高品質DIY D/Aコンバーター構築：完全ステップバイステップガイド

DIY D/Aコンバーターについて、iPod、ラップトップ、その他のオーディオ機器からデジタル保存された情報を、私たちが聞くアナログサウンドに変換するのはトリッキーなプロジェクトです。簡単そうに聞こえますが、DAC（デジタル-アナログコンバーター）という1つの鍵となるコンポーネントなしでは、望む結果は得られません。音質を向上させるだけでなく、優れたD/Aコンバーターはより良い音響背景を得ることを可能にし、プロジェクトのリスニングスコープを深めます。ここが一番のポイントです。DACを購入する必要はありません。DIY DAC（デジタル-アナログコンバーター）は安価で比較的簡単です。さらに、いくつかのツールと機器で自分で作れます。しかし、難しいと感じたら心配しないでください。私たちがサポートします。さっそく始めましょう。

デジタル-アナログコンバーターの仕組み

DACの仕組みに入る前に、デジタル-アナログコンバーターとは何かを説明しましょう。

電子機器の観点から言うと、DACはオーディオデバイスからデジタルデータを取得し、アナログオーディオ信号に変換します。その後、これらの信号をアンプに送ります。したがって、デジタル録音を聴くとき、あなたが聞いているのは変換されたアナログ信号です。

変換プロセス

出典：Wiki Commons

しかし、さまざまなDACには異なる品質があります。例えば、スマートフォンには会話には十分な基本的なDACがありますが、お気に入りの音楽コレクションを楽しむには不向きです。そのためにはスピーカーのDACが必要です。

DACがデジタル形式で保存された音楽を聴くことを可能にすることはわかっています。しかし、何が1つのデジタル-アナログコンバーターを他より優れているのでしょうか？

まず、DAC内部で何が起こっているかを理解する必要があります。録音エンジニアはアナログ信号を数値の系列（デジタル信号）に変換します。したがって、それを聴きたい場合、これらの数値のビットストリームをアナログ信号に戻す必要があります。

DAC回路ブロック図

しかし、DACはビットストリームを変換するために一貫したタイミングシーケンスを使用しません。したがって、クロッキングエラーとして知られるものが発生します。これらのサウンドを再生すると、エラーはジッターとして現れます。

ジッターは再生品質に悪影響を与えます。つまり、音楽が十分に良く聞こえません。

幸い、外付けDAC（ヘッドフォンとスピーカー）はこれらのクロッキングエラーを処理する能力があります。内部DACとは異なります。

外付けDACポート

したがって、外付けDACはあらゆるリスニングセットアップに最適です。外付けDAC互換デバイスの例には、デスクトップとラップトップコンピューター、ホームステレオシステム、スマートフォンが含まれます。

外付けDACの例

デジタル-アナログコンバーターの仕組み

数年前、アナログ信号を作成するためのDACはありませんでした。リールテープとレコード溝を使用して電気アナログ信号を作成していました。しかし、DACにより、便利でポータブルなデジタルオーディオを楽しめるようになりました。

リールレコードとレコード溝

仕組みは以下の通りです：

まず、アーティストが録音プロセスでトラックを制作します。マイクロフォンがアーティストの声と楽器をアナログ入力信号として取得します。

次に、録音機器はアナログ-デジタルコンバーター（後で説明します）を使用してアナログ信号をデジタル信号に変換します。このプロセスにより、これらの信号をデジタルオーディオファイルとして簡単に保存できます。

デジタルオーディオファイルを再生すると、DACが信号を再びアナログオーディオ信号に変換します。

最後に、DACは変換されたアナログ出力信号をアンプに転送します。こうして、スピーカーやヘッドフォンを通じて音楽が送られます。

アナログ-デジタルコンバーターの仕組み

前述の通り、ADCはデジタル-アナログ信号変換プロセスで重要な役割を果たします。ADCはラズベリーPiやArduinoのようなデジタルロジック回路が現実世界で送信できるようにします。

アナログ信号は、温度、音、動き、音、光を測定するさまざまなセンサーとソースから来ます。

アナログ-デジタルコンバーターの回路図

アナログ信号は無限の異なる基準電圧値を提供しますが、デジタルバージョン回路はロジックハイ（1）とロジックロー（0）の2つのロジック状態のみを持つバイナリ信号で動作します。したがって、この変換を処理できる電子回路が必要です。そこに登場するのがADCです。

ADCはアナログ電圧を取得し、アナログ電圧を表すデジタル出力コードを生成します。しかし、どうやって動作するのでしょうか？

ADCは変換中にシーケンスに従います。まず、アナログ信号をサンプリングし、分解能を決定するために量子化します。最後に、バイナリ値を設定し、システムに読み取りのためにデジタル出力信号として転送します。このプロセスの2つの重要な側面は分解能とサンプリングレートです。

デジタル-アナログコンバーターの作り方

マイクロコントローラーはデジタル信号のみを読み取るため、さまざまなモデルにADCが搭載されています。しかし、DACを搭載したものは少数です。そこで、入手しやすい材料で簡単なデジタル-アナログコンバーターの作り方を紹介します。さらに、無限の分解能ビットに簡単に拡張できます。

早速手順を紹介します：

ステップ1：材料を集める

材料セットを注文するか、自分で集めることができます。プリント基板、抵抗、コンデンサ、ダイオード、XMOSボードが必要です。

ステップ2：コンポーネントを取り付ける

このプロジェクトで最初に基板に取り付ける必要があるのは抵抗とコンデンサです。470オーム抵抗を取り付け、続いてコンデンサを取り付けます。ただし、基板のマーキングに従って最大のコンデンサを最初に取り付け、その後他のコンデンサを取り付ける必要があります。

また、水晶振動子をはんだ付けすることを確認してください。次に、間違いを避けるためにダイオードを1方向に取り付けます。最後に、基板のマーキングに従ってコネクタを取り付けます。

ステップ3：XMOSボードを接続する

DACにSPDIFとUSBの両入力が必要な場合、特別なカード（XMOSボード）を購入する必要があります。XMOSカードを購入したら、必要なすべてのコネクタとマウントラックで取り付けます。

XMOSボード

注：これらのコンポーネントはキットに付属しています。

このステップで問題が発生した場合、コンデンサが原因かもしれません。小さなコンデンサの位置を入れ替えてみてください。これで問題が解決するはずです。

ステップ4：コントロールおよびディスプレイボードを組み立てる

DACにはさまざまな切り替え可能な入力と異なる動作モードがあるため、コントロールおよびディスプレイボードが必要です。これらのコンポーネントはキットにあります。次に、基板の指示に従ってコントロールおよびディスプレイボードを取り付けます。最後に、ワイヤーとディスプレイを接続し、回路が完成します。

ステップ5：最初のテスト

回路で最初のテストを実行し、すべてが正常に動作することを確認します。最初のチェックですべてが正常であれば、準備完了です。

ステップ6：トランスを選択する

基板には3つの安定化電源が必要です：2×15ボルト、9-12ボルト、9-12ボルト。2×15巻線は中央からタップされた9-12ボルトで構成されます。一方、2つの9-12ボルトトランスは独立した巻線を持ちます。基板の消費電力が少ないため、約5-10ワットのみ必要です。

ステップ7：ケースを作る

電源と回路の準備ができたら、次はハウジングです。衛星受信機のケースや、回路に合う他の機器のケースを使用できます。ただし、基板をケース内に取り付けるには機械加工が必要になる場合があります。

さまざまなケース

基板用のケースが見つからない場合は、オンラインで完成品を購入することもできます。代替案として。

ステップ8：フロントパネルを取り付ける

フロントパネルのインジケーター取り付けで軽微な問題が発生する可能性があります。また、これも修正に機械加工が必要です。

ステップ9：最終組み立て

回路基板、2つのトランス（最初は-15+15ボルト、2つ目は2つの12ボルト巻線）で電源を構築します。最後に、すべてをケースに取り付けます。

ステップ10：最終セットアップ

ヘッドフォン出力を配置し、ケース内にヘッドフォン用のAクラスアンプを取り付けます。

アンプ

また、USB接続でデバイスを使用する予定の場合、ドライバーをダウンロードして適切にインストールする必要があります。

注：コンデンサとアンプを交換して実験することでDACをアップグレードできます。しかし、これらのアップグレードがより良い結果を示さない場合は、元のコンポーネントに戻してください。

変換プロセスに影響を与える要因

すべての変換が同じカウント時間を必要とするわけではありません。より高いものもあれば、より低いものもあります。典型的な変換時間は4.1ms / 2 = 2.05msです。これは良い値かもしれません。

しかし、この値は2 × 244 = 488を生成し、平均488回の変換を意味します。

したがって、クロックレートが遅いほど、1秒あたりの変換回数は少なくなります。また、分解能が低い（カウント段数が少ない）コンバーターは、より高い変換レートを持ちます。

変換プロセスに影響を与えるもう1つの要因は精度です。コンパレーターの精度がコンバーターの精度を決定します。

まとめ

デジタル-アナログコンバーターはすべてのオーディオデバイスの重要なコンポーネントです。これらのデバイスのほとんどは現実世界と通信する必要があります。したがって、デジタル信号をアナログ信号に変換する必要があります。

また、プロジェクトにはデルタシグマDAC、バイナリ加重抵抗DAC、セグメントDAC、バイナリラダーDACの4種類のDACを使用できます。

デジタル-アナログコンバーターについて知っておくべきすべてを網羅しました。ご質問がありましたら、お気軽にお問い合わせください。喜んでお手伝いいたします。