我的 USB DAC 連接方案
自從看了 xtreme 的 iFi Purifier2 開箱文後，我就在想能不能弄一個窮人版的。儘量拿一般人手上現有的零件，搭出一個便宜又有顯著效果的 USB DAC 連接器。
Part 1. FE1.1s
首先，第一個主角， axpro USB 2.0 Hub。
構造非常簡單，一個不到 150 元。原本是我帶筆電出差旅遊時用的，今天就請他為了數位音響界獻身。
扒開驗身。主晶片是 湯銘科技 (Terminus) FE 1.1s USB 2.0 High Speed 4-Port Hub Controller Single Transaction Translator。不是工業級的 FE 1.1 MTT 晶片。不過我只在這個 Hub 上接一個設備。我想單通道、多通道差別不大。
我挑這個 Hub 來動手，主因是看他線路簡單，方便加工。例如 DIY 高手可以拔掉上頭的 USB 母座，把線直接焊在上頭。加個 LDO 穩壓，灌膠，再套個鐵製外盒。
其他配角皆以我手上現有的為準，只有一樣是訂製的。
- 佳翼 PCI-E USB 3.0 擴充卡，NEC 720202 晶片。我的電腦主機板沒有 USB 3.0 埠，所以就插了這片擴充卡。沒屋頂價 300 元。
- ProBest USB 3.0 A公A母延長線，1M。接在我的 PCI-e USB 3.0 擴充卡上的延長線。今天拿來測試。估價 150~180元。
- Nokia 手機附贈 USB 充電器，5V/1A。估價 200 元。
- 忘記買什麼東西附贈的 USB 轉 DC 5.5/2.1 電源線。電子材料行找一找，應該不到100元。
- 唯一特地到沒屋頂找 audioreality 訂製的 USB 訊號電源分離線 (OFC6)。一條 380 元。
各部組合。市價約1300元。
PK 對象， ASEN USB 2.0 工業線 A公B公，1M。我原本是用這條接我的 DAC 。
我這個組合有四個目的:
- 透過 Hub 晶片重整 USB 訊號。
- 確保最短路徑，所以從 Hub 到 DAC 這段用超短線。
- 確保 USB 訊號和電源分離，而 USB DAC 這一頭只吃穩定的外部電源。
- 最重要的一點，低成本。
順便說明一下我的 DAC (TEAC UD-H01) 的特性。他雖然是獨立電源的 DAC ，但是他的 USB 接收晶片模組必須從外部供 5V 電驅動 。正常情形，用 USB 線連接電腦和 DAC 後，就會從 USB 線得到電腦端送來的 5V 電驅動 USB 接收晶片模組，然後 Windows 才會抓到這台 DAC 。換句話說，如果把 USB 線的 5V 端子短路，這台 DAC 的 USB 模組就不會動作。
當然啦，我們知道電腦送來的 5V 電品質不好，所以 USB DAC 的玩家無所不用其極地想砍斷這條線，改用更穩定的電源去驅動 DAC 內的 USB 接收晶片模組。而我拿三用電錶量過 audioreality 這條線， USB 線的 5V 確定斷路。 5V 電只會從 DC 座通入。所以我用這條線連接 Hub 和 DAC ，可以保證 DAC 不吃電腦或 Hub 電，只吃外部獨立電源從 DC 端口送入的電(在此我用 USB 充電器)。
順便一提， USB Hub 上的晶片是主動式元件，他也要 5V 電才會動 。這又是一個坑。我的案例中， Hub 會吃 PCI-E 擴充卡送來的 5V 電。而擴充卡的電則接自電腦電源供應器 12V 電源，並非主機板送來的電。
測試音樂:
- 高雄國際音響大展 2015 年CD: Skoda - Schubert Impromptu No.3
- 高雄國際音響大展 2006 年CD: Floweryard - Spring
- 高雄國際音響大展 2008 年CD: 藏密 - 儀式 Rites
- 高雄國際音響大展 2013 年CD: 吳睿然 - 單簧管小夜曲 原鄉映像。
硬體:
- DAC: TEAC UD-H01
- 擴大機: Sansui AU-777D
- 喇叭: 雅瑟 CP-730
接法:
- A組: PCI-E USB 3.0 擴充卡 -> ASEN USB 線 -> DAC 。
- B組: PCI-E USB 3.0 擴充卡 -> ProBest USB 3.0 延長線 -> USB Hub -> USB 電源分離線 / 外接電源 -> DAC 。
為消減變數，使用同一個 PCI-E USB 3.0 擴充卡的埠。
我聽了一整晚，是聽得出有些不同，但結論是「無顯著差異」。因為聲底、音色都沒有改變，就質感有提昇。打個比喻，就像同系列擴大機，從較低階級的型號往上換成高一兩級的型號。這些改變配上普通的錄音，例如多數流行樂，還蠻無感的。盲測的話，可能還聽不出來。相較於換擴大機，可以聽得出全方面的差異，我用得這個 DAC 連接方案就只能說「無顯著差異」了。
Part 2. GL850G
過了幾天。我又測試了另一片 USB Hub 。即下圖右邊的 Hub:
這個 Hub 採用創惟 GL850G 晶片加上鐵皮的石英晶振。借用 xtreme 轉貼的 USB HUB 晶片比較圖 之內容，和我一開始用的 FE1.1s 晶片搭圓管晶振 Hub 之規格差異如下:
Hub 晶片FE1.1s:
- STT
- LDO 內建，溫度低
- 可延伸到 7 port (伽利略有一款 7 port 帶變壓器的 2.0 Hub，內部就是用兩顆 FE1.1s併成)
- 相容性極佳
- 線長: 1.5M正常，5M正常
- Hub 使用誤差最大的圓管晶振。
Hub 晶片GL850G:
- STT
- LDO 內建，溫度高
- 無延伸性
- 相容性普通
- 線長: 1.5M正常，5M不工作
- Hub 使用一般鐵皮晶振。
在我的連接方案中，線長只有 1M ，不需要接多個設備，這兩個晶片規格上的主要差別就是內建的 LDO 溫度了。創惟 GL850G 工作溫度略高，但手摸上去只是微溫程度。 FE1.1s 那顆摸上去同室溫。
這兩片 USB Hub 的線路設計都很簡單。就規格來說 FE1.1s 優於 GL850G 。但我分別接上這兩片 Hub 試聽之後，則是 GL850G 搭鐵皮晶振的那片，控制力較佳。顯然那顆晶振準確度的重要性更大於 Hub 晶片的規格。
Part 3. NEC 晶片
最後，我找到了一塊 NEC 晶片的全新 USB Hub ，不到400元。半信半疑下，我還是訂了。反正實物和產品資訊不符的話，我可以馬上退貨。
收到貨，這塊 Hub 原本就是裸板，倒也不用拆了，直接驗明正身:
NEC D720112GK ，這確實是傳說中搭配 USB DAC 最好的是晶片。但我首先注意到它搭配的晶振是 30Hz ，時間精度高於先前那兩款晶片。我前面就測過，石英晶振的準度影嚮比 USB Hub 晶片規格更大。湯銘和創惟的 USB Hub 晶片搭的都是 12MHz 晶振，就 NEC 晶片搭 30 MHz 晶振。只看晶振規格，直接打趴其他家晶片方案。莫非這就是數位流玩家直說非 NEC 晶片不可的原因？
這塊 USB Hub 設計上是放在 PC 3.5 吋前面板孔的。所以提供的外接電源接口是 PC 4P 電源(12V)。不過我的從 Hub 到 DAC 這一段用了電源分離線，所以不接這個外接電源。
先用它內附的 USB 接線比對測試:
- A: PC -> USB接線 -> HUB (FE1.1s+12MHz晶振) -> 電源分離 -> DAC
- B: PC -> 電源分離線 -> HUB (GL850G+12MHz晶振) -> 電源分離 -> DAC
- C: PC -> USB接線 -> HUB (NEC晶片+30MHz晶振) -> 電源分離 -> DAC
C 方案的 PC 端到 Hub 端還沒用上電源分離線，但完全聽不出比 B 方案差的地方。音樂走到大動態的樂段(高雄國際音響大展 2008 年CD: 藏密 - 儀式 Rites)，控制力更上一層樓。
A 方案則是我最初的 DIY 方案，和 C 方案相比的架構最接近。A 方案試聽結論是無顯著差異，但 C 方案則是有感。
NEC 晶片確實是窮人 Purifier 的最終 DIY 選擇。買不買得到則是另一回事了。
USB DAC 線路設計最終解
我在搞這個連接方案時，就一直在想，大家都知道 USB DAC 連接時首要問題是電。為什麼廠商還一直推出標示 audio 專用的”普通” USB 線？ 這有意義嗎？像我原本用的 ASEN USB 工業線，也是標示 DAC 專用，1M長要1000多元。價格和我連接方案採用的雜牌軍差不多，但效果卻不見得比較好。
如果我的想法無誤，那麼 USB DAC 設計時，應該在 USB 接收模組上，再加一個 Hub 晶片。而這個模組上的 Hub 晶片和訊號接收晶片則直接從 DAC 內的線性電源各拉一條 5V 電過來用。接收模組的 USB 母座上的 5V 端子線路則要切斷。此一做法，等於直接把上述的連結方案法內建在 DAC 中。使用者再也不需要做一堆小配件，直接用一條正常的 USB 訊號線連接即可。
附上 USB 電源訊號分離線的 DIY 線路圖:
注意，地線(GND)必須準備兩股。 USB 輸入頭和電源輸入頭各接一股地線，然後一起焊在 USB 輸出頭的地線端點上。線材的話，以 22AWG 為宜。不會太粗也不會太細。
如果你想要自己 DIY 一個 USB DAC 連接器的話，可以考慮 USB Hub Zero 這個 Rasbperry Pi 套件。不過台灣沒賣。