにしています。それによって、入力信号にジッタがあっても発振器出力のクロックで置き換えて動作させることが可能で、SCLK(MCLKとも呼ぶ?)がない入力信号(PCM/DSD)の場合でも、SCLKを付けて出力させることもできる(当然DSD変換も可能)、といったような基板になっております・・・。そして、先ほどの性能改良版のDSD原理基板にも対応しています・・・。

なんとか、がんばって完成させます。