計畫自製Pre-DAC with DSP系統 閒聊&討論 - 喇叭

Hi 版上各位大大好:

小弟先自介一下，工作剛好是接觸撰寫擴大機的韌體工程師，

剛好公司接觸的客戶群大概在市面上的主動式Subwoofer/擴大機

所以參與的專案都是以大瓦數喇叭 or 擴大機為設計方向。

畢業科系非數位訊號一類的，所以我也是進公司後才開始學習Orz

目前主力大概是在 透過MCU撰寫UI周邊控制&設計DSP架構。

這次想在板上，閒聊&討論有關於與硬體同事，藉由我們各自會的項目

製作一款前級系統，不確定我對前級的定義對不對，在還沒進AMP IC Board以前我都通稱
Pre Main Board

會想要製作的發想緣由是，其實自己也不是發燒玩家，對聲音敏感度也不是金耳朵等級

但是一些音色上的辨別與喜愛還是有粗淺入門的了解，搭配同事自己以前製作的前級or

耳擴的經驗，都是由純硬體組成，所以這次想加入DSP，結合軟硬體。

因為以前沒有體驗過加上前級的音樂聽起來如何，所以總是想要購買一款入門

體驗來玩玩看，可是看來看去，總覺得缺少了什麼，還有價格關係，
因此總是想想沒有購買。

在經過一次上班的閒聊，到決定製作，也經過一星期，目前IC 與設計方向也選定，

MCU的腳位定義也在昨日整理完成，剩餘的就剩下同事畫線路然後layout後洗板&打件上件

這台因為是做給我們自己玩，所以我們面向的出發點是桌上型 & PC出訊號。

寬x深度大概是 15cm x 20cm

IC選用如下:
ADC: Ti收購的Burr-Brown PCM1804
DSP: ADI ADAU1452
DAC: WolfSon WM8741
以上選用IC 都可支援到192k 24bit，但為了保險起見 系統設計先以 48k為出發點，
穩定後可以再自行升級成192k系統

MCU選用Holtek 64pin 帶有USB 更新 firmware功能。
設計input如下:
共5種Source:
1. RCA接頭，但硬體線路會設計成平衡式輸入(differential)
2. Toslink SPDIF
3. Coaxial SPDIF (2&3會用一個switch 擇一SPDIF訊號輸入DSP)
4. USB to I2S Module (轉換USB音訊)
5. BT 5.0 or 5.1 Module(打算採用 高通 APTX HD音訊格式的模組)

設計Output如下:
1. RCA (differential 轉換過來的)
2. 3.5mm
3. 6.3mm高阻抗(預設最高推150歐姆耳機，無Headphone AMP IC，硬體線路設計擴大)
三者輸出接頭前都會有一顆Relay，預防開機pop noise，還有插入6.3mm會自動靜音
RCA+3.5。
在DAC後輸出到三個介面中間的硬體線路上會加入真空管來渲染
(剛好同事想這樣設計很久了)

大概設計的方向，剛好涵蓋了可以接收 PC 輸出USB訊號 or SPDIF 訊號
或者下班累了不想開電腦，可以透過手機連接藍芽，最後輸出到耳機or喇叭上。

因為是無過AMP IC，因此最終的輸出喇叭都要以主動式喇叭為主要面向。

再來設計前後面板方面，
前面板:
- LCM 顯示面板(字為主) 配合 一個複合式旋鈕做選單+選擇 & 音量控制
(可以轉又可以按)。
- 一個Power按鈕，可以讓周邊IC斷電只剩下MCU存活，達到省電控制。
- 一個Back按鈕，可以退出LCM選單
- 還有5段選擇鈕，直接快速切換輸入的Source，不用透過 LCM選單進入選擇
(因為繁瑣不直觀)
- 6.3mm輸出

後面板:
集結上面所述的input介面 + 3.5mm + RCA

軟體部分:
撰寫人當然是我，剛好我也參與過設計DSP (接觸過許多專案DSP設計)。

所以我可以高度自由客製化我想要的DSP處理內容，

因此最基本的EQ 調整 數位訊號處理演算法我都可以藉由自己的發想去設計。

此次我想要加入DSP自帶的一個功能為 Auto EQ的功能，

結合專業校音的麥克風(例如 UMIK-1)然後搭配 開源免費強大的
Room Equalizer Wizard(REW)來調你當前喇叭聽感的空間校正調音，
雖然沒有Dirac那麼強大，但是自用應該堪用。

REW介紹如下: https://www.youtube.com/watch?v=Ev1bSSL8tRA&t=5s

我自己隨意實驗的AutoEQ功能如下圖:
REW錄音後得到的曲線: https://i.imgur.com/lRS1NSI.jpg
拉出自己想要的曲線(實驗以Flat為目標曲線):https://i.imgur.com/rCqMJwq.jpg
DSP執行後自動產生的EQ: https://i.imgur.com/9xQtPJ2.jpg
當然這組EQ設定後就不會再更動，除非喇叭位置移動了，那個聽感會跑掉。

在DSP的架構設計中，在AutoEQ前會有6~10 band的EQ。

可以讓使用者透過前面板選鈕調整自己的EQ，範圍大概在+12dB ~ -12dB +-0.5dB/step
Q(bandwidth)值固定在0.707。
因為目前在傷腦筋，該如何設計多band的EQ進入LCM選單內，這邊不知道是否有
相關經驗的大大可以提出建議?
目前發想如下:
大概固定能調的頻率如下:
32 64 130 270 560 1k 2k 4k 8k 16k Hz
然後透過旋鈕按下依次進入每個頻率，然後再轉動調整各自的Gain值。

謝謝大家看完如此長的閒聊文章 Orz

不知道板上各位對於使用此類前級的相關經驗，是否可以提出想要的面向需求，

因為可能有些功能，可能你想要使用，但又會遇到空集合，所以想與板上各位大大閒聊，

看是否有機會製作玩具2.0(?)

到時候製作出來，會在使用公司的AP儀器，測試整體的 THD+N/頻響/SNR，

然後有機會再繼續更新文章，可以來此貼上製作進度和成品測試報告!

另外如果對這台機器有興趣的大大們，在北部較佳，之後如果成功製作出來，

我不介意帶著機器給你們試聽，真的覺得不錯想要一台來玩玩，我也可以協助你們

客製化DSP內容，不打亂既有DSP的架構下，然後透過雲端給你們USB更新檔案，

讓你們可以不必動腦簡單更新客製化後的DSP內容。

謝謝觀看~ 莫名的失眠...所以就打了這篇文章，想與各位大大們閒聊，晚安!

--