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2017/04/07
创新与Grace Design ——详细解析数字转换麦克风前置放大器M108、M802
为响应远程录音和固定安装客户对新一代高性能数字转换麦克风前置放大器的需求，M108应运而生。作为M108的前身，M802曾广泛应用于转播车、交响乐厅、歌剧院和广播公司。M802被置于2U机架空间底盘上，底盘上配有半U外接电源接口。
Grace Design M802
尽管M802性能优越，用户在使用过程中仍问题重重。由于M802拥有64通道系统，单安装前置扩大器就需16层机架空间，电源系统安装还需要另外8层机架空间，从而使得整体机架硕大而笨重，不便运输，通风要求高。
Grace Design M802
我们新的目标是为录音行业设计一款全新的前置放大器。它不仅在大型多通道系统领域拥有尖端技术，也可应用于纯粹的简单的定位录音或家庭录音工作室中。我们向来追求精益求精，所以一直致力于优化M802的输入输出和控制能力。
Grace Design M802
Grace Design M108
Grace Design M108
Grace Design M108
在数字处理方面，我们需要多种输出格式：ADAT（光纤输出），AES3（时钟同步），USB，以及Dante选择模式的I2S格式。我们也需要一个内部低延迟数字混音器，使ADC通道可以同混合立体声系统混合计算机的立体声返回（通过USB）或Dante模式。XMOS处理器实现了这些。M108的主处理器负责管理所有的内部系统：时钟和转换、麦克风前置放大器和用户界面。除了这些任务，主处理器还负责与外部沟通。通过RS422/RS485控制，MIDI和以太网都在主处理机中被管理。M108包含一个小型的Web服务器，这样前置放大器可控制从标准的Web浏览器或独立的Mac或Windows上的应用程序。这是一项重要的软件任务！主处理器还管理前端用户界面。
Grace Design M108
后，我们想表达一下对M108的自豪之情。因为在我公司历史上，它代表大的单一工程项目。我相信它的每—个性能及其可靠性将帮助录音工程师实现他们高的艺术追求。
Grace Design M802
尽管M802性能优越，用户在使用过程中仍问题重重。由于M802拥有64通道系统，单安装前置扩大器就需16层机架空间，电源系统安装还需要另外8层机架空间，从而使得整体机架硕大而笨重，不便运输，通风要求高。
Grace Design M802
Grace Design M802
当然对任何一件高性能产品而言，首先重要的是满足用户的使用需求。所以在整个设计过程当中，产品的可靠性是重中之重。M802性能虽优越，但我们不止步于此，我们认为M108设计可更简约。带有模数转换功能的M802共配备有16块不同的电路板。我们的目标是将电路板的数量将至3块。这不仅能压缩整体体积，还能减少内部布线和相关的插针和插孔。原来连接M802的16块电路板需要540多个插针、插孔、线缆压接和焊点。而M108可实现数量减少至150个。这不仅保证更为稳定的性能，同时降低成本。后，我们还增加了一个2通道数模转换器，在记录声音的同时能够实现监控。此外，在Dante网路中，数模转换器也可被用作单独用户或对讲设备的辅助输出设备。
我们需要重新设计一款更轻便，更经济的产品，综合利用时钟同步技术，采用新一代转换器和数字控制前置放大器电路。此外，我们需要设计现代连接和控制技术。在安装M108基础部件时，还需要采用RS422（串行接口）和MIDI（数字乐器接口）实现向后兼容性。我们所安装的基础部件，正是过去近25年来我们一直应用在麦克风放大器的部件。基础部件不包括信号通路中的电解电容器，每个通道中的独立电源，所有信号转换过程中的密封金触点继电器，电流反馈输入放大器，精密金属膜信号通路电阻器，信号通路观测器，电源接地。完整的电磁和射频干扰防护设备。Grace Design M108
确定前置放大器的设计后，我们着手处理模数转换器。原先构想，将M108的模数转换器作为其标准模块而非可选模块。这不仅节约成本，还能在关键音频路径实现的信号输入和电源布局。
Grace Design M108
接着就是设计处理所有采样率和时钟脉冲源的计时系统，低固有抖动和抖动抑制是这种设计的两大关键参数。我们的设计创意是基于新一代的数字合成锁相环。使得这种新型的计时系统固有抖动率非常低，大约小于100 FS（12千赫–20兆赫）。在音频频带，其固有抖动非常低，相当于一种理想的VCXO时钟，但它仍有其优点。由于是数字合成的，在字时钟出现丢失的情况下，时钟可被编程保持其输出频率。字时钟恢复之时，时钟将顺利重新锁定。此外，对于外部的时钟抖动抑制，DSPLL可以设置其循环带宽为500兆赫，便于一直进行抖动抑制，直到抖动率下降到1 / 2赫兹，并且锁定时间将更为短暂。所有这些都可以用一个模拟锁相环来实现，但它需要大电容器，对偶带宽的精密开关电路，大量电路板和一大笔费用，以及专用的1U机箱。设计完核心电路的MIC，ADC时钟之后，我们开始进行数字处理，数字IO，控制和电源设计。这里每项设计本身就相当于一个工程类项目。
Grace Design M108
在数字处理方面，我们需要多种输出格式：ADAT（光纤输出），AES3（时钟同步），USB，以及Dante选择模式的I2S格式。我们也需要一个内部低延迟数字混音器，使ADC通道可以同混合立体声系统混合计算机的立体声返回（通过USB）或Dante模式。XMOS处理器实现了这些。M108的主处理器负责管理所有的内部系统：时钟和转换、麦克风前置放大器和用户界面。除了这些任务，主处理器还负责与外部沟通。通过RS422/RS485控制，MIDI和以太网都在主处理机中被管理。M108包含一个小型的Web服务器，这样前置放大器可控制从标准的Web浏览器或独立的Mac或Windows上的应用程序。这是一项重要的软件任务！主处理器还管理前端用户界面。
这样的设计，方便新用户上手使用。设计这样的界面还能提供深入的设置项控制。设置参数也是很重要的。任何录音工程师都知道，当你正忙于录制工作时，能够找到自己的设置并执行是非常关键的。
Grace Design M108
与电源放置于同一个底架上对麦克风放大器使用是另一个挑战。传统的60赫兹线性电源释放出太多的噪音，这种噪音几乎像是来自于异常敏感的电路（这就是M802使用外部电源的原因）。所以我们决定使用定制的、通用输入开关电源。它具有轻便，高效，产生零噪音音频频谱的优点。然而，它也确实会在转换频率上产生超声波噪声，所以我们努力通过屏蔽和过滤的方式消除从电源处释放的辐射和传导噪声。
后，我们想表达一下对M108的自豪之情。因为在我公司历史上，它代表大的单一工程项目。我相信它的每—个性能及其可靠性将帮助录音工程师实现他们高的艺术追求。