DIY DAC USB sử dụng C-Media CM108

DAC, bộ chuyển đổi âm thanh số - analog, là thiết bị không thể thiếu đối với audiophile, nhất là trong thời đại số hiện nay. Tự chế (DIY) một USB DAC để chơi với máy tính là việc làm khó, đòi hỏi “nội công” kỹ thuật thâm hậu. Tuy nhiên, nếu sáng tạo, bạn có thể tìm ra cách để tự chế USB DAC chất lượng cao đơn giản một cách bất ngờ, với chi phí rất thấp. Bài viết sau đây của thành viên Gia Huy sẽ giới thiệu thêm với các bạn về một cách tự chế USB DAC từ những nguyên liệu rất rẻ.
 
Nói đến âm nhạc hiện nay là phải nói đến nhạc số. Với dân audiophile khó tính, chất lượng các soundcard thường là không được chấp nhận, do độ nhiễu và chất lượng mạch analog trên sound card sound thường rất dở. Dân audiophile hay lựa chọn cách chơi nhạc số là dùng USB DAC rời. 
Trong thời gian gần đây, hầu hết các DAC High-end trên thị trường cũng đều sử dụng đường giao thức tiếp nhập USB. Trong nhạc số thì phần Analog là thế giới của dân DIY. Có vô số giải pháp đối với phần analog sau con IC DAC, nhưng phần lớn các DIYer chỉ rập khuôn dùng  tín hiệu SPDIF - dây coaxial -receiver CS1814,CS1813 - DAC - khuyêch đại IV.
Một sai lầm phổ biến là dân DIY nhạc số chỉ nghĩ rằng  tín hiệu digital chỉ là 01010 nên chỉ tập trung phần analog để nâng cao chất âm , tuy nhiên càng nghiên cứu sâu ta mới thấy phần digital là rất quan trọng đến chất âm .
Đối với âm thanh digital 2 yếu tố sau sẽ ảnh hưởng đến độ trung thực khi tái tạo âm thanh.
1. Bit perfect
Bit perfect là độ toàn vẹn của dữ liệu (data) , đối tượng phát (máy tính) truyền đi(ví dụ) 3 byte ( các số 1=(00000001),2(00000010),3(00000011).
Đối tượng nhận (DAC) nếu nhận đúng 3 byte (1,2,3) thì ta gọi là đã nhận được bit perfect nếu nhận thành (2,3,4) là không bit perfect , bit pefect sẽ ảnh hưởng trực tiếp chất lượng âm thanh.
2. Jitter: DAC nhận được 3 byte , nhưng thời gian nhận là bao lâu so với thới gian phát ( ví dụ máy tính truyền 3 byte trong 1 ms, trong khi DAc nhận được 3 byte trong 1.1 ms , sự chênh lệch về mặt thời gian gọi là Jitter 0.1ms).
Đối với việc tính toán thì Jitter không quan trọng bằng bit perfect , bới vì kết quả tính toán không thay đổi dù có chênh lệch thời gian ( ví dụ sử dụng máy tính I5 tình một bài toán thì nhanh hơn máy P2, nhưng kết quả thì không thay đổi).
Đối với âm thanh thì lại ảnh hưởng rất lớn đên chất lượng âm thanh, nôm na như một nhạc cụ nhanh hay trễ 1ms so với nhạc cụ khác sẽ cho ra cảm nhận âm thanh khác biệt

Sau đây là hình minh hoạ về Jitter để rõ thêm ( hình từ Internet)




Như vậy một nguồn phát hay là nguồn phát luôn bảo đảm bit perfect và jitter nhỏ nhất , đó là nguyên nhân giải thích tại sao bộ âm thanh digital này hay hơn bộ digital kia ( cho rằng phần analog là như nhau)

Đối chiếu với các hệ thống digital hiện tại thì thấy ngay tại sao máy tính- USB -I2S-DAC hay hơn máy tính- SPDIF-I2S-DAC vì máy tính - USB là giao thức bit perfect ( data được truyền đi và kiểm tra bit perfect , nếu không bit perfect thì truyền lại), trong khi máy tính - SPDIF là giao thức không bit perfect bởi tín hiệu chỉ truyền đi một chiều nếu truyền sai thì nhận sai không kiểm tra bit perfect, do đó dây truyền SPDIF cần phải thật tốt để có thể truyền bit perfect (đối với việc truyền SPDIF ngoài yếu tố dây dẫn còn có yếu tố biên độ của tién hiệu SPDIF nữa). Tuy nhiên, dây dẫn có tốt cách mấy cũng không thê bảo đảm là bit perfect được. Còn về yếu tố Jitter , truyền bằng SPDIF cần phải qua 2 công đoạn mã hoá clock+data và giải mã clock + data , các công đoạn này làm tăng thời gian truyền dữ liệu và làm giảm độ chính xác về thời gian truyền dữ liệu nên Jitter sẽ tăng lên trong khi truyền bằng I2S thì bỏ qua giai đoạn này nên Jitter là nhỏ nhất.

Sau đây là một giải pháp tiện dụng hơn để nghe nhạc từ PC, CD gắn trong PC với chất lượng âm thanh khá cao, nghĩa là dữ liệu âm thanh được bảo toàn (bit perfect) và có jitter rất thấp, sử dụng với DAC TDA1541 là một DAC nổi danh. Phương án này có chi phí rất rẻ. Nếu so với việc mua DAC hãng có USB hay USB -SPDIF converter kết nối với DAC (tối thiểu 5 triệu), thì giải pháp này tốn cỡ 500.000 VNĐ và 1 ngày công (chưa kể phần máy tính, DAC TDA1541, đèn). Giải pháp này đã được triển khai trên VNAV từ 2013 và được nhiều thành viên VNAV hưởng ứng, phát triển thành công. 

 1. Bước 1:  chuẩn bị

Đầu tiên bạn phải hiểu nguyên lý của cách làm này, đó là sử dụng các file nhạc số trong PC hoặc chạy đĩa CD gắn trong PC xuất bằng foobar qua cổng USB-> CM108 ->I2S->TDA1541-> Tube.

Hiện nay hầu hết USB DAC DIY tại VN sử dụng các con chíp USB-DAC họ PCM 2704-5-6-7 nhược điểm các con chip này là phần DAC có sẳn không hay , nếu dùng ngõ SPDIF xuất cho DAC hay thì lại bị jitter, chất lượng âm thanh không cao.

Phương án này sử dụng một bộ chuyển đổi USB-DAC có IC mang tên CM108. Với bộ chuyển đổi này, phần DAC cũng là loại rẻ tiền, tuy nhiên lại có giao tiếp I2S out , do đó chúng ta sẽ sử dụng CM-108 như là một Receiver USB-I2S để lấy 3 đường tín hiệu I2S cấp cho TDA 1541. Do CM108 sử dụng USB adaptive mode chưa ngon như USB asynchronuos, song bởi xuất bằng I2S (gần như là free Jitter) thì chất lượng âm thanh cũng vượt trội so với việc xuất bằng SPDIF giống kiểu các USB DAC thông dụng như MTECH. Tuy rẻ tiền, nhưng CM 108 cũng được nhiều hãng danh tiếng sản xuất DAC sử dụng và các sản phẩm có dùng CM108 đều được bán với giá trên 1000 USD.

Giải pháp IV cho  TDA 1541 sẽ không đề cập đến trong bài viết này bởi có rất nhiều phương án giải quyết phần IV cho TDA 1541 đã được trao đổi trên diễn đàn VNAV, từ tube đến opamp, FET...

Việc đầu tiên các bạn cần làm là nghiên cứu kỹ datasheet của CM108 để biết được vị trí các chân xuất tín hiệu I2S, tiện cho việc kết nối I2S với TDA 1541.


Tiếp đó, các bạn tìm mua các USB  DAC loại rẻ tiền của China sàn xuất có chip CM-108 , tận dụng toàn bộ cổng USB và chip có sẳn trên mạch.




Mạch DAC TDA141 dùng I/V tube  các bạn có thể mua mạch làm sẳn của shop Minh Thanh trên VNAV, hoặc thậm chí có thể sử dụng một CDP cũ có TDA 1541 để chế lại.

2. Bước 2: thực hành    

Do chip CM 108 cực nhỏ mà có đến 48 chân, các bạn phải chuẩn bị: 01 kính lúp gắn cố định hay kinh lúp sửa đồng hồ đeo vào mắt; 01 cây kim để khều chân IC; 04 sợi dây đồng tách từ dây điện ra (một sợi dài và 3 sợi ngắn).

Nhiệm vụ khó khăn nhất là hàn cho được 3 sợi dây điện vào chân 47(SCLK), 46(LRCLK) ,44(DATA) của CM108.
Bạn nào khéo tay, tinh mắt và có mũi hàn tốt thì có thể hàn trực tiếp vào chân IC. Nếu không thì làm như sau: xỏ một sợi dây điện dài vào bên trong các chân 48,47,46,45,44 , chấm hàn vào điểm nào đó trên mạch để cố định một đầu , đầu kia các bạn giữ trong tay rồi vừa đưa mỏ hàn vào các chân IC vừa kéo sợi dây qua từng chân để nhấc chân IC lên khỏi mạch in. Sau đó dủng cây kim khêu chân 47,45 lên cao , rồi dủng mỏ hàn hàn 3 đoạn dây vảo 47,46,44 như vậy là xong. Các bạn có thể dán mạch lên một miếng phíp để cố định và câu dây ra.

Hình minh họa của thành viên dnh: Nhổ các jack headphone và MIC  cho rộng rãi, câu móc dây ra ngoài

Ngoài ra chip CM-108 có chân 1 là chân SPDIF , thì nhân tiện ta có thể câu ra luôn để làm cổng SPDIF.
Theo sơ đồ kết nối dưới đây, các đường I2S trên CM108 được nối với đường I2S tương ứng trên TDA 1541.
Xong các bước đấu nối I2S, các bạn cắm USB vào máy tính , cài driver tự động. Vào foobar, chọn preferent, tiếp tục chọn playback, chọn output->wave out . Như vậy là các bạn sẳn sàng thưởng thức âm thanh rất chi tiết và sống động khác hẳn khi sử dụng SPDIF với DAC.
Sau khi thành công rồi các bạn có thể mod thêm nguồn 5V cho mạch CM108 , thay tụ trên mạch  để tiếp tục nâng cao chất lượng âm thanh. Tuy nhiên, không cần làm việc này thì chất lượng âm thanh đã rất khá.

Về mạch DAC TDA141,IV Tube  các bạn có thể mua mạch làm sẳn của shop Minh Thanh VNAV , chỉ cần đầu nối CM108 theo sơ đồ là chạy.

 

Về phần IV cho TDA 1541, các bạn có thể dùng 1 trong 2 phương án sau:

- Phương án 1: Mạch IV Fet đơn giản với Pre MC, lấy đường LOUT và ROUT từ TDA 1541 đưa vào ngõ IN MC. Điện trở IV các bạn có thể thay đổi : 36 ohm nếu sử dụng 2 TDA1541, 68 ohm nếu sử dụng 1 con TDA 1541. Tụ xuất âm 0.47 sử dụng tụ dầu Nga hay Jensen tùy túi tiền, nhưng là tụ tốt nhất mà các bạn có. Các điện trở trên mạch, đặc biệt là điện trở IV 68 ohm ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng và khẩu vị âm thanh nên các bạn có thể dùng con điện trở mắc nhất và chính xác nhất có thể (VD: Riken Ohm có độ chính xác <1% để 2 kênh trước khi khuyếch đại có tín hiệu 2 kênh lệch nhau ít nhất). Kế đến là 2 con SK 170 , các bạn có thể dùng SK170 ngoài chợ, tuy nhiên phải match để có cặp Fet cân nhau nhất. Phương án tốt nhất là kiếm phần Phono MC của các ampli Nhật cũ (loại gấu thường sử dụng Fet đôi 2sk146). 2 con Fet trong các bo mạch cũ này đã được hãng chọn match rồi nên làm mạch khuyếch đại IV là lý tưởng nhất. Nói chung mạch này cực đơn giản , nhưng chọn linh kiện tốt sẽ mang đến nhiều bất ngờ. 
Nguồn cho mạch Fet này không nên dùng nguồn biến thế bình thường mà mua pin sạc để ghép lại thành nguồn 12 V, hay mua acqui khô loại nhỏ nhất ( 200K / cục) để dùng, loại bỏ các tính hiệu nhiễu trong nguồn điện thông thường cũng sẽ đem tới cảm nhận khác biệt mà các bạn không ngờ tới. Tới đây các bạn có thể lấy tín hiệu ra đưa vào pre hay ampli sẳn có của mình để thưởng thức sự khác biệt so với mạch IV dùng đèn. Gain toàn hệ thhoonsg có thể mạnh yếu tùy vào ampli phối ghép.

 - Phương án 2 là dùng mạch IV  bằng đèn DHT

Thay R1 trong hình bằng 68 ohm

 Các bạn lưu ý do CM-108 ,TDA 1541 chỉ thích hợp cho âm thanh số đinh dạng 16 bit  sampling 44.1 kHz

Là chuẩn định dạng cho CD , các định dạng mới hơn 24 bit … thì vẫn sử dụng được nhưng PC phải convert ra 16 bit sampling 44.1 Khz nên chất lượng âm thanh sẽ ảnh hưởng, với tôi định dạng 16 bit 44.1 Khz là quá đủ cho nhạc số

Các bạn hãy vào link của VNAV forum nếu hứng thú với công việc DIY này

http://vnav.vn/forum/viewtopic.php?f=7&t=82005

(Gia Huy - VNAV)