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自制实用、低价的发烧级多功能数字音频播放机 —— HiFi-PC (上)

 求知_时光 2018-03-23

  从这几年国内各地的音响展看,数字音频播放机一直很“火”,国外品牌除发烧友熟知的linn 外,如今多数大厂家都参与生产与推广,如索尼、安桥都推出了数字音频播放机。自从发烧友用PS3 破解了SACD碟片,如今索尼的播放机也放开了对DSD音频文件的支持,众多音响IC生产商推出了支持PCM与DSD文件解码的一系列方案。国内音响市场低端的音频播放机多采用ARM7 + DAC方案,高端的低端的音频播放机多采用ARM9+DSP +FPGA+ DAC方案,都采用Linux系统。

  高端的音频播放机售价在5千~10万元不等,大多支持192kHz/24BIT、384kHz/32BIT与768kHz/32BIT的WAV音频文件与DSD128、DSD256的音频文件。如此高的售价注定多数平民阶层的发烧友无缘享受“耳福”。

  能不能用厂机售价1/4---1/3的费用,打造一款数字音频播放机来,其声音接近厂机或超越厂机?笔者认为有可能:用不对等的技术,占在“巨人”的肩上,即用×86 主板PCHIFI方案。

  10年前笔者曾接触过一些音频用电脑主板,发烧级DAC、发烧运放NE5532滤波、6922电子管作缓冲、红色威马电容输出。曾与销售商勾通,说是台资电脑生产商为日本商家订制的主板,起订量1K,不零售,此零售的主板是厂家清库存的处理货。

  可能有读着问,为何厂家不开发×86 方案Windows 系统的音频播放机销售?不是国内音响厂不想搞,1000片主板的费用对音响小厂来讲:资金压力较大;对音响大厂来讲:资金无压力,但找到合适的处理器也不容易,要看芯片厂商的供货情况才能决定;另操作系统与音频播放软件需用正版,就这一个原因,就让很多厂家放弃此方案。即使作出产品,在国内可能卖不起价;国内的电脑用户免费软件用惯了,只算计物料成本,“这个产品不就是个电脑吗?干嘛要卖那么贵?”。所以国内的音响厂多喜欢用ARM 处理器来开发数字音频播放机,100片即可生产,资金无压力,产品即使定位在万元以上,用户也觉得不贵,因一般用户根本开发不了ARM,无参照当然无法讨价还价。

  上帝给你关上一扇“门”也会给你打开另一扇“大门”。大厂不愿作的事对发烧友来说也可能是件好事,因你不用担心某些主板缺货,也不用担心某些配件价格炒高,业余条件下,用×86主板来组装数字音频播放机开支更低。看看国内的很多音响网站与论坛,都开辟了PCHIFI版块,专门讨论数字音频。部分音响发烧友着手用树莓派处理器打造成音频播放机。业余条件下笔者一直看好×86方案,因大家都用电脑,其配件好找,可使用Windows系统或Linux系统。因×86方案的CPU处理器主频通常较高、满足处理高规格、大码流数字音频文件的能力。×86处理器无论在处理速度方面或是音频播放软件的选择方面都强于树莓派处理器,只不过×86主板的成本相对稍高一些。再之在Windows系统下有大量的专业级母带处理播放软件,播放器内部有很多参数调节,如果调校得当,则更能领略天籁之声,而ARM 处理器的音频播放机基本上是以产品设计者的口味为准,某些参数已固化,或内部有很多参数调节不对用户开放权限。

  用×86电脑主板开发成高端音频播放机也不是件容易的事,不信你随便拿家里一台电脑与发烧CD机对比一下,看看音质怎样?仅信噪比一项就就让好多烧友放弃。好在国内已有厂家2014年推出了×86方案的Windows系统的数字音频播放机并已开始销售,听厂家介绍是定制的电脑主板,优化了播放软件,支持高规格的数字母带音频文件播放与DSD128、DSD256 音频文件播放,不过笔者觉得其售价暂时还不够“亲民”,可能其定位在高端用户群。PCHIFI 用户也玩音响,但多是软件部份,硬件部份参与讨论的不多,因大多是利用自身的电脑。笔者多年前就有用×86方案Linux系统的打造音频播放机的想法。笔者以前曾多次谈到,用×86主板开发成音频播放机首要要解决整机功耗与散热问题,也就是电磁干扰、风扇问题与静音问题。当然采用超低功耗CPU后一切问题都好解决,笔者觉得Intel 的阿童木系列的CPU是不错的选择。

  Intel 推出的Atom CE4100 系利处理器,意在为联网AV设备带来互联网内容和服务,诸如数字电视、DVD/BD播放机、IPTV、Hybrid高级机顶盒等等。该处理器提供了一个全功能的软件框架“Widget Channel”,用于开发互联网应用或电视Widget,可提供电影、音乐、游戏、个人视频等多方面服务。

  Atom CE4100主要硬件技术规格

  ● 视频输出

- 四个10-bit 150MHz视频DAC,可配置为S-Video、SCART、分量、色差

- 多视频流同时输出

- 支持NTSC/PAL制式

- 支持HDMI/DVI 1.3a + CEC,1080p@24fps和1080p@60fps(RGB/YUV色深)

  ● 音频处理

  - 双DSP核心和特殊音频指令

- 音频解码支持:MPEG1/3、AC3、Dolby Digital Plus、DTS-HD/Master Audio & High Res、Dolby True HD/MLP、DTS LBR、AAC plus V2、WMA)

- 音频编码支持:AC3、DTS

- 24-bit 192KHz

  ● 音频输出

- HDMI(支持HBR)

- 一个立体声和一个7.1声道

- 一个S/PDIF

  ● 外围设备支持

  - 两个USB 2.0接口

- 以太网802.3 10/100/1000 MAC

- 单口或双口SATA 3Gbps

- NAND/NOR闪存(支持启动盘)

一、myhifi-PC—01简介


  由于Intel 的Atom CE4150是为智能家电设计的低功耗处理器,并且该处理器内含音频DSP,故我们可以用该处理器开发成专用的音频播放机,笔者暂把该音频播放机命名为myhifi-PC-01,该机外观如图1所示,


原理框图如图2所示。

  在硬件上,处理器1.2GHz,DDR3内存2GB,主板一体化设计,CPU与内存等直接焊接在主板上,整机支持内置2.5寸笔记本硬盘。


  在外部设备上,有USB接口4个,内置SD读卡器、模拟音频、视频信号一组,色差输出信号一组,HDMI 输出一组;有S/PDIF 光纤信号一组;以太网接口一个; 外置直流12V电源接口;线缆输入与输出接口作备用。整机尺寸:200mm ×200 mm × 34 mm,家电设计风格,如图3与图4所示。


  在操作系统方面安装正版的 32位Windows 7 系统。无关的软件尽量不安装,不经常使用的软件尽量卸载。在音频播放软件方面,众多的音频播放软件选择安装,Foobar2000、 Kmplayer等,笔者建议根据自己情况选择使用。

  一些读者会问,电脑配件主板主流都是四核、八核处理器,双核都无人问津,你用单核处理器会让你很“OUT”,其实用四核、八核处理器是为了高清视频播放与高清游戏,家用办公双核处理器已足够用。笔者选择CE4100系列的处理器看重的是其低功耗与内置音频DSP,这样简化了主板设计,根本不用考率风扇散热,轻易做到“静音”工作。内置的音频DSP能够满足日常多种音频解码,不需外加其它音频DSP 芯片,降低开发与生产成本。通过软件优化,处理器的速度能够满足播放高规格音频文件的能力。处理器速度越高、功耗越大、干扰因素越多,这也是笔者不推荐通用的X86 四核、八核CPU 的原因。 笔者一向倡导节约发烧、平价发烧。购买音响配件,实用、够用即可! CE4100处理器是笔者首选的处理器。


  myhifi-PC-01 内部已预留2.5寸笔记本硬盘的接口与位置,可装配500GB或1000GB的硬盘。若追求完美,可用固态硬盘来代替2.5寸笔记本硬盘,笔者在myhifi-PC-01内部安装16GB的固态硬盘,16GB固态硬盘仅装系统软件与音频播放软件,把干扰降到最低,把噪音降到最低,如图5所示,无风扇设计。可用外接U盘、移动硬盘或网络存储音频文件,整机真正做到静音。

传统的电脑系统中产生大量射频信号干扰USB音频传输,解决了USB信号的射频干扰,PC--HIFI才能挑战传统HIFI ,所以笔者首先从电源着手,首先给主板提供一个较纯净的电源,尽可能的降低一些干扰。电源还是用笔者在本报多次介绍的线型电源,用大功率电源变压器与精密稳压电源组成,可输出12V 5A直流电源。

 在使用方面:可通过HDMI接口接一个15-24寸的数字输入接口显示器或可通过复合视频接口或色差接口接一个15-24寸的模拟输入接口显示器作操作指示。可接无线鼠标与键盘,此方法与操作电脑一样。

二、初级玩法

1. DIY高端CD机

  高端CD机与CD转盘售价较高,我们可把PC配件打造成发烧CD机或CD转盘。可大材小用,把myhifi-PC-01当作一台发烧CD机使用,只需外置一台USB移动光驱(DVD光驱或蓝光DVD光驱)。如今苹果、IBM等大厂都喜欢把DVD光驱外置,市场上也有配套的USB光驱供应,如图6所示。这类光驱售价较平,100---200元有多个品牌的数百个种类选购,数十元也可买到一些国产USB 移动光驱。DVD光驱的读CD碟片能力要好于CD光驱,用电脑者有几个担心光头的寿命问题,若光驱用几年不行了,换一个即可。科技在进步,新产品更好又便宜。在专业音响领域没有的事反而是在发烧音响领域出现,时常会有些“怪事”: “旧的比新的好!” 、“只找贵的,不用对的! ” 在一些发烧友心中“根深蒂固”。二手音响整机与配件经过炒作可卖出数倍的进货价。而用通用的电脑配件用于音响领域,没那个商人愿去炒作。通过myhifi-PC-01的光纤接口,外接7.1声道解码器,播放DTS—CD,DTS-ES—CD,轻松解决欣赏多声道音乐问题;也可外接更高端的双声道音频解码器。


  国内有一款装台式DVD光驱与3.5寸硬盘的线性电源USB存储盒供应,售价约二千元,主要配套厂家的数字音频播放机使用。读者若想节约发烧自己DIY,可参考笔者那款可调线性电源,用两块合并供电,其中一块输出12V 5A直流电源,另一块输出5V 5A直流电源,可供硬盘和光驱。

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