Simplifique las configuraciones de audio con el procesador de audio digital preprogramado SigmaDSP™

Aunque el sonido fuentes actualmente consisten principalmente en medios digitales (CD, DVD, Internet), la mayoría Procesando permaneció en el dominio analógico. Es hora de mover el procesamiento de audio a digital también.

Durante los últimos veinte años, la tecnología de audio ha recorrido un largo camino. Comenzando hace 20 años con la introducción del CD y avanzando hacia MiniDisk y DAT, hoy tenemos una opción de formatos de audio de alta resolución como DVD-Audio, SACD y la increíble flexibilidad y densidad de almacenamiento de MP3. Todos estos avances apuntan a almacenamiento medios para la música. Pero, ¿cómo se procesa la señal de audio una vez fuera del medio de almacenamiento? ¿Cómo llega a la salida del sistema? ¿Son los sistemas "digitales" de hoy realmente digitales? La gran mayoría de los sistemas actuales no lo son.

En los receptores de audio/video (A/V), el procesamiento de señales digitales es popular debido a la naturaleza de decodificación de Dolby Digital, pero casi todos los sistemas de audio comunes, como minicomponentes, estéreos de automóviles y altavoces de computadora adicionales, todavía se usan. tecnología de procesamiento de señales analógicas.

Esto se debe a que las soluciones digitales anteriores, basadas en procesadores de señales digitales (DSP) de uso general, con circuitos integrados convertidores D/A y A/D separados, generan una sobrecarga significativa de hardware y programación. Como resultado, las soluciones digitales eran difíciles y demasiado caras de implementar.

Ahora, mientras los principales sistemas de consumo completan la transición a medios totalmente digitales, Analog Devices presenta el AD1954, el primer miembro del nuevo SigmaDSP de bajo costo. - la primera solución para abordar directamente el problema esencial de integrar DSP específico de audio, así como convertidores de audio de alto rendimiento, en un solo circuito integrado.

Esta familia de dispositivos de procesamiento de audio digital, liderada por el AD1954, ofrece:

  • Procesamiento de audio digital de nivel profesional con convertidores incorporados (SNR 112 dB)
  • Fácil programación, con una herramienta de configuración gráfica muy fácil de usar
  • Un precio muy bajo, que permite que la mayoría de los sistemas ofrezcan las mejores calidades de sonido de la tecnología digital.

¿Qué hay dentro del AD1954?

El AD1954 es un procesador de audio digital preprogramado totalmente configurable. La estructura interna se muestra en la Figura 1. Está optimizada para configuraciones 2.0 (izquierda/derecha) y 2.1 (izquierda/derecha + subwoofer) e incluye los siguientes bloques de procesamiento:

  • Selector de fuente digital 3 en 1
  • EQ estéreo de 7 bandas (filtros de doble precisión de 48 bits)
  • Procesador dinámico de nivel profesional (estructura de doble banda)
  • fantástico Mejora espacial estéreo
  • Retraso en la configuración de la ubicación de los altavoces
  • Crossover para procesamiento de subwoofer independiente
  • Control del volumen
  • Tres convertidores D/A (112dB SNR) para salidas izquierda, derecha y subwoofer.

Todos los parámetros son totalmente configurable por el diseñador del sistema. Esto permite tiempos de ciclo de diseño rápidos al mismo tiempo que permite una flexibilidad total para ajustar el sistema a las necesidades específicas de cada mercado y cliente.

Figura 1. Arquitectura SigmaDSP.

¿Qué núcleo DSP se usa en SigmaDSP?

El núcleo DSP utilizado en estos productos es completamente nuevo: está optimizado para las exigencias del procesamiento de audio (Figura 2). Las características que reducen significativamente la cantidad de ciclos necesarios para ejecutar un algoritmo de audio determinado incluyen aceleradores de hardware para procesamiento dinámico y de doble precisión. El núcleo del DSP se basa en un motor de multiplicación de 26×22 con dos cachés de 48 bits. La longitud de la palabra de entrada es de 24 bits, pero la resolución del núcleo interno de 26 bits (formato 3.23) proporciona dos bits adicionales para una ganancia de hasta +12 dB. Dado que +12dB de ganancia es común en muchos algoritmos de audio, no es necesario escalar en la mayoría de las aplicaciones.

Todos los filtros se calculan en resolución de doble precisión de 48 bits, utilizando aceleradores de hardware especiales. La doble precisión garantiza que los filtros IIR de baja frecuencia puedan funcionar sin problemas de ciclo límite, lo que genera artefactos audibles.

La memoria principal incluye 2,5 KB de RAM de programa, 2,5 KB de ROM de programa y 1 KB de RAM de parámetros. Se accede directamente a toda la memoria a través de la interfaz SPI, que utiliza un formato de autodireccionamiento de 32 bits (dirección de 8 bits, datos de 24 bits) que permite el acceso de ciclo único a cualquier ubicación de memoria. La velocidad del reloj interno del AD1954 es de 25 MHz, lo que equivale a unos 50 MIPS de un DSP de uso general debido a la aceleración del hardware.

Figura 2
Figura 2. Núcleo de procesamiento SigmaDSP.

SigmaDSP proporciona al diseñador una interfaz gráfica de usuario (GUI). Control total de configuración en tiempo real.

La tecnología SigmaDSP está dirigida tanto al diseñador digital experimentado como al diseñador analógico que conoce bien su sistema de audio pero no quiere lidiar con las complejidades de la programación DSP de bajo nivel. Para lograr estos dos objetivos se necesita una herramienta que se pueda utilizar de forma intuitiva, pero que permita controlar todo el flujo de la señal en tiempo real.

La solución es la interfaz gráfica de usuario (GUI) AD1954, que se muestra en la Figura 3. Muestra gráficamente el flujo de señal del AD1954 y, por lo tanto, su uso es realmente intuitivo. Se puede acceder directamente y modificar en tiempo real a todos los parámetros de la cadena de señal, incluidos los coeficientes de filtro, los ajustes de volumen y las funciones de procesamiento dinámico. La GUI se conecta a través del puerto de impresora de la computadora a la placa de evaluación AD1954. De esta forma, todos los cambios paramétricos se envían al AD1954 en formato SPI y se hacen efectivos inmediatamente (en tiempo real).

Aunque la GUI de SigmaDSP está diseñada como una herramienta dedicada para el diseñador del sistema, también podría estar disponible (en una versión modificada) para el usuario final entusiasta. Con esta interfaz de PC, un usuario puede tener control total a través de una computadora portátil.

imagen 3
Figura 3. Interfaz gráfica de usuario de SigmaDSP.

¿Por qué es tan esencial el procesamiento dinámico de calidad profesional?

Los sistemas pequeños y medianos, especialmente los sistemas de audio para automóviles, a menudo están limitados por la potencia de su amplificador y altavoces. Hay una serie de posibles factores limitantes: sistemas de coche, la única barrera es el suministro de 12 V, que limita la salida de potencia máxima a unos 20 W rms en 4 ohmios, o 40 W rms en 2 ohmios. yo componentes menores el tamaño del transformador está limitado por el espacio y existen restricciones térmicas. Otro factor es el balanceo de altavoces: en sistemas pequeños y medianos vemos gabinetes pequeños que suelen contener altavoces pequeños. Una solución común es usar un ecualizador bastante pesado, especialmente en la sección de bajos (refuerzo de bajos) que requiere mayor potencia en las frecuencias bajas, para compensar esta configuración sónica imperfecta. Finalmente (impulsado por la generación más joven) existe un deseo común, si no una demanda, de que estos sistemas tengan un volumen máximo alto.

Esta combinación de potencia limitada del amplificador, fuerte balanceo de bajos y gran volumen general del sistema puede conducir fácilmente a una situación en la que los amplificadores se saturan y comienzan a introducir una fuerte distorsión, lo que resulta en una experiencia auditiva insatisfactoria y aburrida. En el pasado, se usaban detectores primitivos de señal recortada en un intento de resolver este problema, lo que evitaba el recorte pero producía artefactos casi tan graves. que la propia distorsión de recorte. Los procesadores dinámicos de doble banda de nivel profesional del AD1954 SigmaDSP permiten un control sin artefactos de los límites del sistema.

Aumente la claridad y el volumen de su sistema

Las figuras 4 y 5 muestran un ejemplo de una función de transferencia sin ningún procesamiento. dinámico y con una función de compresión suave/limitada. Usando la función que se muestra en la Figura 5, el procesamiento de dinámica de nivel profesional del AD1954 permite un manejo natural de nivel de clip, lo que reduce la distorsión a alto volumen. Esto permite al usuario aumentar el volumen del sistema en unos 10 dB. Un aumento de 10 dB en el volumen equivale a duplicar el nivel de presión de sonido percibido, por lo que el usuario puede operar su sistema el doble de fuerte.

Esto es especialmente crítico en sistemas más pequeños con un amplificador y una potencia de altavoz limitados.

Figura 4
Figura 4. Sin procesamiento dinámico, la señal de audio se distorsionará cada vez más si se permite que suba linealmente por encima del nivel del clip.
Figura 5
Figura 5. Con el procesamiento dinámico, la ganancia se ajusta dinámicamente para producir una compresión precisa de modo que la amplitud máxima no exceda los límites del sistema de amplificador/altavoz.

Ajustes de la vida real

La función de desplazamiento ajustable arbitraria de los procesadores dinámicos SigmaDSP permite muchas otras aplicaciones y. La completa flexibilidad permite al usuario combinar múltiples aplicaciones en el mismo dispositivo.

Compensación de ruido de la carretera

El procesamiento dinámico de SigmaDSP se usa poderosamente en sistemas automotrices. Junto con sofisticadas estrategias de ecualización y gestión de la distorsión, se puede compensar el ambiente ruidoso dentro del automóvil. Aunque el ruido en sí no se puede reducir (a pesar de los proyectos de investigación en curso sobre cancelación activa de ruido), la única forma práctica de mejorar la experiencia auditiva es hacer que las señales débiles sean más fuertes. Esto es especialmente importante para la música clásica, donde hay un amplio rango dinámico y son comunes muchos pasajes de música tranquila.

Con una función de transferencia adecuada programada en el AD1954, las señales por debajo de cierto umbral se pueden comprimir y el nivel de la música se puede aumentar para mantener un nivel por encima del ruido de la carretera. El uso final de esta tecnología se puede encontrar en los sistemas automotrices OEM, donde las señales del velocímetro y las señales de control de RPM permiten cambiar la relación de ajuste en función de la velocidad (ruido del viento) y las RPM del motor (ruido del motor). Cualquiera que haya experimentado con una estrategia inteligente de compensación del ruido de la carretera en un sistema de audio para automóvil nunca querrá volver a estar sin él (quizás excepto a mediados de los años 20).miConductor de Rolls Royce del siglo pasado.)

modo medianoche

Es un ejemplo final del uso especial de la tecnología de procesamiento dinámico SigmaDSP para compensar los cambios repentinos de volumen en las bandas sonoras de las películas. El volumen de la banda sonora en casa, especialmente en las películas de acción, nunca parece estar bien (el dedo del control remoto lo sabe mejor). Una de las razones es que los sonidos de audio generalmente se mezclan cines. En el cine, la experiencia del sonido es una parte esencial de la experiencia cinematográfica general, y las grandes variaciones dinámicas son una herramienta que utiliza el director para generar emoción. En los cines no se molesta a nadie. En casa, todo es diferente. Si bien siempre queremos que la experiencia cinematográfica sea lo mejor posible, debemos evitar despertar a los niños o a los vecinos cercanos.

Un modo de "medianoche" puede manejar automáticamente este molesto problema al reducir el rango dinámico de la banda sonora. Para implementar esta funcionalidad, se utiliza una función de transferencia similar a la utilizada para el control dinámico de clips, pero con un umbral mucho más bajo. Para evitar artefactos audibles, se necesita un procesador dinámico de doble banda de nivel profesional como el implementado en el AD1954.

Los dos pares de pistas de audio (Figura 6) corresponden a voces seguidas de una escena de acción (explosión de bomba). Se puede observar que aunque el rango dinámico de la escena de acción se reduce cuando se activa el modo medianoche, las voces se mantienen al mismo nivel.

Figura 6
Figura 6. En el modo medianoche, los niveles altos se suprimen sin afectar los niveles normales.

Resumen

Con la introducción de la tecnología SigmaDSP, la experiencia de escuchar música y películas entra en una nueva era. El rendimiento de procesamiento, la tecnología de conversión y los algoritmos sofisticados, antes desconocidos solo para los propietarios de estudios de grabación profesionales, están disponibles para sistemas de consumo sensibles a los costos. Usando la tecnología SigmaDSP, es posible desarrollar sistemas estéreo que permanezcan digitales hasta la salida final para aprovechar al máximo la calidad superior de los medios digitales de hoy.

Disponibilidad AD1954

Ejemplos de AD1954, el primer miembro del nuevo SigmaDSP de ADI familias, ahora disponibles, y programas de evaluación y software de control están disponibles. El AD1954 está disponible en paquetes MQFP (YS) de 44 pines y TQFP (YST) de 48 pines, y está diseñado para un rango de temperatura ampliado de -40 °C a 105 °C. el AD1954YST.

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