從偉良電子購入的 SU3 ESS9018 DAC 一直放在辦公室使用, 搭配 清風 E-100, 效果相當不錯. 某天在家裡逗小貓玩, 無意間看到塵封已久的 DAC, 這台 DAC 是我自己在二十幾年前所組裝的. 當年在 DIY 領域裡有一陣子流行 CS4328 套件. 我組裝的套件是由 許珍孝 先生發行的 Obsession OD-A1, 機箱上下層是木板, 設計的重點是 : CS8412 I2S 輸入 + CS4328 DAC + 12AU7 真空管低通濾波器 Buffer. 當年許先生在新莊輔大附近開工作室, 梁中鍔先生的工作室就在他的樓上(下?). 趁著興致來了, 乾脆就檢查整理一下. 打開 DAC 機箱檢視電路板, 竟然發現數位板上的 5 顆 ROE 低耐壓電解電容的其中 3 顆發生頂部隆起的情形, 拆下來檢查, 果然是內部電解液乾涸, 同一片板子上的其餘 Muse 與 飛利浦 電解電容卻完全沒有異狀, 心中不免有些訝異, 低耐壓電解電容主要是使用在數位電路板, 並沒有高溫高電壓容易造成電容劣化, ROE 電解電容的價位是最貴的, 品質卻不符合其價位. 換下這五顆電容之後, 接著再拿掉電壓放大級的陰極電容, 陰極電容主要的功能是增加放大率, 降低自回授量, 不過同時也會對低頻響應有影響, 考慮到電解電容使用壽命問題, 還是放棄使用陰極電容, 代價是自回授量變大, 放大率降低, 好處是頻率響應會改善. 最後一步是 "以 XMOS U8 非同步數位傳輸模組 取代 SPDIF 輸入". 以往 SPDIF 的訊號品質一直是個問題, 不同的訊號源, SPDIF 的時脈誤差(jitter) 都不相同, 我所使用的 Pioneer 倒置式 CD player 的數位輸出訊號品質也不是很好, 所以還得再使用 MONARCHY DIP 對 SPDIF 再做一次 reclock 以求心安. 至於效果能有多好就很難說了. 現在 XMOS U8 非同步數位傳輸模組可以直接以 I2S 提供 low jitter 數位資料給 DAC, 訊號品質等同於 CD player 內部設計, 不但音質好, 系統也可以簡化. XMOS U8 模組也是購自偉良電子, 品質還不錯, 除了 I2S 輸出之外, 也有 SPDIF 輸出. 當 XMOS U8 的 I2S 輸出接上 CS4328 之後發現聲音有問題. 原因應該是 I2S 不只一種格式, XMOS U8 的 I2S 輸出格式與 CS4328 預設的輸入格式不一致才會導致這種結果, 想來想去乾脆別操這個心, 沿用原本的設計, 直接把 XMOS U8 的 SPDIF 輸出接到 CS8412 SPDIF 輸入, 由 CS8412 解出 I2S 提供給 CS4328. 這樣一來兼顧音質與便利性.
當年組裝這部 DAC, 電子元件是下了重本, 不過機箱與螺絲實在不怎麼樣, 數位板上穩壓IC的螺絲都生鏽了.
改機完成後免不了要試聽比較, ESS9018 無愧於其規格, 不論是 SNR, 動態, 高音的延伸與音質的細膩, 都要比 CS4328 好上一截. 而 SU3 的價格卻只有 CS4328 的 1/3. 那麼這部 CS4328 就完全不行了嗎? 當然也不能這麼說. CS4328 的音響性完敗是事實, 但是卻很好聽, 音色輕鬆溫暖是最吸引人之處, 以耳機長時間聆聽音樂也不容易累. 試過幾個廠牌的 12AU7 / E82CC 各有優劣如下:
1. 金龍管 E82CC-01 : 音響性優異, 空間感好, 音質中性透明細膩, 管味偏淡. 金龍管是大約二十幾年前 38度C 蔡鴻仁博士到曙光廠下單投產的真空管, 當時的市場上的評價平平. 沒想到用在此處卻非常合適.
2. RCA 12AU7(50年代,白色印刷長黑屏方環) : RCA 的管子中高音似乎都很優秀, 音色明亮圓潤, 速度適中, 臨場感優於空間感, 相當棒的管子.
3. RCA 2013/6211/E80CC/n(50年代,長黑屏方環) : 這隻管子的特性是介於 12AU7 與 E80CC 之間. 燈絲電流與 12AU7 相同, mu 值與 E80CC 相同. 特別要注意的是 "耐壓只有 200V". RCA 2013 內部結構與音色近似 RCA 12AU7, 但是由於增益比較大, 當放大率固定時, 回授量也會比較大. 整體細節更豐富, 音色明亮, 搭配不當時容易有吵雜感. 同樣由於這支管子的增益大, 在無回授電路上可能會發生 Clipping.
4. Tungsram 12AU7A : 包裝是黃綠色的 Amperex 紙盒, 管子上並沒有印刷字樣, 內部有個小鐵片, 上有打印數字, 據此猜測可能是 Tungsram 廠的產品. 音色很棒, 中頻豐潤甜美, 高低頻也很好, 臨場感優於空間感, 是比較有管味的平價管.
由於 ESS9018 的緣故, 我也開始留意網路上有關 DAC 的消息. 這幾年最引人注目的產品應該是 : R2R Ladder DAC. 成品機如高價位 美國製的 MSB, 大陸製的中價位廠牌 Holo Audio 與 Denafrips 都在市場上異軍突起. 我比較感興趣的是套件產品 : Soekris Discrete Sign Magnitude R-2R DAC. 這是丹麥一家公司生產的 24 bits R-2R DAC. R2R Ladder 是 DAC 的一種早期架構, 主要是使用 "梯形電阻網路" 來達成數位類比的轉換. 最有名的 DAC 晶片是 TDA1541, 不過由於 IC 製程中對於電阻精度與電阻面積的限制, R-2R DAC 最終還是被後來的 Delta-Sigma 架構的產品淘汰. CS4328 是 18 bits Delta-Sigma DAC. ESS9018 則是 32 bits Delta-Sigma DAC. 前面提到的現今出品的 R2R Ladder DAC 產品本身並沒有使用 DAC 晶片, 而是使用精密電阻在電路板上實現 R-2R DAC 架構. Soekris Discrete Sign Magnitude R-2R DAC 其實是一片電路板. 整片電路板上佈滿密密麻麻的高精度 SMD 電阻, 另外還有橋式整流, 多級穩壓, SPDIF/I2S input 電路, RAW/Buffered/Balanced output 電路 與 uC 控制電路, 整體完成度很高, 只要接上電源就能正常工作. 乍看之下比較像是一片 數位電路板 而非 音響電路板. 目前第三代的產品已經可以支援 DSD 播放, 售價(含運費)大約是 NT$ 12000. 音質方面的表現? 據幾位使用過的網友的心得是 : 非常高的解析力, 超過所有的量產晶片, 甚至凌駕於 ESS9018, 也因此有著更優秀的音場, 另外就是 "音色中性無味". 穩壓電路可說是這個產品的弱點, 由於 Soekris 所設計的穩壓電容不夠大, 使用者發現低頻的量感不足, 原廠也建議修改. 如果從音響產品的角度來設計, 電源與穩壓的成本絕對占最大的比例, 所以成品不會像是 數位電路板. 這片板子很優異, 不過由於完成度太高, 我的能力有限, 實在沒啥信心可以改變它的音色. 回頭想想 TDA1541 套件一樣能享受到 R-2R 的特色, 音質也有一定的評價, 花費卻只要一半.
話說回來我好像對 TDA1541 的音色沒啥印象, 當年 TDA1541 只用在高階的 CD player, 而那時我只買得起入門級的日製產品. 等到進入社會後, 市場上已經是 Delta-Sigma DAC 的天下. 後來也組裝了 CS4328 套件. 沒想到現在 TDA1541 套件在淘寶上的熱度, 完全不遜於 ESS9018, 我對於這些物美價廉的套件也頗為心動, 可惜有個原因讓人難以下手 : TDA1541 晶片真假難辨, 品質無法保證. 某日在露天看到一組 DIYZONE 發行的 TDA1541 套件, 大約是 2006 年發行的, 賣家還有當時的出貨證明. 套件包含所有零件(包含 CS8412 x 1, TDA1541 x 2, EH 6922 x 4), 變壓器與機箱(缺面板), 售價是 NT$ 5000, 這個價格不買實在太可惜了. 這組套件的幾個特色 :
1. 每聲道一顆 TDA1541, 也就是說每個聲道是兩個 DAC 併聯輸出, 10年前 TDA1541 應該還沒有假貨的疑慮, 一般說來 TDA1541 的前端都會搭配 SAA7220 昇頻晶片, 可以去除 I2S bitstream 中冗餘的空白位元, 並且將取樣頻率 44.1KHz 的音樂訊號昇頻4倍, 使得 TDA1541 的音質(特別是高音)可以更滑順圓潤. 不過實際的音樂訊息並沒有增加, 純粹只是改善聽感. 但是這樣一來播放上限為取樣率 44.1KHz 的 bitstream. NOS 即意味沒有使用 SAA7220 昇頻晶片, 因此依照 TDA1541 的規格, 可以播放播放取樣率為 96KHz 的 bitstream.
2. Passive I/V Converter : 只使用一顆電阻實現 I/V 轉換, 優點是音色不會被其他的主動元件改變, 缺點則是訊號太微弱, 而每個聲道是兩個 DAC 併聯輸出正好可以彌補這個不足.
3. 真空管低通濾波器 : 利用四隻 6922 實現低通濾波器, 也同時達到訊號放大以及平衡式類比輸出的功能, 這樣的設計與 CS4328 DAC 類似, 有種重溫舊夢的感覺, 可惜這四隻 6922 的燈絲是每聲道的兩支管子串聯供電, 而不同廠牌的 6922 燈絲阻抗都不太一樣, 所以很難混搭.
以下是組裝時所做的修改. (更換電阻電容大約花費 NT$ 1500, 使用 choke 大約花費 NT$ 500, 機內配線大約花費 NT$ 500, "XMOS U8 非同步數位傳輸模組" 大約花費 NT$ 1000. 所以全機完成費用大約是 NT$ 8500.)
1. TDA1541 的 28 顆 0.1uf 反交連電容, 改用 ITW 錫膜電容.當然如果夠發燒, 那麼使用 Rel-Cap 或是 MultiCap 錫膜電容會更好.
2. 6922 訊號路徑上的電阻改用我所熟悉的 AB 碳精電阻.
3. 真空管穩壓之後的 C-R-C-R-C 濾波電路, 改成 C-L-C-R-C (L=10H choke).
4. 機內配線使用 47 Lab Stratos 0.4 mm.
5. 屏除 SPDIF 的輸入板不用, 輸入改成 "XMOS U8 非同步數位傳輸模組", 經測試可以播放 24bits/96KHz PCM bitstream.
6. 高壓模組的輸出入電源是以銅柱傳導; DAC 輸出的類比訊號也是以銅柱傳遞給 6922. 老實講這樣的設計蠻讓人傻眼的. 裝機時換成電線連接, 銅柱也改用塑膠柱.
7. 由於 6922 輸入電路設計是差動式, 為了同時產生 "正相" 與 "反相" 輸出, 必須共用 2.5mA 電流源, 所以這隻雙三極管最好能夠配對, 這樣靜態電流才會均勻分配. 特別要注意的是 : 輸入差動級的正反相輸出同時還提供下一級 "陰極隨耦器" 的偏壓.
8. 6922 輸出級 "Cathode Follower 陰極隨耦器" 的電流偏低, 更換電阻值將其調整為 1mA.
9. 真空管的選擇是個問題, 除了考慮音色, 還必須燈絲阻抗相近, EH 6922 燈絲阻抗是 4.3 Ohm, Amperex 6DJ8 則是 2.7 Ohm. OTK E88CC 與 JJ E88CC 均為 3.2 Ohm, 除了四隻 EH 6922, 只能選擇 OTK E88CC 與 JJ E88CC 各兩隻混搭. EH 6922 的三頻均衡, 音質偏硬, 空間感優異, 管味偏淡, 總體而言是不錯的現代管. OTK E88CC + JJ E88CC 的組合, 速度變得比較從容, 高音細緻華麗, 齒音變得比較明顯, 中音有感染力, 空間感也很好. 這樣前後使用不同廠家的組合, 比較不容易被單一廠牌管子的癖性主導整體的音色.
10. Passive I/V Converter 使用的電阻是 HOLCO H4P, 外型與我以前用過的 HOLCO 電阻不太一樣, 上網一查, 原來這家電阻廠已經換老闆了, 比較讓人擔心的是 H4P 電阻本體竟然可以被磁鐵吸住, 於是將這顆電阻也換成 AB 碳精電阻.
11. 意料之外的是 TDA1541 的左右聲道輸出分別有 -0.2V, -0.06V 直流電壓. 其實 CS4328 的左右聲道也都有大約 -0.33V, -0.27V 的直流電壓輸出, 不過由於 CS4328 的真空管類比電路是自偏壓設計, DAC 輸出的直流電壓對於 -4V 的自偏壓而言影響不大. 而 TDA1541 就大不相同了. 真空管低通濾波器電路的差動輸入是兩個三極管組成, 三極管的陰極接在同ㄧ個 2.5mA 恆流源上. TDA1541 直流電壓輸出(非預期的偏壓)會影響差動輸入兩個三極管的電流平衡, 造成一側電流高, 另一側電流低. 這種不平衡又導致輸出級 "陰極隨耦器" 的偏流也是一高一低, 最後只得加上級間交連電容隔絕之.
12. 最後重新規劃整個系統的輸出. 按照原本的設計 DAC 的輸出只有一組平衡式(四個聲道)輸出 : R+, R-, L+, L-; 而 RCA 輸出就只能從 (R+ L+) 引出, 不過這樣一來就要小心避免 RCA 與 平衡輸出 同時接上負載, 否則會造成 (R+ L+) (R- L-) 的負載不同. 我的系統沒有平衡端子, 考慮再三, 將輸出改成兩組 RCA : 正相輸出(R+ L+), 反向輸出(R- L-), 兩組 RCA 可以同時輸出而不會互相影響, 即使將來需要平衡式輸出時可以自製訊號線將 (R+ L+) (R- L-) 兩組 RCA 端子組合成 平衡端子.
輸入改成圖片上方的 "XMOS U8 非同步數位傳輸模組", 左方是高壓電源板, 底板是真空管低通濾波器
TDA1541A 數位板, 由於輸入已經改成"XMOS U8 非同步數位傳輸模組", CS8414 沒有裝上.
最後是以 HE-400i 耳機 搭配 E-100 耳擴試聽, TDA1541 + OTK E88CC + JJ E88CC 金腳 與 SU3 ESS9018 相較之下, 聲音密度, SNR 都相形遜色. Delta-Sigma DAC 的音質比較細緻圓潤, 高音延伸好, 音樂比較精確收斂, 音場比較後退, 節奏穩定而規律, 聽感類似有回授的擴大機. R2R DAC 則是中低頻表現得比較好, 音樂比較直接, 節奏變化快, 音場比較靠近聆聽者, 定位比較容易分辨, 聽感類似無回授的擴大機. 人聲在稍微緩慢的伴奏中娓娓道來, 傳達出情緒的起伏與表情的張力, 很有類比的氛圍. 難怪 TDA1541 被稱為 "人聲王". 由於 SU3 ESS9018 可以播放 DSD, 使用上幾乎沒啥限制. TDA1541 NOS 最高可以播放 24bit/96KHz 的音樂, CS4328 最高只能播放 16bit/48KHz 的音樂. ESS9018 調音的方式是靠更換 OP, 後兩者則是靠更換真空管.
I/V Converter 電路對音色的影響很大, 如果 I/V Converter 使用 OP 通常 SNR 比較好, 聲音密度高. 被動式 I/V 轉換聲音表現得輕鬆自然, 動態適中(也可能是使用真空管類比輸出的結果), 整體上是比較耐聽. 除此之外類比電路的電源也很重要, TDA1541 的真空管電源是使用 "二極體整流 + 晶體穩壓 + Choke 濾波", 技術指標上比起 CS4328 的 "二極管整流 + Choke 濾波" 要好得多, 但是聽感上卻是後者比較討好, 不過差異並不如想像中的大.
Bitstram 的規格中對音質影響最大的為何? 我個人認為提高取樣率對音質的提升直接相關, 相反的提高位元數的影響就小得多, 畢竟人耳能承受的音量範圍有限, 許多微小的細節不仔細分辨無法察覺. 另外就是實際電路的雜訊對微小訊號也會造成遮蔽. 這個思維下各種高解析度音樂格式競爭的最終的贏家就是 SACD, 當取樣率不斷提高, 數位音樂也就愈趨近類比音樂.
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