Евгений Азаров aka Jaz

rusjaz@gmail.com

Москва, 2011

Доработка USB X-Fi HD для улучшения звучания



Во второй половине 2010 года, компания Creative Labs выпустила продукт под названием «Creative Sound Blaster X-Fi HD» (далее - продукт), предназначался он для аудиофильской аудитории и обладал заявленным высоким качеством звука. На мой взгляд, ожиданий он не оправдал. Попробуем разобраться почему.

Не смотря на применение «топового» ЦАП от Asahi Kasei (AK4396), пленочных конденсаторов, в том числе полипропиленовых от Evox-Rifa, компания все же не удержалась от экономии «на спичках».

Печатная плата продукта (PCB), разработана вполне годно. Так, для возможного применения Low ESR конденсаторов имеются перемычки (0 Ohm) возле них, для установки резисторов (чтобы предотвратить возможную паразитную генерацию регуляторов напряжения (VR)), каждый операционный усилитель (ОУ) имеет шунтирующую керамику по питанию, максимально близко к выводам, то есть, возможно применение высокочастотных ОУ. Но в тоже время, качество изготовления PCB, довольно низкое, экономили на производстве, при небольшом перегреве дорожки могут отвалиться.

Установленные емкости конденсаторов по питанию, явно малы, они совершенно несерьезных номиналов (от 1 до 10uF), что сказывается на качестве фильтрации по питанию.

Несмотря на то, что выход у ЦАП балансный, применены разделительные конденсаторы. Хотя сам изготовитель ЦАП, это тоже предусматривает, но все же рекомендует отказаться от них (приводит вариант схемы без них).

Установленные малогабаритные, разделительные «электролиты» 100uF 6.3V, сильно скрадывают разборчивость и детальность на ВЧ, никакое шаманство вроде (их) «прогрева» не помогло...

В послеЦАПовом ФНЧ, который выполнен по схеме Саллена-Ки (Sallen-Key), использованы дешевые ОУ MC33078, с полосой пропуска 16 MHz, тогда как для данного фильтра требуется 16.5 MHz минимум (фильтр был пересчитан для проверки). Данный ОУ, перегружается по по входу ВЧ — помехами от ЦАП, его встроенного фильтра на переключаемых конденсаторах. Звук в итоге дешевый, «плоский» и «пластмассовый», с недостатком басов.

В качестве «сумматора»/выходного буфера применен ОУ с приличным выходным током NJM4556A (70 mA), он с даже раскачивает 32 Ом-ные наушники, но на этом его достоинства заканчиваются. Основная (моя) претензия к нему - это заметное на слух, скрадывание ВЧ, звук кажется немного приглушенным, "ватным".

Одной из «находок» производителя является применение данного буфера наушников так же для обслуживания линейного выхода. Для этого применен интегральный коммутатор (неустановленного типа, его закорачивание может тоже улучшить звук, но я не пробовал). Коммутация происходит дополнительным контактом в гнезде наушников. При подключении наушников выход переключается на них, а линейный выход отключается. Таким образом, вывести звук в обход этого неудачного ОУ 4556A, практически невозможно. По непонятным причинам, 4556A использован в довольно редком корпусе TSSOP8, что сильно затрудняет выбор чего-либо приличного на замену ему.

Все вышесказанное, обозначает направления по улучшению качества звука:

  1. Замена разделительных конденсаторов на пленочные (MKT).

  2. Замена ОУ ФНЧ на высокочастотные, с ВК на полевых транзисторах и высокой перегрузочной способностью на ВЧ.

  3. Замена выходного буфера на более качественный, с приличным током на выходе.

  4. Увеличение емкости конденсаторов в цепях питания +/- 5V, 3.3V.

Удалять разделительные конденсаторы я категорически не советую, так как нарушится режим работы ФНЧ по постоянному току. Проявляется это как больший в 10 раз уровень искажений на выходе.

Я заменил их на EPCOS 1uF 63V (B32529), в этом случае будет незначительный спад на НЧ (RC фильтр 1uF/10k ), но на слух это незаметно, басов более чем достаточно, тембрально все верно, ВЧ чистые, детальные и неутомительные. Этот выбор (1uF, MKT) обусловлен тем, что данные конденсаторы очень компактны и хорошо встают на место штатных, компромис по сути. В идеале надо использовать конденсаторы большей емкости, 3.3 (B32529D0335) или 4.7 uF, у меня их тогда не было под рукой.

Для ФНЧ мной были выбраны ОУ AD8066AR от Analog Devices, они имеют входной каскад на полевых транзисторах (малый входной ток), малый уровень шума и искажений в звуковом диапазоне, отлично звучат, что и определило мой выбор. Корпус тот же, SOIC8. ОУ не греются при работе совсем.

Выходной ОУ 4556A, я заменил на THS4052IDGN от Texas Instruments, в корпусе MSOP8. Данный корпус (3x3 mm) немного короче чем TSSOP8, но имеющихся контактных площадок хватает, и он встает на место он штатно. В силу того, что этот ОУ очень миниатюрный и имеет большой выходной ток, он имеет termal pad (теплоотвод по низу корпуса) для лучшего охлаждения. Его нужно припаять на слой «аналоговой» земли. Я сделал так: зачистил площадку под ОУ, для termal pad и залудил ее сплавом Розе, при пайке придавил пальцем ОУ, и, когда сплав Розе расплавился (100 C), чип сел на место и получил правильный теплоотвод. При работе на наушники 32 Ом ОУ греется минимально.

Должно получиться так:

Поскольку примененные ОУ потребляют немного больший ток, увеличиваем емкости «электролитов» по питанию.

На фото ниже, помеченные как IN, стоят до регулятора, как OUT, после:

- Два в параллель (C177, C170) 10uF 16V, на «аналоговых» +5V, меняем на два 33uF 63V.

- В цепи питания -5V, меняем имеющийся 10uF 16V (C172) на 47uF 50V.

- Общий для них (C14), на входе +5V, 2.2 uF 16V, меняем на 100uF 35V.

- Конденсатор на входе VR 3.3V, 1uF 50V (C179) меняем на 33uF 63V, на выходе (C180), 1uF 50V, меняем на танталовый 22uF 16V.

Конденсаторы на замену необходимы качественные, производителей «первого эшелона», например Elna, Nichicon, и т. п. я установил какие были, EPCOS (B41828).

Все ОУ запитаны от двуполярного источника +/- 5V, что типично для Creative Labs. Схема аналоговой части на 95% соответствует приведенной в datasheet на AK4396, см. страницу 35.

По процессу пайки, как уже было сказано выше, PCB не очень хорошего качества, паять нужно осторожно. Я рекомендую выкусывать все, что можно, разделительные конденсаторы особенно, - откусывается кусачками верх, после аккуратно раскусить основание, снимается пластиковая подложка, далее отпаиваются ножки по одной. Припой производитель применил безсвинцовый, довольно тугоплавкий, отпаивать аккуратно. При использовании термофена все «лишнее» тщательно заклеивать металлическим скотчем в несколько слоев. После пайки все тащательно отмыть.

Что касается результата, звук получился мягкий, кристально чистый на верхах, с высоким разрешением и динамикой, бас так же хорош.
Тут итоговый результат замеров, .SAV файл RMAA 6.2.3

UPDATE: Установлены новые разделительные конденсаторы: 4,7 мкф 50V, спад на НЧ значительно меньше. Результаты замеров тут: .SAV, HTML