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The DCX2496 electronic crossover has become quite popular in the DIY world and people started using it also in HI-FI setups due to its versatility. However like many Pro gear it has some weaknesses that should be addressed in order to get out a better sound quality from it. The worst components used in Behringer equipment are the electrolytic capacitors (followed by OP-AMPs); in addition to the DCX2496 I own also a SRC2496 a DSP2024 and an EP2000 power amplifier and all of them use caps named XUNDA … which I never heard of till the day I opened a Behringer unit Smile.

Because one of the most important part of a HI-FI unit is the power supply I started making some changes in that of the DCX, which is also a switch-mode unit with all its pros and cons, with the second consisting typically in the residual of the switching frequency.

The unit, also used in the DEQ2406 and probably others, provide the following voltages:

  • +3.3V for many digital components, but not for the ADCs and the DACs
  • +5V which its main task it to supply the CS8420; this voltage is very important because Behringer decided to provide a unique supply for both the digital and the analog part of the receiver, accurately following the CS8420 specs for this approach… and the analog supply of the CS8420 has a direct relation to jitter when using the Digital input of the unit. this leg is also used as an input for the circuitry which creates the 3.3V for the digital supply of the ADCs and DACs.
  • +8.7V which is used as a source for a couple of 7815 to crate the +5V for all the analog parts of the ADCs and DACs, and this plays an important role in the analog performance of the whole unit. One of the +5Va legs is used also as a reference voltage to create the 3.3V for the digital supply of the ADCs and DACs through a transistor.
  • +-15V to supply the OP-AMPs

Here is the schema of the supply components just after the power connector on the DSP board (Fig. 1)

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The +3.3VA despite the name is used to to supply the VD pins of the ADCs and DACs

Starting from this schema (Fig. 2)

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I replaced all the electrolytic capacitors with Panasonic FM:

  • the +3.3V line now has a 2220uF (C13) before L2 and a 1200uF after (C11)
  • the +5V line has C14 and C10 replaced with 1200uF
  • the +9V line has C3 replaced with 2200uF
  • the +-15V line has 820uF for C4 and C5 and 47uF for C1 and C2

Here is a snapshot of the replacement (Fig. 3)

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Then I took some photo of the supply voltages at 10mV per vertical division, with the first run at 5mS horizontal division and the second at 10uS horizontal division

3.3V – 10mV/Div – 5ms (Fig. 4)

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5V – 10mV/Div – 5ms (Fig. 5)

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8.7V – 10mV/Div – 5ms (Fig. 6)

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15V – 10mV/Div – 5ms (Fig. 7)

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3.3V – 10mV/Div – 10uS (Fig. 8)

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5V – 10mV/Div – 10uS (Fig. 9)

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8.7V – 10mV/Div – 10uS (Fig. 10)

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+-15V – 10mV/Div – 10uS (Fig. 11)

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The 3.3, 5 and 8.7 have a ripple of about 15mV peak to peak, but it is not clear to me where the 200Hz frequency (5ms period = 200Hz) comes from … The +-15V seems very clear with few mV ripple (Fig. 7 ), but with a strange “shadow” surrounding it; this comes clear at 10uS resolution, where we can really see over imposed spikes with 8uS period, which translates into 125KHz frequency.

The +-15V is the worst, with more than 30mV spikes over the fundamental, and the 8.7V showing a little more than 20mV of the same spikes. The 3.3V and the 5V remain within 10mV; it is a good result considering that the 5V goes directly to the VA pin of the CS8420 and has a direct impact on jitter.

I didn’t take any photo, but I can confirm that the scope traces with the stock capacitors were remarkably worse than the above, in both the 5ms and 10uS scope resolution; the immediate result of this mod has been a reduction in the annoying hiss You can clearly ear when the DCX is connected to the amps. In addition to this for sure also the complete recap of the DSP board with OS-CONs around the ADCs, DACs, and CS8240 played an important role.

Fig. 12

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Fig. 13

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The OS-CONs near the DACs are for VREF and VCOM while those near the ADCs are for VREF; on the bottom side of the board there are Panasonic 10uF directly soldered on the 100nF bypass for VD and VA of the DACs and ADCs, and on the 100nF which bypass the two VCOM( of each ADC.

As You can see in Fig. 12 there are also two resistors and a capacitor in place, and create a RC filter on the 8.7V line, an action I took after having thought to a way to improve that supply, which has probably the most direct impact on the whole analog performance of the unit (together with the OP-APMs); it is the most simple to implement and provide very good results.

2Ohm + 1800uF cause a reduction from 8.7V to 8.2 and provide the below scope traces, which are a big step forward compared to Fig. 6 and Fig. 10.

8.2V – 10mV/Div – 5mS

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8.2V – 10mV/Div – 10uS

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With all this changes the output trace still show the 8us period spikes, which are for sure a direct result of the bad appearance of the +-15V line.

Output – 10mV/div – 10uS

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My next step will be try to optimize the +-15V line and then make a comparison with the Awdiy “Power Supply” module… Stay tuned!

il crossover elettronico Behringer DCX2496 in realtà non si limita a fornire 6 uscite configurabili a piacere dal punto di vista delle frequenze di incrocio, pendenza e tipo di filtro (fino a 48dB per ottava) ma fornisce anche un sistema di gestione dei diffusori molto completo.

Grazie ad un DSP Sharc della Analog Devices è in grado di fornire anche:

  • Equalizzazione parametrica, Low Shelf, High Shelf sulle 6 uscite e sui 3 ingressi
  • Equalizzazione dinamica in base al livello sulle 6 uscite e sui 3 ingressi
  • “limiter” con tempo di intervento realtime sulle uscite e sugli 3 ingressi
  • ritardi configurabili per tutti gli ingressi e le uscite, sia manuale che automatico tramite generatore di rumore interno con microfono di misura collegato all’ingresso 3
  • Segnale “somma” configurabile sui 3 ingressi

Inoltre l’ingresso 1 è configurabile come ingresso digitale (AES/EBU), in grado di accettare segnali con frequenza di campionamento tra 32KHz e 96Khz con e “Word Lenght” di 16, 20 e 24 Bit.

Ha un buon rapporto qualità prezzo in relazione al suo target d’uso professionale, ma proprio per questo, interfacciandolo con apparecchiature “consumer”, ho incontrato un problema fastidioso che disturba(va) non poco l’ascolto ai livelli più bassi: sto parlando di un rumore di fondo molto evidente, almeno nella mia configurazione dove pilota 3 finali collegati a diffusori molto efficienti, composti da:

  • unita bassi con woofer Ciare HW380 ( 98dB/1W)
  • satellite composto dal Woofer Ciare PW322 (100dB/W) e da un driver a compressione + tromba, sempre Ciare, per non meno di 100dB/W

Il DCX era inizialmente collegato tramite gli ingressi analogici ad un mixer sempre Behringer, che riceveva a sua volta le uscite di una Sound Blaster collegata al PC o direttamente le uscite analogiche di un lettore CD; il rumore di fondo molto invadente mi stava portando ad un suo accantonamento e ad usarlo praticamente in occasione di qualche “uscita”, dove a causa dell’alto livello riprodotto il rumore di fondo praticamente sparisce 🙂

Mi stava sfuggendo però una cosa: nel settore Pro il livello nominale è +4dBu corrispondente a 1.22V mentre il livello nominale delle apparecchiature consumer è –10dBV corrispondente a 0.316V. Nel dominio digitale il livello corrispondente a 0dBFS (FS = Full Scale) corrisponde a +22dBu (9.75V RMS) per il mondo Pro e a circa +5dBv (1.77V RMS) nelle elettroniche consumer, sia per l’ingresso che per l’uscita. Cerchiamo ora di capire il perchè dei 1.77V RMS.

I convertitori DA (e AD) lavorano con una tensione 5V per quanto riguarda la parte analogica, riferiti a 2.5V: poi normalmente hanno ingressi e uscite bilanciate, riferite ai 2.5V, quindi in opposizione di fase, che con le cadute interne diventano +/-2.4Vpp (picco picco) . Queste due tensioni bilanciate finiscono normalmente in un operazionale in configurazione differenziale con guadagno unitario,usato come filtro sulle uscite del DAC: il risultato è la loro semplice somma per un totale di 4.8Vpp corrispondenti ai nostri 1.77V RMS. Quindi trattandosi di un guadagno unitario il solo rumore presente è quello intrinseco del componente utilizzato sull’uscita e del DAC stesso.

Nel caso del DCX, dovendo fornire 9.75V RMS (27.6Vpp) lo stadio di uscita dei DAC è configurato per un guadagno consistente, 5.5 volte pari a circa 15dB, quasi 12 volte in termine di “percezione”: in sostanza è come se lavorasse come un preamplificatore (anche perchè è l’ultimo “pezzo” prima degli ampli) con la manopola del volume quasi completamente ruotata in senso orario, quindi senza usarla per regolare il volume ma modulando il segnale in ingresso.il risultato è appunto quello di ottenere un rumore di fondo costante con il volume che non permette di “liberare” tutta la dinamica a disposizione, per cui il rapporto Segnale/Rumore (S/N ratio) varia con il livello invece che rimanere praticamente costante.

A questo punto ho pensato che se fossi riuscito ad inserire un potenziometro dopo l’operazionale che si trova all’uscita del DAC e possibilmente prima di un altro stadio avrei 3 risultati di non poco conto:

  • eliminato il fastidioso rumore di fondo, migliorando in modo molto consistente il rapporto segnale rumore e la dinamica anche a bassi livelli di ascolto
  • sfruttato in pieno tutta la dinamica dei DAC a patto di “presentarmi” all’ ingresso del DCX con un segnale prossimo ai 0dBFS, sia in analogico che in digitale (in un altro post vediamo come ho risolto questo punto).
  • tolto do mezzo il mixer … che per natura non si addice ad un ascolto di qualità elevata

Ho iniziato a cercare nella rete con lo scopo di recuperare lo schema elettrico del DCX e alla fine mi sono iscritto a questo gruppo http://tech.groups.yahoo.com/group/DCX2496/, un forum tecnico dedicato all’uso “Home” dello stesso, sul quale è possibile consultare anche lo schema.

Prendendo come riferimento l’uscita del primo canale si nota subito la presenza del condensatore da 47uf che interfaccia il primo stadio di IC1 (l’uscita del DAC) con il secondo stadio che funziona da buffer con un po’ di guadagno, prima di incontrare il secondo integrato che opera come bilanciatore del segnale.

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Un condensatore elettrolitico in serie al segnale, per di più di dubbia qualità o quantomeno sconosciuto,  XUNDA, come tutti gli altri all’interno del DCX; un ottimo candidato all’eliminazione per fare posto al potenziometro. Rimane solo da verificare se la sua rimozione può comportare elevati livelli di tensione continua presente sulle uscite, anche se la simulazione aveva già dato delle conferme: operazione effettuata preventivamente cortocircuitando il condensatore con un pezzo di terminale di una resistenza. Risultato –> praticamente nulla è cambiato sulle uscite per quanto riguarda la tensione continua presente.

Ho tolto quindi i 6 elettrolitici e saldato al loro posto dei fili che vanno ai terminali di un potenziometro a 6 canali che momentaneamente ho posizionato sul lato sinistro del crossover. L’immagine di seguito evidenzia il dettaglio dell’operazione

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Nella foto il filo bianco preleva il segnale dall’uscit della sezione A di IC1, lo porta al potenziometro e ritorna sulla scheda tramite il filo verde: si vedono anche i 3 piedini rimasti liberi dalla rimozione del transistor di muting e … I piedini di IC1 che mostrano saldature che non sono più quelle originali 🙂

In aggiunta al potenziometro ho effettuato un’altra operazione, il cui risultato dovrebbe essere forse un  minimo ( nel senso che potrebbe essere  maggiore ma non inesistente) guadagno sulla qualità del suono riprodotto: ho rimosso il transistor T1, e gli altri 5 nello stesso punto, usato all’accensione per effettuare il “MUTE” analogico delle uscite, onde evitare il classico bump: l’intervento non compromette assolutamente il funzionamento dei tasti sul pannello frontale, che effettuano l’operazione di silenziamento nel dominio digitale. All’accensione del crossover il transistor viene polarizzato tramite la resistenza da 10K ed entra in conduzione, collegando a massa  il punto di giunzione delle due resistenze da 499Ohm ed azzittendo le uscite: dopo alcuni secondi il processore SHARC toglie tensione e il transistor passa in interdizione, presentando in teoria un’impedenza verso massa altissima e lasciando quindi fluire il segnale alle uscite. In teoria, perché in realtà oltre alla resistenza molto elevata le due giunzioni Collettore ed Emettitore del transistor costituiscono due diodi in serie e collegati ancora a massa, con il risultato che anche se “spento” il transistor in questa condizione rappresenta un carico complesso collegato sia all’uscita di IC1A che all’ingresso di IC1B: inoltre il tutto è ulteriormente aggravato dal fatto che ogni giunzione presenta una sua capacità, che contribuisce a rendere ancora più difficile il carico collegato. Alla fine un veloce collegamento in loopback analogico del DCX con una Sound Blaster Live 24 ha confermato che almeno un minimo guadagno sulla distorsione e sul rapporto Segnale/Rumore lo si ottiene, considerando anche il fatto che il livello di uscita della SB è di circa 0.7V RMS e che come tale, per quanto visto sopra, non permette di sfruttare al massimo le dinamica a disposizione, altrimenti il risultato sarebbe stato ancora più evidente.

Questa soluzione di muting non è per niente elegante, ma non si critichi BEHRINGER per la scelta effettuata perché questo approccio è molto diffuso nel mondo delle apparecchiature HI-FI di livello consumer ed utilizzato anche da marchi che creano prodotti di fascia alta…

Quindi partendo dall’idea del potenziometro un effetto collaterale benefico è stato automaticamente ottenuto dall’eliminazione  del  condensatore di accoppiamento tra le due sezioni di IC1, mentre il transistor di muting è stato eliminato dopo una pausa riflessiva sullo schema elettrico e sui sui possibili effetti collaterali.

Dal momento che come si dice in gergo “l’appetito viene mangiando…” ho proseguito l’analisi dello schema elettrico e da li sono nate altre idee di modifiche, alcune già effettuate e altre da completare:

  • Sostituzione di tutti i condensatori dell’ alimentatore, degli elettrolitici sulla scheda DSP che contiene ulteriori pezzi dell’alimentatore e altro ancora
  • Sostituzione degli operazionali sulle uscite dei DAC, e quelli dello stadio di ingresso se si usa anche l’entrata analogica
  • Sostituzione dello stadio d’uscita bilanciato con uno più “performante”

A questo punto, completate tutte le modifiche, non mi rimane che portare il crossover a casa del mio amico Paolo per una review approfondita 🙂

 

Aggiornamento del 02/01/2013

Come anticipato in precedenza ecco alcuni aggiornamenti sulle modifiche effettuate.

Per prima cosa ho sostituito tutti i condensatori sull’alimentatore switching e gran parte di quelli presenti sulla scheda DSP, ed i risultati sono descritti in questo articolo. Ho utilizzato dei Panasonic della serie FM a bassissima impedenza e degli OS-CON per quelli nelle dirette vicinanze dei DAC, ADC e del CS8420. Già questa modifica, dal costo di alcune decine di € (da RS Components che notoriamente non è molto economico ma è a qualche Km dal mio ufficio) ha contribuito a ridurre in modo consistente il rumore di fondo.

Ho poi sostituito gli operazionali a valle dei 3 DAC (quindi 6 in tutto) con degli LME49860 della National, assorbita di recente dalla TI; si possono usare anche altri modelli tipo LM4562, che leggendo sui vari forum sembra avere un suono fin troppo dettagliato, LME49720, oppure altri modelli e altre marche con piedinatura compatibile.

Ho sotituito i due condensatori tra lo stadio di ingresso e quello prima del buffer a monte del bilanciatore all’ingresso dell’ADC  con uno elettrolitico non polarizzato di qualità, di quelli usati nei crossover passivi; lo spazio a disposizione in quella zona è poco, quindi un condensatore in poliestere non ci sta, cosa che invece si può fare nel convertitore AD/DA SRC2496 dove ho messo dei poliestere della Audison.

Per un uso Hi-Fi Home si può aumentare la sensibilità di ingresso di 6dB e ridurre il guadagno di quella in uscita dello stesso valore, arrivando così a circa 2,3V RMS sia in ingresso che in uscita (4,6V RMS circa l’originale), che sono valori tipici per l’impiego Home; per fare questa operazione occorre saldare in parallelo alle resistenze che determinano i guadagni dei due stadi delle resistenze di valore opportuno, operazione per la quale ho usato un simulatore (LTSpice)