Звуковой процессор для дома своими руками

Активная колонка со звуковым процессором

Создание современной звуковой панели из фанеры толщиной 1/2′. У звуковой панели есть 2 канала (стерео), 2 усилителя, 2 высокочастотных динамика, 2 низкочастотных динамика и 4 пассивных излучателя для повышения низких частот в этом небольшом корпусе. Один из усилителей оснащен встроенным программируемым процессором цифровых сигналов (DSP), который автор использует для создания двухполосных кроссоверов, пользовательских эквалайзеров и добавления динамического усиления низких частот. В усилителе DSP используется процессор ADAU1701, который настраивается с помощью Analog Devices SigmaStudio (бесплатное программное обеспечение). ). Для загрузки программы SigmaStudio в процессор требуется отдельный USBi-программатор. Можно не использовать дорогую версию от Analog Devices, а выбрать что-то подешевле на пример вот:
или этот

Список основных частей:
• НЧ-динамики (x2): Dayton Audio ND91-4
• Твиттеры (x2): Dayton Audio ND20FB-4
• Пассивные излучатели (x4): Dayton Audio ND90-PR
• Усилитель 1 (твитеры): Dayton Audio Kab-215
• Усилитель 2 (подающие НЧ): Sure Electronics Jab3-250
• Корпус: фанера толщиной 1/2 «
• Передняя перегородка: МДФ толщиной 1/2″

Корпус

По задумке автора, корпус не должен был выглядеть квадратным, поэтому он решил использовать технику изгиба с помощью пропилов, чтобы добиться плавной гладкой кромки по всему корпусу. для этого он сделал несколько (9 на изгиб) тонких пропилов, которые заканчиваются на расстоянии

2 мм от поверхности фанерного листа. Получилась закругленная кромка с радиусом изгиба приблизительно 1″. Удаление материала с одной стороны дерева позволяет легко сгибать фанеру. Однако следует соблюдать осторожность, поскольку этот изгиб довольно хрупкий. Для изгиба с помощью пропилов требуется знание толщины ( ширина пропила) вашего лезвия, толщины материала и желаемого радиуса. Зная эти параметры, вы можете рассчитать количество удаляемого материала (количество пропилов), длину внешней и внутренней дуг (расстояние между пропилами). Калькуляторы изгиба пропила существуют, но у них есть предел радиуса изгиба. Один пример можно найти здесь

Склеивание

Приготовьте смесь опилок

1: 1 и древесного клея и используйте ее, чтобы заполнить пропилы в каждом изгибе. Старайтесь наносить клеевую смесь обильно, так как в этих пропилах осталось мало материала и они хрупкие. Однако после высыхания клеевой смеси пропилы становятся достаточно прочными (по крайней мере, достаточно сильным для динамика).

Передняя MDF панель

Используйте ручную фрезу, чтобы вырезать отверстия для каждого сабвуфера и пассивного излучателя. Используйте большую фрезу и сверлильный станок для отверстий твитера. Чтобы сгладить края каждого отверстия, а также внешний край перегородки использовалась фасонная фреза. Автор установил твитеры как можно дальше друг от друга, чтобы улучшить качество звучания.

Монтаж динамиков и декоративная отделка

Чтобы закончить перегородку, смонтируйте все низкочастотные динамики, пассивные излучатели и твитеры сзади, используя винты для дерева 1/2″. Драйверы поставлялись с прокладками из пенопласта (поставляются в комплекте), что создает хорошее уплотнение при установке . Используйте шаблон для отверстий на каждой прокладке. Задекорируйте переднюю часть панели тканью (скрепленной скобами) и используйте пенопластовую ленту на липкой основе, чтобы создать уплотнение между передней перегородкой и корпусом.

Задняя крышка и электроника

Задняя перегородка имеет скошенный край (45 градусов), который используется для создания герметичного уплотнения с корпусом. Электроника (2 усилителя, входное гнездо питания постоянного тока, входное стерео гнездо и 2 светодиода) смонтированы в задней перегородке. Электроника установлена в герметичной полости в центре корпуса, которая разделяет левый / правый каналы.

Программирование DSP/настройка

Цифровые сигнальные процессоры (DSP) широко используются в большинстве современных звуковых панелей. Их самое большое преимущество заключается в том, что они имеют цифровой вход и могут использоваться для многоканального объемного звука. Для этого проекта автор использовал аналоговые входы, потому что их проще проектировать. Усилитель Sure Electronics Jab3-250 оснащен процессором ADAU1701, который имеет 2 входных АЦП (аналого-цифровые преобразователи) и 4 выходных ЦАП (цифроаналоговые преобразователи). Он использовал два выходных ЦАП для каждого ВЧ-динамика и два ЦАП для каждого НЧ-динамика. Изображение графической программы SigmaStudio прилагается, и некоторые из используемых важных блоков описаны ниже:

Регулировка уровня входного сигнала : используется для уменьшения громкости входного сигнала для каждого канала. Это критически важный шаг, необходимый для работы функции динамического усиления басов (описано ниже).

Параметрический эквалайзер: автор использовал телефонное приложение под названием «Advanced Spectrum Analyzer» для записи развертки по частоте (20–20 кГц) и для грубого измерения частотной характеристики динамика без какого-либо выравнивания. Это не самый точный подход, однако он быстрый и дает более или менее хорошую отправную точку, позволяя не вкладывать средства в более точные инструменты, такие как измерительный микрофон и звуковая карта для ноутбука.Можно провести более точные измерения и использовать дополнительное программное обеспечение, такое как Room EQ Wizard , чтобы рассчитать правильный эквалайзер. На данный момент автор создал собственный параметрический эквалайзер, который уменьшает громкость от 500 Гц до 4000 Гц, т.к. его уши воспринимали этот частотный диапазон громче остальных )). Динамик звучал лучше (для него) с уменьшением громкости в этом диапазоне. Кривые частотной характеристики до и после прилагаются. Они не являются точным измерением отклика спикера и, скорее всего, очень неточные, но он решил включить их, чтобы подчеркнуть, насколько эффективен DSP при изменении звука. На приложенных графиках оранжевая линия представляет записанный пиковый отклик, а белая линия представляет уровень в реальном времени (который можно игнорировать).

Кроссовер : используется фильтр Линквица-Райли 4-го порядка с частотой 3000 Гц для фильтра низких частот на сабвуферах и фильтра высоких частот на твитерах. Одним из огромных преимуществ DSP является то, что он может легко создавать сложные фильтры, подобные этому. Создание пассивного кроссовера 4-го порядка Linkwitz-Riley потребовало бы дополнительных компонентов, которые могли бы легко составить стоимость DSP (35 долларов США).

Dynamic Bass Boost: блок Dynamic Bass Boost обеспечивает усиление, которое зависит от уровня входного сигнала: более низкие уровни требуют и получают больше басов, чем более высокие уровни. Используя фильтр переменной Q, этот блок динамически регулирует величину усиления. Уровень входного сигнала должен быть уменьшен для того, чтобы Boost работал. Это означает, что динамик уже не такой громкий, однако компромисс стоит того. При 50 Вт / канал это не сильно заметно

Источник

Как сделать процессорный звук в Жигулях

Обычно люди идут в магазин автозвука и покупают компоненты. Я же сначала спаял цифровой аудиопроцессор, а компоненты поставил какие есть.

Самая большая проблема автозвука-установка динамиков в самых неподходящих местах: динамик который играет прямо в ногу, сабвуфер массирует спину, влияние формы салона. Пока звук дойдет до ушей он будет уже не тот. Именно поэтому я начал с DSP-процессора.

Оглавление:

0. Термины

1. Начало

Вдохновился разработками фирмы miniDSP и захотел создать подобное для машины. Сердце процессора чип от Analog Devices ADAU1701

Это готовый DSP процессор для аудио со встроенным 2 канальным АЦП и 4 канальным ЦАП. Практически все 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:

Подобран корпус и сделаны передние и задние панельки:

с другой стороны:

2. Что внутри

Схема главного блока:

RC_IN1 и RC_IN2 это входы для подключения крутилки/кнопки. Защищены резисторами и диодами. Конденсаторы для защиты от дребезга контактов. Транзистор для внутреннего формирователя напряжения ядра 1,8В. Инвертор с триггером Шмитта для вывода тактовой частоты(masterclock) на ЦАП. Повторитель на ОУ для средней точки аналоговых частей устройства.

Остальная обвеска по даташиту для работы внутренних частей микросхемы.

Входы принимают сигнал с тюльпанов либо с выходов на динамики (вдруг перекочует в машину со штатной магнитолой). Уровни взяты стандартные + небольшой запас, чтобы не получить клиппинг, но и не регулировать в железе. Если что усиление можно сделать в самом процессоре.

Выходной фильтр 2 порядка по даташиту:

ЦАП с точно таким же фильтром:

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 (чёрный справа) и 1 самодельный для пищалок (снизу, серебристый):

динамики в дверях:

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 в сигма студии.

4.1 Настройка задержек

Рулеткой замерил расстояние до динамиков. Затем пересчитывал так:

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

Далее 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:

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.

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.

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

1. Придется большинство песен с флешки удалить и найти замену в нормальном качестве.
2. На большой громкости миды звучат хуже. Это недостатки самих динамиков и установки.
3. 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. БОНУС

Кто внимательно читал “ЦАП PCM1754 2 канала”. Это значит что процессор получился 6 канальный! Чтобы получить шестой канал достаточно припаять еще один тюльпан к выходу ЦАПа.

Данная статья написана с целью самозанятости, потому что в данный момент нахожусь в поиске любых предложений для сотрудничества.
Интересна ли вам тема автозвука?

Источник