USB SPDIF DAC
Fitur
Musik Komputer
Skema
Uji Dengar
CD Player lahir sekitar tahun 1981 sebagai
buah dari kerjasama antara Philips dan Sony, dua raksasa elektronika terkemuka
di dunia. Sudah puluhan tahun lamanya CD player berjasa membantu umat manusia menikmati hiburan musik
dan film.
Namun hari hari belakangan ini nampaknya CD player sudah mendekati usia pensiun.
Selain itu secara langsung saya juga mulai menemukan
beberapa client saya yang menjual CD Playernya untuk diganti dengan sumber
digital lainnya.
Penyebab semakin menurunnya pemakaian CD Player adalah karena bermunculannya
sumber musik digital baru yang secara mendasar memiliki kemampuan menyimpan
musik digital jauh lebih baik dibandingkan
dengan CD Player.
Pada CD Player informasi musik disimpan dalam keping/cakram CD yang
umumnya digunakan untuk menyimpan sekitar 10-15 lagu per keping, sedangkan
sumber digital baru yang menyainggi CD Player, mampu menyimpan lagu dalam
jumlah sampai ribuan.
Sejauh ini sumber musik digital saingan
CD Player dapat dikelompokkan dalam 3 jenis yaitu :
1. I pod
2. Hard Disc Player, Media Server, Music
Sever, dll
3. Sumber digital berbasis komputer
Selain memiliki keunggulan dalam menyimpan informasi musik, sumber musik
digital tersebut juga memiliki keunggulan komparatif lainnya dibandingkan
dengan CD Player.
Ipod
Jika menginginkan
dimensi yang kecil dan mudah dibawa,
Hard Disc Player/ Music Server
Sumber digital ini
memiliki keunggulan dalam hal kualitas suara dan memiliki kemampuan menyimpan
informasi music paling besar dibandingkan dengan CD Player maupun sumber
musik digital lainnya.
Dalam hal kualitas suara sumber ini memiliki jitter yang paling kecil,
apalagi saat ini sudah semakin banyak digunakannya memori solid state yang
bahkan memiliki jitter lebih rendah dibandingkan dengan hard disc magnetic.
Berkaitan dengan kemampuan menyimpan informasi musik, harga magnetic
ataupun solid state hardisc semakin hari semakin
murah dan semakin besar kapasitasnya, semakin kecil pula dimensinya.
Sumber Digital Berbasis Komputer
Sumber digital dari
kelompok ini dapat berupa Komputer Desk Top, Laptop dan Ipad. Sumber digital
jenis ini adalah pilihan yang tepat jika anda menginginkan sumber musik yang
multifungsi, dalam artian selain mendengar musik lewat sumber ini, andapun
bisa melakukan aktifitas lain seperti misalnya browsing internet, menulis
surat, mengedit grafik, dll
Karena sifatnya yang multifungsi, adalah sangat mungkin bahwa di kemudian
hari sumber musik digital berbasis komputer ini akan memiliki
jumlah pemakai paling besar dibandingkan sumber musik digital lainnya,
dan hal inilah yang akhirnya mendorong saya untuk mengembangkan proyek USB
SPDIF DAC
Alat yang saya buat dan saya bahas dalam dalam artikel ini saya beri
nama USB SPDIF DAC
Setiap kata dalam nama tersebut memberi kontribusi dalam fungsi dari
alat yang saya buat ini.
USB, Alat ini berfungsi mengambil informasi
musik dalam bentuk digital dari komputer melalui USB port
SPDIF, Alat ini dapat mengeluarkan informasi
musik digital yang diterima melalui USB port, melalui terminal keluaran
SPDIF yang juga ada dalam alat ini, sehingga jika anda memiliki DAC yang
belum memiliki input USB, dapat tetap anda gunakan dan tidak perlu membeli
DAC baru yang memiliki input USB.
DAC, Alat ini dapat mengkonversi sinyal
digital yang didapat dari USB port, menjadi sinyal analog, yang dapat anda
hubungkan ke amplifier untuk pada ahirnya bisa anda dengar di speaker
Mendengar Musik Dari Komputer
Ketika kita
mendengan musik dari komputer ada dua tempat keluaran sinyal dimana kita
bisa mengambil sinyal musik yaitu, terminal Headphone dan terminal USB. Terminal output Headphone mengeluarkan
sinyal musik dalam bentuk analog sedangkan terminal USB tentunya mengeluarkan
sinyal musik dalam bentuk digital. Jika anda menginginkan kualitas yang
terbaik maka data digital dari terminal USB yang
kemudian diolah oleh USB DAC berkualitas baik seharusnyalah menjadi
pilihan. Sinyal analog yang keluar dari terminal output headphone, sudah
diproses oleh internal DAC dan rangkaian analog yang berada dalam komputer,
karena berada dalam komputer maka bisa dipastikan kedua rangkaian ini akan
mengalami rembesan noise yang berasal dari power supply switching dari komputer
dan juga rembesan noise dari frekuensi clock komputer. Komputer
bukanlah alat yang semata mata dibuat orang untuk mendengar musik ada juga
fungsi lain yang diperlukan orang dari komputer, selain itu pada masa kini,
ukuran yang kecil adalah salah satu target yang hendak diraih oleh pembuat
komputer. Jika anda seorang DIYer atau memiliki latar belakang pengetahuan
elektronika audio, tentunya ada tahu bahwa power supply linear yang low noise,
dan juga komponen audio yang berkualitas high end umumnya memiliki ukuran
yang lebih besar dibanding barang sejenis yang bukan dibuat untuk tujuan
reproduksi high end, dua kondisi diatas adalah kondisi yang menyulitkan jika
kita menginginkan kualitas suara high end langsung dari keluaran headphone
komputer, karena bertentangan dengan tujuan membuat komputer yang multifungsi
dan berukuran minimal.
Lain halnya jika menggunakan USB DAC eksternal dimana kita bisa mengupayakan
kualitas yang terbaik dari USB DAC tersebut karena berada di luar komputer,
cara cara yang bisa dilakukan misalnya,
menggunakan power supply linier yang low noise, menggunakan tube buffer,
memakai komponen berkualitas maksimal, dll.
Hal lain yang juga menarik dari pemanfaatan sinyal digital dari USB
adalah masih mungkinnya sinyal digital ini diperbaiki kualitasnya
dengan berbagai metode, seperti misalnya dengan teknik memori buffer, high
speed buffer, digital isolaation transformer, dll untuk menghilangkan jitter
pada sinyal digital, dimana hal yang sama jauh lebih sulit dilakukan
pada sinyal analog keluaran output headphone.
Mengapa saya merancang sendiri
Sebern
1. Menggunakan Power Supply dari
Umumnya USB DAC produk
saat ini, menggunakan power supply yang diambil dari USB port nya komputer.
USB port pada komputer mengeluarkan tegangan supply DC sebesar +5V, dan
pada kebanyakan aplikasi komputer sumber tegangan ini sering digunakan
untuk mensupply tegangan DC ke peralatan yang terhubung dengan komputer
ini, demikian pula dengan USB DAC yang banyak diproduksi saat ini
Sumber tegangan +5V dari USB ini jelas bukanlah sumber tegangan
yang bersih karena selain diperoleh dari power supply switching yang digunakan
pada komputer, sumber tegangan ini juga rawan terkontaminasi oleh noise
buangan prosesor komputer yang juga secara paralel mengambil tegangan
dari power supply ini.
Power supply yang bersih dari noise adalah pondasi
dasar untuk reproduksi musik yang berkualitas baik, sehingga saya tidak
mau menggunakan power supply dari USB port sebisa mungkin.
2. Pemakaian Power Supply Terpisah
berkualitas terbatas
Walau demikian masih
ada pula produk USB DAC yang menggunakan power supply terpisah, namun power
supply tersebut bukanlah yang berkualitas maksimal, umumnya produk tersebut
menggunakan regulator 3 kaki keluarga LM78XX, LM317, dan bahkan ada pula
yang menggunakan power supply switching, begitu pula dengan Kit DAC impor
yang banyak dibeli oleh para konsumennya di Indonesia yang masih banyak
menggunakan regulator jenis tersebut.
Bagi saya power supply jenis
tersebut masih jauh dari cukup untuk membantu suatu peralatan audio dalam
memproduksi musik berkualitas baik.
Saya menginginkan power supply yang berkualitas
Low Noise dan Low Impedance untuk membantu USB DAC rancangan saya agar
dapat bekerja maksimum, sehingga saya tidak mau menggunakan regulator 3
kaki tersebut.
3. Design PCB Manual
PCB untuk rangkaian
USB DAC ini saya rancang dengan mode manual.
Manual routing berarti si perancang harus membuat jalur PCB yang dirancang
nya satu persatu mengikuti skema rangkaian, sedangkan auto routing berarti
perancang hanya perlu mengambar skema/wiring diagram dari rangkaian yang
hendak dibuat PCB nya, untuk kemudian software yang digunakan secara otomatis
membuat jalur PCB sesuai dengan skema yang telah digambar. Untuk membuat
PCB dari rangkaian elektronik yang rumit umumnya perancang menggunakan mode
auto routing karena, karena kalau dikerjakan secara manual maka akan sangat sulit dan mungkin saja otak manusia sudah
tidak bisa melakukan pekerjaan ini kalau rangkaian elektroniknya sudah
terlalu rumit.
Dalam mode auto routing ketika software bekerja membuat jalur PCB, software
dan komputer semata mata bekerja hanya berdasarkan logika saja, yaitu agar
semua jalur PCB benar benar tersambung secara akurat sesuai skema yang
digunakan, padahal agar supaya rangkaian elektronik bekerja secara benar sesuai dengan prinsip kerja yang
diinginkan oleh perancang, maka sambungan jalur PCB juga harus dibuat dengan
memahami bagaimana rangkain elektronik bekerja. Program komputer tidak
bisa memahami bagaimana cara rangkaian
elektronik bekerja.
Dalam hal memahami bagaimana rangkaian elektronik
bekerja maka perancang sendirilah yang bisa memahami sepenuhnya, karena
perancang inilah yang membuat rangkaian elektronik.
Atas dasar pemikiran di atas maka sesungguhnya perancanglah
yang seharusnya paling tahu bagaimana sebaiknya setiap jalur PCB harus tersambung,
berbeda halnya dengan software komputer yang bisa bekerja dengan logika
mengikuti perintah yang sudah diprogam.
Sehingga saya berkesimpulan sebuah PCB, apalagi
PCB untuk rangkaian audio, harus dibuat secara manual dan bukannya hanya
mengandalkan software komputer.
Merangkai PCB untuk rangkaian audio sering kali berbeda dengan merancang
rangkaian elektronik lainnya, karena bisa saja terjadi, dua buah sambungan
yang berbeda posisi menghasilkan suara
yang berbeda walaupun menurut skema kedua sambungan tersebut adalah sama.
PCB untuk USB DAC ini saya buat secara manual, memang
menguras kerja otak tapi bukan masalah selama bisa menghasilkan kualitas
maksimal yang saya inginkan.
4. Digital Isolation
Transformer
Salah satu visi yang
ingin saya kembangkan dalam proyek ini adalah agar USB DAC ini bisa mengeluarkan
sinyal digital melalui terminal RCA, sehingga bisa dipergunakan bersama
DAC yang belum memiliki terminal input USB, dengan demikian saya tidak perlu
membeli DAC baru.
Sinyal digital keluaran komputer bisa dipastikan terkontaminasi
noise dari power supply switching dan juga noise buangan dari prosesor,
sehingga perlu dilakukan suatu cara agar noise tersebut bisa disaring agar
tidak masuk ke DAC, untuk tujuan inilah saya menempatkan Digital Isolation
Transformer pada keluaran RCA (SPDIF) agar semua noise tersebut bisa diredam.
Umumnya produk USB DAC jadi tidak menggunakan transformer ini, karena
selain bisa menambah biaya produksi , dimensi
dari alatpun bisa ikut bertambah besar.
Struktur dan Cara Kerja
Skema dari USB DAC bisa dilihat
pada gambar 1 di bawah.
Gambar 1, Skema
USB DAC
Seperti yang bisa anda lihat pada
skema pada gambar 1 di atas, yang merupakan jantung dari rangkaian USB DAC
ini adalah IC PCM2902 buatan Texas Instrument, selain itu saya juga menambahkan
digital isolation transformer pada output SPDIF dari rangkaian ini.
PCM 2902 bekerja berdasarkan prinsip decoding encoding
yang umumnya disingkat sebagai kata CODEC.
Rangkaian baru akan bekerja ketika
terminal port input USB pada rangkaian terhubung ke computer, pada saat
ini tegangan +5V yang ada pada USB port computer akan mentrigger rangkaian
untuk mulai bekerja, dan sebaliknya ketika computer dimatikan maka rangkaian
akan berada dalam mode standby menunggu sampai ada lagi tegangan +5V dari
port USB computer.
Ketika mendapat tegangan +5V port
USB komputer maka rangkaian akan mulai menerima berkas data digital selama
tenggang waktu 1 mS, semua data yang diterima selama periode waktu
1 mS ini disebut sebagai satu frame, data dalam frame yang pertama ini akan
disimpan dalam memory buffer yang ada di dalam PCM2902,kemudian rangkaian
akan memulai frame kedua selama tenggang waktu yang juga sebesar 1mS, setelah
selesai 1mS yang kedua maka data dari berkas yang pertama akan dikonversikan
menjadi sinyal analog untuk kemudian dikeluarkan melalui terminal analog
out di pin 15 dan 16 dari PCM2902, selain itu secara bersamaan sinyal digital
ini akan juga dikeluarkan melalui terminal Dout di pin 25 dari PCM2902 untuk
bisa dihubungkan pada DAC produk lama yang belum memiliki terminal input
USB.
Selain berfungsi sebagai DAC, PCM2902
sebenarnya juga memiliki fungsi lain seperti :
pengaturan volume level dan ADC, namun rangkaian yang saya kembangkan ini
hanya bertujuan untuk proses ADC dan konversi dari USB ke SPDIF.
Saran Power Supply
Power Supply yang saya gunakan dalam
proyek ini menggunakan konfigurasi yg sudah terbukti mampu menjinakkan
hum pada tabung 26, power supply ini memiliki karakater sangat stabil,
low noise dan low impedance, namun rumit pembuatannya, sehingga untuk
keperluan proyek ini saya merekomendasikan rangkaian lain yang tidak serumit
power supply Heater 26, namun kualitasnya masih lebih baik dari kebanyakan
power supply yang digunakan pada kit DAC pada umumnya, gambar 2 dibawah
ini adalah rekomendasi power supply untuk proyek USB DAC ini.
Gambar 2, Power Supply USB DAC
Rangkaian power supply pada gambar
2 di atas tersusun atas 4 bagian utama, yaitu
1. Diode bridge dan kapasitor filter
input
2. TL431 sebagai tegangan referensi
3. OP Amp OP27 sebagai error amplifier
4. Transistor BD139 sebagai pass transistor
Konfigurasi seperti ini pada dasarnya
adalah konfigurasi umum dari regulator linier seri, sangat banyak regulator
IC menggunakan konfigurasi ini, namun rangkaian pada gambar 2 di atas memiliki
beberapa keunggulan yang tidak dimiliki oleh rangkaian regulator berbentuk
IC dalam hal
a) Stabilitas tinggi, karena menggunakan
sumber tegangan referensi yang berkualitas baik yaitu TL431, dan karena
tidak berada dalam satu kemasan dengan pass transistor, maka panas
dari pass transistor tidak dapat merembes ke sumber tegangan referensi dan
membuatnya menjadi tidak stabil, hal semacam ini terjadi pada regulator
tegangan IC.
b) Menggunakan Op Amp berkualitas
tinggi, yaitu dalam hal ini OP27, sehingga tidak mudah berosilasi seperti
pada OpAmp yang digunakan pada regulator IC.
c) Jika ada memiliki kesempatan anda
bisa pula mengganti TL431 ataupun OP27 dengan sumber tegangan dan Op Amp
lain yang diperkirakan bisa lebih baik dari kedua
komponen tersebut.
Gambar 3, PCB atas
Gambar 4, PCM2902
Uji Dengar
Sebagai Navigator
dalam uji coba ini saya menggunakan Windows
Media Player
Gambar 5,Windows
Media Player
Karena sasis
belum tersedia untuk sementara saya menempatkan PCB, Trafo dan juga terminal
keluaran RCA analog maupun digital dalam sebuah pelat
, seperti yang terlihat pada gambar 6 berikut ini.
Gambar 6, Prototype USB DAC
Pada gambar 7 dibawah ini bisa terlihat
USB DAC bersama dengan power amplifier single ended 2A3 yang membantu USB
DAC dalam proses uji coba.
Gambar 7, USB DAC
dan Power Amp SE 2A3 Nature Sound
Speaker yang saya gunakan pada uji
coba ini adalah speaker dengan single driver buatan Fostex. Saya memilih
speaker ini dengan pertimbangan bahwa, speaker ini memiliki sensitifitas
tinggi (App 96dB/W/m).
Speaker
dengan sensitifitas setinggi ini mampu menampilkan detail suara sangat baik
sehingga kalau ada ketidakberesan dari USB DAC maka akan
mudah terdengar.
Pada kesempatan
lain saya pernah membuat Pre Amp solid
state berbasis Op Amp, saat itu saya menggunakan speaker berefisiensi rendah
yaitu sekitar 86 dB/W/m
Pada uji
coba itu saya mendapatkan kualitas suara yang bagus dengan speaker berefisiensi
rendah itu, namun ketika pre amp dicoba dengan speaker berefisiensi yang
lebih tinggi ternyata saya masih bisa menemukan ketidak beresan suara dari
preamp ini, padahal ketidak beresan ini tidak terdengar ketika
saya menguji preamp dengan speaker berefisiensi rendah pada kesempatan sebelumnya.
Atas dasar pengalaman ini saya memutuskan untuk menggunakan
speaker bersensitifitas tinggi dalam uji coba USB DAC, karena saya tidak
mau terkecoh lagi oleh penggunaan speaker berefisiensi rendah dalam uji
coba.
Gambar 8, System
Lengkap Uji Coba
Konfigurasi System:
Laptop
: Toshiba Satellite C640
DAC
: USB DAC
Amplifier
: Single Ended 2A3 Nature Sound
Speaker
: Fostex Single Driver
Dalam uji coba ini ada sebuah pengalaman
baru yang saya dapat yaitu bahwa kualitas suara terdengar lebih enak ketika
laptop tidak terhubung dengan charger. Bisa dipastikan bahwa noise dari
power supply switching yang digunakan oleh charger laptop membuat suara menjadi
kotor.
Secara umum
saya sangat puas dengan performa USB DAC ini karena mampu menghasilkan
suara yang menurut saya warm, clean, dengan staging dan depth yang bagus.
Setelah
mendengar cukup lama tidak ada kelelahan telingga yang saya rasakan, padahal
ini adalah hal saya khawatirkan sebelum uji coba saya lakukan, karena speaker
Fostex kalau di drive oleh sinyal musik dari sumber yang kotor akan menampilkan
suara yang cepat sekali membuat telinga menjadi lelah.
Pada kesempatan uji coba ini saya
juga sempat berdiskusi dengan kawan pemilik system uji coba mengenai software
navigasi yang digunakan, ada banyak software navigasi untuk mendengar musik
dari komputer dan kualitasnya berbeda, perbedaan kualitas software juga bisa
memberikan pengaruh terhadap kualitas suara yang ahirnya dihasilkan.
Uji Dengar 2 (Digital
Output)
Karena salah
satu visi dari USB DAC ini adalah mampu mengeluarkan output SPDIF sehingga
DAC produk lama yang belum memiliki USB input bisa tetap digunakan maka
saya juga melakukan uji coba keluaran digital
output dari USB DAC.
Uji dengar saya lakukan dalam dua cara yaitu dengan dan tanpa
Digital Isolation Transformer, hal ini saya lakukan karena saya ingin menguji
kualitas dari Digital Output Transformer buatan saya, apakah mampu bekerja
dengan baik.
Di gambar
9 berikut anda bisa lihat system uji coba yang tesusun atas
Konfigurasi System:
Laptop
:
Toshiba Satellite C640
Konverter
USB ke SPDIF : USB
SPDIF DAC
DAC
: Electrocompaniet ECD1
Amplifier
:
SC34MB ( Monoblok 100Wpc)
Speaker
: Custom
Design dengan driver
Woofer Visaton
Midrange ATC SCM150
Tweeter Dynaudio Esotar
Gambar 9, System Uji Coba 2
Gambar 10, Speaker
Ujicoba 2
Uji Dengar Tanpa Digital Isolation
Transformer
Yang terdengar pada uji dengar ini
adalah suara yang butek dan tidak terdapat tonal balance yang baik, bass
terdengar agak kurang dibandingkan dengan mid dan treble, depth juga terdengar
buruk, semua bunyi terdengar berada dalam satu garis sejajar.
Uji Dengar dengqan Digital Isolation
Transformer
Setelah Digital Isolation Transformer
digunakan, keadaan berubah
drastic, suara menjadi lebih detail, tonal balance menjadi seimbang, dan
juga dept terdengar lebih baik. Sangat berbeda jauh dengan uji dengar tanpa
digital isolation transformer, dengan kata lain sangat bertolak belakang
dengan keadaan pada uji dengar tanpa Digital Isolation Transfomer.
Membuat Digital Isolation Transformer
yang berkualitas baik memang tidak mudah, karena harus berurusan dengan
kawat yang sangat halus dan kecil, kalau mau beli yang sudah jadi harganyapun
tidak murah, sehingga tidak mengherankan banyak produk USB DAC di pasaran
yang tidak mau memakai Digital Isolation Transformer karena alasan biaya
pembuatan yang mahal dan mengejar dimensi ahir dari alat
yang sekecil mungkin, walaupun harus mengorbankan
kualitas suara.
Padahal mengambil sinyal musik digital
dari komputer tidak semudah mengambil sinyal musik digital dari CD Transport,
sinyal musik dari komputer cenderung terkontaminasi noise dari charger
komputer dan juga noise dari processor, sehingga upaya tambahan perlu dilakukan
untuk membuat sinyal digital dari komputer tersebut bisa diperbaiki kualitasnya.