自从入行，我便对各种音乐制作设备工作原理产生了浓厚的兴趣，经常拆拆卸卸专业设备来查看其内部构造。这几年，我先后为自己和别人配置安装了很多个录音棚，其中不乏实力雄厚使用了大量经典模拟设备的录音棚，也为很多的人维修过各种专业设备。在录音棚的安装使用以及维修过程中，我深深感到在以电脑为核心的录音棚里，一直少了一种强有力的监听音箱调节控制工具，可以让我在工作的时候使用的得心应手。在过去的全模拟录音棚中，巨大的调音台主宰了一切，而在现在的数字录音棚里，电脑和专业声卡变的越来越重要，代替了调音台的位置，因此也引发了新的问题，那就是对音箱和对讲的控制太不方便了。毕竟去点鼠标很难快速的对电平进行控制。市场上这样的用于音箱和对讲控制的产品也一直没有跟进，选择的余地非常的小。通过实际的试用，Big knob等成品控制器声音效果并不算非常好，也不能方便的控制5.1监听音箱。调音台虽然可以方便的完成这些功能，但一个音质良好的多总线的高端数码调音台的售价是非常惊人的（绝对不是万元级别的低价格数码台能做到的），而一般的中小型录音棚承受不起这么高的价格，也不需要数码调音台这种设备。于是我就萌生了自己设计开发并且制做经济实惠适合大众需求而有效的新监听控制器的念头。有了这个想法之后，我便着手制作我的第一台监听控制器，也作为对自己的音频设备设计能力进行的一次检验。
需求决定了设计思路。一开始就要分析我们到底需要一个什么样的监听控制器。从前文我们知道，首先我需要控制两套监听音箱：一套是立体声主监听音箱，一套是5.1环绕监听音箱，监听音箱的音量需要独立调节/静音，也需要能够编组同时调节。这个使用需求是我们需要实现的主要功能。根据这一点，就可以确定监听控制器的工作方式，由于需要多个通道独立操作或同时操作。而串联的电位器或马达推子都很难实现这样的操作方式，因此在这个监听控制器的音量调节电路上我们需要使用数控操作方式。也就是说，使用方法和一个单键飞梭的显示器操作非常相似，使用一个大大的可以按下去的无极旋钮来完成全部的音量调节操作（学名为旋转编码开关）。实现了首先需要解决的问题后，我们再来看看还需要什么辅助功能，根据大家的意见和自己的使用心得，这个设备最好带一个电平表，再带上两个耳机监听控制（录音师一个，演员用耳机分配器一个），还需要一个对讲话筒，这个对讲话筒在使用的时候不会引发反馈。有了这些需求，我们再给自己的设计添上新的要点：电平表放大电路，传统或类似于PROTOOLS 192IO的LED电平表，耳机放大器，一个简单的话筒放大器，还有一个混音输出电路。
这个时候我们的监听控制器的大体设计方向就出来了，可以概括成如下关键词：数字控制的音量调节电路、LED电平表、耳机放大器、话筒放大器。有了这些要点，我们就可以进行进一步的工作原理确定。音量调节电路可以使用数字方式也可以使用模拟方式。如果我们使用数字方式进行音量调节，就需要使用非常高质量的AD/DA转换芯片和高速的DSP处理芯片，这样成本就无法控制。而且从理论上来说，信号经过了两次转换的损失一定大于不经过转换直接调节的损失。所以就选用了模拟音量调节电路，进一步细化设计：无源的R/2R电阻网络实现太麻烦，就没有选用；直接使用了有源的运算放大器增益控制方式。为了方便数字控制。直接采用了德州仪器公司的顶级别数字电位器——PGA2310。PGA2310是为音频系统特别设计的完善的立体声数字音量控制器，也可以作为单声道平衡接口控制。它以16位串行接口为特征，可控制两个独立的高品质声道，或一个全平衡通道。动态范围可以非常轻松的达到150dB，具有非常优良的音质。PGA2310包括一组匹配的电阻和一个低噪声动态输出级，具有驱动600 Ω负载的能力。通过95.5分贝衰减和31.5分贝增益，可实现127分贝总可调整范围，其步长为0.5分贝。控制信号通过单相3线接口输入PGA2310芯片，芯片收到控制器信号后，对内置的运算放大器的反馈电阻进行调节，从而改变音量的大小。PGA2310还可以方便的串联音量控制信号，就能够做到方便的控制多个通道，方便了后期的电路设计。
（PGA2310的原理框图）
（多个PGA串联使用）
电平表部分非常简单，只需要使用运算放大器驱动，再加上一个保持电路，防止LED闪动的太快。两个耳机放大器为了确保品质，一样可以使用PGA2310进行控制。对讲话放对声音的质量没有要求，也不需要幻象供电，只需要制作一个最简单的运算放大器放大电路就可以实现了。有了这些核心设备，我们最后再决定好监听控制器的人机交互界面。使用LED来指示电平大小。同样也用LED来指示选定的通道。使用两个无级旋钮，一个用来控制立体声通道，一个用来控制5.1声道。通道的静音使用按钮来实现。同样使用一个小的无极旋钮来控制录音师耳机，而对讲话放就可以使用一个带按钮开关的电位器来控制，话筒音量和开关全部可以使用同一个电位器来操作，简化了系统的操作。
对比一下市场上已有的监听控制器，我们就不难看出自己设计的监听控制器的优点：使用永不磨损的旋转编码开关作为操作元件，避免了使用电位器老化的问题。PGA2310具有一流的音质，远远超过市面上各种运算放大器控制的监听控制器的声音水平。带有一个对讲话筒的输入，而且对讲话筒的声音只输出到耳机通道，这样从根本上解决了对讲话筒的反馈问题。
最后每个通道都带有LED电平指示灯，可以方便的察看当前信号电平的大小
到了这一步骤，监听控制器的雏形就出来了，这个时候我们需要进一步的细化设计，给出系统框图。由于这台监听控制器是一个数字控制设备，根据前文的技术资料。PGA2310芯片不能直接通过旋钮来调节信号电平大小，需要通过三线接口输入一个控制命令才可以进行调节，因此这台监听控制器还缺一个“大脑”对各个组件进行控制，根据我平时编程序习惯，我选用ATMEL公司的AT89S52单片机作为系统的“大脑”。需要指出的是，这个芯片不一定是最好的选择，只要熟悉，也可以选用PIC等目前比8051更稳定，更高效的单片机系统。为了方便和电脑连接，我们还需要一个USB控制芯片，这里我们选用了目前最流行、资料最丰富的USB控制器芯片：PDI-USBD12。PDIUSBD12是一个性能优化的USB器件，通常用于基于微控制器的系统，并通过高速通用并行接口与微控制器进行通信，而且支持本地DMA传输。该器件采用模块化的方法实现一个USB接口，允许在众多可用的微控制器中选择最合适的作为系统微控制器，PDIUSBD12还集成了SoftConnect、GoodLink、可编程时钟输出、低频晶振和终端电阻等特性。所有这些特性都能在系统实现时节省成本，同时在外围设备上很容易实现更高级的USB功能。这样这个监听控制器就可以非常方便的添加电脑遥控的功能，也非常方便的提高了设备的扩展这也是目前一个非常流行设计方法，例如TC公司的很多硬件效果器都设计了电脑遥控接口，使录音师在操作电脑的同时能够去操作设备，而不用起身去操作设备的前面板。耳机放大部分是通过运算放大器实现的，在运算放大器的选择上，使用了在专业声卡中非常常见的JRC 4580运算放大器。该运算放大器最大的特点就是没有特点，声音很均衡，经过良好的调节电路中点后，JRC 4580的工作噪声非常的低。所以在RME这一类的高端声卡上大量使用。
最后还有一个非常重要的部分没有确定，那就是电源：经过以往的经验，现在的很多高端设备上都使用了开关电源。非常出名的例子就是APOGEE公司Rosetta800 AD/DA转换器，相比以往的ADA8000，换用了开关电源，缩小了体积，但声音没有任何损失。开关电源能够适应宽输入电压，在电压不稳的地方也能够使用。同时拥有非常高的功率因素和效率，是一种节能的新型电源。根据欧盟的最新规定，电子设备的电源必须到达高转换效率和功率因素，所以能够出口欧盟的设备都采用了开关电源。但是开关电源内部包含高频开关电路，而监听控制器的模拟电路部分非常害怕高频干扰，高频干扰能引起音频信号高音严重失真，主观听感是声音发干，不圆润，RMAA测试的结果是高频翘起。为了防止这种高频干扰。开关电路的设计变的非常复杂，在时间上也不允许，只好放弃开关电源，返回到传统的电源方案上来。为了给系统留足充分的动态余量，使用了50W的交流电源变压器。由于现在线性电源技术非常成熟，所以电源电路设计也就不会有什么困难，可以直接参考大量的经典电路。
这个时候监听控制器的初步设计就基本完成，下一步我们就需要具体的设计各部分的电路，同时完成控制程序。再回顾一下监听控制器的初步设计过程：首先根据我们的实际使用用途来决定一个系统的主要功能。这一步非常关键，一个产品能不能符合用户的使用需求就靠这一步实现。如果这一步没有做好，你设计的产品很可能失败。市面上很多失败的音频产品，失败的原因很大一部分就是脱离了用户的使用需求。定好了主要功能后，就可以多多参考同类产品，选择一个效果最理想，成本也相对可以控制的实现方法。由于我们是设计一个专业设备，质量第一，所以不要过于的重视成本，至少要配的上专业这两个字。例如在监听控制器的设计中，我使用了非常贵的芯片——PGA2310，而且由于通道很多，一共使用了10片PGA2310芯片。然后再把设计的目光转到人机工程和小功能上，毕竟我们不但需要设备功能强大，还需要她好用。这也是为什么这台监听控制器不直接使用按钮来控制音量，而选用旋转编码开关的原因，应为多数人并不习惯使用按钮控制器音量，而是习惯使用旋钮来进行控制。使用了旋转编码器后，在操作上就能更加的符合大家的使用习惯。只要注意了这些，基本就可以做出一个好的概念设计，有了好的概念设计，我们才可以进行下一步的电路设计工作以及控制程序的编写。
好了，这一期先讲到这里，关于具体的电路设计和控制程序的编写以及其他后续内容，我们下一期继续来讨论。
