[2020V. TDA1541 DAC] 공제품 제작 #1 가제작 및 청음
카테고리: TDA1541
개요
얼마 전에 타카페에서 TDA1541 DAC 공제가 있어서 참여를 했습니다. TDA1541을 보유하고 있지만 제대로(?) 한 대더 만들어 보고 싶어서 욕심을 부려 봤습니다.^^ (설계하신 손용욱님께서 기존 버전에 실험용 출력 트랜스 등을 사용하기 위한 부분을 없애고 깔끔하게 PCB를 다시 제작했다고 합니다.)
사운드 머신에 알루미늄 케이스까지 디자인이 된 것이 있는데 전 저만의 계획(?)이 있어서 일단 케이스는 이후에 제작하려고 일단 알루미늄 케이스 없이 나무판 위에 임시로 제작을 했습니다. 이유는 원래 표준 디자인이 PC나 네트웍 플레이어와 USB 로 연결하기 위한 DDC 모듈, 스마트폰 에서 블루투스로 연결해서 사용하기 위한 블루투스 모듈을 장착해서 셀렉터로 선택하는 방식입니다.
전 라즈베리파이를 내장 시켜서 단독 재생장치로 사용하고 블루투스, DDC 는 사용하지 않을 것입니다. 문제는 라즈베리파이에 공급할 전원이 충분할지입니다.
DAC 에 사용할 전원 설계는 블루투스 모듈을 기준으로 했습니다. 그래서 전력 소모가 극심한 라즈베리파이를 사용할 수가 없습니다. 차선책으로 5V 3.0A SMPS 나 리니어 파워를 별도로 공급하면 됩니다. 리니어 파워는 아시다시피 비용이 많이 발생하는 솔루션입니다. 리니어 파워는 와트수가 올라가면 급격하게 덩치가 커지고 가격도 올라갑니다.
일단 공제품에 사용된 토로이달 트랜스의 2차쪽 스펙을 확인했습니다.
15-0-15 0.83A 7-0-7 1A
15V 양파는 OP 용입니다. 아래글은 손용욱님의 경고문입니다.
DC 5V 단자 이곳의 전류는 트렌스가 1A에 양파이니 500mA잡고 대략 60% 면 300mA 에서 1541이 45mA를 먹으니 250mA정도 MAX로 사용 가능 합니다 만… 그렇다고 250mA를 다 쓸수는 없겠지요 블루투스 정도 달수 있다고 생각 하시변 됩니다
라즈나 다른 네트웍을 물릴 생각은 하지 마시기 바랍니다 (책임 못짐)
DAC 의 전원 장치에서 5V 단자에서 최대로 뽑아 쓸 수 있는 것이 250mA 이지만 실제로 이 만큼 뽑아 쓸 수는 없을 것이다….입니다. 저의 계획은 라즈베리파이 중에서 가장 적은 전력을 소비하는 라즈베리파이 제로 W 모델의 전력 사용량을 최소한을 해서 DAC의 리니어 파워에 물려서 사용하는 것입니다.
엔지니어의 관점에서 이게 가능하려면 라즈베리파이의 실제 전력 소모에 대한 정보를 확인하고 DAC의 5V 전원을 사용할 수 있을지에 대한 사전 검증을 하고 실제로 확인을 하는 것입니다.
라즈베리파이를 이런 식으로 DAC 나 프리앰프의 전원에 연결했다가 많은 분들이 전력 부족으로 인한 문제를 경험했습니다. 그러나, 라즈베리파이 제로가 아닌 2, 3, 4 와 같은 전력 소비가 극심한 모델을 사용해서 발생한 문제였고 라즈 제로를 가지고 테스트하신 분들은 거의 없습니다. 이유는 라즈 제로의 경우 성능이 떨어지는 것도 있지만 유선랜도 없어서 다루기가 쉬운 모델이 아니라서 사용자가 많지 않은 것 같습니다.
어쨌든 저의 감(?) 으로는 라즈 제로 자체는 충분히 저전력으로 구동을 할 수 있다입니다.^^ 그렇다고 감으로 막 연결할 수는 없는 노릇이지요… 인터넷을 검색해서 흥미로운 사실을 발견했습니다. 측정치가 있습니다.^^
참고로 라즈베리파이 2, 3, 4 모델은 프로세서의 코어가 4개입니다. 라즈베리파이 제로는 싱글 코어로 코어가 1개입니다. 자동차에 비유를 하면 라즈베리파이 제로는 오토바이이고 라즈베리파이 2 이상의 모델은 4기통 엔진을 탑재한 자동차입니다. 때문에 기본적으로 소모하는 연료 (전류)가 idle 상태에서도 크게 차이가 납니다. 400% CPU load 상태에서 소모 전류를 측정한 이유가 프로세서 코어가 4개 이기 때문입니다.
몇 가지 조건에서 벤치마크한 결과를 보면 다음을 유추할 수 있습니다.
- 라즈베리파이 2B 모델은 idle 상태에서도 220mA 를 소모합니다. 3B+는 350mA 입니다. 고로 2B 이상의 모델은 고려 대상에서 아예 제외를 해야 합니다.
- USB 마우스, 키보드와 같은 액세서리를 연결하면 전력 소모가 크게 증가합니다. 특히 외장 SSD 와 같은 장치는 쥐약입니다.
- 라즈베리파이 제로 (W 모델 아님)에 USB 무선 동글, HDMI 비활성화, 보드의 LED를 끈 상태에서 측정치가 120mA 정도이므로 가능성이 있습니다.^^
문제는 PC, 서버를 포함한 라즈베리파이와 같은 기기는 프로세서(CPU)의 부하에 따라서 소모 전력이 올라갔다 떨어졌다합니다. 이게 변수입니다. 결국 소프트웨어를 최대한 가벼운 것을 사용해야 하므로 Volumio, Moode Audio 같은 것은 고려 대상에서 아예 제외를 했습니다. 화려한 화면 등 때문에 프로세서 파워를 많이 요구합니다.
얼마전 까지 테스트를 했던 tinyCore Linux 기반의 piCorePlayer 로 결정했습니다. 그리고, piCorePlayer 에서 아래 설정을 미리 하고 사전 테스트를 마쳤습니다.
1) HDMI 비활성화 (25mA 절감) 2) 전원, 작동상태 LED를 모두 끔 (LED 당 5mA) 3) 액세서리 사용 안함… DAC 연결용 i2s 만 사용
라즈베리파이의 소모 전류를 측정하는 장치가 별도로 없어서 측정을 못했지만 이정도만 충분할 거라 생각이 들었습니다.
제작 과정
적당한 나무판을 잘라서 보드를 장착할 자리에 M3 서포터를 박았습니다.
PCB에 부품 이름들이 잘 인쇄가 되어 있어서 편하네요.^^ 높이가 낮은 부품부터 차례로 납땜을 했습니다.
WIMA 가 정말 많이 들어갑니다. 용량 다른 것들이 몇개 있어서 주의로 요합니다.
직류 성분 제거를 위한 커플링은 전해가 들어가 있습니다.
마지막으로 키가 가장 큰 정전압부의 평활 콘덴서를 장착했습니다.
트랜스와 전원인렛, 스위치 등의 배선 작업
DAC, OP IC 를 장착하기 전엔 정전압부의 전압을 측정해서 정확히 +-5V, +-15V 를 맞춰줍니다.
DAC, OP IC 를 장착 후에 다시 전압을 측정해서 문제가 없는지 확인했습니다.
라즈베리파이 제로 W 도 나무판 위에 장착하고 GPIO 의 i2s 배선을 점퍼 케이블로 해 줬습니다. 이거 정확하게 작업해야 합니다. 소리가 아예 안나거나 GND 잘못하면 잡음이 엄청나게 납니다.
일단 라즈베리파이의 전원을 외부 SMPS로 임시로 공급해서 DAC 가 정상 작동 (소리가 앰프로 잘 나는지) 하는지 확인했습니다. 소리는 당연히 잘 납니다.^^
라즈베리파이의 5V 전원을 DAC 전원부와 연결을 해 줬습니다.
앰프와 연결 후에 2~3시간 텍스트를 했습니다. 현재까지는 문제 없이 잘 작동하고 있습니다.
라즈베리파이 제로 W의 전류 측정을 할 수 없어서 Hi-Res 를 포함한 여러 음원을 연속으로 재생하면서 간접적으로 CPU 온도 변화를 모니터링했습니다. 1시간이상 모니터링 한 결과 35~40 사이에서 변화가 없었습니다.
재생 중에도 크게 부하가 걸리지 않습니다.
Volumio 와 같은 소프트웨어는 라즈제로에서 엄청나게 프로세서 부하가 걸려서 버벅 거리는 것이 느껴지므로 본 시나리오에 적용하지 마시기 바랍니다. 전력 사용이 많이 증가해서 DAC 내장 전원에 문제가 생길 가능성이 높습니다. 본 시나리오를 적용하시려면 Logitech Media Server 를 별도로 구축하거나 PC 에 설치해야만 하므로 이쪽 지식이나 경험이 없으신 분들께서는 SMPS나 리니어 파워를 별도로 추가해서 별도로 라즈베리파이에 전원을 공급하시는 것이 안전합니다.
오늘 테스트를 하면서 녹음을 했습니다.
구성은
- 미디어 서버 (Odroid H2, Debian 10/Logitech Media Server 8.0)
- 2020ver TDA1541 DAC + RPi Zero W (PiCorePlayer 6.0.1)
- 음원: 애플 무손실 (ALAC)
- 앰만사 프리 앰프 (6n23p-ev)
- 앰만사 Claro E130Lpp (5극 결선)
- ProAc 태블렛 30주년
- 아이폰 7 플러스 녹음
흐린 가을하늘에 편지를 써/김광석
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