remplacement des convertisseurs

Décembre 2008

 

 

Introduction

Depuis la sortie du DCX2496, la société Asahi Kasei Micro Electronics dont les AK4393 ont été choisis par Behringer a développé deux générations de convertisseurs successives. Le dernier en date est l'AK4396 avec des spécifications qui le destinent aux formats DVD Audio et SACD dans des appareils haut de gamme. Il intègre en outre une fonction de réglage du volume à 256 niveaux par commande logicielle.

Or il se trouve que monsieur Asahi Kasei, dans sa grande sagesse, a prévu une compatibilité complète avec l'AK4393 et que la lecture attentive de la datasheet du petit dernier m'a donné envie de tenter une opération un peu dingue : remplacer les convertisseurs d'un de mes DCX2496 ! Pourquoi donc ? Parce qu'ayant lu des commentaires élogieux sur les qualités audio des AK4396 je me devais de vérifier ce qu'il en est réellement.

Avant de voir comment l'opération se déroule donnons un petit coup de zoom sur certaines caractéristiques de l'AK4396. D'abord, on remarquera que la consommation a notablement baissé avec une valeur annoncée de moins de 200mA (180mA en fait) à comparer aux 310mA de l'AK4393. C'est probablement le résultat des progrès dans le domaine de la gravure du silicium, comme c'est le cas dans les composants d'ordinateurs. Ce signife moins de chaleur dissipée.

Voyons ensuite la courbe de réponse des deux générations de puces. Asahi Kasei publie des informations très interressantes sur l'AK4393 et sur l'AK4396 pour qui sait aller les chercher (ce sont les documentations des Evalutation Boards), ces données ne figurent pas dans les datasheet des produits.

Courbe de réponse de l'AK4393

 

 

Courbe de réponse de l'AK4396

Notez que la linéarité de l'AK4396 est meilleure, même s'il serait malvenu de reprocher quoi que ce soit à son aîné étant donné le niveau auquel ces différences se situent. Néanmoins elles existent, et même avec le lissage important utilisé par Asahi Kasei pour la publication de ces courbes on voit que l'AK4393 présente un petit accident d'amplitude à 16 ou 17 KHz. Certes il n'est pas audible dans le domaine fréquentiel mais il laisse une trace nette dans le domaine temporel sous une forme que nous appellerons du traînage.

Les courbes de distorsion sont également interressantes, remarquez l'allure différente de la courbe de l'AK4396 dès 9KHz.

 

 

Enfin le niveau de sortie de l'AK4396 modulé à 0dB Fs avec une tension de référence VREF_H de 5,00V est très légèrement supérieur à celui de l'AK4393 dans les mêmes conditions, j'ai mesuré 2,8pp (peak to peak) à la sortie des AK4396 alors que l'AK4393 délivre 2,4Vpp dans les mêmes conditions.

Tout cela était suffisant pour que je me lance dans une opération à DAC ouvert...

 

 

La greffe

Etant donné le risque de destruction de la carte DSP (carte principale) du Behringer lors de ce tweak je déconseille à quiconque n'ayant pas le matériel ou la pratique nécessaires de se lancer dans cette opération

 

La première étape consiste évidemment à dessouder les AK4393. Pour cela j'ai investi dans une station de maintenance à air chaud pour CMS. L'opération aurait été également possible sans cet outil et à condition de faire preuve de beaucoup d'habileté. J'en fais la démonstration ici sur une carte d'ordinateur comportant des composants au même format, à savoir du VSOP (pour Very Small Outline Package) également appelé SSOP (Shrink Small Outline Package). En clair, et comme l'indiquent les spécifications du format la puce mesure moins de 9mm x 5mm et possède 28 broches de 0,2mm espacées de 0,5mm, d'où l'avertissement ci-dessus. La photo montre un des AK4393 après dépose et mon doigt sert d'échelle :

 

Ces éléments étant connus, les images qui suivent se passent de commentaires fastidieux. Je dirai simplement que lorsque le DCX est réassemblé et qu'il démarre normalement dès la première mise sous tension on est envahi d'un sentiment de soulagement mêlé de fierté...

Adieu les AK4393...

  

 

...et bonjour les AK4396

  

 

 

 

 

 

L'écoute

La surprise de ne pas avoir détruit le DCX2496 étant passée, il faut maintenant se livrer à une écoute attentive. Celui est est configuré "classiquement" à savoir qu'il a reçu les modifications de base : l'alimentation analogique des convertisseurs, un étage de sortie passif et une horloge de précision. En fait il s'agit d'un DCX2496 acheté d'occasion (il était alors en panne) tweaké à partir d'éléments de récupération mais parfaitement opérationnel. Je l'ai d'ailleurs surnommé Emmaus pour cette raison. On remaquera l'apparition de blindages de feuillard de cuivre à certains endroits, suite au constat que le DCX2496 et surtout son alimentation à découpage est un véritable four à micro-ondes. Un fil de cuivre relie tous les blindages entre eux et évacue les saletés vers la borne de terre du chassis. Pour les incrédules il suffit de ballader la sonde d'un oscilloscope reliée à un bout de fil (isolé) dans le chassis ouvert pour découvrir l'horreur de la situation...

 

 

Après programmation et implantation des paramètres de filtrage ce DCX il a été installé dans le système principal.

Je dois le dire, je m'attendais à une différence très difficile à percevoir, voire à aucune différence. Néanmoins il ne m'a pas fallu longtemps pour me rendre compte que ces nouveaux DACs apportent un supplément de naturel dans le haut du spectre. Le secteur haut-medium et aigu a gagné en fluidité et en douceur et a perdu tout aspect électronique ou HiFi, bien que le DCX modifié aille déjà très loin de ce point de vue. Le Behringer n'est pas transfiguré mais il a clairement gagné en résolution et en micro dynamique, je le répète essentiellement dans le haut du spectre. Cette partie de la bande audio est en fait la plus difficile à restituer pour quelque maillon audio que ce soit, et là le progrès est patent bien que subtil. Les cordes des violons sont restituées avec ce soyeux, cette sérénité et cette puissance sans agressivité qui caractérisent les éléments à très faible distorsion. Des sybillances ont disparu. Je ne pensais vraiment pas qu'il était possible de faire progresser encore le DCX2496 et c'est pourtant chose faite. Intrigué par un gain qualitatif qui n'aurait pas dû être audible j'ai fait quelques recherches sur ces convertisseurs et j'ai trouvé les commentaires suivants sur un site consacré à l'audio haut de gamme. J'ai mis en gras ceux qui me semblent les plus interressants, car ils confirment ce que j'ai entendu :

Flemming Rasmussen's Gryphon Mikado uses AKM DACs. With AKM's latest-gen 32-bit 4397 DAC, so does Esoteric in their new D-05 converter. As does Alex Peychev in his Esoteric-based, massively paralleled APL Audio NWO universal machines. In August of 2006, Peychev clarified that while "the Transporter has one physical DAC, it equals two DACs per channel. Each AK4396 (which is the current top-line AKM 'miracle' DAC) has two outputs per channel. One is 0 and the other is at -180-degree, aka differential or 'true balanced'. Since the Transporter uses both outputs of the DAC chips, this equals 2 DACs per channel. Being AKM's flagship part, this DAC has up to 10 times less out-of-band noise compared to anything similar on the market today. It also has the capability to accept a 216KHz sample rate while keeping the same digital filter oversampling rate and the same speed of the modulator."

Richard Kulavik of AKM Semiconductors explained it this way : "This DAC is a large departure from other delta-sigma DACs designed by us and others like BurrBrown, Analog Devices and Cirrus Logic. The AK4396 is an entirely new modulator, pioneered and patented by AKM. It achieves something unique. In the past, many of the old Phillips and BurrBrown parts were R-2R* based products. These older products were looked upon as some of the best. One of the reasons was high frequency noise. In older R-2R parts, HF noise was not present. In all delta-sigma parts prior to the AK4396, everyone has fought HF noise caused from the delta-sigma modulator with the insertion of large filters and other parts to attempt to solve a problem created by the delta-sigma design. The AK4396 today effectively does not suffer any modulator-induced HF noise and is over 60dB better than the nearest Cirrus and BB devices. All of this HF noise can cause many audible artifacts downstream. That is the 'miracle' we believe is making the difference today. This part gives you the performance and linearity of a delta-sigma device with the noise performance of an R-2R part, something that was never previously available." (In the professional markets, AuzenTech's X-Meridian 7.1 and Sondigo's Inferno sound cards for example each run four AK4396s "for DVD-A/SACD level fidelity for professional audio applications.")

Ce n'est pas un hasard si dCS, pour son modèle 955, a bâti son convertisseur autour d'un réseau de résistances montées en R-2R, procédé appelé Ring DAC. Le niveau d'exigence de ce constructeur et la réputation non usurpée de ses produits ne fait que confirmer l'importance de l'absence de bruit à haute fréquence dans un convertisseur.

* définition de resistor ladder , ou R-2R