Что такое dsp в звуковой карте
Что такое DSP-процессор звука? Для чего он в магнитоле?
Рекомендуемые статьи
Штатная магнитола Android на базе Allwinner TS9. Преимущества модели
Другими словами, встроенный звуковой DSP-процессор быстро изменяет поток цифровых сигналов, управляет задержками на каждом канале. Это высокоскоростная аппаратная схема, которая выполняет арифметические функции, манипулируют битами, оптимизируя большие объемы данных, чтобы быстро изменять их.
Разберем на примере:
Представьте себе ваш автомобиль изнутри с его «неправильной» формой, изгибами, со всем его наполнением: панелью, креслами и другим – все эти составляющие – это амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) вашего авто.
Среда с подобными АЧХ считается «неправильной», так как звук передается не так как в большой пустой комнате, салон с большим количеством элементов поглощает часть звука, часть просто искажается. По итогу, мы получаем не то звучание, которое излучают динамики, даже если вы воспроизводите звук в максимально высоком качестве без сжатия аудиофайла.
Так же, важным является расположение водителя и пассажиров относительно динамиков. На восприятие музыки влияет разность в громкости и силе динамиков, один будет звучать не так громко и сильно, как тот, что находится ближе. Чтобы звучание не искажалось, слушатель должен находиться по центру на равном удалении от динамиков. Но, в машине, это конечно невозможно.
| Звуковая сцена — это «точность, с которой воспроизводящая система передает звуковую информацию о размере, форме и акустических характеристиках исходного пространства записи и размещения исполнителей внутри звуковой сцены в помещении для прослушивания». |
Магнитола позволяет грамотно управлять звуковой сценой, смещать ее в любом направлении. Задержки, которые производит микропроцессор, позволяют гармонично построить звучание относительно «неправильной» формы салона и расположения динамиков. Эти специальные задержки длятся миллисекунды, но за это время они выстраивают звук таким образом, чтобы он воспринимался четко без искажений со всех сторон в точке слушателя.
Звуковой процессор DSP Bu3210x позволяет произвести тонкую настройку 11 полосного эквалайзера НЧ/СЧ/ВЧ с фильтрами среза частот, регулировкой добротности, тонкомпенсацией, поканальными задержками и функцией Loud. Есть возможность усиления басов на разных частотах, сохраняя чистоту звука.
В андроид магнитолу Allwinner TS9 встроен звуковой усилитель TDA7850 MOSFET. Усилитель согласуется с акустикой 2Ом, АЧХ соответствует классу Hi-Fi аудио: имеет низкий уровень паразитных шумов, высокий показатель соотношения сигнал/шум. Благодаря этому получается чистая насыщенная звуковая картина.
Чем ниже сопротивление акустики, тем больше искажений дает усилитель, чем выше сопротивление акустики, тем меньше дает искажений усилитель.
Добиться подобной настройки звуковой сцены в магнитолах без данного процессора очень сложно
Из дополнительных возможностей, следует выделить управление функциями магнитолы посредством кнопок управления на руле при наличии встроенных или дополнительно установленных пульта ДУ. Не снимая рук с руля, можно управлять громкостью звука, переключать музыкальные треки, а так же использовать другой функционал настроенный вами.
Помимо 2 линейных стерео аудио-входов (тюльпаны), 4 линейных аудио-выхода (тюльпаны) на внешний нештатный аудио-усилитель, предусмотрен отдельный линейный выход на Subwoofer.
Использование цифрового аудиопроцессора (DSP)
В свете этого заинтересовала возможность использовать такие DSP как:
1. Активный кроссовер для АС.
2. Инструмент рум-корекции.
Ответы
Ну вот я в процессе решения этого вопроса пришел к тому, что в отдельном устройстве для стерео нет решительно никакого смысла. Mac Mini + Dirac Live лучшее решение в DSP для дома на сегодняшний день. Для многоканального кино можно взять miniDSP или ресивер дружественной компании.
P.S. По моему мнению ключевую роль здесь играет программное обеспечение.
Хотя да, тут скрей инфо для размышления.
Я не совсем это имел в виду.
И в помянутой выше ветке и в случае с Dirac Live имеется в виду обработка средствами софта, установленного на стандартный PC или Mac. Тут вопросов нет, благо можно легко найти «народную версию» ARC System от IK Multimedia, недорогой измерительный микрофон Behringer ecm8000 и софтовый плеер с поддержкой vst-плагинов. Эта связка рабочая, проверенная (в т.ч. мной) и показала очень неплохие результаты.
И вообще все это касаемо только рум-коррекции, а я упомянул еще об использовании в качестве кроссовера с гибкой настройкой и минимальным влиянием на фазу. На основе этого возможно изготовление активной АС например такого типа.
хотелось избавиться от ПК в любом виде
miniDSP DDRC-22D, DSPeaker Anti-Mode 2.0, Emotiva XMC-1?
На основе этого возможно изготовление активной АС
Я думал над активным кроссовером некоторое время, но это надо с головой прыгать и все делать самому. Или как вариант можно использовать автомобильные решения, там как раз это вариант по умолчанию. Например, как с активным кроссовером предварительное усиление планируете делать? Для коррекции в цифровом виде без преобразования АЦП-ЦАП (тут можно воспользоваться моделью с парой выходов) я для себя ответов не нашел.
miniDSP DDRC-22D, DSPeaker Anti-Mode 2.0, Emotiva XMC-1 и т.д.
Да, но 800$, 1400$, 2500$ и т.д.
spdif-входом и 8 аналоговыми выходами
Выбор и реализация ЦАП’ля на таких платах обычно оставляет желать лучшего. Не вижу смысла пытаться лезть в бескомпромиссный звук за счет активной фильтрации и сразу же загонять себя в тупик копеечным ЦАП’лем. Тут уж если идти, то ва-банк.
Выбор и реализация ЦАП’ля на таких платах обычно оставляет желать лучшего
Соглашусь, вот это больше всего и напрягает. Но вроде как есть полностью цифровые варианты.
В общем спасибо, есть о чем подумать.
ДСП, которые умеют делать обработку звука на приходящей частоте и имеют процессор на 64 бита с плавающей запятой (как тот же Trinnov например) уже значительно дороже
Только авторизованные пользователи могут отвечать на вопросы, пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.
DSP-процессоры: назначение и особенности
DSP-процессоры: назначение и особенности
Большинство из нас в повседневной жизни постоянно сталкивается с различными компьютерными системами: процессорами общего назначения (general-purpose, в основном x86) в ноутбуках и рабочих станциях, их мощными многоядерными версиями в датацентрах, мобильными процессорами в телефонах, многочисленными контроллерами в бытовой технике и на транспорте. Но помимо всех упомянутых вариантов есть ещё одно важное, хотя и редко упоминаемое семейство: цифровые сигнальные процессоры, чаще именуемые Digital Signal Processors или просто DSP.
Именно DSP решают задачи обработки больших объёмов информации в реальном времени, возникающие при передаче данных (звонков и мобильного Интернета) в мобильных сетях, обработке фотографий и восстановлению звука. Даже в топовых телефонах вся эта работа выполняется не на мощных ARM-ядрах, а на специализированных DSP.
В этой статье будет кратко изложена история DSP, их отличие от процессоров общего назначения, особенности их архитектуры, а также будет подробно рассказано о способах оптимизации кода.
История
Первые DSP появились в 1970-х годах. Эти процессоры стали логичным развитием специализированных аналогово-цифровых устройств, предназначенных для обработки речи, прежде всего её кодирования и фильтрации (прорыв в соответствующих научно-технических отраслях стал возможен благодаря спросу на эти технологии в годы Второй Мировой войны). Трудоемкость и сложность разработки устройств под каждую возникающую задачу, а также успехи в развитии электронной базы (широкое распространение технологии MOSFET) и математических алгоритмов (БПФ, цифровая фильтрация) привели к возможности создания универсальных, т.е. программируемых, цифровых процессоров, которые могли быть с помощью программ адаптированы для широкого класса задач. Адаптируемость на практике означала снижение стоимости разработок, сокращение времени выхода на рынок (time-to-market), возможность послепродажного обновления алгоритма для устранения ошибок, возможность поддержки новых требований пользователей. Во многих случаях эти возможности с лихвой компенсировали ухудшение производительности по сравнению со специальными ускорителями.
Рис. 1 Первый крупный успех DSP: планшет Speak&Spell (Texas Instruments, 1978) Рис. 2 С момента появления стандарта GSM DSP являются обязательным компонентом мобильных сетей Рис. 3 Обработка изображений в камерах (дебайеризация, удаление шумов, фильтрация) также выполняются на DSP (источник: https://snapshot.canon-asia.com/india/article/en/5-things-made-possible-with-digic-image-processor)
Из-за необходимости обработки в реальном времени и экономии электроэнергии DSP сильно отличались от процессоров общего назначения. В каком-то смысле они были первым примером программируемых вычислительных ускорителей, т.е. процессоров, максимально эффективно решающих определённый класс задач.
Преимущества DSP
Чем же именно отличаются DSP от обычных мощных процессоров общего назначения, особенно таких мощных как Intel Xeon или Cortex-A, и почему процессоры общего назначения не используют для обработки сигналов? Чтобы ответить на этот вопрос посмотрим на топологию современного процессора от Intel.
Рис. 4 Intel Skylake (источник: https://en.wikichip.org/wiki/intel/microarchitectures/skylake_(client) )
Из рисунка мы видим, что значительная часть площади кристалла отводится не под вычислительные ресурсы, а под сложную логику определения зависимостей, спекулятивного исполнения (out-of-order speculative execution) и составления расписания (scheduling). В сумме накладные расходы приводят к тому, что “КПД” процессора, т.е. энергия, затрачиваемая на выполнение реальных вычислений, составляет менее 1%:
While a simple arithmetic operation requires around 0.5–20 pJ, modern cores spend about 2000 pJ to schedule it.
Conventional multicore processors consume 157–707 times more energy than customized hardware designs.
(из статьи “Rise and Fall of Dark Silicon”, приведённой в списке литературы).
Чтобы сделать сравнение более конкретным, возьмём мощный процессор общего назначения от Intel и мощный DSP фирмы Texas Instruments (например Skylake Xeon Platinum 8180M и TMS320C6713BZDP300):
Как DSP-процессор улучшает звук
Необходима некоторая пост-обработка, которая полирует и совершенствует каждый отдельный сигнал микрофона, а затем объединяет их в сбалансированный, гармоничный микс. В старые времена для этого требовался рэк, полная коробок с ручками, лампами и счётчиками, которые должны были тщательно настраиваться опытным звукорежиссером для одновременной работы.
К счастью, больше не нужно погружаться в тёмное искусство звуковой инженерии, чтобы выполнить свою работу; теперь все важные процессы могут быть выполнены одним устройством, называемым процессором цифровой обработки сигналов (англ. DSP – Digital Signal Processing). DSP-процессор может быть автономным аппаратным устройством или частью приложения, работающего на ПК, но не каждый DSP-процессор подходит для рабочих мест или университетов. DSP-процессор для видеоконференций имеет дело с видео, управлением вызовами и другими задачами; аудио – это только один из пунктов в списке дел.
В недавнем опросе 80% специалистов назвали проблемы со звуком главными источниками разочарования при проведении виртуальных встреч. Большинство видеоконференций страдают от одного и того же набора хронических проблем. Каждый из инструментов или «блоков обработки» в вашем DSP-процессоре имеет определённую цель и решает одну из следующих проблем:
Проблема №1: Слишком громко или слишком тихо
Одной из самых распространённых проблем со звуком во время видеоконференций является обычное рассогласование по уровням. Иногда люди на одной стороне звонка недостаточно громкие, а иногда они слишком громкие. Решением является автоматическая регулировка усиления (АРУ), которая регулирует уровень каждого канала микрофона (или входного сигнала с удалённой стороны) для обеспечения постоянной громкости. Как хороший звукорежиссер, АРУ немного усиливает голоса тихих спикеров и немного понижает громких. Это идеальный подход для конференц-залов, где расстояние между говорящим и микрофоном различается, поскольку в помещении выступают разные люди.
Проблема №2: Звук как из бочки
Проблема №3: Эхо, эхо, эхо.
Во время видеоконференции звук, выходящий из динамика, может быть захвачен микрофоном и повторно передан обратно на дальнюю сторону, что вызывает раздражающее эхо. Акустическое эхоподавление (англ. AEC – Acoustic Echo Canceller) в цифровом виде удаляет входной сигнал удалённой стороны из выходного сигнала, чтобы предотвратить это. Большинство приложений для проведения видеоконференций (например, Microsoft Teams, Zoom или Skype for Business) имеют одноканальный встроенный AEC, который лучше всего подходит, когда вы присоединяетесь к одному из этих собраний с ноутбука. Но для больших переговорных комнат и аудиторий с несколькими участниками и микрофонами для хорошего качества звука требуется внешний DSP-процессор, который выделяет отдельный блок AEC для каждого канала микрофона.
Проблема №4: Отвлекающий шум
В большинстве переговорных комнат присутствует некоторый фоновый шум, вызванный проекторами или компьютерами, системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, гулом в здании или окружающим шумом, проникающим извне. Люди в комнате могут не заметить этого, но микрофоны их улавливают. Эквализация может отрегулировать большую часть гула и шипения на низких и высоких частотах, но электронное шумоподавление в цифровом виде удаляет шум, который перекрывает речевой диапазон, поэтому он не слышен участникам собрания. Эффективность DSP-процессора с хорошим шумоподавлением может быть просто удивительной.
Проблема №5: А сейчас слышно?
Чем больше шума и реверберации в аудиосигнале, тем сложнее кодеку видео-конференц-связи (будь то приложение на ПК или отдельное устройство) обеспечить естественную интерактивность. Если проблемы со звуком не будут решены до того, как сигнал достигнет кодека, вам может быть затруднительно прервать другую сторону или им прервать вас. Это замедляет общение и вызывает раздражающие помехи.
Проблема №6: Звук не синхронизирован с видео
Видео обрабатывается немного дольше чем аудио при передаче по обычному Интернет-соединению. Аудиосигнал поступает на дальнюю сторону раньше, чем видео, поэтому вы слышите, как кто-то говорит, прежде чем его губы начнут двигаться. Регулируемая задержка в DSP-процессорах позволяет синхронизировать подачу звука с изображением во время онлайн-конференции.
DSP-процессор для аудио-конференц-связи должен быть расположен там, где это наиболее целесообразно для вашего использования. В малых помещениях микрофон со встроенным DSP-процессором (например, Microflex Advance MXA710 или MXA910) исключает необходимость использования внешнего оборудования и упрощает настройку. В комнатах среднего и большого размера с несколькими микрофонами и другими источниками сигнала DSP-процессор в виде отдельного устройства (например, IntelliMix P300) обеспечивает большую мощность, гибкость и возможности подключения как к аппаратным, так и программным кодекам. Кроме того, Shure также предлагает программное решение DSP, IntelliMix Room, которое может работать на ПК в помещении или на устройстве для проведения видеоконференций, что упрощает развёртывание и обеспечивает централизованное обслуживание сотрудниками IT-службы. Независимо от форм-фактора, высокопроизводительный DSP-процессор обеспечивает естественный звук, который облегчает общение без лишних усилий и максимизирует отдачу от ваших инвестиций в оборудование и технологии.
Подробнее о цифровой обработке сигнала читайте здесь.
Как выбрать звуковую карту
Анонс
DJSTORE
Эту статью можно не только прочитать, но и прослушать:
Общие моменты для начинающих
С разнообразием аудиокарт на рынке выбор становится трудной задачей. В этот раз мы не станем делать топ, рассказывать о новинках и делать сравнительный анализ. Вместо этого мы расскажем об основных принципах, которые помогут выбрать девайс под свои задачи, и при этом не поддаться рекламе. Материал пригодится начинающим.
В бытовых ситуациях внешнюю аудиокарту покупают для прослушивания музыки дома, когда хотят вывести на новые колонки звук лучшего качества и с меньшим уровнем шумов, чем может обеспечить чип на плате компьютера.
Аудиоинтерфейс для работы с музыкой нужен для домашней студии — встроенный чип относится к устройствам потребительского уровня, значит что-то подключить, усилить и записать не получится. В случае с Windows профессиональный интерфейс работает с другой программной средой. Вместо стандартного Realtek HD работают драйверы на основе протокола ASIO.
Если ваши планы совсем скромные — например, записывать свой голос для стримов – вам может хватить и USB-микрофона. Но вот если вы хотите записать вокал или, скажем, гитару, вам понадобится аудиокарта с подходящими для этого функциями. Чтобы записываться, нужны разъемы XLR для микрофона и hi-Z разъем для гитары. А для вывода сигнала на колонки или наушники нужны будут соответствующие выходы. Выход должен быть таким, чтобы насколько возможно исключить шумы, задержку и джиттер (когда при передаче цифрового сигнала слышен рассинхрон, читаемость ухудшается, появляются помехи).
Характеристики
Когда наступает пора выбирать интерфейс, есть риск запутаться в характеристиках. Среди них есть основные качества, на которые нужно сначала обратить внимание во время покупки. С этими характеристиками вам нужно сопоставить свои задачи.
Входы и выходы
Это один из главных параметров при покупке. На базовом уровне стоят интерфейсы с двумя каналами, с которыми можно одновременно записать два аудиосигнала в моно или один в стерео. От таких карт функционал может дорасти до дорогих систем, которые могут сконвертировать в «цифру» и принять сигналы с десятков каналов одновременно. Определитесь, что вам нужно записывать сейчас и в ближайшем будущем.
Например, если вы сонграйтер, который использует карту для голоса и акустической гитары, будет достаточно двух микрофонных входов. Если оба микрофона будут конденсаторные, на каждом входе должна быть подача фантомного питания. Для записи нескольких человек с инструментом уже понадобится интерфейс с четырьмя входами.
Если вы играете на басу, электрогитаре или клавишах, вам желательно иметь прямой способ подключения к карте. Понадобится вход hi-Z – через этот разъем передается сигнал соответствующего уровня.
Для внешнего оборудования, например драм-машины, семплера и процессора эффектов, нужны линейные разъемы. Они понадобятся, когда вы подключаете к интерфейсу студийные мониторы и предусилители для наушников.
Для некоторых девайсов требуются цифровые разъемы. Самые распространенные — это S/PDIF и ADAT, через которые в аудиоинтерфейс подключаются многоканальные микрофонные предусилители. Так можно записать больше источников звука одновременно или освободить штатные аналоговые входы. Интерфейс с двумя или четырьмя микрофонными предусилителями и входом ADAT можно расширить до десяти или двенадцати входов.
Прежде чем покупать аудиоинтерфейс, сделайте схему из всех инструментов и оборудования, которые вы хотите подключить. Подумайте, какое оборудование нужно будет использовать одновременно.
И, наконец, обратите внимание на драйверы и то, как они работают с Windows или MacOS. Стабильность — решающий фактор.
Способ соединения с компьютером
USB: самый распространенный способ подключения. Удобен в том числе тем, что многим аудиокартам достаточно питания только через USB. USB 2.0 постепенно вытесняется стандартом 3.0. Обратите внимание, разъем и шина — это разные вещи! Бывает, что разъем устройства уже Type-С, а шина работает по старому стандарту 2.0. iOS-совместимые устройства тоже подсоединяются по USB.
FireWire: преимущественно Mac-формат, который медленно замещается Thunderbolt. Разъем быстрый и подходит для многоканальной записи.
Thunderbolt: этой шиной оборудованы новые компьютеры Apple. Владельцы также справляются установкой карты расширения. Формат отличается очень высокой скоростью передачи пакетов данных и сверхнизкой задержкой.
PCIe (PCI Express): внутренняя карта такого формата в итоге заняла нишу сугубо профессиональных решений для больших студий, а также пользователей экосистемы Avid ProTools. Используется в стационарных компьютерах, аудиоинтерфейсы устанавливаются в виде дополнительной платы. PCIe отличается большой пропускной способностью и низкой задержкой. Карты обычно обладают большим количеством разъемов. Для ноутбука скорее не предназначена.
Внешняя DSP-обработка
Под этим подразумевается наличие отдельного чипа, мощности которого целиком задействуются для обработки цифровых эффектов. Компьютер значительно разгружается, что положительно сказывается на общей производительности системы. Чип поставляют с комплектными плагинами высокого класса, которые используются как серьезный студийный инструмент.
Комплектация
Обратите внимание, что идет в комплекте с аудиоинтерфейсом. Сейчас комплектация не ограничивается кабелем для компьютера. Если производитель позаботился о том, чтобы у вас появился полноценный продукт с рабочим софтом, вы сможете сэкономить время и приступить к проектам. В комплект могут входить DAW (причем не только Lite-версии), плагины, подписки на сервисы Splice для коллабораций, а также доступ к скидкам на виртуальные инструменты.
Качество звука
Качество складывается из следующих характеристик:
Разрядность ЦАП и АЦП: чем больше битов, тем выше разрешение сигнала. Цифры указывают на то, насколько записанный и переведенный в «цифру» сигнал похож на изначальный звук, какой возможен размах по громкости, и насколько эффективно подавляются шумы.
Формат audio CD использует 16-битный стандарт с динамическим (т.е. по громкости) диапазоном 96 дБ. К сожалению, уровень фонового шума на цифровой записи будет довольно явным, поэтому запись на 16 бит означает, что некоторый шум будет проскакивать на тихих отрывках записи.
24-битная запись — стандарт в профессиональном аудио. Динамический диапазон здесь составляет 144 дБ, а уровень шума нивелируется практически полностью. С точки зрения слушателя это выражается в том, что запись будет звучать плавнее, ярче и чище.
Частота семплирования ЦАП и АЦП: параметр говорит о том, на какое количество отрывков делится звуковая волна при конвертации в цифровой вид. В CD-формате она равна 44.1 кГц — т.е. каждую секунду аудиосигнал делится на 44,100 последовательных фрагмента. Теоретически это значит, что ваша система работает с частотами до 22.05 кГц, что превосходит чувствительность человеческих ушей. Коммерческие студии работают с частотой семплирования в 48 кГц, 96 кГц и даже 192 кГц.
Насколько необходимо такое разрешение? Это зависит от целей. Если вы записываете рабочую демо-версию трека, то 16-бит/44.1 кГц будет достаточно. А для коммерческих релизов и саундтреков стандарт — это 24 бит/96 кГц.
Уровень конвертеров: конвертеры делятся на АЦП (аналого-цифровые преобразователи, A/D) и ЦАП (цифро-аналоговые, D/A). От качества конвертеров и тщательности сборки компонентов карты качество звука зависит не меньше, чем от частоты семплирования и разрядности. Корреляция несколько грубая, но тем не менее — качество отражается на цене. Чем лучше конвертеры, тем дороже карта.
Окончательный выбор
Прежде чем покупать интерфейс, пробегитесь лишний раз по указанным характеристикам — ориентируйтесь на свои нужды, а не на рекламные слоганы и демонстрационные видео.
С аудиоинтерфейса начинается сборка вашей музыкальной рабочей станции. Аудиоинтерфейс в этом случае — самый важный прибор. Гораздо лучше иметь не очень качественный контроллер при хорошей карте, чем наоборот.
Надеемся, что материал поможет сделать рациональный выбор.