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爱你所爱听从你心--学林调音师细节分享

时间:2017-6-7 7:01:07来源:浏览:

爱你所爱听从你心--学林调音师细节干货分享-(精简版)

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第一章:调音师是什么,为什么要做调音师?

1.1  经不起双盲测试的hifi都是耍流氓

1.2  李总说过:信心比黄金
第二章:怎样做一个好电源?学林调音师的电源设计2.1  最小路径实现供给

2.2  只处理最后一级

2.3  刀刃上必须用好钢!ldo的选择顶级 tps7a47以及tps 7a33

2.4  高分子滤波和超级电容加持

2.5 “宽敞”的电源pcblayout

第三章:DAC介绍与学林调音师DAC的选择

3.1  随身市场常见的dac芯片

3.2  调音师dac的选择-ak4497

3.3  常用dac的参数资料

第四章:学林调音师lpf模块运放主观听感

4.1  第一部分:不推荐组共9种芯片包括opa2227,jrc4580,ne5534*2,lmh6643,ad8092,sgm33178,ad712,lm833,opa1652

4.2  第二部分:值得一试组共8种 opa1612,opa2134,ad8397,ad8620,ad8672,MUSES8920,lme49720,opa275

4.3  第三部分:强烈推荐组共3种 opa1642/lme49990/opa2604

4.4  各运放的声音特点和各个运放的主要参数汇总

第五章:大象无形---耦合电容的选择

第六章:调音师耳放模块的设计

6.1  Ad8397

6.2  Tpa6120

6.3  Opa1622 平衡耳放模块

6.4  ClassA全分立模块

6.5  各个模块的推力测试结果

6.6  四种模块耳放的功耗、推力、风格比较

第七章:学林调音师classa 耳放模块的仿真分析

第八章:调音师的输出阻尼调节

 第九章:调音师的功耗与续航时间测试报告

后记

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第一章:调音师是什么,为什么要做调音师?

 

1.1经不起双盲测试的hifi都是耍流氓

    学林作为国内随身市场最早的参与者之一,随身市场从百元到数万元(十万级也是指日可待),而目前市面在售的播放器品种已超过300种之多,使用户更加无所是从。

    hifi界的玄学盛行,九十年代,甚至水变油,给大兴安岭千里发功灭火都登上了央视的大雅之堂。

诸如水电火电,以及换保险管,芯片贴膏药,甚至是冰冻cd碟之类的玩法,我一向是不赞同的,我非常反感皇帝的新装。所谓知之为知之,不知为不知,装神弄鬼要不得。Hifi界虽充斥神鬼之说,但是从科学的角度上讲,凡是经得起双盲测试,才是最好说服力的明证!经不起双盲测试,基本可以认定为扯淡。

能够盲听运放,耦合电容的绝非少数,这也是玩hifi的乐趣所在。

 

1.2李总说过:信心比黄金

理性发烧,在纷繁的世界中, 保持本心。追本溯源,能够做你自己喜欢的好声音的主人,能够真正听到不同运放,耦合,耳放的区别,和找到其最佳组合方式,这就是学林调音师探索版的设计初衷。

无论如何变化,播放器音频系统由以下几个部分组成:

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有些更简单和追求效率性价比的mp3方案如炬力2167,主控集成了Lpf,Vol,Amp 等环节,但基本结构都是一样。

 

   通常的播放器和音频产品,其结构,搭配,调音依赖于设计师的审美和个人喜好,具有强烈的个人风格和不确定性。即便很有经验的设计师,也难免有马失前蹄的时候。另外人耳对声音的理解有很多感性的成分,容易受到外界的干扰以及自身状态的影响。即便同一人同一台机器,在不同时期和心态的时候所听到的感觉也可能会大相径庭。

 

   为了解决这个基本问题,学林调音师创造性的将整个系统平台化,每个模块都可以根据自己喜好独立搭配组合。变化无穷,从而使用户能够获得更大限度的自主权。甚至我们后面还可能将各接口开放,支持烧友自行diy。这样,学林调音师最大程度减低了盲狙的风险,摆脱对产品设计师的依赖,并成为烧友学习,提升,锻炼听力的一个平台。无论您是音响行业的从业者,或者音响发烧的重症患者,都将从学林调音师中获益匪浅。

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官方调音:

调音师的官方调音模块搭配为:ak4497+opa1642+直连+classA耳放+0阻尼,您通过仔细阅读这篇文章,和我一起开始对奇妙的音频世界的探索之旅, 你会体会到抓到音乐的细节,体会到各模块的音质的毫厘间细微区别,以及自己动手,感觉到提升的喜悦和由衷赞叹。

 

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第二章:怎样做一个好电源?学林调音师的电源设计

 1         最小路径实现供给

2         只处理最后一级

3         刀刃上必须用好钢!ldo的选择顶级 tps7a47以及tps 7a33

4         高分子和超级电容加持

5       “宽敞”的电源pcblayout

 

为什么是电源?

模拟音频电路的重中之重是电源的设计,没有好的电源,好比洗锅水打汤,再好的配料也是白搭。

最近非常火的索六万,就是采用纯内置电池工作的台式机,抛开其商业营销模式不谈,仅其对电源的重视程度, 本人是非常赞同。确实,最好的电源是电池,而最需要处理的是最后一级,最接近放大电路的部分。

在多年的模拟电路实际设计调试经验中,谈几点我对电源设计的理解:(班门弄斧,还请各位高手多指教)

 

2.1 最小路径实现供给。

能够用一级电路解决的问题,坚决不用多级电路。

就是说简单的电路,比复杂的好。

一个电池,先升压,再稳压,再反压,再降压,虽然测试数据很好看,但是由于其链条过长,导致瞬态特性恶化。而减少一级处理,比起处理多级是事半而功倍。

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2.2 同样的道理,只处理最后一级。

复杂的电源电路,在各个节点都做了复杂的退耦滤波,搭配大电容,这样的结果是得不偿失的,会造成多个回路,速度会变慢,成本高,性能有劣化的可能。

我们的做法是,如果是迫不得已的情况下,电源的链路比较长,在前面各个环节都只做普通的小电容退耦,不要大电容滤波,只在最后一级,最接近放大器的,和放大器电源并联的这里,接大容量,超低esr 高分子电容。

 

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 2.3 刀刃上必须用好钢!ldo的选择

好的ldo的价格也是非常昂贵的,我们使用的ldo tps7a47以及tps 7a33在得捷电子的报价分别为

35.4元和39元。而几乎为同样功能的LDO AAT3200的单价仅0.26元。

昂贵的芯片,自然有他贵的道理。

TPS7A 系列线性稳压器超低噪声线性稳压器,负载电流可以达到1A(实际我们的负载不超过300MA,留足够的余量总没有坏处),该芯片使用了特别的双极技术用于滤除DC/DC 开关转换所固有的输出电压纹波,因此可以实现比普通ldo低一个数量级的纹波。可确保在医疗、测试和测量、音频和射频 (RF) 应用中实现系统性能最优化。

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实际上这两颗ldo的纹波特性确实非常令人惊喜:其中tps7a33为负电源稳压器,其纹波系数为16uv。

量产芯片中,负电源ldo芯片,相比一抓一把的正电源芯片像大熊猫一样罕见,所以16uv已经非常的难得!

虽然目前在民用渠道能够看到的更低噪音的ldo 是凌力尔特的lt3042,但是由于缺乏配套的负电源芯片,好比上半身西装,下半身牛仔,所以并不是一个好选择。


我们测试的常用ldo纹波噪音:(电源指标除纹波噪音外,纹波抑制比,速度等指标也非常重要,以下是我们整理的一些资料仅以此为例说明)

 型号

描述

纹波噪音

LM1117

800mA 低压降线性稳压器

38 vu/RMS

LM317HV

60V 输入电压、1.5A 可调输出线性稳压器

1710 vu/RMS

LP38691

借助陶瓷输出电容实现稳定的 500mA 低压降 CMOS 线性稳压器

80 vu/RMS

LP2960

可调节微功耗 0.5A 低压降稳压器

160vu/RMS

LM78M

 3 端子 500mA 正电压稳压器系列

40 vu/RMS

tps7a33

超低噪音负电源稳压器

16 vu/RMS

tps7a47

超低噪音正电源稳压器

4.17 vu/RMS

 

2.4 宁要仙桃一口,不要烂杏一筐,超低esr的高分子poscap电容。

   常规电容(瓷片,电解,或者钽电容)在实际测试中,滤波性能甚至不如高分子电容POSCAP的1/10,高分子ESR最低达5mΩ。然而,国内的正规渠道却极少有高分子电容。原因为何?就是一个字:“贵”!

   鉴于目前的国情,除了少数的军品和不差钱的仪器类产品,普通民品甚少吃上天鹅肉。

我们采用的220uf/6.3v高分子电容得捷电子的千颗采购价为5.3元(差不多可买到普通电解100颗)

   那么这个付出是否值得呢?没有测试就没有说服力。

以下是我们用调音师在相同情况下对高分子电容和普通电容的滤波效果的测试比对:

测试节点是dc-dc升压tps61085(5v之后),用33ohm假负载,Utd2052数字示波器 10mv/100us档位的实测结果。

为方便测试,测试电容分别用(ulr220uf/15v高分子直插电容)( yhcon 220uf/16v普通直插电解电容),实际使用的是指标接近的smt高分子电容。

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由上图可以看出高分子电容较普通电容对纹波下降的贡献率非常明显(实际受高频频率,负载电流,滤波容量以及测试方法的不同会有所出入)

 除了高分子电容滤波外,我们还首次采用了超级电容加持:

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超级电容器(Supercapacitors,ultracapacitor),它不同于传统的化学电源,是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源,其基本原理和其它种类的双电层电容器一样,都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。

超级电容的优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽,是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。

在学林调音师的设计中我们采用了两颗0.047法拉的超级电容为最后一级模拟耳放电源提供终极滤波。(0.047法拉电容等于47000uf。如果换算为常用的47uf 电容,等于1000颗)

超级电容的实际特性接近电池但又有比电池好得多的爆发力,在这种非常规和近乎疯狂的不计成本的电源设计中,使学林调音师的电源纹波系数,稳定性,瞬态特性达到了达到了目前条件下模拟技术的较好水平。

 

2.5  电源的pcblayout很宽敞。

得益于调音师不算秀气的体积和多重pcb叠加的设计。(调音师的所有电路板,包括cpu主板,按键板,模拟电源板,四个模块板,一共至少七片pcb组成(还不包括其他模块)

相对一些仅一片pcb的设计,我们的电源芯片以及音频模拟电路走线可以保证足够的线宽。

这意味着:

1 更低的噪音干扰。

2 更低的接地内阻。

3更优的走线路径。

4更大物理距离隔绝电磁干扰(特别是和dcdc模块的物理隔离)。

譬如在高密度的设计中一般要走5mil或者4mil线宽,而调音师的线宽可以保证10mil,并且可以大面积四层接地以提升整体性能。

 

第三章:DAC介绍与学林调音师DAC的选择

 

几乎可以说:dac芯片的发展史就是随身hifi的发展史。

什么是dac芯片呢:

DAC是数字模拟转换器(Digital to analog converter,英文缩写:DAC) 将离散的数字量转换为连接变化的模拟量。

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AK4495和AK4497(AKM)

ak4497 是高品质的 32 位双通道 DAC 旗舰产品,它基于 AKM 的 VELVET SOUND™ 技术。 该器件提供了 -116 dB THD+N DAC 和 128 dB S/N 的低失真特性。 AK4497 在 AKM 目前的 D/A 转换器当中具有最佳的性能。AK4497 可接受高达 768 kHz 的 PCM 数据和 22.4 MHz 直接流数字 (DSD) 数据,使其非常适合高保真的高清音源播放。Ak4495则是4497的上代产品,指标参数稍低。 

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 调音师dac的选择-ak4497

经过多年的市场发展和竞争,目前dac市场几乎只剩下有ess和akm两家。

由于占有欲和人类社会出自内心的不自信,几乎所有领域,消费者都倾向于:老板,给我来个顶配!(一个例外,宝马5系卖的比宝马7系更好的原因主要是消费者没钱)更贵和指标更好看的dac芯片就和一个美女一样会得到市场更多的关注和青睐。毕竟买个7系肉疼,来两个9038还是来的起的。Ess和ak两家深谙此道,9038pro 和ak4497价格曾炒到500元,几乎可以买个红米手机了。卖的好的机器,无论解码和随身,几乎都是双4497,双9028pro,双9038pro。譬如hifiman901(双essa9018s)dx200(双9028pro)sp1000(双ak4497)。

 

我个人理解:台机这样做没问题,随身这样做则需要非常注意带来的益处是否能抵消功耗带来的影响。

仅一颗9028pro 的功耗就已经接近1w,而随身的电池做到5000mah几乎已经到顶,那么唯一的只有压缩再压缩lpf,耳放等的功耗,这样子做出的系统,好比上身西装,下身短裤,得不偿失了。(从整个系统而言,解码远非系统的瓶颈,而模拟电路数十年来并没有太大发展)

经过综合考量功耗,性能,听感等,学林调音师标配的dac则是akm的旗舰解码ak4497。(另有es9028pro版本ak4495版本备选,但是9028pro功耗会较大1/3耳导致系统的续航下降)

常用dac的参数资料


型号

bit

采样

snr

Thd+n

参考单价

pdf

1

WM8740

24bit

192kHz

120dB

-104dB

停产

https://statics.cirrus.com/pubs/proDatasheet/WM8740_v4.4.pdf

2

CS4398

24bit

192kHz

120dB

-107dB

16.00

https://statics.cirrus.com/pubs/proDatasheet/CS4398_F2.pdf

3

PCM1792A

24bit

200kHz

127dB

4E-06

50.00

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/pcm1792a.pdf

4

AK4490EQ

32bit

768kHz

120dB

-112dB

18.00

https://www.akm.com/akm/en/file/datasheet/AK4490EQ.pdf

5

AK4495SEQ

32bit

768kHz

123dB

-105dB

65.00

https://www.akm.com/akm/en/file/datasheet/AK4495EQ.pdf

6

AK4497EQ

32bit

768kHz

131dB

-116dB

180.00

https://www.akm.com/akm/en/file/datasheet/AK4497EQ.pdf

7

ES9028PRO

32bit

768kHz

135dB

-120dB

250.00


8

ES9028K2M

32bit

384kHz

127dB

-120dB

30.00


 

   实际试听比对中,我发现一个很有意思的现象:Ak4497相比es9028pro极类似于耳放中的ad8397

对比tpa6120,

  Ak4497和ad8397的声音类似,都是妖娆,富有感情和音乐味的,而es9028pro和tpa6120的声音一样,都是内敛,平稳,大气中正的。至于取舍,则在于玩家的喜好了。

 

以下是我们采购的Ak4497

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  第四章:学林调音师lpf模块运放主观听感

  

    由于各种运放的音色表现十分不同,我们搜集试验了二十种常用的音频运放,反复听音比对,并研究其pdf资料,查找规律,以找出听感更好的运放。

     听感受每个人的听力,情绪,以及状态,审美观的影响比较大,因此下面的听感仅仅只能代表我自己在当时状态的听感,  如果您的听感和我不同,相信我,我的感觉是正确的。

     用一个转接的软排线,将模块引出,芯片焊接在sop8的插针上,同时芯片处用ic座焊接,这样可以方便的更换不同芯片。

以下芯片的排名以:不推荐,值得一试,和强烈推荐,分为3个组别。

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 4.1第一部分:不推荐组,共9种芯片

(包括opa2227,jrc4580,ne5534*2,lmh6643,ad8092,sgm33178,ad712,lm833,opa1652)

OPA2227 系列运算放大器兼具低噪声、宽带宽和高精度等特性,因此是同时需要交流和精密直流性能应用的理想选择。

OPA2227具有稳定的单位增益并具有高压摆率 (2.3V/µs) 和宽带宽 (8MHz), OPAx227运算放大器适合专业音频设备。

听感:OPA2227和ad8672类似属于较早期的产品,声场声位靠前,声线柔和,速度略慢一点点,声音相比ad8672多些许温暖醇厚细腻,而中高频稍有黯淡,比较有黄昏感,适合慢节奏的古典音乐。

 

Jrc4580是一个非常古老的运放,似乎有几十年的历史,技术上早已经开源,也是各个厂家仿制最多的运放。派生了NE/SA/SE/RC/RM/RV4558各个品牌,它们的引脚完全兼容,更是目前最便宜的的运放,甚至只要几分钱。

听感:这是一个被低估的运放,它以极低的价格,声音却在我们实验的运放中听感在平均水平之上。人声干净,不刺激,声场能打开,齿音略有一些砂感,却感觉更真实,不注意听,似乎颇有顶级货lme49990的韵味。

看来耳听为实是必须的,好听的运放,不一定要顶级的价格和参数,很多时候砂中也能淘到不错的宝贝,怪不得金嗓子十万级的参考功放A100也用十分便宜的4558运放,让人大跌眼镜。

 

Ne5534是经典的发烧单运放,与之对应的是ne5532双运放,似乎是老一代烧友火热度最高的运放之皇,在90年代知名度非常高。没有听说过ne5534/5532的老烧友,就像现在不知道马云一样让人不可思议。

但是和现在新兴的运放新贵相比,则是廉颇老矣尚能饭否?显得比较落寞了。

听感:有一种比较经典的胆味,低频比较肥大,高频压抑,解析力不足。声场偏横向,纵向不足。声音类似田震,热情有力但不够细腻。

 

LMH664X

本身并非属于专门的音频运放,而被ti归属于高速运放。因为其功耗较低,且输出电流较大,另外也比较便宜,被大量应用于很多随身设备的耳放部分。

听感:lmh6643本身应用于耳放较多,但用在lpf也不是不可以,听起来6643的整体表现属于中下水平,声场较拥挤,而高低频均被压缩,没有特别出彩的地方。

 

AD8092(双路)高速电压反馈型放大器,可以采用3 V单电源供电,这些特性均非常适合对尺寸和功耗有严格要求的便携式和电池供电应用。

听感:ad8092属于通用运放, lpf应用并非它的强项,只是手头有这颗芯片,不妨一试。

实际听起来,和lmh6643类似,高低频有一种被压缩的感觉,就像听一些古典的lp唱机一样,没有突出的高低频,声场也被严重挤压,适合比较放松的背景音乐。             

 

sgm33178是目前比较高性价比的运放,其价格低廉,但参数不错。

实际听感:声音自然柔美,三频的厚度不错,低频下潜一般,人声有较明显的齿音和颗粒感。

 

AD712是一款高速、精密、单芯片运算放大器,具有很高的性价比。它采用先进的激光晶圆调整技术,具有极低的失调电压和失调电压漂移特性。

实际听感ad712的高频延伸一般,但有较好的润泽度,人声有甜润感,声场规模较小,有明显的头中效应,低频缺力度。

 

LM833是一种双通用运算放大器,特别强调音频系统的性能。  提供低噪声、高速和宽带宽,而不增加外部元件或降低稳定性。

Lm833也是一款很老的经典的国半音频运放ic,推出至少有20年之久,当年与ne5532齐名。

实际听感也颇为接近ne5534*2,它的声音有一种老派的安定感,既没有冲击云霄的高频,也没有滚滚而来的低频,但整体声音不疾不徐,非常耐听。并且它有一个优点,声场打的很开,听起来不拥挤。

 

OPA1652 FET 输入运算放大器在 1kHz 时可实现 4.5nV/√Hz 的低噪声密度和 0.00005% 的低失真。此外,还具有 ±30mA 高输出驱动能力。

Opa1652虽然也是fet运放,但是声低却不像他的大哥opa1642那么充满萝莉味,却和他的另外一个大哥opa1612类似,没有比较突出的部分,干净有余而力道不足,没有给我留下太多的印象。

虽然它的表现也可说是不错,但是奈何强手如林,既生瑜何生亮?

 

 

4.2第二部分:值得一试组

(共8种 opa1612,opa2134,ad8397,ad8620,ad8672,MUSES8920,lme49720,opa275)

 

OPA1612(双通道)双极型输入运算放大器在 1kHz 时可实现很低的噪声密度 (1.1nV/√Hz) 和超低失真 (0.000015%)。

在 2-kΩ 负载下能够提供摆幅在距离电源轨 600mV 的范围内的轨到轨输出,这有助于实现动态范围最大化。 此外,这些器件还具有 ±30mA 高输出驱动能力。

听感:opa1612是近年来ti主推的高性能音频运放,指标和参数也相当傲人,应用到很多流行的音频电路中(譬如飞傲x5和凯音n5等)

与lm833这类的老派运放相比,opa1612的声场立刻收缩,而整个声音趋向鲜活,年轻,人声几乎无颗粒。

可能比较适合年轻人口味,但细听下去,这是个找不出太多缺点也不太容易让人记住的声音,没有opa2604等一入耳的温暖,阳光感。

 

OPA2134是低失真、低噪声和高精度的 SoundPlus音频运算放大器,FET输入级以提供卓越的声音质量。

听感:Opa2134是老牌的SoundPlus™运放,美国ar的工程师很喜欢用这个运放,它的声音的中低频很有特点,有一种特别的包围感和氛围感,这在我试听的运放中是没有的,高频不似opa1642那么妖娆,但也有“一定的妖娆”。

如果仅从发烧性来说,它也是一个很不错的选择,可惜的是目前似乎ti想要用OPA1688/OPA1642来取代它,喜欢玩的朋友可以收藏尝试一下。

 

AD8397内置两个电压反馈型运算放大器,低失真、高输出电流和宽输出动态范围使AD8397适合要求高负载上大信号摆幅的应用。

AD8397采用ADI公司的高速超快速互补双极性高压(XFCB-HV)工艺制造,高带宽和快速压摆率特性使失真和功耗均降至最低。

听感:ad8397的大电流和高输出特性使它特别适应于耳机放大器输出(学林960/812均用AD8397做耳放输出,获得让人交口称赞的奇佳效果),放在前级lpf中也有不错的表现,

ad8397的空气感和润泽度非常好,听起来很抓耳,速度快且富有激情,比较嗲和野性,或者说有一种磁性。

声音的适应感很全面,流行、器乐,交响乐、男声几乎都可获得不错的听感。

当然,8397的功耗比较大,不适合用在前级,你如果喜欢硬要用,我也不反对。

 

AD8620为精度极高的JFET输入放大器,具有超低失调电压和漂移、低输入电压和电流噪声、低输入偏置电流和宽带宽等特性。Ad8620在烧友中享有很高的地位和知名度且价格昂贵,千颗采购价格在40元以上(不知道为何,凡是贵的东西更容易获得好评,这也是这个世界的不公平之处)。

听感:AD8620声场非常宽广且场面宏大,中频相当明亮而耐听,颗粒度非常小,非常细腻。三频的密度、厚度都相当好。形体丰满柔和、线条比较清晰,具有独特的质感和音响性。

如果说要挑缺点,可能是高频延伸不够,反应在高频细节上有所欠缺。

 

Ad8672也是经典老牌的音频运放,早期应用在一代神器sony pcm d100中,可谓风头无两。

具有低噪声、低失调电压和漂移、低输入偏置电流、10 MHz带宽和低功耗等特点,每个放大器的电源电流小于3 mA。

听感: 和opa1652类似,声音中庸平和,不争不抢,速度较慢,淡定从容。但是在运放界前有江湖大佬,后有新起之秀的情况下,没有特别的优势,但也值得我们细细一品。

 

MUSES8920是一款2电路、J-FET输入形式的运放,是为了应用于更多的音响设备和让更多的音响迷们感受到“真实的声音”而进一步开发的MUSES系列量产型产品。

此产品一直沿袭着MUSES系列所追求的高音质开发理念,既实现了高清亮立体声音效又获得了高量产性。

MUSES8920重新调整了布线设计、材料等,和现有的MUSES系列产品一样经过彻底反复的试听而开发制成的。毫不含有任何偏好的音频制作使之适合于多种风格的音乐,能够让更多的音响迷们体验到真正的高音质。

Muses8920的硬件参数不算突出,但是音色水准一流,在调音师中表现为高音活泼,一扫ne5534的高音暗淡毛糙的味道,声音透明清澈,听感宽松。低频下潜、量感、厚度、则稍欠之,但听起来非常舒服,可以说jrc的调音实力却不不容小觑。

 

LME49720是一款超低失真、超低噪声、高转换速率的双运算放大器。LME49720音频运算放大器结合先进的前沿处理技术和先进的电路设计,提供卓越的音频性能。它是新一代的运放之皇lme4562的变种版本,是opa128的升级版本,它的音色大气均衡,干净,人声润泽,低频下潜深, 声场也宽松耐听。高频没有类似jfet运放的堂音,声音似一个不施粉黛的小姑娘,不娇艳,但干净淳朴无华,让人无限怜爱。

 

OP275是采用巴特勒放大器前端的放大器,和ne5532一样具有悠久的历史。这种前端设计集双极性与JFET晶体管于一体,兼有双极性晶体管的精度和低噪声性能,以及JFET晶体管的速度和音质。总谐波失真+噪声(THD+N)与以前的音频放大器相当,但电源电流低得多。该器件的压摆率为22 V/µs,电源电流不到5 mA。

听感:Opa275也是我极为喜欢的一款运放,声音和opa2604较为相似,虽然指标并不突出,但是声音轮廓鲜明,就像是超高频被切掉,然后能量在中高频突出一些,声音顺滑悦耳,具有845胆机柔美润泽的味道,人声亲近。

 

4.3第三部分:强烈推荐组(共3种 opa1642/lme49990/opa2604)

OPA1642属于 JFET 输入、超低失真、低噪声运算放大器。

轨至轨输出摆幅可增加余量,使这些器件非常适合用于任何音频电路中。

听感:opa1642非常有个性,是让人一耳朵立即能记住的声音。它的高频灵动鲜活,就像雷雨中的三角铁,清脆,干净,悦耳。

中频略砂,低频弹性十足,声场亦可称之宏大!opa1642非常适合高频信息丰富的音乐,譬如钢琴,弦乐。但是需要注意,它本身纤尘不染,必须在非常干净的系统中,才能有优秀的发挥,否则会听出燥的感觉。

 

LME49990是ti最顶级的音频参考级运放,拥有低电压噪声密度( 0.9nV /√赫兹)与极低的THD + N( 0.00001 % ),± 22V / μs的高压摆率和高输出电流能力± 27毫安。虽然目前已经有参数比它更高,以及价格比他贵的多的音频运放,但是丝毫不影响他在我心中的地位。Lme49990的声音有一种如丝般的质感,即非妖艳,也非沉闷,柔媚而不失大气,自带气场,又非常的宽松,耐听。听蔡琴的出塞曲, 声线竟然有一种令人不忍触及的吹弹得破的娇柔,实在让人喜欢的不得了。

不过其功耗比较大(几乎是opa1642的5倍)会导致续航缩短。

 

OPA2604提供了更宽的动态范围,并且音质与双极型运放(双极型会产生更多的奇次谐波失真,而一般认为,偶次谐波失真比较讨好耳朵,如电子管的音质)相比更加耐听。

一般应用在专业音响设备、PCM DAC系统的I/V转换、频谱分析仪、有源滤波器、传感器换能、数据采集等系统中。

 听感:Opa2604 的声音热情,甜润,非常抓耳,是我非常喜欢的一种类型。他不一定有多好的数据指标,但是带有一种天然的热带阳光感觉,不施粉黛,声音给人温暖的力量,他也是一颗非常经典和有知名度的一种运放,建议烧友们一定要尝试!

 

 

总结:我们试验了20种lpf运放,这些运放都来自于正规代理或得捷电子等网站,可确保正品。对于tb购买的运放,假货盛行,必须警惕。(其实很多假货运放对照下表,简单测下电流就原形毕露了)

当然,还有一些譬如ad627等年代久远的运放或者是陶封,金封等不易于集成的运放,,我们未列入测试。

其中opa1642/lme49990/opa2604进入我们的强烈推荐榜单,而值得一试的包含opa1612,opa2134,ad8397,ad8620,ad8672,MUSES8920,lme49720,opa275八种,剩余的均为不推荐的运放。

强烈推荐的三种运放均有非常好的个性和音乐性,1642的萝莉味,2604的热情阳光,lme49990的中正大气,都是我很喜欢的并且可以完全轻松的一耳朵区分开来。

而值得一试的八种运放,其中比较优秀的是muses8920,opa275完全可以有实力划分到第一梯队,其余则各有千秋,说实话划分我也非常纠结。其他的一些运放也不乏精品,不排除有你非常喜欢类型,但是由于精力时间有限,我们不做推荐。


运放类型

电压范围

静态电流

增益带宽

开环增益

压摆率

推荐系数

规格书

OPA2227

双通道

±2.5V-±18V

4.2mA

8MHz

160dB

2.3V/us

不推荐

http://www.ti.com.cn/product/cn/OPA2227

JRC4580

双通道

±2V-±18V

6mA

15MHz


5V/us

不推荐

http://www.njr-shanghai.com.cn/products/semicon/products/NJM4580.html

NE5534

单通道

±3V-±20V

4mA

10MHz


13V/us

不推荐

http://www.ti.com.cn/product/cn/NE5534

LMH6643

单电源

双通道

2.7V-12.8V

2.7mA

130MHz


130V/us

不推荐

http://www.ti.com.cn/product/cn/LMH6643

AD8092

双通道

±5、+3V、+5V

5mA

110MHz

98dB

145V/us

不推荐

http://www.analog.com/cn/products/ad8092.html

AD712

双通道

±4.5V-±18V

6mA

3MHz

400V/Mv

16V/us

不推荐

http://www.analog.com/cn/products/ad712.html

LM833

双通道

36V

4mA

15MHz

140dB

7V/us

不推荐

http://www.ti.com.cn/product/cn/LM833-N

OPA1652

双通道

±2.25V-±18V

2mA

18MHz

114dB

10V/us

不推荐

http://www.ti.com.cn/product/cn/opa1652

SGM33178

双通道

10V-36V,±5V-±18V

4.1mA

16MHz


7V/us

不推荐


LME49720

双通道

±2.5V-±17V

10mA

55MHz

140dB

20V/us

值得一试

http://www.ti.com.cn/product/cn/LME49720/pinout-quality

OPA1612

双通道轨到轨输出

±2.25V-±18V

3.6mA

40MHz

130dB

27V/us

值得一试

http://www.ti.com.cn/product/cn/OPA1612

OPA2134

FET输入

双通道

±2.5V-±18V

5mA

8MHz

120dB

20V/us

值得一试

http://www.ti.com.cn/product/cn/OPA2134

AD8397

轨到轨

双通道

±1.5V-±12.6V

7mA

69MHz

90dB

53V/us

值得一试

http://www.analog.com/cn/products/ad8397.html

AD8620

FET输入

双通道

±5V-±13V

3.5mA

25MHz


50V/us

值得一试

http://www.analog.com/cn/products/ad8620.html

AD8672

双通道

±5V-±15V

3mA

10MHz

120dB

4V/us

值得一试

http://www.analog.com/cn/products/ad8672.html

MUSES8920

FET输入

双通道

±3.5V-±17V

8mA

11MHz

135dB

25V/us

值得一试

http://www.njr-shanghai.com.cn/products/semicon/products/MUSES8920.html

OPA275

FET输入

双通道

30V

5mA

9MHz


22V/us

值得一试

https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/49051/AD/OP275GBC.html

OPA1642

FET输入双通道轨到轨

±2.25V-±18V

1.8mA

11MHz

134dB

20V/us

强烈推荐

http://www.ti.com.cn/product/cn/opa1642

LME49990

单通道

±5V-±18V

10mA

110MHz

135dB

22V/us

强烈推荐

https://pdf1.alldatasheetcn.com/datasheet-pdf/view/394357/NSC/LME49990.html

OPA2604

FET输入

双通道

±4.5V-±24V

6mA

20MHz

100dB

25V/us

强烈推荐

http://www.waveshare.net/datasheet/TI_PDF/OPA2604.PDF

 

  

第五章:大象无形---耦合电容的选择

 

在音频电路和发烧圈中,玩耦合电容是一个重要的门派。不同介质和容量的耦合电容,对声音的声场,柔顺度,力度都都有明显的影响。从最基本的原理来讲,耦合电容对声音的影响来源于电容的充放电效应,即容量大的电容对低频相应较好,而电解电容因为其卷带工艺形成电感,对高频形成衰减作用,从而对整体音色形成影响。

                                             

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 耦合电容的位置:

学林调音师的整机只有一个地方采用耦合电容(CAP),即音量控制之前,LPF之后。

其余节点(dac之前,耳放之前,后均为直连)这样可最大限度减少电容对整机音质的影响。

 image022.jpg

 

耦合电容容量的选择:

F=1/(2*π*R*C)

      其中,F是最低截止频率,R是电容后面的负载(对于输入电容就是放大器的输入电阻,对于输出电容就是放大器的负载电阻),C就是耦合电容的数值。

假定输入阻抗为1k,频率为40hz,可推算出电容值为4uf。

   学林调音师由于体积的限制,我们在初期部署了2种link模块,即薄膜耦合电容和直连。

 

薄膜电容耦合的听感:

薄膜电容耦合时,纵向声场收缩,高音丝丝入扣,中音圆润华丽,听人声更有妖娆味道。

 

耦合采用直连的听感:

即直接串0欧姆电阻短接前后级,所谓大象无形而大音希声。

我们在前后级做了电平和输出阻抗的匹配,因此直连并不会造成整机工作电平的异常。

选择直连,以更少的调音介入,更好的发挥整机的优秀素质。直连耦合时,听感通透,声场较大。且低频下潜更深和有能量感。

因此,我们在官方调音中,建议选用直连模块。

 

第六章: 调音师耳放模块的设计

 耳放模块直接和耳机相连,是整个音频系统中对音色影响最大的环节。其作用远甚于价格昂贵的dac模块。

当然,现在的烧友似乎更愿意谈论dac模块,显得更有文化内涵和高深莫测。目前我们所已经调试的耳放模块有4种,分别是: ad8397模块,tpa6120模块,opa1622平衡耳放模块,以及classa甲类分立件耳放模块。

其电路设计均参照官方pdf,我们所做的只是电平阻抗匹配,以及供给它们最好的电源。(整体系统的频响曲线仅依赖于lpf模块)下面分别介绍。

6.1 ad8397模块

                                             

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AD8397内置两个电压反馈型运算放大器,能够以出色的线性度驱动高负载。

驱动25 Ω负载时摆幅可以达到任一供电轨的0.5 V范围以内。低失真、高输出电流和宽输出动态范围使AD8397特别适合要求高负载上大信号摆幅的应用。

由于该芯片的特性非常适用于耳放的特性(大的输出电流,高速度),在2010年开始,最初由小不点的杨老师用于其dap,我们的812/960/760均用ad8397耳放,随后飞傲x3等跟进,包括hifiman901亦是用ad8397作为标配耳放。

充分说明ad8397的音质为行业内所肯定。

Ad8397的声音特点:甜腻而嗲,类似台湾女腔,似乎是个不太健康的声音,却非常讨好耳朵。

 

6.2 tpa6120a2耳机放大器

 

image025.png

Tpa6120是TI的专业耳放芯片,拥有令人惊叹的高指标。

采用散热增强型的20引脚SOIC封装,THD+N典型值为0.00014%; DNR(动态范围)和SNR(信噪比):120dB;2V/V增益条件下输出噪声典型值为5μV;SR(转换速率):1300V/μs

包括森海hd800御用耳放hdvd800,以及最新的索六万,均是以tpa6120a2做为耳放输出。

Tpa6120a2的声音最大的特点是没有特点,他不似ad8397的齿音的华丽渲染,也不似classa模块的排山之力和中频的油润感,整体声音趋向干净,平和,四平八稳。是一个挑不出缺点但难于记住的声音。

 

 

6.3  OPA1622 BAL平衡模块

image028.gif

调音师同时计划了一款平衡模块。它采用了2颗OPA1622的耳机放大器以实现BTL平衡输出,从而可以提供高达一倍的推力,且非常重要的, opa1622芯片因为其良好的电源控制,即便用两颗,仍然远低于一颗ad8397或者一颗tpa6120的功耗,更是远远低于classa 模块的功耗,因此该模块也是在调音师组合中最为经济功耗的,使用其将使总体的续航达到10小时以上。

OPA1622 是一款双通道、双极输入、 SoundPlus音频运算放大器。该器件拥有2.8nV/√Hz 的低噪声密度和 –119.2dB 的低 THD+N,同时还能够以 100mW 的输出功率驱动一个 32Ω 负载。此外,该器件还具有 +145mA/–130mA 的高输出驱动能力,而静态电流仅2.6mA。

OPA1622的声音听感:这个芯片的泛音在前面两款之间,既没有8397的个性鲜明(嗲味),也不似6120的四平八稳, 声音温暖丰厚,中低频解析力偏低并略有点昏黄感。中频高频稍有颗粒感但恰恰营造了一个非常好的氛围,使得声音有久听不累的味道。

 

6.4 class A全分立模块

本来我们原计划采用tpa6120a2做为标配模块,以减少犯错的几率,毕竟n多大厂都是以此为基准。

但是我们尝试了classa模块以后,其滚滚而来的低频,以及润泽干净的声底令我即刻改变了主意。虽然classA模块的功耗不菲,大约会消耗150mA电流,让整机的续航由10小时降低到6小时左右,但我认为这些都是值得的。

 

不发烧,玩什么hifi?

 学林调音师的classA全分立件耳机放大器模块,在仅硬币大小的有限空间内(25*25mm),集成了88个零件。

image029.png

禅思竭虑,螺蛳壳中做道场。其采用优异的沃尔曼架构和jfet三极管输入,推力十足而甜润抓耳,

无论硬件测试指标还是实际听感都达到了令人惊喜的效果。

此模块基于学林ihifi-2018甲类耳放移植并重新调校以适应随身工作环境。

关于学林100耳放的介绍:

http://www.i-hifi.com/index.php/info/197.html

 

6.5各个模块的推力测试结果:


测试条件

最大不削顶输出

三星s8+(手机)

最大音量,空载,高增益,音效关闭,播放

1khz 0db信号

不削波

 

2.20v

Ihifi780

1.43v

Ihifi960

4.2v

Ihifi990

3.88v

调音师4497+1642+0+tpa6120

4.75v

调音师4497+1642+0+ad8397

4.95

调音师4497+1642+classa

8.24v

调音师4497+1642+BAL

4.12v

Ihifi100-2018耳放

13.4v

 

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image032.jpg

 Classa模块的最大输出为8.24v,而ihifi100-2018模块的最大输出为13.4v,所以从推力上来讲,调音师的推力小于独立的ihifi100耳放,但是在播放器界,可以说是个“变态的推力王”了。

那么问题来了,为什么很多dap的推力设计只有3v甚至只有1v呢?抛开其他因素,输出提高一倍容易,但系统的snr将劣化,且电源供应必将亮红灯。所以非不能为也,是不可为也!

得益于我们不错的电源设计和宽裕的pcblayout,在这么高的输出下,调音师的底噪仍然是可以经得起多数动铁检验的优秀级别。 


6.6四种模块耳放的功耗、推力、风格比较


功耗

输出电压

转换率

声音风格

Tpa6120

中 11.5ma

中4.75v

1300v/us

平稳,干净,监听风格

Opa1622

小2.6ma

中4.12v

10v/us

爽朗的颗粒感,温暖而耐听

Ad8397

中 8ma

中4.95v

53v/us

嗲,鲜活

classa

大 30ma

大8.24v


天雷滚滚的推力,润泽

 或者你要问我,这么多耳放模块,那么哪个最好呢?这个问题好比是喜欢杨幂唐嫣还是热巴多一点,实在非常不好回答,最好是隔段时间换一下口味。如果一定要四选一,那么classA自然更好一点。

 

  

第七章:学林调音师classa 耳放模块的仿真分析

 

      Class A纯甲类放大器在音响电路中是多年来的成熟设计,应用在耳放中也非鲜见。但是在随身播放器中想要用上classA模块却是大姑娘上轿子,头一回。(学林1969是单端otl class A放大器,调音师是沃尔曼结构直流class A放大器,更复杂且性能更好,在其他随身中,尚未见到类似的电路结构)

    

我们在上半年年设计的ihifi100-2018纯甲类耳放,虽然已经有成功的经验,但是那个毕竟是独立的耳放,无论体积,功耗,发热要求等都宽松的多,且ihifi100的设计工作电压是正负7v,我们的调音师工作电压为正负5v,因此必须要重新设计才能让电路工作在理想状态。

 

     晶体管放大器电路一般源于hifi功放电路,为了适应新的低电压的环境,我们重新分析和对ihifi100电路进行了改动,下面是初步搭建起来的电路,我们用MULTISIM13进行电路仿真。设计的工作电压为正负5V,晶体管用常见的2n5401/2n5551,输出则用了mje340。

信号源为1khz,1v正玄波信号。分别在正负电源处串联电流表,输出端分别接示波器,失真度仪,频率分析仪。

 

仿真如下图,可见输出波形削顶失真。

 image034.gif

 

 通过调节反馈电路r2,由1k改为2k,使其增益减小一倍,输出减小。调整反馈电路后,波形恢复正常。

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此时电流为50.221ma.thd为0.015% snr为76.487db可见各个参数指标都不理想

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      通过尝试各种三极管后,前级改为jfet输入的场效应管2sk209,可以极大的提高输入阻抗,以降低前面电路对放大器的影响。

    并且非常重要的:场效应管固有的高阻特性,会使电路产生一种迷人的高频堂音(萝莉味),这可是我们独门调音秘技。小功率管由通用的2N5401/2N5551改为音频专用的2s1815/2sa1015,同时末级输出也改为2sc1815。

    此时性能指标有明显提升, SN由原来的76.487db提高到84.122db,thd由0.015%提升到0.006%,但是电流大的吓人,由50.221mA提高到了95.814mA,这样正负5V双电源双声道就需要大概400mA的电流,这在随身播放器上是接受不了的。

 

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通过调整R9的阻值,由2k改为360ohm来改变整体的电流大小, thd也提高到0.003%,电流降低到39.279ma

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     继续将r5由47ohm改为33ohm,此时电流降低为31.427ma,snr提高到93.337db.失真度继续降低到0.002%,此时距离理想状态已经很接近了。

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     通过多次比对调整,最后将r4由2k调整为3.3k,以改变q1的工作点,继续降低增益,r2由2k改为3k,在q4,q9上加上56p电容防止振铃,最终放大器的指标达到了理想状态。

     电流为31.177ma,失真度为0.001% snr 为100db(注意:这已经是MULTISIM13的仿真测试极限)

对此电路有兴趣的朋友可以欢迎仿制并下载MULTISIM13予以验证研究,试试看,其实并不难。

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无论测试指标,仿真数据,还是实际听感,都达到了普通运放op无法企及的高度!它的低音如天雷滚滚,连绵不绝,推力达到惊人的8.3V。而jfet的输入级2sk209,又为整体的音场起到画龙点睛的作用,中高频的堂音丰富,纯甲类特有的润泽感和厚度,更加令人非常喜欢。

 

    为了减少体积使其能够集成到调音师的模块中,我们反复调整布线,用了很多0402等微小型物料,在25*25mm 的面积内集成了近百颗元件,最终实现了这个可能是世界最小的纯甲类放大, (pcb与一块手表的大小比对)

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第八章:调音师的输出阻尼调节


      这是学林调音师一个独有的很好玩的玩法。所谓阻尼调节就是在放大器和耳机之间串联电阻,从而改变声音的速度。我们可以通过一组拨码开关,来自由选择电阻的大小用来匹配各种阻抗的耳机。

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     阻尼调节对耳机系统的意义?

各个耳机的特性阻抗,灵敏度,谐振频率是千差万别的,而耳放的输出结构不同,输出阻抗则有很大的区别.(末级静态电流大的时候输出阻抗则变小),所以会有**耳放配合**耳机会有好声,而配合**耳机则会有恶声的说法。功放系统中一般讲究内阻越低越好,而耳放中确不是如此。

      在传统的系统的,一台机器的输出阻抗等参数都已经被设计师锁定,那么,想要更好的声音,几乎是靠瞎猫碰上死耗子。

 

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 譬如经典的47耳放,其反馈,输出是47ohm

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经典的solo 耳放,输出则是120ohm

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大部分的运放输出却是0欧姆(内部可能集成也未可知)。

或者你会注意到:前面两款耳放输出阻抗都比较高,所以:只适合于推更高阻的耳机,譬如300ohm的hd600。

而对于低阻和难推的耳机,如菲利普的shp9000,选择耳放必须注意用低输出阻抗的。

如果用户不明就里,买一个输出120ohm的solo耳放,来推一个16ohm的耳机,那就不是推耳机,而是推电阻了,这样的情况声音好才怪。

        为此,设计一个输出阻抗调节是非常必要的。他可以调节您听到的声音的速度。

简单的说,阻抗小,那么速度快,高频亮,声场近。反之,阻抗大,则速度慢而人声远,使整体的效果趋近于胆机。如果继续增大,声场空间感力度全无。

      最近更新:在原计划中,输出阻尼为0,5,10,15四档位选择,最终版本为0,10,20,30欧姆四档位选择,使其适应的范围更宽广。在pcb 标示中分别zero,min,mid,max 四个档位,你可以根据自己的理解来选择合适的阻尼,当然,为了“健康”起见,一般我建议为先设置为zero来听一段时间。

 

第九章  调音师的功耗与续航时间测试报告

 

续航指标是广大烧友比较关注的数据,以下是我们测试报告。

调音师的硬件结构比较复杂,在不同状态下,其工作电流各不相同。考虑到容量,体积,通用性和替换性,我们采用的是三星note2 的钢壳电池,其标准容量为3100mah。测试中我们使用了一个高精度 WANPTEK kp303df 数字电源,替换下调音师的电池。设定电压为3.91v(考虑线材压降,实际工作电压为3.8v,为标准锂电池的主要出力电压)将调音师处于常规的工作状态(播放标准44.1kwav格式音乐文件,播放音量为50,并接32ohm立体声耳机,熄屏播放,取平均电流)

 调音师各模块搭配实测的工作电流

在官方调音模块组合中:AK4497+OPA1642+0R+CLASSA其熄屏播放状态下的电流为455ma,计算可知其续航时间为:6.81小时

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而最大功耗的组合es9028+OPA1642+0R+CLASSA(注:es9028pro模块暂并未推出,该数据仅基于我们的测试样板)其熄屏播放状态下的电流为580ma, 计算可知其续航时间为:5.34小时

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与之相反,最小的功率组合为AK4497+OPA1642+0R+opa1622(平衡耳放) 其熄屏播放状态下的电流为292ma, 计算可知其续航时间为:10.61小时,以上可见,调音师的最大续航约10小时多一点,最小续航约5小时多一点。

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这个续航数据似乎有点尴尬,但是又要马儿跑,又要马儿不吃草是不现实的,Hifi电路都没有省油的灯。

 

调音师各模块搭配实测的工作电流,供大家参考。

模块组合

工作电流(mA)

仅系统工作(模块不工作不播放息屏状态)

80

AK4497+OPA1642+SHORT+CLASSA

455

AK4497+OPA1642+SHORT+AD8397

310

AK4497+OPA1642+SHORT+BAL-OPA1622

292

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后记:

 

为了完善这篇文档,我们查阅了大量资料和做了很多功课,各种表格和参数我们都是亲自测试或有原始出处,数据尽量保证其完整和可追溯性,当然可能很多问题我们的理解也很片面,错漏在所难免,还望大家指点交流。由于文件大小的限制,本文在原文基础上做了很多的删减,有兴趣的朋友可以参考原文pdf。

调音师的开发时间持续有近3年,(2015年在广州耳机展,与知名网友半个月亮交流时,我就告诉他做这个产品的想法,而调音师的样机,早在2017年就已经和烧友见面。)现在,学林调音师的开发算是告一段落,在我心中,调音师凝聚了我们太多的心血,更是将我的发烧观向大家宣示的一个具象。我想,从一个想法,变为一个产品,并能够坚持你的信念,告诉大家,和大家分享,这是一个美好的事情。在人海中,调音师,也必将遇到它的知音。

 

1 学林调音师在播放器中属于什么水平?

调音师属于一种平台化的产品,它不同于任何播放器,搭配好的情况下,出的声音不逊于数万级别的旗舰产品,搭配不佳的状况下,出来的声音也可能不如几百元的普通mp3.

2 调音师电路设计相比普通播放器有什么优势?

相比普通播放器我们在电源设计上下了比较大的功夫,因此无论是电源的纹波水平,噪音,瞬态特性等,我们都有相当的信心。

3 我自己想要设计模块可以吗?

我们很支持你这样做,必要时我们会及时的在技术上协助您。

4 模块是否容易损坏?

调音师采用可插拔设计,我们进行了大量的测试,所有的接点都有备份设计,且所有的模块的电源都是相同接点, 即便是错插也不会造成损坏。

5 模块可以热插拔吗?

可以,热插拔以后调一下音量旋钮,重启iis即可,当然,为了保险起见,最好还是不要热插拔。

6 你们会推出多少模块?

如果你详细阅读过上文,可以说我们测试过的模块就有数十种之多,我们可以根据用户需求情况,不断推出新的模块,来让大家有新的玩法。


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