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ERJI.NET全球首发 PCM-D50与PCM-D1 回放电路对比与音质分析——D50 MOD理论基础

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发表于 2010-4-24 15:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
   PCM-D50 作为PCM-D1的后续机种,体积缩小1/3, 功耗降低约50%,售价降低为1/3, 总体指标保持与D1接近但略有不同。D50和其上一代机种D1之间的差异,特别是回放方面的差异,成为众多D50玩家关心的议题。D1因其售价高昂的原因,拥有量极低。所以目前还没有关于两者的对比的详细报告。有玩家认为万元级D1回放远高于3K级的D50, 也有玩家认为两者风格一致差异较小。。。众说纷纭,没有实际对比的主观报告,也没有理论依据为客观准绳,似乎这个话题成了关于SONY PCM-D系列没有公开的内部秘密。


  不久前从境外网站购得D50维修手册,其中包括了机器内部所有电路,元件,和电路板布局数据。对比手上的D1维修手册,使D1 D50的电路对比成为可能。从电路信号角度分析D50的回放电路相较D1有哪些“缩水”或“优势”,以提供两者回放音质差别的初步猜想和理论解释。

D1 回放部分框图如下:

   框图显示了回放部分的信号通路与整体构架:DAC芯片接收来自主控IC的数据和时钟脉冲,做D-A转换后以差分电压形式输出。低通滤波运放(LOW PASS FILTER)滤去DA变换是产生的40Khz以上的高频杂波,滤波后的音频电压信号送至线路放大(Line AMP),线路放大是由运放组成的增益为1的电压跟随器,消除上下级之间的干扰和 增强信号的带负载能力。线路放大运放输出的电压信号分为两个支路,一路直接接一个对地电阻22K并联至线性输出(Line Out)。另一路送至音量电位器,通过音量旋钮不同位置获得不同的信号幅值,经电位器分压后的信号送至耳放IC(Headphone AMP)作功率与电流放大以驱动耳机。
信号路径:
DAC(AK4385)-->低通LPF(AD8672)-->线路放大LINE AMP(AD8672)-->耳放HP AMP(MAX9722A)
                                                        -->线性输出Line Out
D50 回放部分框图如下:

信号路径:
DAC(AK4385)-->低通LPF(AD8662)-->线路放大LINE AMP(AD8662)-->耳放HP AMP(MAX9722A)
                                                         -->线性输出Line Out
从框图可以看出D50的回放电路构架和D1基本一致,值得注意的是在LPF之后少了一个支路,这是因为D50取消了模拟指针电平表,数字电平显示的信号可以直接通过主控IC获得。也就省却了D1表头指针所需的RMS变换芯片和相关电路。

   从如下电路图可以看出D50的回放部分几乎照搬D1的电路,前端DAC相同,末端耳放芯片相同,信号路径与放大方式相同,供电条件相同*,运放工作点和外围元件的取值和也完全相同。
D1 回放部分电路图(前端 DAC +低通+线路放大):

  D50 回放部分电路图(前端 DAC +低通+线路放大):

  D1 回放部分电路图(音量电位器+耳放芯片):

  D50 回放部分电路图(音量电位器+耳放芯片):

    DAC部分选用了AKM AK4385, 192Khz 24BIT解码能力,双声道平衡电压输出, 谐波失真和底噪水平: -94dB, 动态范围: 108dB ,左右分离度:-110dB,性能参数算得上优良。低通滤波和线路放大采用Analog Device公司的 AD8672/8662,均为+-5V双电源供电两端并联大容量钽电容滤波,参与低通滤波和音频信号交联的外围元件均采用高精度电阻和高性能薄膜电容,保证信号对称性和准确性。
   DAC和运放采用各自独立的供电芯片,每一个供电芯片都设有控制端,由主控控制其供电与否。比如在录音或播放时不插耳机,耳机接口处设有开关发送高电位给主控,主控根据工作状态和插座传感器的值发送低电位给相应的稳压芯片,使DAC、运放或耳放的供电切断,避免电力消耗在无用模块的静态电流上。技术算不上复杂,但不是每台DAP都认真地能做这点。            
   给DAC和运放供电的电源来自开关电源稳压后的+-5.3V VUPDDC,经过一个+5V(-5v)的稳压芯片变成+ -5V后供给。而给耳放芯片供电的电源来自电池正极,经一个5V稳压芯片稳压后输出给耳放芯片。可以推测,此举是为了保证电池电压较低时(<5V)DAC和运放的工作状态恒定,从而保证线性输出的信号恒定避免受电池状态影响而失准。耳机输出要求没有线性输出严格,所以采用电池电压供电,电池电压低于5V时受一定影响*。
     耳放采用MAXIM MAX9722A 便携设备专用130mW输出耳放芯片,独具的电荷泵技术可以是在使用单电源的条件下自动镜像出等值负电源:例如使用+5V单电源时效果等同于+-5V双电源,使输出信号中点与0电位而无需使用隔直电容。因为再昂贵的电容传递信号的效果也比不上一段导线,此项技术节省成本的同时保证音质。音量控制了采用旋转电位器控制耳放芯片输入端的分压值。虽然电位器形式的音量调节方式存在一定的弊端,例如阻抗不恒定,左右声道存在同步误差等。但是相比普通便携设备所采用数字音量调节模式,D50所采用的电位器对音质造成的损失是相对低的,同时制造成本也相对高。
   以上是D1与D50电路共同点,也是D1/D50高音质表现的硬件保证。

  除了物理尺寸和PCB布局,D1/D50的回放电路有何相异之处?
  答:D50回放电路相对D1只是作了如下两点妥协
1,运放芯片型号不一: D1 =AD8672ARZ     D50 =AD8662ARZ
    低通滤波器和线路放大运放芯片的选用由AD8672调整为AD8662,两个运放芯片封装一样,管脚定义也相同。不同的是AD8672定位为专业音频,AD8662为消费级音响产品。从噪声指标,瞬态特性方面来看AD8672均优于AD8662。如此调整原因有两点,首先D50为了改观D1电池使用时间较短的问题,必须选用功耗较小的元件。8672静态电流为6mA,8662为3.5mA , 两片一起可以节省大约30mW的功耗。 其次,8662的供货价格也较低,可以削减成本。如此改动的负面作用就是音质稍稍降格。AD8672虽然不是最昂贵一级的顶级运放,但是确实是最适合PCM-D系列的运放选择,低电压低功耗的同时有着出色的信噪比和精确度。看技术指标AD8662和AD8672两者存在些许差距。但是每一片运放芯片所具有的声音特质和风格,技术手册上一般是看不出来的,所带来也听感差异差距也应该存在。

2,耳机放大芯片供电电源电压不一 : D1= +5V single     D50=+3.5V single

   耳放芯片供电电压由5V调整为3.5V。从耳放芯片 MAX9722A的数据表给出的功耗图中不难发现,采用5V供电时的功耗约为3V供电时的200%。如在32欧姆的耳机上输出20+20MW的功率,3V供电时的功耗为100mW左右,而5v供电时则要消耗高达220mW。

    很明显,如此调整的目的就是降低功耗延长电池使用时间。并且,此项改动无关成本,D50所用+3.5V的稳压芯片供货价格要高于D1所用+5V稳压芯片。有一得必有一失,D50获得较长播放时间的同时电压降低所造成的音质损失也是不难理解的。如下图是 MAX9722A 给出的图表,在3V供电时,输出功率只能提高到45mw左右。如超过这个功率,各频段信号的失真率骤然增加而失去使用价值。反观5V供电情况,在130mw输出功率范围内,各个频率段的失真率都维持在比较小的范围内。这在需要较大功率的大耳机应用方面确实存在不少的差距。



     D1与D50都是精心设计的专业级产品。电源转换,系统,DA,AD 都采用一片独立的PCB,几乎每个芯片的供电都采用一片独立的稳压芯片(voltage regulator)以减少各个部分这间的干扰,与稳压之配套的降噪滤波电路也十分到位,其合理而完备的电路结构在一般的随身音源中并不多见。
  D50是D1的直接继承者,除了为了降低功耗作了如前所述的两个改动,回放电路结构方面与D1整体一致(模拟录音AD部分确实存在很大差距)。声音信号还原能力(也就是所谓“素质”)应该和D1处于同一水品。风格取向也应该和D1较为一致。可能存在的听感差异则完全来自运放的特性差别和耳放的功率区别,例如瞬态特性,解析能力,控制力,左右声道分离度和输出功率等参数可能与D1存在差距。
    引用Google所得香港某D1玩家的原话:“D1與D50的分別是全面性的,細節再仔細一點,更有力地表達出來,表達時更乾淨利落”(引用未经允许,原作者如异议请与本人联系) 。这句评论不免受到个人立场和价格暗示的影响,但是也能直观反映D50削减功率所带来的音质“降格”,与前电路分析所作的猜测基本相符。

     D50相对D1是否存在优势呢?抛开明显的续航能力不说,因其是第二代产品,PCM-D设计团队有时间有空间对D1设计时的不足之处也作出相应调整。例如,D50把耳机输出和线性输出口放到了DA板上,麦克风和线性输入接口放到了AD板上,实现真正的专板专用,减少了信号长距离传输所带来的干扰。D50的PCB布局也略显紧凑合理,各级放大器之间的路径更短,大幅降低受干扰的机会。取消模拟电平计,音频信号的旁路减少,瞬态阻抗也更加稳定。
  鱼与熊掌不可兼得,D50为了较长的电池使用时间和节约成本而使音质有所妥协。

  但是,如前所述,D50和D1回放电路高度的一致性, D50玩家是否具有扔掉鱼而捡回熊掌的可能?换言之就是通过电路升级使D50的回放电路和D1完全一致,以3K的价格感受“万元级”的音质呢?

  笔者用自己和另一烧友的两台D50率先实践,证实了这种可能性,初步结果令人兴奋。

全世界第一台披着D50马甲的D1播放器的相关升级方法和具体步骤&升级后的听感请看下一篇文:
    《借躯还魂—D50回放电路D1式复原》

    《MOD Guide: Restore the PCM-D1’s Playback Circuit on a PCM-D50 》
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合影.jpg
D1框图.JPG
D50框图.JPG
D1前级.jpg
前级.jpg
D1 ERFANG.jpg
耳放 外围.jpg
+5V.jpg
3.5V.jpg
功耗曲线.JPG
输出功率曲线.JPG
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