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.