自制LSPCAD音频测量盒——从声卡做起

linsong007

  我现在用的测量盒是过去依照LspCAD说明里的各种测量时的声卡接法做的。为了连接和移动的方便，选用了一款质量不错的USB声卡（SB-0270），把它装在了测量盒内部，成为测量盒的专用声卡。这样与用台式机声卡相比，连接线就仅为一根USB线了，用起来很方便，可以随着笔记本电脑到处搬家了。
可是，最近需要帮朋友再做一台时，却找不到合适的声卡了（或者说便宜而又好用的声卡）。这时突然想，仅仅使用线路输入、输出功能（Line in、Line out）的声卡又不算太复杂，为啥不自己做一个呢？

  于是先去了解了一些声卡芯片，…… 后来选择了两款芯片，一个是百灵达声卡的主芯德州仪器的BB-PCM2902，另一个是3S用于USB耳机/麦克风的芯片1629。
这两种芯片都具有双声道DA/AD功能且的外围电路都不算复杂，参考产品规格书上的电路范例，在网上凑齐了器件后找块洞洞板开做……

的确比过去想象的要容易些，很顺利就焊好了（感觉过去花一百多买声卡被坑了），接下来做了环路性能测试（就是把输出返送到输入端）。

  PCM2902的频响很好，20~20khz平直，失真很低（0.1%以下），采样率支持32k、44k、48k三档，只是音频输出太弱了，在默认音量下输出只有20几毫伏，当音量拉到100%时输出100毫伏，但失真达到5%。显然它只是声卡的“核心”芯片，真要用它必须增加外围放大等电路才行。


  1629是个单芯片声卡，内部既有麦克风放大又能驱动耳机，采样率支持8k到48k的各档，失真及输出能力都没啥问题（1V以上），只是环路测试频率在20khz时有近3dB衰减，但这对测量盒来说不会有实质影响（我还是为此做了补偿，其实测试软件里的“声卡校准”可以作补偿）。

声卡有了，本该接下来该作测量盒的其它部分了，但这时我又冒出个新的想法——既然只为测量盒制作声卡，那何不做成测量专用的呢？

  以往音频测试盒的最大麻烦（除了复杂的连接线外）在于，声卡的输入、输出、测试盒的功放音量都需要调整且相互关联，令人头大。能否通过这个自制声卡来解决这些麻烦呢？
按道理说应该可以通过一些设置或驱动程序把声卡的输出、输入设定成所需要的固定值，这样就免去了在电脑上调来调去的麻烦（不用调或不可调），插上就能用那该多好。
  但这里有个问题，连接在电脑上的声卡的输入、输出电平是由声卡参数和驱动程序共同决定的。即同一个声卡安装在不同操作系统的电脑上，或由于驱动程序版本的不同，其输出电平也可能不同。遇到这个问题我可就无能为力了（总不至于专门为这个声卡编写驱动程序吧）。
  还有一个问题就是，在实际测量喇叭（或音箱）时，有时用很小的功率（测小喇叭或耳机），有时用大功率，而测量盒的电路结构是通过内部的功放后取样返送的，只要测量输出端电平变了，在电脑上就需要重新设置声卡输入……。不过这难不倒我，经过一些分析整出了一套“取样恒定”的方法，就是用多联电位器在功放输入增大时，电位器的另一联作同步衰减，这样不管测量输出调大调小，功放后的返送取样始终是恒定电平。这就可以随时改变SPL测试时的输出功率而不必再调整声卡了。
  想要在PC端把声卡的输入\输出参数固定就需要寻求（比规格书）更多地资料以及厂商的技术支持。这样一来国产1629还好办，而2902因无处寻找更多资料和支持，也就没法继续推进了（尽管它性能很好）。
  声卡最终选定了3S的1629，并按计划进行了一些列试验。发现锁定输入、输出电平，在XP系统下可以很好的工作，但放到WIN7系统下输出电平就变了（输入倒是正常不变）。显然，XP与WIN7的驱动参数是不一样的，就此只能固定输入电平了，不过这样依然将声卡设置步骤简化了不少。
  最后达成的参数为：默认输出电压（JustMLS信号）为0.7Vrms；输入电压固定为0.6Vrms（预计出黄格临界值）；默认采样率44.1khz，支持8k~48k各档采样；总失真率0.1%。

  声卡搞定了接下来先做试验电路。这个测量盒基本由声卡、功放、MIC放大、信号切换、电源五个部分组成。为方便试验分别做成了独立的“功能模块”。

   功放板(图左中)由x宝买来现成的，改改器件和参数（原配的1875显然是2030混充的），其它部分就自制了。
  最麻烦的就是信号切换部分(图左上)，要做到“取样恒定”理论上简单，但实际实施起来有些小繁琐（为解决多联电位器同步问题就做了好几个版本）。使用了波段开关来做切换，令使用操作简单明了——校准、阻抗、频响，三个档位。
  MIC放大部分(图右上)是由双运放5532构成的+27dB~+37dB可调增益放大器，目的是为适应不同灵敏度的麦克风（通常使用WM-61，但WM-60性能更好，但它的灵敏度低了近10dB），同时也为实际测试提供更大的灵活性。
  为了方便，不打算制作专门的电源，而采用现成的24V电源适配器，可它是单电源。为此用TDA2030做了个单-双电源转换板（24V变+/-12V图左下）。
  经过好一番调整折腾（其实上述声卡的各项参数是在这番调整中逐步确定的）才确定了电路。好多问题想想简单，但真正做起来颇费心思，比如为解决多联电位器的同步问题就折腾了近一个月……最后总算搞定了。

  当然，这一堆“积木”再好用也是无法见人的，接下来就该做“产品样机”了。将这些功能模块画成电路板并送出打样，网上凑齐零件开始做（样板一做就是5块，可以先做它几台试试）。


  铝外壳在网上选了一种，面板得自己设计制作。好在俺有3D打印机，是祭出它的时候了（这玩意儿超难伺候），打印很耗时但精度挺好，顺便还打了几个测试话筒的外壳（看到话筒底部的螺纹孔吗？安装在照相机的三脚架上很方便）。

  做好面板后装起来看看，有了面板后像模像样把？为它起了个名字——J-Box（即JustMLS测试盒的意思）。

  声卡的设备名称也叫J-Box这个名字，这样就不会在电脑上与其它声卡搞混了。



  总体功能：
  面板左部功能区是测量话筒的输入接口及增益控制（MIC IN、MIC GAIN），由27dB~35dB可调；
  中部是功能切换（校准-阻抗-频响 CAL-Z-SPL）；
  右部是测量端口及电平控制（PORBE、OUT LEVEL），输出为1.1~6.6Vrms可调（对应8欧负载的输出功率就是0.15W~5.4W）。
  为了测量自带功放的有源音箱，增设了线路输出的测量端口（AUX OUT），输出电压为测量端的1/10 (0.11V~0.66V)，这样对音响系统的测量也很方便了。
  当然，它的最大特色在于电脑端声卡设置的简易——XP系统插上后不必去理会声卡设置，直接就能用，超方便。而WIN7系统只需调整一次音量控制条就行了，输入电平（Line in）值已被锁定，控制条不再起作用（看似可调，其实内部固定了）。

  就这样，历时近三个多月、耗资近千元的设计制作终于完成了。这台开销虽然大了点，但单机成本并不太高（外壳及装饰就占了快一半）。我想再把它进一步完善些，做成一个产品给更多爱好者用岂不更好？
  目前这几台样机在WIN-XP、WIN7x64操作系统下的运行状况良好。测试时除有一台XP系统的电脑不能正确识别声卡（感觉是XP系统没安装全，但那是别人的电脑，没办法重装系统再试）外，其余都很正常。
  输出电压旋钮的刻度实在难以精细了，因为在不同采样率下输出电压也会有些变化，既然这样，以后干脆把它标成个笼统的数值。


补充内容 (2019-9-20 22:10):
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++出成品了，在本坛“二手&交易区”里有链接网店。
《音频测量盒 LspCAD JustMLS测量工具》
http://bbs.hifidiy.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1416785

补充内容 (2019-9-20 22:26):
坛内朋友有优惠价，需要发消息给我。
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

锥盆洗手

很好，使用搬动都方便。赞！

squallwsx

声卡这个够用，但是如果想测量失真，就差一点了。。。既然都做了，不如搞一个24BIT 192KHZ方案，这样测量音箱失真多好。。。

squallwsx

前段时间我疯狂的到处找资料也是想自己搞一个全集成的测量盒子。。。现在的好多USB音频接口芯片的ADC功能都是开放的，但有一个品牌是关闭的，就是那啥SA9227的那个。。。

sjf003

好东西。

flscs1

楼主的技术了得，如果能支持LSPLAB，REW等更多的测试软件岂不更好！

squallwsx

flscs1 发表于 2019-3-5 11:44
楼主的技术了得，如果能支持LSPLAB，REW等更多的测试软件岂不更好！

LSPLAB应该做一个IN的声道翻转就可以，REW最近很多人都在用，真的很好用么？

flscs1

squallwsx 发表于 2019-3-5 11:52
LSPLAB应该做一个IN的声道翻转就可以，REW最近很多人都在用，真的很好用么？

REW一般都是影院发烧友调炮所用，测试阻抗是扫频法，应该比JUSTMLS的阻抗准确！

linsong007

squallwsx 发表于 2019-3-5 11:52
LSPLAB应该做一个IN的声道翻转就可以，REW最近很多人都在用，真的很好用么？

我不太会用LoudSpeaker LAB，但马上试了试。
感觉Line in声道不必反转就能用呀？
这就是临时测量的spl图


这个是用Lspcad测的。电路连接没动过。


对了，这可能与LoudSpeaker LAB里的“测量盒”的设置有关吧。我用的是“Version 3”（看图）

linsong007

squallwsx 发表于 2019-3-5 09:28
声卡这个够用，但是如果想测量失真，就差一点了。。。既然都做了，不如搞一个24BIT 192KHZ方案，这样测量音 ...

我所理解失真测量和声卡品质应该没啥关系。因为软件就是把扫频的输出信号与返送回来的信号进行对比算出来的。
比方声卡输出烂，被测系统也挺烂，那返送回的信号就是烂上加烂，这两个“烂”对比的差值就是失真（大概如此，说的不准确）。

squallwsx

linsong007 发表于 2019-3-5 16:13
我所理解失真测量和声卡品质应该没啥关系。因为软件就是把扫频的输出信号与返送回来的信号进行对比算出 ...

不不不，我所指的是，采样频率带宽。。。48KHZ,测量更高次的谐波失真，带宽不够用啊。。。其次才是自身性能，嗯，这个也挺重要，嘛，反正就是尽量好，比如声卡失真还大于喇叭失真这还咋测失真哇，虽然这基本不可能，就是比方而已

yaojen

大哥请问lspcad.,win7汉化版在哪里下载的

linsong007

yaojen 发表于 2019-3-5 21:47
大哥请问lspcad.,win7汉化版在哪里下载的

就在咱们坛子里呀。“lspcad.6.32中文版汉化版，WIN10,64位可用！附教程”
win7下很好用。

flscs1

linsong007 发表于 2019-3-6 02:27
就在咱们坛子里呀。“lspcad.6.32中文版汉化版，WIN10,64位可用！附教程”
win7下很好用。

都自己设计了，用些24BIT 192KHZ的芯片，为这款测试套件带来潜力多好！

linsong007

flscs1 发表于 2019-3-6 13:45
都自己设计了，用些24BIT 192KHZ的芯片，为这款测试套件带来潜力多好！

只是为了lspcad做个方便的测量盒，够用就行。谁会把它当播放器用呢？真要高端些宁可买现成的（大不了改改），自己做往往费力不讨好。

flscs1

linsong007 发表于 2019-3-7 03:10
只是为了lspcad做个方便的测量盒，够用就行。谁会把它当播放器用呢？真要高端些宁可买现成的（大不了改改 ...

不是用于播放，用于20-20KHZ的失真测试！

gaosc

超赞，楼主厉害！！！

stjerry

你好楼主，测试盒出成品吗？

linsong007

stjerry 发表于 2019-5-21 19:02
你好楼主，测试盒出成品吗？

好了。正在编写说明书…… （前些日子挺忙，耽误了）

感兴趣的话发消息吧。

stjerry

linsong007 发表于 2019-5-24 16:55
好了。正在编写说明书…… （前些日子挺忙，耽误了）

感兴趣的话发消息吧。

你好，收消息。