www.SAP.or.id



Klik disini untuk melihat Power 180




Bikin PCB USB DAC

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. Ada beberapa indikasi yang bisa menjadi dasar untuk membenarkan pandangan tersebut seperti misalnya: semakin berkurangganya CD Player baru yang dikembangkan oleh pabrikan pabrikan CD, tutupnya beberapa toko penyalur CD, dll.
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 (sekitar 2010) 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

Sebernarya ada banyak USB DAC yang dijual di pasaran, harganya berkisar dari USD65 sampai  USD1500, membuat USB DAC sendiri membutuhkan biaya yang lebih besar dari Rp1juta  (USD110),  belum termasuk biaya untuk resiko try and error yang mungkin terjadi dalam proses pembuatan. Namun karena alasan kualitas saya tidak berminat untuk beli unit yang sudah jadi. Kebanyakan USB DAC dalam kisaran harga tersebut tidak mempunyai tingkat kualitas yang saya harapkan, karena walaupun harganya cukup variatif namun struktur dasarnya tidaklah jauh berbeda satu dengan lainnya.

Ada beberapa 4  pertimbangan yang membuat saya tidak tertarik untuk membeli USB DAC yang sudah jadi, yaitu :

1. Menggunakan Power Supply dari USB Port Komputer

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. Ada berbagai jenis software untuk merancang PCB digunakan para perancang  dalam membuat PCB, dalam proses kerjanya software tersebut bisa digunakan dalam mode manual routing atau auto routing.
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.

Fig1
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.

Fig2
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.

 

Fig3

Gambar 3, PCB atas

                                                                                                          

 

Fig 4
Gambar 4, PCM2902

Uji Dengar

Sebagai Navigator dalam uji coba ini saya  menggunakan Windows Media  Player

Fig 5

 

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.

 

 

 

Fig6
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.

  Fig 7

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.

 

Fig8

 

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

 

Fig9
Gambar 9, System Uji Coba 2

 

 

 

Fig 10

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.