Делаем внешнюю USB звуковую карту. Часть 1. Stereo Audio USB CODEC PCM2902

Ретро-компьютеру — ретро-звук

Эта статья написана для фанатов DOS игр. А также для любителей слушать качественный звук с компьютера. Что бы повторить конструкцию, описанную ниже необходимо иметь навыки изготовления и наладки электронных устройств. Лампы питаются высокими напряжениями опасными для жизни.

Почитатели старых игр написанных под операционную систему DOS прекрасно знают, что важнейшей составляющей этих игр является звук. Поэтому собирая старый компьютер для ретро игр, очень тщательно подходят к выбору и установке звуковых карт. На заре появления компьютерных игр было несколько знаменитых производителей, под которые программисты писали игры. Это Creative Labs, Gravis UltraSound и конечно Roland. Было еще несколько не менее именитых брендов, но тема статьи не обзор производителей звуковых карт, поэтому углубляться в эту тему не буду.

Один из вариантов музыки в играх, формат MIDI. Вот очень интересный ролик, демонстрирующий эволюцию звука на компьютере. Обратите внимание, что одна и та же мелодия из одной и той же игры на разных картах звучит по-разному. Поэтому в компьютерах фанатов стоит до трех звуковых карт разных брендов одновременно. И под каждую игру выбирается звуковая карта на вкус игрока. Вот тут можно посмотреть и послушать звук Sound Blaster против Roland MT-32 в игре Monkey Island 2 и ещё много других сравнений. Являясь почитателем игр эпохи DOS, я имею некоторое количество звуковых карт:

Но до последнего времени для полноты не хватало Roland. Насмотревшись роликов на www.youtube.com мое внимание привлек Roland CM-32L. Но об этом немного позже. Сначала про звук.

Звуковое сопровождение игр делилось на музыку и спецэффекты. Это, с одной стороны красивая мелодия, а с другой — выстрелы, крики, голоса, рев монстров и так далее.

В настройках многих игр есть выбор звуковой карты для музыки и второй звуковой карты для спецэффектов.

Для более качественного воспроизведения музыкальной составляющей применялись звуковые синтезаторы. Это известнейшая Yamaha DB50XG и знаменитейший синтезатор фирмы Roland MT-32. Существует вариант этого синтезатора, который выпускался как внешняя звуковая карта для компьютера — Roland CM-32L.

Такой синтезатор был мною приобретен. Звук, который выдает этот замечательный аппарат, просто превосходен. Но, есть одно НО. С Roland CM-32L можно получить только музыку. Для спецэффектов приходится использовать еще одну звуковую карту. В моем случае Sound Blaster AWE-32.

Получается два раздельных звуковых стереоканала. А голова одна, и наушники на нее можно надеть только одни. Как же объединить оба звуковых каналов в один?

С таким вопросом я обратился к своему старейшему приятелю известному своими пристрастиями к ретро-железу и ретро-играм — White на форуме http://forum.modlabs.net/. Завязалась оживленная беседа.

Оказалось, есть два решения данной проблемки. Подать сигнал с выхода Roland CM-32L на вход Sound Blaster AWE-32 и подключить наушники на выход AWE-32. Но в этом случае качество полученного звука будет невысоко. Лучше использовать микшер. Что мне уважаемый White и предложил.

Идея с микшером мне понравилась… не очень. Как говорил известный киногерой Борат. Что я и высказал собеседнику. А в конце ляпнул – «ретро-компьютеру – ретро-ламповый звук!» White заинтересовался и в результате обсуждения, родилась идея сделать сумматор двух стерео звуковых сигналов совмещенный с усилителем для наушников НА РАДИОЛАМПАХ. Понятно, что ретро-компьютеры и лапы это разные эпохи. Ламы это уже практически антиквариат, а компьютеры под DOS еще пока винтаж. Но звук вакуумных ламп завораживает. Да и смотрятся они великолепно. В конце концов, и то и то — старье, чего из-за двадцати лет спорить? J

Я давно увлекаюсь этой тематикой, даже немного коллекционирую ламповые приемники, поэтому изготовить такой девайс особого труда не составило. Результат оказался очень и очень неплохим, при невысокой трудоемкости и доступности деталей. Естественно возникло желание поделиться рецептом изготовления.

Схема и конструкция

За основу устройства взяты две схемы с сайта известного Российского мастера Сергеева.

Это схема сумматора на лампе и схема усилителя для наушников. Осталось только объединить их. Я написал автору.

Сергей посоветовал поставить регулятор громкости на вход сумматора и при неизменных номиналах деталей сделать анодное напряжение в пределах 200 вольт. Что и было сделано. Сдвоенные переменные резисторы номиналом 100к включены потенциометром. Теперь можно регулировать громкость с Roland CM-32L и AWE-32 отдельно.

Для снижения помех от анодно-накального трансформатора блок питания был смонтирован отдельным устройством. В корпусе от компьютерного блока питания. Диодные мосты и первые конденсаторы фильтра размещены там же.

Собственно сам сумматор сигналов, совмещенный с усилителем, смонтирован в деревянном ящичке от сигар. В нем располагаются два анодных конденсатора 470 мкФ, 450 В и дроссель. Схема включения П-образная. Последний конденсатор фильтра шунтирован пленочным конденсатором 3,3 мкФ. Накал ламп выпрямлен. Диодный мост и конднсатор фильтра 10 000 мкФ расположен в блоке питания. Конденсатор шунтирован Low ESR конденсатором.

В устройстве использовались следующие детали. Резисторы угольные, производство Корея, мощностью 1 Вт. Электролитические конденсаторы фильтра питания производства Gembird. Конденсаторы пленочные, как пишут в прайсах «китайские» на рабочее напряжение 450 вольт. Несмотря на то, что они китайские, для звука они неплохи. Мне могут возразить, что есть лучше. Да! Есть, но это будет совершенно другая ценовая категория. Конденсаторы звучат по-разному, а пристрастия зависят от вкуса и суммы которую хотят потратить.

В катодах ламп 6ж51п конденсаторы Low ESR, шунтированные пленочными конденсаторами. Выходные трансформаторы я применил, как и рекомендует автор готовые ТВЗ 1-9. Монтаж звуковой части схемы производился проводами, взятыми из качественной витой пары категории 5. Монтаж питания проводом МГТФ и безымянным звуковым проводом, сечением 0,75.

На первый взгляд монтаж очень страшный. Но в этом случае главное не красота. Лампы очень чувствительны к емкости монтажа. А значит, печатная плата не подходит. То, что вы видите, называется «объемный монтаж». Детали соединяются по кратчайшему пути по возможности собственными выводами. Так же чем меньше паек, тем лучше. Каждая пайка это нелинейный элемент, вносящий искажения в звук.

В монтаже ламповых устройств много тонкостей. Общий провод обязательно разводится «звездой». От каждого элемента в одну общую точку. Расположение проводов так же влияет на звук и фон и должны они идти по кратчайшему пути. Важно расположение трансформаторов. Их в процессе настройки поворачивают относительно друг друга по минимуму фона.

Я специально не описываю поэтапно изготовление данного устройства. Поверьте 200 вольт анодного это не шутки. И неподготовленному человеку не стоит рисковать здоровьем даже ради отменного звука. Еще раз подчеркну, если у вас есть навыки, вы знаете, как это спаять. Если нет, то лучше этого не делать.

Объективное тестирование

Как и всегда, для измерений мы использовали разработанную нами программу RMAA4.0.

АЧХ для 50% и 100% громкости совпадают,
неравномерность в норме

Уровень шумов не выявил сильных наводок
от высоковольтных цепей тракта

Гармонические искажения 1…2%
— обычное дело для ламповой техники

Таким образом, спектрограммы явно показывают нам обогащение звука как тёплыми чётными гармониками, так и достаточно высокой нечётной. На 50% громкости дальше четвёртой гармоники искажений нет, так что это тот самый «ламповый звук», который нам обещали. На максимальной громкости — перегрузка выходного тракта. Также стоит отметить низкий уровень сигнала (-10 дБ по отношению к стандартному уровню -10 dBV) и малую перегрузочную способность тракта.

Компьютер для Hi-Fi, часть 2: что нужно иметь для качественного воспроизведения звука?

Это продолжение. Начало читайте в предыдущей части.

Внешний цифро-аналоговый преобразователь (DAC, Digital-to-Analog Converter), подключенный по цифровому входу, позволяет решить проблему низкого качества звука встроенного в материнскую плату решения. Подключение ЦАПа позволяет «обойти» электронику компьютера, отвечающую за преобразование и обработку музыкального сигнала. И лучшим вариантом будет USB-подключение, чтобы полностью исключить использование штатной звуковой платы.

В нашем ассортименте вы можете найти большое количество внешних цифро-аналоговых преобразователей: к примеру, модель Atoll DAC 100SE предлагает 3 коаксиальных, 3 оптических входа и USB-порт, которые позволяют подключить несколько источников звука. USB поддерживает режимы вплоть до 24 бит/96 кГц.

Более бюджетным вариантом могут быть, например, ЦАПы Pro-Ject DAC Box TV или Cambridge Audio DacMagic 100: у них тоже есть необходимый оптический вход, который вы можете подключить к компьютеру, а у модели от Cambridge Audio найдется еще и USB-вход, поддерживающий асинхронную передачу цифрового потока вплоть до 24 бит/192 кГц.

ЦАП подключается к компьютеру USB-кабелем, который идет в комплекте, но при желании вы можете выбрать один из кабелей, специально разработанных для аудиотехники, что можно в изобилии найти в нашем ассортименте: например, ADL by Furutech, выполненный с использованием посеребренной бескислородной меди и с размагниченными проводниками, а также тройным экранированием для защиты от помех.

Кстати, есть мнение, что качество USB кабеля не влияет на качество звука. Чтобы не спорить, мы предлагаем совершенно бесплатно взять качественный USB кабель домой и проверить его влияние на звук самостоятельно.

Аудиоинтерфейс (звуковая карта)

Этим универсальным термином называются как внешние, так и внутренние решения по вводу-выводу и обработке звука. Звуковые карты, в отличие от ЦАПов, больше ориентированы не только на прослушивание музыки, но и на ее создание, не говоря уже про более широкий спектр применения и мультимедийные функции (игры, кино голосовая телефония и т.д.). Какие же бывают звуковые карты сегодня по типам подключений и обработки звука?

…Сегодня даже самые дешевые и встроенные мультимедийные решения могут воспроизводить звук в формате 5.1 и выше. Высоким качеством воспроизведения стереозвука такие звуковые карты, как правило, не отличаются: они предназначены скорее для вывода системных звуков, просмотра кино на ПК и для игр, в которых особенно важно иметь полноценную окружающую звуковую картину.

Как правило, мультимедийная звуковая карта предлагает от пяти до семи выходов с разъемами 3.5” mini-Jack, в которые подключаются микрофон и динамики, также есть и линейный вход. Еще один минус мультимедийных звуковых карт – в них часто используются программные или аппаратные (часто неотключаемые) «улучшители» звука (или «улучшайзеры», как их еще называют), которые делают и без того не самый лучший звук еще хуже.

У более качественных решений на борту находятся коаксиальные и оптические входы и выходы, а «потребительский» мини-джек не используется даже для выхода на наушники. В отличие от ЦАПов, профессиональные внешние аудиоинтерфейсы могут предложить не только несколько входов/выходов (в том числе линейный, XLR и для микрофона), но и дополнительные аппаратные средства регулировки их параметров, включая и выхода на наушники (например, интерфейс Lexicon IO22).

Наконец, внешний аудиоинтерфейс максимально изолирован от помех внутри компьютера. Внутренние решения (собственно звуковые карты) выигрывают обычно в цене, но, покупая такую карту, вы должны обеспечить минимальное количество наводок и посторонних шумов внутри. Например, максимально изолировав плату от других плат внутри и установив малошумные вентиляторы для корпуса, процессора и видеокарты (подробнее об этом можно прочитать в первой части нашего цикла «Компьютер для Hi-Fi»). Некоторые производители внутренних звуковых карт выпускают их с защитой от части помех в виде кожуха, но это не отменяет рекомендаций данного абзаца.

Внешние аудиоинтерфейсы подключаются обычно по USB, Firewire или с помощью оптического выхода: сегодня качество звука, передаваемое по первым двум, не сильно отличается друг от друга. Для Firewire нужно докупать специальную PCI-плату, поскольку этот разъем обычно не встроен в большинство материнских плат, он бывает в основном в топовых моделях.

Что же касается оптического соединения, то в отличие от «традиционного», оно не подвержено наводкам (потому что их просто нет), в отличие от соединения по обычным проводам. Но поскольку далеко не вся акустика (и то в основном профессиональная – например, студийные мониторы) и не каждый аудиоинтерфейс имеет оптические входы и выходы, данный способ связи можно рассматривать скорее как приятный бонус.

Кстати, внешние решения обычно считаются еще и мобильными – но никто не запрещает использовать их в стационарном ПК, и это даже приветствуется.

Помимо подключения, внешние и внутренние звуковые карты различаются количеством и типом входов и выходов: это могут быть пара RCA-входов и выходов, дополнительные входы для микрофона (с фантомным питанием, усилителем и без них), инструментальные входы и цифровые. Варианты для начинающих предлагаются с одной парой входов и выходов – как, например, в модели PreSonus AudioBox USB, которая поддерживает параметры до 24 бит/48кГц.

Если же вам интересно более высокое качество звука и большее количество входов, имеет смысл обратить внимание на звуковую карту TASCAM US-1200 с поддержкой шести аналоговых входов, разрядности 24 бит и максимальной частоты дискретизации ЦАП в 96 кГц.

Профессиональные студийные внутренние звуковые карты также представлены в нашем каталоге: это решения компании RME, известного производителя подобного оборудования, предназначенного для студий. Карты RME сделаны для использования с внешним I/O-интерфейсом, поэтому для мультимедийных целей не подойдут.

Напоследок хотим вас предостеречь от покупки очень старых звуковых интерфейсов, как внешних, так и внутренних (возрастом 10 лет и больше). Это сопряжено как с риском прекращения поддержки данного продукта производителем и выпуска новых драйверов под новые ОС, так и с не вполне комфортным их использованием с учетом повышенных требований пользователей сегодня. К примеру, некоторые из них допускают использование себя только в одном приложении одномоментно – что нельзя назвать удобным.

Усилители с USB-портом

Относительно новые решения в деле получения качественного звука с ПК – стереоусилители, имеющие USB-порт для подключения к компьютеру. В них, как правило, используется универсальная высококачественная микросхема USB-ЦАП, обеспечивающая как получение данных, так и преобразование цифрового сигнала в аналоговый. Благодаря этому нет необходимости как в приобретении отдельного ЦАПа, так и в дополнительных проводах для подключения домашней акустики: достаточно всего лишь соединить такой усилитель с компьютером качественным, специально предназначенным для передачи аудиоданных, USB-кабелем.

Из таких моделей можно выделить, например, Atoll IN 400: стереоусилитель для по-настоящему мощной напольной акустики. Помимо отличных собственных характеристик, он без проблем послужит в качестве полноценного USB-интерфейса для ПК без необходимости использования отдельного внешнего решения. Более скромный вариант – стереоусилитель Denon PMA-50. Кроме USB-порта, данная модель предлагает подключение по беспроводному каналу Bluetooth с поддержкой кодека aptX Low Latency, что позволяет передавать аудиоданные с минимальной задержкой, а звук с источника (компьютера, планшета, смартфона и т.д.) можно транслировать со скоростью до 352 КБ/с.

В следующей, завершающей части мы расскажем про плееры для воспроизведения аудиофайлов и различные мелкие трюки, которые помогут вам добиться высокого качества звука.

Лучшие внешние звуковые карты

10. BEHRINGER UMC22

Относительно недорогой аудиоинтерфейс для звукозаписи из различных источников, способный работать под управлением как Windows, так и Mac OS X с подключением к ПК посредством USB. Аудиокарта оснащена MIDAS-предусилителем с фантомным питанием, имеет два 1/4” TRS выхода, 1/4” jeck для подключения музыкальных инструментов и комбинированный линейный вход XLR, посредством которого возможно использование микрофона.

Корпус UMC22 изготовлен на основе металлического профиля, обеспечивающего повышенную прочность. Все органы управления расположены на лицевой панели. Тут есть отдельный регулятор громкости выхода наушников с возможностью задействовать прямой мониторинг, индикаторы перегруза, сигнала и статуса. Запись происходит с разрешением 16 бит и частотой дискретизации 48кГц, при этом устройство полностью совместимо со множеством популярных программных пакетов для обработки звука, включая Steinberg Cubase и Ableton Live.

• Невысокая стоимость.
• Простота и удобство эксплуатации.
• Наличие кнопки прямого мониторинга.
• Наличие фантомного питания 48V.
• Поддержка драйвера ASIO.

• Слабый процессор, что может привести к появлению щелчков, артефактов и слабого шума при записи.
• Предусилитель слабоват для высокоомных наушников.

9. Audient ID4

Настольная двухканальная звуковая USB-карта, собранная в компактном металлическом корпусе с верхним расположением лицевой панели, оснащена высококачественными предусилителями, которые встречаются на профессиональной студийной аппаратуре. Модель ID4 с максимальной частотой ЦАП 96 кГц и разрядностью 24 бита – основной конкурент аудиоинтерфейса Focusrite Scarlett Solo. Устройство отличается от аналогов наличием сразу двух независимых выходов под наушники (jack и mini-jack), а также назначаемого регулятора ScrollControl, который можно настроить под управление как непосредственно звуковой картой, так и плагинами. Подключение микрофона осуществляется через комбинированный вход XLR-1/4″, а за вывод аудиосигнала отвечает стереопара (балансный линейный выход).

Серьезный минус Audient ID4 – отсутствие отдельного линейного входа, что даже для бюджетного оборудования весомый недостаток. Также разработчики по какой-то причине решили не оснащать свой продукт MIDI-интерфейсом.

• Высокое качество звучания.
• Мощный усилитель для наушников с независимым ЦАП.
• Прочный металлический корпус.

• Нет MIDI-интерфейса.
• Нет индивидуального линейного входа.
• Непривычное управление.

8. Focusrite Scarlett Solo

Компактный аудиоинтерфейс с довольно прочным корпусом, способный работать с частотой дискретизации до 192 кГц, обладая при этом крайне низкой задержкой. Последний фактор обеспечивает возможность звукозаписи практически в реальном времени. Передняя панель имеет инструментальный и микрофонный входы с независимой регулировкой громкости. Также здесь расположены светодиодные индикаторы для удобства. Пользователь тут обнаружит выход для подключения наушников, индикатор подключения USB, а сам порт находится на задней панели по соседству со стереовыходом. Эту звуковую карту нельзя отнести к оборудованию профессионального уровня, но для домашней студии ее возможностей вполне достаточно.

• Компактность.
• Удобное управление.
• Низкая задержка.

• За мониторинг и громкость основного звука отвечает один регулятор.

7. Steinberg UR22mkll

Высококачественная звуковая карта, получившая по сравнению с предыдущей версией (UR22) более высокую производительность и возможность прямой работы с iPad. В последнем случае устройство можно благополучно запитать от батареи, обеспечив тем самым его энергетическую независимость от ПК. На передней панели расположилась пара комбинированных линейных входов с возможностью регулировки чувствительности, причем один из них подходит для подключения гитары и бас-гитары, так как оснащен переключателем импеданса. Для прямого мониторинга при записи есть отдельная ручка. Возможности устройства заметно расширяют MIDI выход и вход.

• Большой диапазон регулировок входного сигнала.
• Прочный корпус.
• Стабильная работа.
• Качественные микрофонные предусилители.

• Отсутствие полноценных индикаторов входного уровня.

6. Creative Sound BlasterX G6

Как и предыдущая модель серии BlasterX, G6 – компактный внешний аудиоинтерфейс для геймеров, однако, получивший новую аппаратную часть с компонентами класса Hi-End. Конечно, весь потенциал карты раскрывается только совместно с качественными наушниками, однако, разница действительно резко ощутима. Разработчики наделили устройство широкими возможностями подключения. Так, кроме стандартного USB-интерфейса есть линейный и оптический разъемы. Приятный бонус – поддержка Scout Mode, который повышает качество звука шагов в игре и прочих эффектов. Также аудиоинтерфейс из-за низкого выходного импеданса может использоваться совместно с 8-омными высокочувствительными наушниками.

• Высокое качество звука.
• Большое количество функций.
• Реализация виртуального объемного звука.
• Малые габариты.

• Заметно греется в процессе работы.
• Среднее качество сборки.
• “Сырые” драйвера.

5. Native Instruments Komplete Audio 6

Проектируя модель, инженеры сумели создать мощную звуковую карту с компактным корпусом из 2-миллиметрового алюминия, балансными разъемами и MIDI-интерфейсом. Регулятор уровня выходного сигнала выполнен в виде большой металлической “крутилки” на верхней глянцевой панели. Цифра “6” в названии указывает на количество входов/выходов: 2 независимые цифровые каналы, по 4 аналоговых входа и выхода. Визуальный мониторинг происходит посредством 15-и светодиодных индикаторов. Несмотря на солидный возраст модели, полностью обновленные драйвера и доработанная архитектура процессоров позволили добиться минимальной задержки.

• Большое количество входов/выходов в компактном корпусе.
• Низкая задержка.
• Возможность мониторить моно и стерео источники.

• Возможен треск на некоторых системах.

4. Roland Rubix24

У современных продюсеров и музыкантов модель пользуется популярностью из-за ее компактности, приятного дизайна, надежного корпуса, большого количества функций и, конечно, высококлассного звучания. Аудиоинтерфейс поддерживает разрешение 24-бит/192кГц, а драйвера в полной мере позволяют использовать его на устройствах с Windows и Mac. Один из серьезных плюсов Rubix24 – аппаратный компрессор/лимитер, позволяющий выполнять захват сигнала без искажений и клиппинга. За наличием перегрузки следят индикаторы уровня. Также благодаря входу Hi-Z есть возможность подключать источник сигнала с высоким сопротивлением, например, гитару.

• Полная совместимость с Windows 10, хорошая поддержка “семерки”.
• Стабильность в работе.
• Огромное количество функций.

• 4 выхода работают исключительно попарно (или 1 и 2, или 3 и 4).

3. PreSonus Studio 26

Аудио/MIDI интерфейс профессионального уровня обеспечивает запись с характеристиками 24бит/192кГц. Аппаратная часть заключена в прочный корпус из толстостенных алюминиевых панелей, что вместе с питанием от USB 2.0 придает мобильность устройству и позволяет его использовать, например, в поездках совместно с ноутбуком. Среди особенностей модели отмечается 2 входа и 4 выхода, что суммарно составляет 2Х6 каналов, а также встроенный полупроводниковый усилитель, отвечающий за профессиональное звучание. Подключение наушников с импедансом 32 – 300 Ом выполняется через индивидуальный стереофонический выход, при этом сюда возможен вывод второстепенного сигнала, за что отвечает режим Cue Mix A/B.

• Качество сборки.
• Удобная индикация.
• Есть прямой мониторинг.

• Вход наушников расположен на задней панели.

2. Zoom UAC-2

Высокоскоростной аудиоинтерфейс с подключением через USB и множеством продвинутых функций, включая четырехкратный апсэмплинг и MIDI, подходит для профессионального использования в звукозаписи, при воспроизведении сигнала с микрофона или инструмента, подключенного к линейному входу, в реальном времени. Наличие прямого мониторинга позволяет выполнять овердаббинг без задержки, а качество потокового аудио достигает показателей 24-бит/192 кГц. Общий уровень выходного сигнала удобно регулируется большой ручкой, а оптимальные настройки гораздо проще подбирать, опираясь на ЖК-индикаторы. Модель отлично подходит для профессиональной обработки и монтажа звука.

• Простота подключения и настройки.
• Мониторинг входа без задержек.
• Хороший усилитель микрофона.

• Мощности встроенного усилителя недостаточно для высокоомных наушников.

1. Creative X7

Creative Sound Blaster X7 позиционируется производителем как USB-ЦАП, но на практике представляет собой “комбайн”, собравший в одном корпусе стереоусилители для пассивной акустики и наушников, непосредственно ЦАП, декодер Dolby Digital 5.1, модули NFC и USB. Одновременно устройство выполняет роль коммутатора с позолоченными выходами для подключения акустики формата 5.1. Первое, что захватывает внимание – треугольный корпус с расположенным у вершины регулятором громкости больших размеров, а в нижней части находится специальное окошко. Открыв его крышку, появляется прямой доступ к операционным усилителям, которые можно без труда заменить на подходящие для достижения максимального качества звучания в сочетании с определенной акустикой. В целом устройство может выступать в роли звуковой карты и усилителя для пассивной аудиосистемы или наушников.

• Оригинальный дизайн.
• Звук высокого качества.
• Огромный функционал.
• Есть оптические in/out.

• Устаревшее ПО.
• Поддержка исключительно медленного Bluetooth 1.