AF DA500 – studium inżynierskie eksperymentalnego DACa na poziomie topowych Audio-GD

Projekt AF DA500 jest tak naprawdę jeszcze starszy, niż HA500. Ten ostatni był rozwijany jako „projekt Bóbr”, ale tym razem – do korelacji z nim – powstał DAC, czyli „projekt Wydra”. Jest to drugi z trzech projektów, jakie postanowiłem sobie w tym miesiącu wykonać.

Co prawda nie był on mi na gwałt potrzebny, ale skoro i tak częściami dysponowałem, a znów wystarczyło zaopatrzyć się w obudowę, to czemu nie? Tytuł zaś w żadnym razie nie jest pomyłką i sam byłem totalnie zdumiony wynikami, jakie uzyskałem. Ale o tym w dalszej części publikacji.

Notatka metrologiczna: Artykuł dokumentuje jednostkowy projekt konwertera cyfrowo-analogowego zrealizowany na potrzeby stanowiska pomiarowego. Ze względów formalnych urządzenie nie podlega certyfikacji w systemie ocen Audiofanatyka – rygor metodologiczny wyklucza przyznawanie wyróżnień projektom autorskim. Twarde dane z toru metrologicznego stanowią w tym przypadku jedyne kryterium ewaluacji.

Co ten AF znowu wymyślił?

AF DA500 to eksperymentalny konwerter cyfrowo-analogowy, przeznaczony do pracy z poprzednio stworzonym wzmacniaczem pomiarowym HA500.

Miałem dawniej na wokandzie dwa projekty DACów – prosty, dedykowany do serwera strumieniowego na ES9028 oraz nieco bardziej zaawansowany. Ten ostatni miał być przeznaczony do integry słuchawkowej i cuda, jakie miały się tam znajdować, przerażały nawet mnie. Selektory mechaniczne wyjść, wbudowany wzmacniacz słuchawkowy, przedwzmacniacz, wyjścia zbalansowane pod sprzęt/monitory… Naprawdę było tego sporo. A wszystko zasilane osobno, tj. niezależnie tor analogowy i cyfrowy.

Był to projekt również jednostkowy, którego (jako osoba recenzująca na co dzień sprzęty elektroniczne) nigdy nie miałem w planach sprzedawać, gdyż stałoby to w jaskrawej sprzeczności z tym co robię. Nie może być tak, że człowiek wydający osądy na temat cudzego sprzętu nagle zaczyna wytwarzać komercyjnie swój własny. Byłby to klasyczny konflikt interesów, dlatego każdy z projektów – zarówno HA500 jak i opisywany DA500 – nie wyszły intencjami poza projekty prywatne i wewnętrzne.

Wszystko tu opisywane miało być częścią dużego serwera strumieniowego nastawionego pod słuchawki. Miał on składać się z trzech części. HA500 był jedną-trzecią i finalnie skończył jako osobny stopień wzmacniający. DA500 miał być DAC-iem. Ostatnia cząstka zaś – dla osób ciekawych – skończyła jako mikro-konsola do emulowania starych gier pod ogromnym telewizorem kineskopowym Sony.

Dlaczego z kolei nazwałem to „Projekt Wydra”? Bo choć niezależna od Bobra, to żyjąca z nim w symbiozie. Dokładnie tak, jak tutaj. Ponownie więc padło na plastikową obudowę (tym razem z aluminiowym ekranem-wyklejką, jak w laptopach), którą łatwo się obrabia. Znów wszystko przygotowałem ręcznie, rzeźbiłem pilnikami i wiertarką oraz scyzorykiem. I że nie ma wstydu, aby to pokazać, to jest samo w sobie zjawiskowe. Miało po prostu działać.

Wnętrze

Z przetestowanych dwóch płytek pod AF DA500 jakie miałem, ta na ES9028 odpadła. Udało mi się z niej wyciągnąć jedynie -80 dB THD+N, a w porywach i z dużym bólem -84 dB. To trochę za mało. Wymagało to też umiejętnego ustawienia poziomów na komputerze hostującym. Byłoby to urządzenie jedynie zresztą pod USB, a to również nieco za mało, jak na sprzęt o szerokim przeznaczeniu testowym.

Druga płytka, a więc opisywany tu już „Projekt Wydra”, bazuje na zauważalnie nowszym ES9038Q2M. Stopień wyjściowy jest realizowany na najlepszym audiofilskim wzmacniaczu operacyjnym, jaki ziemia nosiła: NE5532AP. Kosztuje on zawrotne 2,98 zł (jeśli kupimy od razu 10 sztuk w Mouserze). Ja nawet nie pamiętam ile dałem i czy w ogóle dałem.

Znów jednak najdroższe okazały się gniazda. I nie mówię o tym od KaCsa do COAX, a RCA od Furutecha. Jako, iż nie miałem tym razem rodowanych, a jedynie złocone, musiałem przełknąć niższą rangę wynikowej audiofilskości mego urządzenia. Aczkolwiek akcent mimo wszystko jest i z tego należy się cieszyć.

Panel przedni i sterowanie zrobiłem samodzielnie, natomiast kontrolerem USB jest tu oryginalny Amanero Combo384.

Konstrukcja bazuje na podzespołach zgromadzonych w pracowni na przestrzeni lat, w tym elementach stanowiących wcześniejsze platformy testowe. Mimo surowej formy wizualnej i warsztatowego montażu, priorytetem pozostała poprawność elektryczna toru, stabilność termiczna oraz uzyskanie powtarzalnych parametrów metrologicznych.

Poza tym? Standardowy w sumie DAC. Próbkowanie po S/PDIF: 24/192. Po USB: 32/384 (+ obsługa DSD). Wszystko, czego trzeba do normalnej, codziennej, sensownej pracy.

Sterowanie i obsługa

Obsługa urządzenia jest w pełni zautomatyzowana. Konwerter pobiera zasilanie oraz sygnał bezpośrednio z magistrali USB po wykryciu hosta. W przypadku korzystania z niezależnego zasilacza USB wybór źródła realizowany jest selektorem na przednim panelu.

Zestaw interfejsów wejściowych obejmuje:

• USB (dane + zasilanie)
• COAX
• OPT

Co dla mnie bardzo wygodne i istotne, sterowanie odbywa się wyłącznie cyfrowo, a wszelakie ustawienia są zapamiętywane. Sprzęt posiada wbudowany przedwzmacniacz, co umożliwia precyzyjne dostrojenie sygnału. Przy 100% uzyskujemy słuchawkowe maksimum, zaś przy 80% – nominalne warunki pracy.

Ponieważ i tak zawsze będę chciał pracować na najczystszym możliwym sygnale (takie jest zresztą założenie tego projektu), sterowanie PRE nie jest potrzebne. Dlatego też na froncie znajduje się tylko przycisk wyboru trybu pracy oraz wyciszenia. AF DA500 ma na pokładzie jedynie wyjścia RCA, gdyż od pracy jako stopień wyjściowy służyć ma HA500.

Urządzenie sygnalizuje stan pracy za pomocą diod frontowych. Wydawać by się mogło, że są tylko 4, ale jest ich tak naprawdę 5. Trzy odpowiadają za tryb pracy (wejście), a jedna wskazuje poprawną pracę z materiałem DSD. Nad gniazdem USB ukryłem zaś piątą diodę, stylizowaną na te z Amigi 500 (kolejny akcent retro). Wskazuje ona prawidłowe zablokowanie (wykrycie i dekodowanie) sygnału. Na szczęście, mimo ręcznego rzeźbienia w obudowie, wyszło super.

Zapewne każdy zwrócił na tym etapie na jedną, zasadniczą rzecz: brak włącznika i zasilacza. Wszystko dlatego, że urządzenie ma…

Zintegrowane zasilanie

Tym razem urządzenie zasilane jest bezpośrednio z magistrali USB i jest to element kluczowy. Tak bardzo kluczowy, że postanowiłem wyrzucić go na front urządzenia? Tu akurat powód był prozaiczny – zagospodarowanie przestrzenne. Po prostu obudowa była zbyt wąska, aby zmieścić obok siebie płytkę DACa oraz USB. Mógłbym teoretycznie robić jakieś fikołki i montować płytki jedna nad drugą, ale prawda jest taka, że wzajemnie by się to od siebie nagrzewało.

Stąd też tak nietypowa decyzja, aby w nietypowy sposób to zaaranżować. Ale i samo urządzenie jest przecież nietypowe.

Owszem, istniało kilka innych sposobów na wykończenie zasilania tego urządzenia. Mogłem przykładowo skonfigurować DAC na pracę w trybie symetrycznym na wyższym napięciu. Kusząca opcja i miałem na to części, ale mocniej grzałaby się sekcja zasilania.

Mogłem również zastosować wbudowane zasilanie impulsowe, a więc po raz kolejny włącznik i gniazdo IEC. Ale miejsca mało plus pobór prądu znacznie poniżej możliwości takiego zasilacza.

Była także opcja na zewnętrzny zasilacz AC-DC, ale z moich testów na pierwszym prototypie wyszło, że wprowadzałbym tylko niepotrzebne śmieci do toru.

Ostatecznie zdecydowałem o bezpośrednim zasilaniu układu z magistrali USB z pominięciem fizycznego włącznika. Rozwiązanie to pozwoliło zminimalizować interferencje magnetyczne wewnątrz obudowy, ograniczyć straty cieplne oraz zachować zwartą formę modułu roboczego.

Serwisowalność i niezawodność

Oczywiście po drodze nie obeszło się bez awarii i to nawet na planie zdjęciowym. Okazało się, że po rozkręceniu i skręceniu AF DA500, sprzęt nie działał.

I tu właśnie wychodzi największa zaleta takich urządzeń pośród morza wad, jakie im towarzyszą. Przednie diody pełnią nie tylko wolę informacyjną, ale też poniekąd diagnostyczną. Jeśli komputer widzi Amanero, DAC działa i reaguje na zmianę wejścia, ale nie mam sygnału jedynie po USB, to znaczy, że padła komunikacja między tymi układami.

No i faktycznie, załamaniu uległ przy montażu jeden z przewodów I2S, przez co DAC nie otrzymywał kompletnego sygnału cyfrowego. Po prostu przesadziłem z epickością kabli – ot zboczenie zawodowe. Zatem wymiana. Drugi zapasowy – działał, ale sygnał przerywał. Dopiero trzeci komplet, zrobiony na szybko na kolanie, okazał się w pełni sprawny.

Ale wystarczyło, że urządzeniem potrząsłem, a sygnał zaczął przerywać i finalnie znów został zgubiony. Co się okazało? Pin uszkodzony podczas demontowania poprzednich kabelków. Wychodzi robienie na szybko i nauka. Nie chciało mi się już poprawiać lutów, toteż wykorzystałem pin zapasowy (są dwa rzędy). I co? Teraz działa betonowo.

Epizod ten dobrze obrazuje specyfikę konstrukcji prototypowych: modularna architektura i pełna znajomość topologii połączeń pozwalają na natychmiastową diagnostykę oraz usunięcie problemu na stanowisku. Wyprowadzenie połączeń na zapasowe piny magistrali definitywnie ustabilizowało transmisję I2S, zapewniając bezawaryjną pracę urządzenia pod obciążeniem pomiarowym.

Jakość dźwięku AF DA500

O wyborze akurat tego układu, tego projektu i konfiguracji takiej, a nie innej, jak pisałem zadecydowały wyniki pomiarowe uzyskiwane na etapie prototypów. Oczywistym jest też, że złożone urządzenie będzie wykazywało się gorszymi rezultatami. Większa bliskość płytek, powoduje, że wzmagają się zakłócenia i zniekształcenia.

A mimo to udało się uzyskać – po przypominających kilka aspektów radach jednego z moich Discordowiczów – wyniki lepsze, niż na prototypowym pająku: -88,1 dB THD+N. Aczkolwiek nie odbywa się to na idealnie warunkach specyfikacji wyjść RCA. Sygnał jest przez to cichszy (typowe dla tych konstrukcji), dlatego też konieczna jest praca z dedykowanym mu wzmacniaczem słuchawkowym. Teoretycznie bardziej kwalifikuje to Wydrę na wykończenie jako integrę słuchawkową, ale jedyne co posiadałem, to moduł wzmacniacza cyfrowego. Wymagałoby to znacznie większej obudowy, bo płytka ma 5×5 cm.

W ramach pełnej specyfikacji sygnału RCA (2,0 V), uzyskałem -79,8 dB THD+N. Też nie jest to jednoznacznie złym wynikiem, a na pewno lepszym, niż przy poprzedniej płytce. Tam całość leciała na łeb do poziomu nawet -55 dB, a więc głęboko w klimaty drogich i niekoniecznie dobrych, niszowych urządzeń audio. Niemniej -88 to wciąż więcej niż prawie -80 i uznałem, że przy ENOB = 15 bit, nie było już sensu kombinować. Najbardziej optymalne i wszechstronne wydaje się natomiast 90% (14 bit, -84,3 dB).

Słowem, zestaw AF DA500 + HA500 to taki „gorszy Toppingowy stack DIY”, ale paradoksalnie bardziej niezawodny. Właśnie dlatego, że prosty. I sam dźwięk też jest prosty. Normalny i czysty, oddający honor słuchawkom i muzyce. Aby to jej słuchać na sprzęcie, a nie sprzętu na niej.

Odsłuchy AF DA500

A brzmienie? Dokładnie takie, jakie być powinno i co również pokazują wykresy. Zamontowane na fantomie Audeze LCD-XC, w trzech różnych kombinacjach zanotowały minimalne wahania do -0,5 dB w bardzo wysokich zakresach pasma przenoszenia. Poza tym pasmo było idealnie pokrywające się i warunek poprawności pod kątem testów nadal jest utrzymywany.

Rolą DAC-ów (w tym DA500) nie jest co do zasady ingerencja w dźwięk. Aczkolwiek wiele obiegowych opinii temu przeczy i zaobserwować możemy cały czas rozpalające wyobraźnię dyskusje. Ale nie tylko, bo również i emocje. Było to sporo przed nawet mierzeniem urządzeń tego typu.

AF DA500 nie jest sprzętem R2R, nie ma w sobie też nic z takich sprzętów (co najwyżej audiofilskie gniazda RCA). Często mówi się, że porządny sprzęt musi dawać porządny dźwięk, a ten będzie możliwy tylko przez porządne gniazda. Tym bardziej wzmagało to moje poczucie pewności i komfortu towarzyszące odsłuchom. Potwierdzone zostały potem wykresami THD samych słuchawek.

Kosztorys

Wracając do kwestii finansowych, finalnie urządzenie wyniosło mnie na przestrzeni lat poniższe wartości:

• Układ DAC = ok. 250 zł
• Układ USB i regulatory = ok. 350 zł
• Gniazda RCA Furutech = 250 zł
• Gniazdo KacSa COAX = 50 zł
• Obudowa = 25 zł
• Diody, przyciski, płytki i reszta drobnicy = ok. 75 zł

Sumaryczny koszt komponentów zamyka się w kwocie 750 zł w konfiguracji podstawowej oraz około 1000 zł przy uwzględnieniu gniazd RCA Furutech.

Z perspektywy współczesnego rynku dostępność gotowych modułów uległa zmianie – zastosowanie nowszych interfejsów USB pozwoliłoby dodatkowo zoptymalizować budżet bez kompromisów po stronie toru metrologicznego. Projekt nie miał charakteru komercyjnego ani nie był kalkulowany pod seryjną opłacalność; stanowił demonstrację możliwości optymalizacji układu w warunkach własnych i weryfikację założeń projektowych na stanowisku pomiarowym.

Porównania wyników THD+N z innymi urządzeniami

W zestawieniu z komercyjnymi urządzeniami zintegrowanymi wynik -88,1 dB plasuje DA500 wyraźnie powyżej podstawowych konstrukcji biurkowych, takich jak Fosi K5 Pro (-72 dB), osiągając poziom kart pokroju Sound Blaster X4 (-89 dB).

Nowsze konstrukcje zintegrowane (Topping DX3 Pro+, FiiO K11) notują wprawdzie niższe zniekształcenia syntetyczne, jednak w obu przypadkach poziomy te leżą głęboko poniżej progu percepcji ludzkiego słuchu.

Znacznie ciekawszy jest kontekst drogich konstrukcji dyskretnych i przetworników typu R-2R. Soekris dac1421 Multibit (wyceniany na ok. 1000 EUR) notuje wynik na poziomie -85 dB THD+N. Z kolei konstrukcje Audio-GD – jak DAC-19 (ok. 900 EUR, również oparty na module Amanero, osiągający -84 dB) czy rozbudowany Master 7 Singularity (ok. 3800 EUR, notujący -85 dB THD+N) – ustępują DA500 pod względem czystości wyjściowej sygnału.

Dowodzi to, że wielotransformatorowa architektura kreowana marketingowo na szczyt inżynierii audio potrafi ustępować prostemu, poprawnie zaaplikowanemu przetwornikowi scalonemu. Traktuję DA500 bezstronnie jako narzędzie robocze na stanowisku pomiarowym, bez dorabiania audiofilskiej ideologii.

Podsumowanie

Choć Wydra okazała się droższa od Bobra, a jednocześnie nie tak czysta, projekt wciąż był w stanie wyjść obronną ręką. Dane wskazują wyraźnie, że przy -88 dB THD+N mam wciąż zdatną do pracy jakość sygnału. Nie są to puste słowa, a wartość wymierna poza wszelkimi wątpliwościami.

Mimo, iż Motu jest czystszym i głośniejszym urządzeniem w roli DACa, jestem zadowolony, że wreszcie nie będą walały mi się już części po szufladach. A i sumienie nie gryzie, że poszły na to kiedyś pieniądze. W razie czego mamy sprzęt zapasowy, diagnostyczny, pomiarowy i nadający się do niezobowiązujących porównań. W tych uplasował się na poziomie Sound Blastera X4, choć znacznie ciekawsze są urządzenia, które przebił. Mam tu na myśli dawne (choć aktualne rocznikowo względem daty zakupu części), topowe Audio-GD czy układy multibit od Soekrisa.

Projekt DA500 potwierdził, że rzetelna aplikacja układu i eliminacja pętli masy są istotniejsze niż gabaryty obudowy czy audiofilskie komponenty o zaporowej cenie. Choć estetyka obudowy nosi cechy warsztatowego prototypu, parametry toru sygnałowego bezdyskusyjnie bronią się na aparaturze kontrolnej. Osiągnięcie -88,1 dB THD+N oraz 15 bitów ENOB w niesymetrycznym torze zasilanym z USB udowadnia, że transparentność toru wynika z dyscypliny układowej, a nie mnożenia kosztów.

Dane techniczne

• Układ DAC: ESS ES9038Q2M
• Architektura układu: HyperStream
  THD+N: -88,1 dB
• Próbkowanie maksymalne dla I2S:
  – PCM: 32bit 384kHz,
  – DSD: do DSD256 włącznie
• Próbkowanie S/PDIF:
  – PCM: 24bit 192kHz,
  – DSD: do DSD64 włącznie
• Wejścia:
  – USB
  – koaksjalne
  – optyczne
• Wyjścia:
  – RCA niezbalansowane

Materiały dodatkowe

• Pomiary czystości wyjścia RCA (wartości idealne)
• Pomiar wierności tonalnej
  – Audeze LCD-XC
• Wpływ mierzony na THD+N słuchawek:
  – LCD-XC na Motu M4
  – LCD-XC na Motu M4 + HA500
  – Kompletny system DA500 + HA500