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37ace54c21852247f7a944c337d9245e Microsoft 自廢武功砍掉 DirectSound,加上主機板廠商逐漸重視整合音效品質,音效卡的需求越來越式微,但依舊有 1 群較為重視電腦類比輸出的玩家,投入外接 USB DAC 懷抱。EVGA 透過旗下資源,並與英國 Audio Note 合作,推出 Nu Audio 音效卡,找回過往的熱情。

AMD 創辦人之一、曾長期擔任 CEO 的 Jerry Sanders 曾經說過:「有晶圓廠的才是真男人!」(“Real men have fabs.”),EVGA NU Audio 音效卡的誕生過程也相當類似。EVGA CEO Andrew Han 本身就是愛玩音響的同好中人,因此讓自己的公司開發 1 款音效卡是再自然不過的事。

NU Audio 音效卡鎖定在雙聲道立體音處理,因此沒有多聲道 DAC 轉換處理功能(可透過光纖 TOSLINK 輸出數位 5.1 訊號),也不具有 3D 模擬多聲道的華麗變身;主動式零件均是一時之選,被動式零件則採用英國知名 Audio Note 電容與電阻。由於近期廠商對於 PCIe 介面音效的投資並不多,NU Audio 採用 USB 外接式 DSP 處理晶片內化的方案,再透過 PCIe USB 控制晶片進行轉換。

NU Audio 包裝一隅切角做出造型
▲NU Audio 包裝一隅切角做出造型。

背面以多國語言描述 NU Audio 音效卡的特色以及規格
▲背面以多國語言描述 NU Audio 音效卡的特色以及規格。

紙質說明書包含硬體、軟體各 1 份,以及提醒使用者更換運算放大器時,須注意插槽供應的電壓(詳情後述)
▲紙質說明書包含硬體、軟體各 1 份,以及提醒使用者更換運算放大器時,須注意插槽供應的電壓(詳情後述)。

考慮到許多玩家的設備依舊採用 3.5mm 規格為大宗,因此附上 6.3mm 公轉母 3.5mm 轉接頭、RCA 梅花公轉母 3.5mm 轉接頭各一
▲考慮到許多玩家的設備依舊採用 3.5mm 規格為大宗,因此附上 6.3mm 公轉母 3.5mm 轉接頭、RCA 梅花公轉母 3.5mm 轉接頭各一。

NU Audio 採用單槽設計,外部覆蓋 1 片壓印近期 EVGA 顯示卡多邊形設計意象的金屬屏蔽蓋,音效卡側邊一隅與金屬屏蔽蓋均有開孔,方便內部晶片與線性穩壓器散熱。近期流行的 RGB LED 燈光效果似乎也被認為是不可或缺的成分,於側邊安排 1 組,並可透過軟體控制或完全關閉。

NU Audio 音效卡,正面覆蓋 1 片金屬屏蔽蓋
▲NU Audio 音效卡,正面覆蓋 1 片金屬屏蔽蓋。

金屬屏蔽蓋與音效卡側邊均有開孔,利於內部晶片與線性穩壓器散熱
▲金屬屏蔽蓋與音效卡側邊均有開孔,利於內部晶片與線性穩壓器散熱。

音效卡右上方線性穩壓器處理器,額外加裝 1 組散熱片排除廢熱
▲音效卡右上方線性穩壓器處理器,額外加裝 1 組散熱片排除廢熱。

I/O 檔板支援 2 個 RCA 梅花線路輸出、1 個 6.3mm 耳機輸出、1 個 3.5mm 線路輸入、1 個 3.5mm 麥克風輸入,此外還有 1 個 S/PDIF TOSLINK 光纖輸出
▲I/O 檔板支援 2 個 RCA 梅花線路輸出、1 個 6.3mm 耳機輸出、1 個 3.5mm 線路輸入、1 個 3.5mm 麥克風輸入,此外還有 1 個 S/PDIF TOSLINK 光纖輸出。

音效卡側邊安排 RGB LED 燈光效果,一旁針腳用以連接機殼前置面板
▲音效卡側邊安排 RGB LED 燈光效果,一旁針腳用以連接機殼前置面板。

NU Audio 音效卡電路板一覽
▲NU Audio 音效卡電路板一覽。

EVGA Nu Audio 規格

  • DSP:XMOS XU216-512-TQ128
  • DAC:AKM AK4493(384kHz/32bit、DNR:123dB)
  • ADC:AKM AK5572(Line-In、384kHz/32bit、DNR:121dB)、Cirrus Logic CS5346(Mic-In、192kHz/24bit、DNR:103dB)
  • 運算放大器:Analog Devices AD8056(Line-Out、可更換)、Analog Devices OP275(Headphone、可更換)、TI OPA1652(Line-In)
  • I/O:Line-Out(RCA R/L)、Headphone(6.3mm)、Line-In(3.5mm)、Mic-In(3.5mm)、TOSLINK、前置面板針腳
  • 連接介面:PCIe 2.0 x1
  • 輔助電源:SATA power
  • 作業系統:Windows 7/8/8.1/10 64bit

USB 橋接架構

Nu Audio 的數位音訊 DSP 處理核心採用 XMOS XU216-512-TQ128 多核心微控制器,這顆微控制器對外主要透過 USB 2.0 High-Speed 與主機溝通,因此 EVGA 在這張音效卡上安排 ASMedia ASM1042A USB 3.1 Gen1 控制器,作為 PCIe 與 USB 介面相互轉換的橋樑。

ASM1042A USB 3.1 Gen1 控制器,將 PCIe 訊號轉換為 USB 訊號並與後端 XMOS 晶片溝通
▲ASM1042A USB 3.1 Gen1 控制器,將 PCIe 訊號轉換為 USB 訊號並與後端 XMOS 晶片溝通。

XU216-512-TQ128 多核心微控制器採用 RISC 架構,內部共有 2 組區塊,每個區塊共有 8 個實時處理邏輯核心,在這張音效卡主要用來作為 DSP 數位訊號處理。除了晶片運作所需 24MHz 晶體震盪器之外,XU216-512-TQ128 附近還有 NIHON DEMPA KOGYO(NDK)低相噪 22.579MHz 與 24.576MHz 晶體震盪器,各自負責 44100Hz 及其倍數,以及 48000Hz 及其倍數取樣之用。

XU216-512-TQ128 多核心微控制器
▲XU216-512-TQ128 多核心微控制器。

低相噪 22.579MHz 與 24.576MHz 晶體震盪器,各自負責 44100Hz 與 48000Hz 及其倍數的取樣之用
▲低相噪 22.579MHz 與 24.576MHz 晶體震盪器,各自負責 44100Hz 與 48000Hz 及其倍數的取樣之用。

線性穩壓設計

進入 DAC 與類比訊號處理階段之前,先來看看這張音效卡的電源供應設計,絕大部分的電力供應(特別是與類比訊號處理部分)都不是擷取自 PCIe 插槽,而是由 SATA power 電源插座提供,再藉由多個線性穩壓器轉換所需電壓。由於音效卡同時從 +3.3V、+5V、+12V 汲取電流,因此無法使用一般的 Molex 4pin 轉 SATA power 轉接線。

NU Audio 從 SATA power 電源插座同時汲取 +3.3V、+5V、+12V,因此無法使用 Molex 4pin 轉 SATA power 轉接線,少了 +3.3V 無法正常驅動音效卡
▲NU Audio 從 SATA power 電源插座同時汲取 +3.3V、+5V、+12V,因此無法使用 Molex 4pin 轉 SATA power 轉接線,少了 +3.3V 無法正常驅動音效卡。

SATA power 輸入 +12V 之後,先行利用交換式電源結構升壓至 +16.5V 並轉換出 -16.5V,接著分別利用 TI TPS7A4701 與 TPS7A33 超低噪音線性穩壓器降壓至 +14.5V 與 -14.5V,提供耳機輸出放大器以及輸出緩衝所需。另一方面,透過 μA7810C 和 LM337 先行降壓成 +10V、-10V,接著同樣利用 TPS7A4701 與 TPS7A33 降壓至 +5V、-5V,提供 DAC、LPF、線路輸出放大器、電位器使用。此外 DAC 所需 +3.3V 電壓,則從 SATA power +5V 經過 Unisonic UZ1084 線性穩壓器轉換而來。

+14.5V/-14.5V、+5V/-5V 線性轉換區,外圍設有接地銅片隔離 +16.5V/-16.5V 交換式電源升壓雜訊
▲+14.5V/-14.5V、+5V/-5V 線性轉換區,外圍設有接地銅片隔離 +16.5V/-16.5V 交換式電源升壓雜訊。

+10V/-10V 以及 +5V 線性穩壓晶片貼有導熱墊,透過 1 個散熱片溢散廢熱
▲+10V/-10V 以及 +5V 線性穩壓晶片貼有導熱墊,透過 1 個散熱片溢散廢熱。

UZ1084 線性穩壓器負責轉換出 +3.3V
▲UZ1084 線性穩壓器負責轉換出 +3.3V。

NU Audio 音效卡上所見 Nichicon 固態電容主要作為電壓轉換後的儲能工作,類比處理晶片電源輸入的濾波去耦電容則採用 Audio Note 和 Panasonic FC 電解電容
▲NU Audio 音效卡上所見 Nichicon 固態電容主要作為電壓轉換後的儲能工作,類比處理晶片電源輸入的濾波去耦電容則採用 Audio Note 和 Panasonic FC 電解電容。

類比輸出可換設計

負責將數位音訊訊號轉換成類比訊號的 DAC 晶片,NU Audio 音效卡選擇 Asahi Kasei Microdevices(AKM)AK4493EQ,這裡設定的 PCM 音訊最高支援 384kHz/32bit、DSD256(11.2MHz),晶片原始規格動態範圍和訊噪比都是 123dB,總諧波失真加雜訊則可達 -113dB。該晶片還加入 6 種音色濾波器可供選擇,稍後軟體部分一併介紹。

AK4493EQ 為雙聲道 DAC 晶片,音效卡並未預留升級成多聲道的擴充針腳,晶片作為雙聲道使用的動態範圍與訊噪比均為 123dB
▲AK4493EQ 為雙聲道 DAC 晶片,音效卡並未預留升級成多聲道的擴充針腳,晶片作為雙聲道使用的動態範圍與訊噪比均為 123dB。

DAC 轉換輸出之後,左右聲道各安排 1 顆 LME49724 全差動音訊放大器,應是作為 LPF 低通濾波與放大之用,期間自然少不了採用 Audio Note 電解電容與電阻,以及 WIMA 薄膜電容。之後透過 Analog Devices AD8056 電壓回授型放大器,將差動訊號轉為單端訊號,輸出至左、右聲道 RCA 梅花插座線路輸出。

2 顆 LME49724 負責 LPF 低通濾波與訊號放大
▲2 顆 LME49724 負責 LPF 低通濾波與訊號放大。

類比訊號處理大多透過 Audio Note 電解電容與電阻、WIMA 薄膜電容,其中電阻均為 ±1% 規格
▲類比訊號處理大多透過 Audio Note 電解電容與電阻、WIMA 薄膜電容,其中電阻均為 ±1% 規格。

AD8056 電壓回授型放大器負責將差動訊號轉換成單端訊號至線路輸出,-3dB 頻寬達 300MHz,跳越率(slew rate)則為 1400V/μs
▲AD8056 電壓回授型放大器負責將差動訊號轉換成單端訊號至線路輸出,-3dB 頻寬達 300MHz,跳越率(slew rate)則為 1400V/μs。

接著進入耳機輸出處理,左、右聲道訊號先行進入 Dallas Semiconductor(已被 Maxim Integrated 收購)DS1882 雙聲道音訊數位電位器調整音量,因此 PCM 音訊除了可以透過 XU216-512-TQ128 調整 EQ、音量之外,播放 DSD 輸出至耳機時也能夠調整大小聲。

DS1882 雙聲道音訊數位電位器讓 DSD 音訊也能夠在輸出耳機時調整音量,並避免採用軟體調整音量壓縮動態範圍
▲DS1882 雙聲道音訊數位電位器讓 DSD 音訊也能夠在輸出耳機時調整音量,並避免採用軟體調整音量壓縮動態範圍。

調整音量大小之後,DS1882 輸出訊號至 OP275 運算放大器進行放大作業。選擇這顆的原因不外乎能夠驅動阻抗 600Ω 的耳機與調音,若是玩家不喜歡的話, DIP-8 直插腳座的設計可自行更換,但須注意運算放大器適用電壓範圍,NU Audio 於耳機放大處提供 +14.5V/-14.5V,線路輸出則是 +5V/-5V。接著左、右聲道再分別進入 1 顆 LME49600 高電流耳機緩衝晶片。

OP275 運算放大器負責耳機輸出孔的放大作業
▲OP275 運算放大器負責耳機輸出孔的放大作業。

2 顆 LME49600 高電流耳機緩衝晶片放在 OP275 和耳機 6.3mm 插座之間,以便更好地驅動低阻抗耳機
▲2 顆 LME49600 高電流耳機緩衝晶片放在 OP275 和耳機 6.3mm 插座之間,以便更好地驅動低阻抗耳機。

線路、麥克風雙輸入

Nu Audio 雖未留下升級類比多聲道輸出的可能性,卻依舊留有線性、麥克風等 2 種 3.5mm 雙聲道輸入。先從較為簡單的麥克風輸入說起,訊號進入音效卡之後,經過一些電容、電阻交連訊號,直接進入 Cirrus Logic CS5346 ADC 晶片的麥克風輸入腳位,內建 32dB 的前置放大,最大取樣規格為 192kHz/24bit。

麥克風輸入處理路徑較為簡易,直接將訊號輸入至 CS5346 ADC 晶片
▲麥克風輸入處理路徑較為簡易,直接將訊號輸入至 CS5346 ADC 晶片。

線路輸入的處理路徑比較複雜,訊號輸入音效卡先行經過 OPA1652 放大訊號,雙聲道再各自進入 THS4551 全差動放大器,將單端訊號轉換為差動訊號,再餵給後端 AK5572 雙通道 ADC 晶片。EVGA 將此 AK5572 ADC 晶片取樣規格設定與音效卡的輸出相同,均為 384kHz/32bit。

線路輸入訊號先行經過 OPA1652 放大
▲線路輸入訊號先行經過 OPA1652 放大。

透過 2 個 THS4551 全差動放大器,分別將線路輸入 2 個聲道的單端訊號轉換為差動訊號
▲透過 2 個 THS4551 全差動放大器,分別將線路輸入 2 個聲道的單端訊號轉換為差動訊號。

2 個差動訊號最終輸入 AK5572 ADC 晶片進行處理,取樣規格最高設定在 384kHz/32bit
▲2 個差動訊號最終輸入 AK5572 ADC 晶片進行處理,取樣規格最高設定在 384kHz/32bit。

NU Audio 音效卡電路板除了電容、電阻、各類晶片之外,還可以見到 3 顆 NEXEM(前身為 NEC Tokin)UC2 系列繼電器,其中 1 顆放置在線路輸出之前,應是作為開機防爆音之用,另外 2 顆分別安排在耳機 6.3mm 插座之前以及電路板中央,負責耳機輸出、麥克風輸出的背板、前置面板路徑切換,不若部分音效卡採用另外 1 組較差的 DAC、ADC 路徑。(機殼前面板的設計與製造品質又是另外一回事……)

音效卡電路板安排多顆 UC2 系列繼電器,讓前置音效面板輸出也可以享受到背板輸出的品質
▲音效卡電路板安排多顆 UC2 系列繼電器,讓前置音效面板輸出也可以享受到背板輸出的品質。

NU Audio 音效卡類比輸出路徑示意圖
▲NU Audio 音效卡類比輸出路徑示意圖。

NU Audio 音效卡類比輸入路徑示意圖
▲NU Audio 音效卡類比輸入路徑示意圖。

 

(下一頁:軟體控制面板與試聽)

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