Ювелирное обозрение

Звуковая карта – важная часть персонального компьютера. Без этого устройства нельзя слушать музыку в хорошем качестве и просматривать кинофильмы с несколькими звуковыми дорожками. Любителям компьютерных игр, аудио контроллер обеспечивает полное погружение в виртуальный мир. Аудио карта необходима для подключения микрофонов и музыкальных инструментов. В продаже имеется много контроллеров разного уровня, тем не менее, многие опытные пользователи предпочитают изготовить звуковую карту своими руками.

USB звуковая карта своими руками

Аудио устройства, подключаемые через порт USB, имеют различную конструкцию. Самые простые контроллеры вставляются непосредственно в разъём. Более сложные и многофункциональные устройства подключаются к порту с помощью кабеля. Причин для изготовления аудио системы может быть несколько. Это высокая стоимость промышленных образцов или плохое качество звука, получаемое от интегрированного в материнскую плату, чипсета. Чаще всего стараются изготовить своими руками звуковую карту юсб, чтобы использовать её для ноутбука. В этих устройствах, особенно в старых моделях, используются интегрированные микросхемы низкого уровня, которые работают на встроенный динамик и не могут обеспечить качественного звучания.

Как сделать звуковую карту своими руками

Для изготовления самодельного USB устройства используются микросхемы РСМ27-РСМ29. Это цифро-аналоговые преобразователи, которые обеспечивают выход на наушники или малогабаритные колонки, высококачественного звукового сопровождения. РСМ2705 представляет собой стереофонический ЦАП с интерфейсом USB. Предназначен для обработки стереофонического сигнала. Контроллер не требует прошивки, но имеется возможность изменения ID производителя или устройства. В цифро-аналоговом преобразователе реализована синхронизация аудио сигнала из синхроимпульсов предаваемой информации по интерфейсу USB. Встроенная фазовая автоподстройка частоты позволяет получить очень малую величину девиации по частоте и фазе. Основные характеристики микросхемы:

• 16-битный ЦАП
• Частота преобразования – 32, 44,1 и 48 кГц
• Выход S/PDIF
• Тактовый генератор 12 МГц

Внешняя звуковая карта USB своими руками

ЮСБ звуковую карту своими руками можно реализовать на микросхеме РСМ2705. Конструкция имеет минимальное количество дискретных элементов. В схеме не используется цифровой выход, но его всегда можно задействовать. Он находится на 5 пине микросхемы. При увеличении конденсаторов С14 и С15 улучшается передача низких частот. +5 В с USB преобразуется в напряжение 3,3 В с помощью отдельного стабилизатора и подаётся через дроссель и конденсаторы фильтра.

Как сделать внешнюю звуковую карту своими руками

Более сложная и качественная звуковая карта для ПК изготовленная своими руками реализуется на цифро-аналоговом преобразователе РСМ2902-Е. Для обеспечения качественной работы устройства нужно не использовать питание от USB, а подавать напряжение на VCCCI от внешнего стабилизатора с напряжением 3,3 В. Чтобы снизить искажения, в устройстве использован диод VD1,который повышает напряжение до 3,5 В. Помехи от компьютера снижаются разделением «земли» на цифровую и аналоговую. Для управления громкостью и снижения уровня используются кнопки управления. Для питания аналоговой и цифровой части схемы лучше использовать отдельные стабилизаторы. Светодиод LED2 показывает состояние микросхемы. Когда контроллер работает в нормальном режиме, он не светится. Индикатор LED1 загорается при подключении аудио платы к порту. На качество входного сигнала заметно влияют конденсаторы С3 и С4, поэтому они должны быть плёночными. Выходные аналоговые сигналы снимаются с пассивного LC фильтра. Он обеспечивает частоту среза 28 кГц и очищает сигнал от шумов цифрового квантования.

Внешняя звуковая карта своими руками

Для того чтобы сделать USB звуковую карту удобной для использования придётся разработать и изготовить печатную плату. Входные цепи выполняются экранированным проводом, оплётка которого заземляется. Для разделения «земли» используется безвитковый дроссель FВ1.

Многоканальная звуковая карта своими руками

Обеспечить питанием многоканальную звуковую карту изготовленную своими руками, лучше всего с помощью внешних источников. Для этого используются малогабаритные сетевые адаптеры для внешних устройств. Они могут быть любого типа, но должны выдавать 9 В постоянного напряжения. В схеме применяются два адаптера, которые подключаются к стабилизаторам на микросхемах LM317. Они включаются по классической схеме.

Подстроечные резисторы R2 и R4 служат для точной установки напряжения +5 В на выходах стабилизаторов. Конденсаторы С1 и С8 имеют ёмкость 10 мкф Х 25 В. С4,С11 – 100 nf. Остальные конденсаторы – 1000,0 Х 25 В. Система питания собирается на отдельной печатной плате.

Из чего можно сделать звуковую карту

Как сделать звуковую карту внешней. После завершения монтажных работ нужно проверить работоспособность аудио платы. Сначала проверяется напряжение питания на ЦАП. Далее устройство подключается к компьютеру. В ОС Windows имеются все драйверы, которые будут установлены после подключения карты к порту USB. Звуковой контроллер PCM2902 определяется, как USB Audio codec. Далее в Диспетчере устройств, в строке «Звуковые, видео и игровые устройства» находим USB Audio codec. Осталось выполнить несколько простых настроек.

В Панели управления открывается пункт «Звук» и там, на вкладке «Воспроизведение», USB Audio codec устанавливается устройством по умолчанию. Далее в меню «Свойства», на вкладке «Дополнительно» выставляется формат: 16 бит 48000 Гц (Диск DVD). Далее в пункте «Звук» нужно открыть вкладку запись и выбрать микрофон USB Audio codec по умолчанию. Затем нужно открыть «Свойства» и вкладку «Прослушать». Там должны быть установлены указанные параметры.

Поле этого, во вкладке «Дополнительно» устанавливается следующий формат: 2 канал, 16 бит, 48000 Гц (Диск DVD). На этом настройка цифро-аналогового адаптера, сделанного своими руками, заканчивается. К аналоговому выходу подключаются наушники или вход НЧ усилителя. Используя технические принципы, аудио плату USB можно сделать на базе любого цифро-аналогового преобразователя.

Звуковая карта – важная часть персонального компьютера. Без этого устройства нельзя слушать музыку в хорошем качестве и просматривать кинофильмы с несколькими звуковыми дорожками. Любителям компьютерных игр, аудио контроллер обеспечивает полное погружение в виртуальный мир. Аудио карта необходима для подключения микрофонов и музыкальных инструментов. В продаже имеется много контроллеров разного уровня, тем не менее, многие опытные пользователи предпочитают изготовить звуковую карту своими руками.

USB звуковая карта своими руками

Аудио устройства, подключаемые через порт USB, имеют различную конструкцию. Самые простые контроллеры вставляются непосредственно в разъём. Более сложные и многофункциональные устройства подключаются к порту с помощью кабеля. Причин для изготовления аудио системы может быть несколько. Это высокая стоимость промышленных образцов или плохое качество звука, получаемое от интегрированного в материнскую плату, чипсета. Чаще всего стараются изготовить своими руками звуковую карту юсб, чтобы использовать её для ноутбука. В этих устройствах, особенно в старых моделях, используются интегрированные микросхемы низкого уровня, которые работают на встроенный динамик и не могут обеспечить качественного звучания.

Как сделать звуковую карту своими руками

Для изготовления самодельного USB устройства используются микросхемы РСМ27-РСМ29. Это цифро-аналоговые преобразователи, которые обеспечивают выход на наушники или малогабаритные колонки, высококачественного звукового сопровождения. РСМ2705 представляет собой стереофонический ЦАП с интерфейсом USB. Предназначен для обработки стереофонического сигнала. Контроллер не требует прошивки, но имеется возможность изменения ID производителя или устройства. В цифро-аналоговом преобразователе реализована синхронизация аудио сигнала из синхроимпульсов предаваемой информации по интерфейсу USB. Встроенная фазовая автоподстройка частоты позволяет получить очень малую величину девиации по частоте и фазе. Основные характеристики микросхемы:

• 16-битный ЦАП
• Частота преобразования – 32, 44,1 и 48 кГц
• Выход S/PDIF
• Тактовый генератор 12 МГц

Внешняя звуковая карта USB своими руками

ЮСБ звуковую карту своими руками можно реализовать на микросхеме РСМ2705. Конструкция имеет минимальное количество дискретных элементов. В схеме не используется цифровой выход, но его всегда можно задействовать. Он находится на 5 пине микросхемы. При увеличении конденсаторов С14 и С15 улучшается передача низких частот. +5 В с USB преобразуется в напряжение 3,3 В с помощью отдельного стабилизатора и подаётся через дроссель и конденсаторы фильтра.

Как сделать внешнюю звуковую карту своими руками

Более сложная и качественная звуковая карта для ПК изготовленная своими руками реализуется на цифро-аналоговом преобразователе РСМ2902-Е. Для обеспечения качественной работы устройства нужно не использовать питание от USB, а подавать напряжение на VCCCI от внешнего стабилизатора с напряжением 3,3 В. Чтобы снизить искажения, в устройстве использован диод VD1,который повышает напряжение до 3,5 В. Помехи от компьютера снижаются разделением «земли» на цифровую и аналоговую. Для управления громкостью и снижения уровня используются кнопки управления. Для питания аналоговой и цифровой части схемы лучше использовать отдельные стабилизаторы. Светодиод LED2 показывает состояние микросхемы. Когда контроллер работает в нормальном режиме, он не светится. Индикатор LED1 загорается при подключении аудио платы к порту. На качество входного сигнала заметно влияют конденсаторы С3 и С4, поэтому они должны быть плёночными. Выходные аналоговые сигналы снимаются с пассивного LC фильтра. Он обеспечивает частоту среза 28 кГц и очищает сигнал от шумов цифрового квантования.

Внешняя звуковая карта своими руками

Для того чтобы сделать USB звуковую карту удобной для использования придётся разработать и изготовить печатную плату. Входные цепи выполняются экранированным проводом, оплётка которого заземляется. Для разделения «земли» используется безвитковый дроссель FВ1.

Многоканальная звуковая карта своими руками

Обеспечить питанием многоканальную звуковую карту изготовленную своими руками, лучше всего с помощью внешних источников. Для этого используются малогабаритные сетевые адаптеры для внешних устройств. Они могут быть любого типа, но должны выдавать 9 В постоянного напряжения. В схеме применяются два адаптера, которые подключаются к стабилизаторам на микросхемах LM317. Они включаются по классической схеме.

Подстроечные резисторы R2 и R4 служат для точной установки напряжения +5 В на выходах стабилизаторов. Конденсаторы С1 и С8 имеют ёмкость 10 мкф Х 25 В. С4,С11 – 100 nf. Остальные конденсаторы – 1000,0 Х 25 В. Система питания собирается на отдельной печатной плате.

Из чего можно сделать звуковую карту

Как сделать звуковую карту внешней. После завершения монтажных работ нужно проверить работоспособность аудио платы. Сначала проверяется напряжение питания на ЦАП. Далее устройство подключается к компьютеру. В ОС Windows имеются все драйверы, которые будут установлены после подключения карты к порту USB. Звуковой контроллер PCM2902 определяется, как USB Audio codec. Далее в Диспетчере устройств, в строке «Звуковые, видео и игровые устройства» находим USB Audio codec. Осталось выполнить несколько простых настроек.

В Панели управления открывается пункт «Звук» и там, на вкладке «Воспроизведение», USB Audio codec устанавливается устройством по умолчанию. Далее в меню «Свойства», на вкладке «Дополнительно» выставляется формат: 16 бит 48000 Гц (Диск DVD). Далее в пункте «Звук» нужно открыть вкладку запись и выбрать микрофон USB Audio codec по умолчанию. Затем нужно открыть «Свойства» и вкладку «Прослушать». Там должны быть установлены указанные параметры.

Поле этого, во вкладке «Дополнительно» устанавливается следующий формат: 2 канал, 16 бит, 48000 Гц (Диск DVD). На этом настройка цифро-аналогового адаптера, сделанного своими руками, заканчивается. К аналоговому выходу подключаются наушники или вход НЧ усилителя. Используя технические принципы, аудио плату USB можно сделать на базе любого цифро-аналогового преобразователя.

Как оказалось, сделать внешнюю USB звуковую карту несложно и недорого. В этой статье расскажу как ее делал я.

Предыстория:

Пару лет назад в интернете на одном из форумов мне на глаза попалась тема про аудио ЦАПы. Я очень сильно загорелся идеей спаять аудиокарту(!) и с большим интересом начал читать описания различных конструкций. От их повторения меня отталкивали сложные (я не представлял, откуда буду вытаскивать «квадратную шину» I2C на компьютере или где взять S/PDIF) схемы и дорогие (это было самым веским аргументом) компоненты. Материала по данной тематике на русском языке и сейчас очень мало…
Через пару месяцев я нашел простую конструкцию на чипе PCM2702 и, самое главное, с подключением к компьютеру по USB. Я не испугался SSOP корпуса микросхемы, но испугался цены — более 500 рублей за штуку. Также я боялся испортить такую дорогую микросхему своей неопытностью (перегрев, статика… мало ли?). Стал искать другие решения. И наткнулся на конструкцию на PCM2705. Это тоже USB-кодек, но с более низкими характеристиками, по сравнению с PCM2702-й.
Микросхему нашел в толкучке на одном из форумов. Заказал себе и другу по одной. Не помню точно по какой цене, но не более 150р за штуку.

Схема:

Плата:

Сделал свой вариант печатной платы. ЛУТ я тогда уже освоил.

Первый запуск:

Запаял (думал не смогу запаять пятимиллиметровым жалом, но спасибо DI-HALT’у за идею с микроволной).

Дрожащими руками подключил к компьютеру… ОС обнаружила новое устройство. Установила драйвера. Подключил наушники — поёт! Да и притом ничуть не хуже, чем встроенная в ноут звуковуха. А даже лучше! По крайней мере, я услышал разницу на НЧ. На ВЧ не заметил. Но и наушники у меня не лучшего качества.
Другу тоже спаял, подключил и… не работает. Менял конденсаторы в обвязке кварца — не помогло, поменял сам кварц — заработало!

Пользуешься?

Пользуюсь. Иногда включаю его, когда хочется более качественного звука. Включал бы почаще, но неудобно пользоваться им — корпус так и не сделал, ноут туда-сюда таскаю…

Модернизация:

Если применить внешний блок питания с малошумящими стабилизаторами, звучание станет лучше, т.к. питание на шине USB содержит в себе очень много различных помех. Также можно поэкспериментировать с резисторами R7, R8 — поставить меньше и увеличить конденсаторы C12, C13 — улучшится передача низких частот.
Еще можно было вывести S/PDIF, но мне некуда было приткнуть дорожку на печатной плате, да и не нужен он был мне тогда. А так, на 5-ом выводе микросхемы он находится.
Двухсторонняя, грамотно спроектированная печатная плата была бы не во вред данной конструкции. Так как под «землю» будет отведен целый слой меди — это сократит пути возвратного тока и уменьшит уровень помех. На данный момент, если рядом с этим ЦАПом лежит мобильник и принимает входящий вызов или сообщение, то в наушниках хорошо слышны всем знакомые «ты-ты-ты-ты… ты-ты-ты-ты… ты-ы-ы-ы-ы. ».

Не могу найти PCM2705.

Аналогами PCM2705 является линейка PCM2704-2707. Кратко о них:
PCM2704: 28-Pin SSOP, Headphone and S/PDIF Output, External ROM Interface
PCM2705: 28-Pin SSOP, Headphone and S/PDIF Output, Serial Programming Interface
PCM2706: 32-Pin TQFP, Headphone and S/PDIF Output, I2S Interface, External ROM Interface
PCM2707: 32-Pin TQFP, Headphone and S/PDIF Output, I2S Interface, Serial Programming Interface

Можно использовать любую из них, по качеству они одинаковы.
Даташит прилагаю в архиве вместе со схемой и платой (открывать в Sprint Layout 5).

Читают сейчас

Похожие публикации

• 19 ноября 2014 в 20:57

Безопасность 4G: захватываем USB-модем и SIM-карту с помощью SMS

Звуковая карта как последовательный порт

Сборка Hif > +24 13,2k 127 36

Вакансии

AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Комментарии 52

Понимаю, что не хорошо.
Первоначально и не думал писать на Хабр. Но потом все же решил поделиться с вами. И, как видно по рейтингу статьи, людям нравится.

Когда делал, не думал, что буду потом статью катать. Поэтому и нет фото.

Сегодня наткнулся на скриншоты, сделанные из под Mac, настроек звуковой карты на PCM2906.
Так что серии PCM27xx и PCM29xx работают без проблем.

то что описывается в этой статье, относится к этому девайсу? я недавно себе заказал на одном из китайских сайтов по 60рублей за штуку
USB 2.0 to 3D 5.1ch Audio Sound Card Microphone Adapter for PC

Он спрашивает про схему.

Да там аналогичная схема. Как то интересовался и подрывался такое спаять, но понял, что дешевле 2 бакса потратить, чем пытаться паять самому… А работает уже более года карта.

По поводу низких частот.
Вы можете оценить реактивное сопротивление конденсатора на определенной частоте по формуле Rc = 1/(2*3.14*f*C).
Долю сигнала (по напряжению), приходящую в нагрузку (ну то есть после конденсатора в Ваши наушники), можете оценить по формуле
Rn/sqrt(Rn^2+Rc^2)

В Вашем случае конденсатор емкостью 100 микрофарад имеет сопротивление примерно 15 Ом на частоте 100Гц и 30 Ом — на частоте 50Гц.
Если считать сопротивление наушников 32 Ом, то в нагрузку приходит соответственно примерно 90% амплитуды сигнала 100Гц и 72% амплитуды 50Гц.
Имхо с этим можно смириться. Но в нетбуке запросто стоИт кондесатор 10мкФ, а то и 1мкФ, со всем вытекающими последствиями для басов в наушниках.

Еще момент — насчет Вашего предположения о том, что
Если применить внешний блок питания с малошумящими стабилизаторами, звучание станет лучше, т.к. питание на шине USB содержит в себе очень много различных помех.
Питание на USB действительно очень «грязное», но обращу внимание на наличие в цепи питания стабилизатора LM1117.
Согласно документации на сей девайс, уровень подавления пульсаций (Ripple rejection) на небольшом токе составляет от 68 до 80dB в зависимости от частоты. Для наглядности: 68db — это примерно 2500раз, то есть пульсации уровнем в 0,1 Вольт (а это очень много) дадут вам в цепи питания DAC пульсацию уровнем менее 40 микровольт, на что смело можно плюнуть.
Другое дело, если Вы все же слышите гулы там какие-то абстрактные, мышку слышно, то у Вас открыт какой-то вход: линейный, микрофонный, etc. Попробуйте отключить все входы и послушать.

У USB как известно имеется 4 класса оконечных устройств.
Все же, словосочетание «оконечное устройство» является не вполне корректным переводом термина «endpoint» из стандарта USB потому, что с точки зрения протокола это никакое не устройство, а всего лишь логический адрес источника или приемника данных в интерфейсе USB устройства. В зависимости от реализации USB контроллера в конкретном устройстве, endpoint’ы могут быть, а могут и не быть реализованы аппаратно. Более корректный перевод предложить не могу. Для себя вообще избегаю перевода подобных терминов.

Кроме того, вы смешали в кучу стандарт USB и спецификацию USB Device Class Definition for Audio Devices.

Стандарт USB определяет четыре типа endpoint: Control, Interrupt, Bulk и Isochronous. При этом в аудиоустройствах для передачи данных используются isochronous endpoint’ы. Заметим, что такие endpoint’ы гарантируют пропускную способность и задержку, но не гарантируют доставку данных.

Как правило для аудиоустройств используется поточный режим с гарантированной доставкой пакетов, но без гарантии своевременности.
Наверное, здесь вы все таки имели в виду bulk-режим. Называть его поточным некорректно.
Я допускаю, что такие устройства есть исходя из теоретической возможности их создания, но мне они не попадались. Если говорить об устройствах не требующих для своей работы отдельных драйверов, то есть об устройствах совместимых с USB Device Class Definition for Audio Devices, то они обязаны использовать isochronous endpoint’ы. Таким образом, ваше утверждение ложно.

Спецификация USB Device Class Definition for Audio Devices определяет три режима синхроницации АЦП и ЦАП с хостом: synchronous(синхронный), adaptive(адаптиный) и asynchronous(асинхронный). Именно выбор режима синхронизации влияет на джиттер. Как именно — я покажу после того как мы дадим определение джиттеру в данном контексте.

Когда мы говорим о джиттере в контексте цифрового аудио, речь идет об отклонении фактического времени произведения аналого-цифрового или цифро-аналогового преобразования от сетки квантования. То есть преобразование каждого сэмпла происходит не строго в момент времени определенный частотой дискретизации, а в окрестностях этого момента времени.

Вообще, такой джиттер имеет место быть в каждом АЦП или ЦАП, а основной причиной его возникновения является нестабильность тактовых генераторов используемых для тактирования преобразователей. Однако, построить хороший задающий генератор и тем самым свести джиттер к минимуму не так сложно. Проблема заключается в том, что в дешевых аудиоинтерфейсах АЦП и ЦАПы синхронизируются не от встроенного тактового генератора, а либо непосредственно от шины USB, через умножитель частоты на PLL(если конкретнее, то от 1kHz кадрового строба USB) в режиме synchronous, либо содержат дополнительный генератор который подстраевается под частоту 1kHz от USB в режиме adaptive. Нетрудно догадаться, этот однокилогерцовый сигнал в общем случае может быть очень нестабильным. И часто таким и является. Устройства второго типа подвержены влиянию этой нестабильности несколько менее, так как подстройка частоты задающего генератора осуществляется более плавно.

Устройства, работающие в режиме asynchronous, имеют свой собственный задающий генератор и при правильной реализации неподвержены никакому влиянию со стороны USB. В создании таких устройств нет ровным счетом ничего нетривиального. Другое дело что среди дешевых микросхем для низкобюджетных аудиоинтерфейсов их просто нет.

Сухой остаток такой: USB как протокол — хороший, ничего нетривиального в уменьшении джиттера нет, не нужно это просто никому в дешевых микросхемах для низкобюджетных решений.

Еще одна проблема — фиксированный размер пакета передачи, который может быть не кратен частоте дискретизации, что опять же приведет к увеличению джиттера.
Это уже выдумки. Размер пакета передачи USB вообще никогда не кратен частоте дискретизации, если что. Скорее всего, вы хотели сказать что из однокилогерцового фреймового сигнала сложно получить стабильные 44.1kHz? Тогда — да. Но что за формулировка…

Всё верно подмечено.
Дело в том, что я всех изложенных подробностей уже не помню, когда изучал данный вопрос, но суть передал.

Что касается последнего на счёт частоты дискретизации, то размер пакета исходя из написанного в вики является константой для конкретного устройства, но только в пределах спецификации. Поэтому почему бы например не быть пакету кратным при частоте дискретизации в 48кГц?

Потому что для того чтобы пакету некоторой длины n быть кратным некоторой частоте дискретизации f, должно быть справедливым выражение: n = x*f, где x принадлежит множеству натуральных чисел. Легко видно, что n не может быть меньше f. То есть, термин «кратность» вами употреблен неверно.

Однако частота дискретизации в свою очередь может быть кратной размеру пакета. Только это совсем совсем ни для чего не нужно. До тех пор пока аудиоустройству есть что воспроизводить, а именно его внутреннее FIFO для сэмплов не пустое, данные можно передавать хоть побайтно. А если случилось так, что устройству играть уже нечего, то речь идет уже не о джиттере и рассматривать эту ситуацию с точки зрения оценки искажений бессмысленно. Такой ситуации просто не должно возникать.