Самодельный 5 канальный DSP процессор. Бюджетное решение.

[MadBit]

Рассказ о том как мое хобби переросло в полноценный проект.

1. Вступление

Вдохновился разработками фирмы miniDSP и захотел создать подобное для машины.

Сердце процессора чип от Analog Devices ADAU1701

Он представляет собой готовый DSP процессор для аудио со встроенным 2 канальным АЦП и 4 канальным ЦАП. Практически все кто используют этот чип используют его в режиме 2х4. Но у меня самая обычная для авто система: 2 мидбаса, 2 пищалки, сабвуфер. Нужно минимум 5 каналов.

Почитав описание выяснилось, что чип поддерживает подключение внешнего ЦАП по I2S шине. Спаял все на макетке и проверил.

Чип действительно выдает все сигналы для работы цапа и поддерживает дополнительные каналы.

Была разработана и спаяна плата

2. Что внутри

Гальваническая развязка питания с входом Remote

Сам чип ADAU

EEPROM для хранения настроек.

Чип Cypress cy68013a для прошивки через USB. Плата определяется как программатор Analog Devices USBi. Подключен к ADAU через I2C шину. Можеть прошивать ADAU на лету и EEPROM для сохранения настроек.

ЦАП PCM1754 2 канала

Входные и выходные операционники с фильтрами по даташиту

2 входа тюльпан и 2 высокоуровневых входа (используются либо тюльпаны либо высокоуровневые. Вместе нельзя)

5 выходов тюльпан

2 входа внешнего управления. На каждый можно подцепить кнопку или переменный резистор (крутилку).

3. Установка

Магнитола: Alpine CDE-110

Миды: 16см 35гдн-62 в покупных подиумах внизу двери. Динамики так себе

Пищалки: 2,5см Асалаб НЕО-25 в самодельных подиумах на верхней накладке двери, развернуты на водителя. Хорошие динамики с алюмокерамическим куполом.

Сабвуфер: корпусной с фазоинвертором на 8” динамике от АСАлаб

Все динамики были в наличии, поэтому система вышла такая

 

Усилки: 1 готовый ACV 4 канальник и 1 самодельный для пищалок

Межблочные кабели: самодельные сделанные в размер

4.Настройка

Настройка ведется через утилиту SigmaStudio.

Она позволяет как угодно тасовать блоки обработки, входы, выходы. Все настройки применяются “на лету”. Но после перезагрузки чип загружается с EEPROM, поэтому настройки сами не сохраняются. Нужно принудительно прошить EEPROM в этой же утилите.

 

Во первых были настроены все уровни:

На процессоре по максимальному сигналу магнитолы.

На усилителях так чтобы соответствовали мощности динамиков.

На усилителе пищалок уровень выставлялся таким, чтобы сильно не изменять его в процессоре (На пищалках любой шум будет прекрасно слышен, поэтому лучше не перекручивать усиление).

 

На этом настройка отверткой закончена. Дальше все только с ноута.

 

4.1 Настройка задержек

Рулеткой замерил расстояние до динамиков. Затем пересчитывал так:

Расстояние=(Расстояние до дальнего динамика)-(Измеренное расстояние)

Таким образом получено расстояние на которое нужно “отодвинуть” динамик.

 

Задержки задавались в семплах. Т.к. Частота дискретизации была 48000, то формула такая

Задержка=48000*расстояние в метрах/340 метров в сек

 

Максимальная задержка получается для левой пищалки. Минимальная для правого мида и сабвуфера. Так получилось что сабвуфер и правый мид оказались на одном расстоянии.

Значение Max резервирует нужное количество памяти, чтобы регулировать на лету без компиляции.

Впоследствии при прослушивании во все каналы была добавлена задержка в 100 семплов чтобы “придвинуть” сабвуфер. Это настраивалось на слух. Очень сложно уловить что сабвуфер “придвинулся” как надо. Но если задержку убрать, то слышно что сабвуфер играет как бы отдельно сзади.

 

4.2 Настройка АЧХ

В статье будет много графиков АЧХ. Сразу уточню почему некоторые красивые, а некоторые кривые. Те АЧХ, которые сняты близко к динамику на расстоянии 5 сантиметров очень красивые. Но при настройке нужно использовать АЧХ в точке прослушивания. Они складываются с отраженным звуком от поверхностей салона. В некоторых местах образуются узкие и сильные провалы от стоячих волн. Это нормально. Если измерить то же самое в помещении с любой крутой системой, то будут такие же кривульки. При настройке АЧХ самое важное выровнять тональный баланс, чтобы была горизонтальная линия без наклонов, сильных горбов и пиков. Узкие провалы не так важны. Их нельзя исправить закачивая больше энергии. Можно только сделать глухую комнату. В машине это просто невозможно.

 

Кроме того использован некалиброванный микрофон и некалиброванный вход звуковухи. Он дает хорошие результаты до 8-10 килогерц. Дальше его показаниям не стоит верить. Вот АЧХ из даташита микрофона:

Сначала настраиваем кроссовер. Частоты выбраны стандартные: 80 герц и 3кГц. Если с нижней частотой еще можно поиграться, то частоту среза пищалки сразу следует выбирать правильно.

На данных пищалках частота резонанса 1,4кГц. По паспорту они играют от 3 кГц. Ниже делать опасно. Выше нежелательно-сцена опустится к мидам. Кроме того левый мид не очень хорошо играет 3кГц т.к. находится под большим углом к водителю и закрывается ногой. Угловая АЧХ начинает спадать уже с 2-2,5 кгц.

АЧХ в точке прослушивания:

Для примера красивая АЧХ вблизи:

Кроссовер брался 4 порядка Линквиц-Райли (24дБ/октава).

АЧХ мида с фильтром 3 кГц:

 

После подстройки уровней пищалок относительно мидов появился провал на АЧХ на стыке полос:

Поэтому сигнал пищалок был инвертирован. АЧХ выровнялось. На графике не так заметно. На слух очень заметна неслитность звука, когда перепутана фаза.

Окно программы обещает провалы, но реальная АЧХ прямая. Это происходит потому, что динамики находятся в разных точках и звук у них складывается совсем не так, как на идеальном графике в программе.

 

Самыми проблемными по настройке оказались миды. Левый мид не играл нормально 3 кГц из-за того что не развернут и играет в ногу. Пришлось вытаскивать параметриком. На обоих мидах в точке прослушивания появился пик на 700Гц. Причем если измерять вплотную к динамику пика почти нет. Скорее всего это особенность салона. Исправлено параметриком.

У обоих мидов спад с 400 герц скорее всего из-за негерметичности дверей. Исправлено фильтром Low Shelf.

Для каждого динамика подобраны свои параметры фильтров.

АЧХ мида до коррекции:

Параметрики:

АЧХ мида после коррекции

Остальные неравномерности нет смысла править. Они меняются если микрофон сместить на несколько сантиметров.

 

При замере сабвуфера выявился существенный подъем в области 50 Гц не зависящий от положения микрофона:

Скорее всего это влияние салона и места установки т.к. при моделировании его не было. Он был исправлен параметриком. Кроме того добавлен фильтр инфранизких частот (сабсоник) на 35 герц чтобы не убить 8” динамик. Фаза сабвуфера также инвертирована для согласования с мидом.

Скорректированная АЧХ

Далее будут ссылки на фото. Движок не позволяет вставлять более 25 штук

Фото АЧХ сабвуфера после коррекции

АЧХ пищалок не настраивалась.Она получилась ровная за счет того, что сделаны гладкие подиумы и пищалки развернуты прямо в ухо.

Все динамики были подстроены между собой по уровню. Уровень левого канала немного убавлен, чтобы казалось что сидишь между колонками. Самый хороший эффект дает с задержками.

Фото уровни динамиков

После того как настроены все динамики по отдельности, включаем все каналы и вносим небольшие правки в финальную АЧХ.

 

Финальная АЧХ:

Фото финальная АЧХ

Подьем на суббасе в машине-необходимость. Иначе во время движения дорожный шум забивает бас. У многих качественных автомобильных систем похожий подъем.

Провал в районе 3 кГц-не совсем удалось скорректировать особенность установки мидбаса. Не все можно исправить процессором.

Выше 8-10 кГц-особенность микрофона и входа звуковухи. Дает похожий результат и на других колонках.

Финальный результат прошит в EEPROM. Чтобы прошивка заработала нужно перезагрузиться: отключить USB, выключить и включить магнитолу.

 

5. Прослушивание

Можно приступить к прослушиванию. Проводилось со смартфона с внешним USB ЦАП и записями во flac.

 

Изначально эта система использовалась с фильтром из одного конденсатора на пищалке и фильтром в усилителе на сабвуфер. Все крутилось отверткой на слух. Вобщем как у всех.

После настройки звук изменился. Даже не так: ИЗМЕНИИИИИЛСЯ!1!

Сцена поднялась, тоесть звук перестал идти из ног и непонятно откуда. А переместился вперед. Все инструменты как живые. Пищалки играют так детально и слитно с мидбасами, как не играли никогда.

Такое ощущение что выкинули все эти мутно звучащие динамики и поставили новые. Удивительно что простые дешевые динамики могут ТАК играть. Сабвуфер перестал бубнеть. Не утапливает все басом. Звучит монолитно с фронтом. Иногда думаешь: где саб? Почему не звучит? А если выключить, то сразу слышно.

 

После прослушивания была еще одна доработка. На АЧХ сабвуфера заметно, что несмотря на хороший фильтр он играет достаточно далеко за свой диапазон. На музыке это сказалось в том, что его звук как бы затягивает удары и низкие ноты которые и так отыгрываются передними динамиками. В итоге был добавлен еще 1 фильтр выше 100 герц. И этот недостаток пропал.

 

6. Итоги, достоинства, недостатки

Вывод: не динамики красят звук. Динамики просто должны быть достаточно качественными и нормально установленными. Но самое главное: НАСТРОЙКА. С готовыми кроссоверами без настройки вы никогда не получите идеальный результат. Можно мучаться и менять систему постоянно или настроить 1 раз и радоваться звуку.

 

Недостатки:

Придется большинство песен с флешки удалить и найти замену в нормальном качестве.

На большой громкости миды звучат хуже. Это недостатки самих динамиков и установки.

Самый главный недостаток системы задержек — звук имеет хорошую “сцену” только на водительском месте. Вчера проехался на пассажирском: звук вроде тот же, но уже какой-то простоватый, нет глубины. В безпроцессорной системе этот недостаток тоже есть, но там нет такой большой разницы. Что у водителя, что у пассажира “сцена” хуже, чем на водительском месте системы с процессором.

 

Самое главное достоинство: Очень приятно настраивать звук с ноута и микрофона. Все изменения не требуют крутить отверткой, паять детали, менять компоненты.

Можно легко исправить любые мелочи, которые в обычной системе потребуют существенной переделки.

 

Из планов на будущее: улучшить установку мидов. Сейчас двери и технологические отверстия просто проклеены виброй STP. А покупные подиумы прикручены на тонкую обшивку двери.

Провести более тонкую настройку АЧХ и задержек.

 

7. Дальнейшие планы

Сейчас готов прототип 8-канальника, в нем будет SPDIF, внешние ЦАП и АЦП, улучшенная схемотехника и самое главное DSP процессор по-мощнее.

 

Если вам понравился мой проект, подписывайтесь на группу ВК, буду там публиковать последние новости.

[Edik 43]

Вывод: не динамики красят звук.

 

Интересный вывод, я всегда думал наоборот.

 

Работа конечно проделана отличная, огромный респект, но такой вывод очень ошибочен.

Вся работа начинается с приобретения динов которые хорошо играют, а правильное их оформление это уже вершина.

Плохо играющий динамик никогда не заставишь хорошо играть, как бы его не ставил и не оформлял.

[MadBit]

Задача не стояла сделать идеальный звук, просто хотел занять себя и попробовать сделать процессор. Со своей задачей он справился на отлично. Конечно с лучшей акустикой и звучание было бы лучше, но из этих дешевых динамиков тоже удалось кое-что выжать.

[puchowik15]

Интересен вопрос цены, если она будет заметно ниже рынка, вас ждет успех! А если в районе 10, то дешовые проц гу выигрывают

[MadBit]

Интересен вопрос цены, если она будет заметно ниже рынка, вас ждет успех! А если в районе 10, то дешовые проц гу выигрывают

 

Какая цена, по вашему мнению будет адекватна?

Есть одна большая проблема - это маленькая серия. Себестоимость большая, из-за этого конечную цену низкой не сделаешь + магазин забирает себе значительную часть стоимости.

[puchowik15]

магазин забирает себе значительную часть стоимости.

А магазин вам зачем? Продавайте сами через группу в том же вк и на авито..

По цене самый чмошный внешний проц - MD.Lab DSP8 цена за новый в районе 19, но там 8 каналов и рукс

[MadBit]

А магазин вам зачем? Продавайте сами через группу в том же вк и на авито..

По цене самый чмошный внешний проц - MD.Lab DSP8 цена за новый в районе 19, но там 8 каналов и рукс

Магазины нужны, чтобы были более-менее приличные объемы, чтобы денег хватило на дальнейшую разработку.

Единственный аналог по количеству каналов - miniDSP http://avtomelody.ru/avto-acsessyaru/installation-accessories/processors/minidsp-2-4-boxed.html. Но это не автомобильное исполнение и нет высокоуровневых входов. В-принципе, если цена будет ниже этой, должна быть конкурентной.