Знаменитые своим звуком компьютеры Power Macintosh G3 (blue & white) 1999 года стали редкостью, если они сейчас и появляются в продаже в России, то стоят несоразмерно дорого. Мой последний рабочий экземпляр пока работает, хотя и требует периодической профилактики, однако мысль о том, что в случае выхода из строя материнской платы ее нельзя будет заменить, откровенно напрягала. Для подстраховки было решено собрать другой вариант системы на более доступной основе — миникомпьютер Raspberry PI 3b с платой Hifiberry DAC-ADC pro 2016 года.
Главный недостаток современных компьютеров — умопомрачительная сложность применяемых в них микросхем и оборудования для их изготовления, в результате чего звук таких систем чаще всего оказывается замыленым и закрытым. С другой стороны, миниатюрная плата Raspberri в сравнении с Mac G3 имеет плюсы, в какой-то степени компенсирующие ее врожденные недостатки:
- возможность использовать самодельный аналоговый источник питания
- меньшее количество деталей
- процессор без панельки и кулера
- твердотельный жесткий диск
- один внутренний разъем (в G3 семь внутренних разъемов)
- самодельный корпус из правильных материалов в соответствии с необходимой направленностью
- открытое программное обеспечение с возможностью управления аудио программами через терминал
Схема новой системы изображена на рис 1.
Коммутация
Современные АЦП и программы предназначены для работы со стерео и многоканальным сигналами, тонкости моно звучания никому не интересны — работает и ладно. В итоге наилучшее качество моно получается, если просто писать сигнал на один стерео канал, другие варианты (включая аналоговые) имеют в той или иной мере худшую ясность звучания. Контроль и прослушивание такого «одноканального стерео» возможен с помощью переключателей S4 и S5, которые коммутируют рабочий моно вход на оба канала усилителя, а в стерео режиме позволяют менять каналы местами.
В отличие от Mac G3, при закорачивании входов Hifiberri принципиальных потерь ясности не возникает (более удачные по направлениям выводы и внутренняя разводка входов микросхемы АЦП), выключатель S1 позволяет записывать моно сигнал на оба стерео канала — в некоторых ситуациях такой вариант оказывается предпочтительным по звуку. Входной моно сигнал при этом подается на разъем J2.
Схемотехника Hifiberry предельно проста, при этом у нее отсутствует специальный чип, который организует сквозной канал между независимыми АЦП и ЦАП (и это правильно). Коммутацию сигнала с АЦП на ЦАП можно организовать программно, однако качество звука и ограничения в использовании такого метода хуже аналогового варианта. Переключатель S2 позволяет прослушивать сигнал со входа во время записи напрямую в аналоге, здесь качество будет зависеть только от того, насколько точно вы сориентируете все детали и провода.
(!) Компоненты переключателей, разъемов и регулятора громкости были тщательно подобран так, чтобы их направленность соответствала контурам. В процессе работы над контактами переключателей подтвердилось одно из необычных свойств векторов — окраска и параметры вектора между любыми двумя точками А и Б на поверхности плоского проводника остаются неизменными, даже если между точками А и Б удаляется часть металла. Это одно из множества подтверждений тонкой (не электрической) природы направленности.
Блок питания
Трансформатор блока питания намотан на Ш железе 1930х, в обеих вторичных обмотках соблюдена направленность в ущерб правильному направлению намотки «по часовой стрелке» в одной из обмоток (наилучший вариант, который можно получить с броневым сердечником см. Симметричный трансформатор). Использовано двухполупериодное выпрямление (мост звучит хуже из-за двух дополнительных диодов). Функцию выпрямителей выполняют ранние германиевые P-N-P транзисторы П4 с правильно направленными медными основаниями и шляпками.
Стабилизатор сделан «в подвале» чтобы использовать тот же П4 в качестве регулятора напряжения и обвязку на старых, маломощных германиевых P-N-P транзисторах. Сигнал ошибки берется с TL431 из старых запасов, которая в тестах показала себя лучше вариантов стабилизаторов с использованием общепринятых 7805 из тех же ранних запасов.
(!) Качество звучания стабилизатора во многом зависит от тонких свойств регулирующего транзистора и выпрямителей, в чем П4 оказался вне конкуренции. Это не значит, что обвязка не имеет значения — испортить звук хорошей системы можно и одним неправильно сориентированным компонентом, в то время, как получить живое и ясное звучание системы в целом можно только на уровне наихудшего ее компонента (с поправкой на некий, сложно вычисляемый «коэффициент влияния»).
Для питания Raspberri PI 3в рекомендуется источник 5 вольт 2-2.5 ампер, однако у моей платки потребляемый ток оказался в среднем — 750 мА, с максимальной USB нагрузкой — 1А, что выяснилось после того, как корпус с большим радиатором был уже в работе. Радиатор было решено оставить, хотя по факту выпрямители на P4 на него можно было вообще не ставить, а его размер можно было уменьшить в два-три раза.
(!) Массивный радиатор заметно влияет на звук и должен подбираться по звучанию и по направленности. Мой экземпляр имел направленность снаружи-внутрь, поэтому его пришлось развернуть ребрами внутрь корпуса.
Расположенная на плате Rasspberri схема защиты шины питания не используется — питание подано в точку PP7 (см. фрагмент схемы выше).
Усилитель
Усилитель на TEA 2025 был взят от компьютерной колонки 1990х, коэффициент усиления схемы был снижен с помощью резисторов R11 и R12. Все лишние детали с платы были удалены, оставшиеся тщательно подобраны по звуку и направлению, плата подпилена и закреплена прямо на лицевой панели рядом с разъемами и переключателями с целью минимизировать количество соединительных проводов.
Компьютер
Дублирование земли и питания старыми проводами сделано только в тех точках, где его положительное влияние было наиболее заметно. Слепое дублирование всех дорожек, как это было сделано в G3, наряду с проявлением мягкой винтажной окраски может вызывать потери ясности если направление провода-дубля и вывода детали на плате противоположны. По хорошему, перед слепым дублированием надо ориентировать все припаянные к шине детали, что далеко не всегда возможно.
В АЦП HiFiBerry заменены разделительные конденсаторы и установлены стабилитроны защиты входов от возможного кратковременного перенапряжения, возникающего в выходном каскаде лампового корректора. На выходе ЦАП конденсаторы ФНЧ заменены на электролиты 1970х, подобранные с направлением от плюса к минусу. Так-же заменены резисторы 470 Ом, включенные последовательно с выходом АЦП. Исключить их не получилось — в случае высокой емкостной нагрузки (например, длинный соединительный кабель) без этих резисторов микросхема начинала шуметь. На замену установлены советские резисторы 1970х у которых все четыре элемента (корпус, резистивное покрытие и оба вывода) были направлены в одну сторону.
Внешний USB накопитель 128gb, используемый для хранения музыки, был разобран, чип памяти был припаян прямо к контактам платы. Питание чипа взято напрямую со стабилизатора 5 вольт (провод в белой изоляции на фото). Интересно, что чип памяти USB 128 Gb занимает сегодня в 2500 раз меньший объем, чем 3,5 дюймовый винчестер 25 летней давности, технический прогресс впечатляет.
Из-за простоты конструкции Raspberry, USB клавиатура и мышь влияют на ее звук сильнее, чем в обычных компьютерах. Соответственно, было протестировано с десяток разных клавиатур, мышей и шнуров. Шнур и разъем для мыши в итоге был спаян вручную. По ходу дела было определено предпочтительное направление проводов USB интерфейса — земля и оба провода данных от компьютера к потребителю, питание — от потребителя к компьютеру.
Корпус
Для удобства доступа к деталям корпус сделан полностью разборным, детали корпуса подобраны и состыкованы таким образом, чтобы расхождение их векторов в местах контакта с соседними элементами не превышало 90 градусов в каждой из трех проекций, все плоскости сориентированы «изнутри наружу». Боковые стенки и дно — из клена естественной сушки, покрыты шеллаком. Передняя и верхняя панели — из меди, вырезанной из какой-то старинной кастрюли, шурупы подобраны с направленностью изнутри-наружу.
Результаты
Показывает Raspberri не так четко, как Mac G3, что говорит о многом, так как ясность звучания компьютера практически всегда коррелирует с ясностью генерируемого им изображения. Разница частично может быть связана с использованием в Raspberry переходника HDMI-SVGA и тем не менее. С другой стороны улучшением видео я не занимался, хотя при желании его вполне можно улучшить пользуясь теми же законами, что и в аудио — контуры, винтаж и тд.
Звук поначалу не дотягивал до грудного, богатого тембрами звука G3, выровнять ситуацию удалось после двух работ над ошибками в разводке земель и питания, подборе деталей, особенно впечатлили улучшения после впайки USB флешки прямо в плату с исключением стабилизатора тока. Как результат — получилось настолько близкое по качеству звучание, что с учетом всех удобств Raspberry выбор пал именно на нее. Эпоха G3, похоже, на этом закончилась, хотя на все 100 не уверен. Моя последняя, оставшаяся в живых материнская плата G3 не самая лучшая по звуку, вдруг попадется более удачный вариант.
Здравствуйте Антон!
Спасибо за интересную статью!
Очень рад, что вы достигли удовлетворяющего вас звучания на современном мини компьютере. Я тоже занимался модернизацией мини компьютеров, правда, только на Windows. Тем не менее, улучшение звучания после основательной переделки было хорошо заметно. Я тоже запаивал флешки и CD карты напрямую без разъемов, дублировал проводники и запитывал компьютер от аналоговых блоков питания. По моему опыту, звучание вашего мини компьютера можно было бы еще немного улучшить, если снять маску с печатных проводников и выпаять дублирующие смд конденсаторы по цепям питания. А лучше заменить СМД конденсаторы небольшими старыми электролитами. Кстати, и на плате TEA2025.
У меня вопрос. Вы сейчас выкладываете оцифровки пластинок, сделанные на этом компьютере, или еще на MAC G3?
Еше вопросы:
На ваш слух транзистор П4 лучше звучит, чем диод Д305 аналогичного года выпуска? Кстати, радиатор в любом случае у меня ухудшал звук, даже когда я его устанавливал правильно по направлениям. Как и корпус транзистора.
В каком режиме вы используете Hifiberry DAC-ADC pro; 192kHz/24bit ?