Все айтишники знают, что процессор это сердце компьютера, как персонального, так и серверного. Да и не только компьютера. Процессоры есть и в смартфонах, некоторой бытовой технике и даже в детских игрушках. Но какую роль он может играть в аудиосистеме автомобиля?
В статье расскажу, как увлечение автозвуком привело к стартапу. Чего не хватало в аудиосистеме, что возникла идея создать своё. Подробности под катом.
Как всё начиналось
В 90-х Алексей Тепаев занимался автозвуком как хобби. Тогда еще не было каких-то высокотехнологичных решений, поэтому все схемы собирали и придумывали самостоятельно. Со временем, хобби переросло в бизнес: набрав экспертности в этом деле, он вышел на производителей качественного оборудования и заключил контракты на представительство в России.
Стал заниматься поставкой оборудования от американских производителей для автомобилей. Акустика и усилители были востребованы у меломанов и в установочных центрах по автозвуку. Но с ростом курса доллара в 2008 году покупатели стали отдавать предпочтение более дешевым аналогам от других производителей. Это оказало негативное влияние на спрос дистрибьюции Алексея. Экономя на стоимости, умельцы придумывали способы для апгрейда системы, выжимая максимум. В итоге торговля дорогими и качественными устройствами сошла на нет.
Как из боли родилась идея
Далее Алексей долгое время занимался техническим обслуживанием аудио-электроники. Помогал спортсменам автозвука готовить профессиональные аудио-установки. Для победы всегда нужно было как-то выделяться, так и придумывали различные способы по улучшению характеристик. Но всё-таки, того оборудования, что было на рынке, не хватало для полной реализации идей.
Большинство предлагало (и до сих пор предлагает) процессоры с DSP, работающие на частоте максимум 48 кГц, с фиксированными частотами срезов кроссоверов, большими шагами таймкоров и математикой 28 бит. При такой комбинации апсемплинг на близкие не кратные частоты работает просто ужасно.
Расшифровка некоторых терминов
DSP – (Digital Signal Processor) (в переводе с английского языка – цифровой сигнальный процессор (ЦСП) или, его еще называют, сигнальный микропроцессор (СМП) с архитектурой, оптимизированной для оперативных потребностей цифровой обработки сигналов) - специализированный микропроцессор, особенностью работы которого является поточный характер обработки больших объемов данных в реальном масштабе времени и, обычно, с интенсивным обменом данных с другими внешними устройствами. (Нужен для преобразования сигналов, представленных в виде цифр, как правило, в режиме реального времени).
Кроссоверы – это устройства в звуковых системах, которые выделяют нужные рабочие частотные диапазоны для динамиков.
Апсемплинг (upsampling) – искусственное повышение частоты дискретизации.
Для того чтобы воспроизвести качественно весь диапазон частот, воспринимаемый ухом человека (16-20 000 Гц) применяют многополосные системы (несколько динамиков). В этом случае каждый динамик отвечает за свою частотную полосу.
Именно в ограниченных возможностях воспроизведения частот динамиками и проявляется негативное влияние отсутствия фильтров. В случае, когда на динамики поступает весь диапазон частот, это приводит к тому, что у акустической системы не появляются дополнительные прибавки по частотам воспроизведения, а фактически приводит к зашумлению — воспроизведению неравномерной АЧХ (амплитудно-частотной характеристики).
Проблема состоит в том, что производители автомобилей расставляют динамики в салоне по принципу "где есть не нужное место". В итоге более крупный мидбасовый динамик (а на него приходится большая часть информационного диапазона частот – от 60Гц до ~3кГц) оказывается в ногах (а то и под сиденьем). Динамики СЧ и ВЧ помещают в треугольниках зеркал, либо на панели приборов; а сабвуфер вообще давно прописался в багажнике. Мало того, что каждый сидит ближе к одной стороне (а громкость звука падает пропорционально квадрату расстояния), так еще и разница в расстоянии излучателей одной стороны легко достигает полуметра, а до сабвуфера может быть и 2 метра.
С такой комбинацией получается "разорванное" звуковое поле с кривыми АЧХ и ФЧХ, да еще и фронты волн разных динамиков долетают до слушателя в разное время. Например, автолюбитель покупает машину за пару-тройку миллионов, а штатный звук там просто оторви и выброси. Вроде бы и динамики по всему салону, и установлено всё добротно, но как-то вау эффекта не наблюдается. Тогда автовладелец приезжает к специалистам по автозвуку и просит сделать хоть что-нибудь с этим недоразумением.
В этом случае в аудио систему добавляют аудиопроцессор. Он может компенсировать разницу расстояний от разных излучателей до слушателя. А с помощью точной настройки получается добиться равномерного звукового поля. И да, автозвук – это для эгоистов, очень хорошо будет только одному (вариант плохо для всех - это любая штатная система). Именно кроссоверы и эквалайзеры позволяют очень точно свести звук от всех динамиков до получения ровной АЧХ.
Но, как уже отмечалось выше, существующие на рынке процессоры работают максимум с частотой 48 кГц. А что делать, если других вариантов просто нет? Именно тогда Алексей и Андрей Лыков приняли решение совместно разработать свой аудиопроцессор. Решение делалось для себя, в первую очередь для аудиосистемы Андрея. Так, в 2015 году появился первый экземпляр CarDSP.
Это DSP работающий с сигналом 96кГц, в режиме двойной точности – 56 бит. Такая комбинация позволяет все ошибки округления при расчетах работы кроссоверов и эквалайзеров загнать в неслышимый диапазон. Делать под 192 кГц смысла нет, так как релизов с такой частотой выпущено крайне мало, если не считать контент с домашней оцифровкой винила и любительской переконвертацией SACD.
Для управления аудиопроцессором использовали софт от minidsp. Причина банальна – по сравнению с программами из открытых ресурсов minidsp откатан и практически не глючит, развивается и обновляется, плюс есть версии под Win и Mac.
Блок-схема устройства выглядит таким образом:
В принципе, все процессоры отличаются только ЦАП и организацией питания. ЦАП применяется всегда, когда надо преобразовать сигнал из цифрового представления в аналоговое для передачи на усилитель.
Что представляет собой CarDSP
Селектор входов (оптический вход toslink, коаксиальный вход spdif, вход usb-audio, цифровой вход PCM I2S; аналоговый вход работает в режиме микшера к активному цифровому входу - навигация/телефон/парктроники от штатной аудиосистемы не пропадут);
Цифровой кроссовер с шагом настройки 1Гц и выбором крутизны и добротности; в режиме advanced возможна загрузка своих коэффициентов биквадов, если нужен фильтр с нестандартной добротностью;
Цифровой эквалайзер с шагом настройки 1Гц и перестройкой добротности 0.1 При использовании софта REW (Room EQ Wizard) можно снять АЧХ и получить коэффициенты биквадов для целевой АЧХ в автоматическом режиме (загружаются в режиме advanced);
Регулятор громкости (в том числе поканальная громкость) с шагом 0.1 дБ.
Процессор хорошо показал себя в деле. Слухи, среди тех кто в теме, разошлись быстро, и люди стали спрашивать такое устройство на продажу. Так и зародилось производство.
Сейчас у ребят уже линейка из нескольких вариаций процессоров. Для тех кто просто любит хороший звук (бюджетный вариант на 10 каналов), для меломанов (решение подороже) и процессор для полных аудиофилов (профессиональное дорогое оборудование).
Подводим итоги
Нередко в мире технологий так получается, что отсутствие требуемых решений или слишком дорогих порождает появление новых уникальных изобретений. Как и в этой истории с аудиопроцессором. И часто, изначально даже не возникает мысли о развитии бизнеса, работают чисто на энтузиазме. Именно тогда и получаются поистине достойные продукты.
Комментарии (33)
komkom
12.09.2021 09:49и какова цена вопроса? может есть сайт с прейскурантом? с моделями?
leonidv
12.09.2021 10:08+1В статье есть ссылка на сайт производителя http://mobile-sound.ru/. Цены от 30к до 200к.
akhkmed
12.09.2021 10:33+1Пожалуйста, подскажите, как настраивать DSP: нужно это делать с компа или есть режим "подключил микрофон и оно само"?
mikhailian
12.09.2021 11:25+2"само" не получится.
Под линуксом можете попробовать софтовый параметрический эквалайзер. Процедура описана тут. Вкратце, вам надо сбилдить dsp плагин Майкла Барбура под ALSA, подключить и настроить его.
Чтобы сбилдить,
git clone https://github.com/bmc0/dsp.git cd dsp /configure --disable-dsp --disable-fftw3 --disable-zita-convolver make sudo make installЕстественно, вам нужно установить среду разработки, в Arch Linux это base-devel, в Дебиане — build-essential; make install кладёт файл плагина в /usr/local/lib/ladspa, оттуда он будет доступен ALSA.
Потом конфигурируем /etc/asound.conf, это файл настройки ALSA. Вот пример:
pcm.dsp { type plug slave { format FLOAT rate unchanged pcm { type ladspa channels 2 path "/usr/local/lib/ladspa" playback_plugins [{ label "ladspa_dsp" }] slave.pcm { type plug slave.pcm { type dmix ipc_key 1234 slave. pcm "front:CARD=CODEC,DEV=0" bindings { 0 0 # from 0 => to 0 1 1 # from 1 => to 1 } } } } } } pcm.!default { type copy slave.pcm "dsp" }Если коротко, то это настройки пайплайна. Читать надо с 18 строки. На вход у нас аудиоинтерфейс аудиокарты. У меня — front:CARD=CODEC,DEV=0 а ваш вы можете найти, запустив aplay -L. Найдите тот, который по названию похож на двухканальный интерфейс и подставьте.
В строчке 16 подключается софтовый микшер. Без софтового микшера у вас будет играть только одно приложение в один момент времени. Впрочем, если у вас Pulse Audio или аудиокарточка, которая предоставляет хардверный микшер, он вам не нужен.
Строчка 7 подключает нужный нам плагин.
Всё выше — настройка хвоста пайплайна и обычно не меняется.
mikhailian
12.09.2021 13:04+1Оформил постом тут.
akhkmed
12.09.2021 14:34Спасибо. Попробую и то, и другое.
На adau можно сшивать кроссоверы. В этом плагине тоже можно?
mikhailian
13.09.2021 00:26Я этого сам не делал, но автор упоминал, что можно. Это же второй по распространённости use-case — отрезать низкие частоты, ввести задержку, собрать заново и отдать.
butsan
12.09.2021 18:47+1Похоже, для вас это обернётся ещё одной статьей о самых азах. По типу: "Как пользоваться розовым шумом и другими тест-сигналами".
akhkmed
12.09.2021 19:33Тут главное не как, а зачем. Одной АЧХ недостаточно для сшивки кроссоверов, потому что важно знать ФЧХ. Её вместе с АЧХ проще и надёжнее измерить на нестационарном гармоническом сигнале с бегущей частотой, а не на шуме.
Расчёт кроссовера- это многомерная оптимизация. Почему бы её не доверить самому DSP? Да, нужно знать АЧХ микрофона. Обычно микрофон стоит копейки, проблема лишь в её измерении.
Вопрос к автору: насколько сложно реализовать в DSP автоматическую оптимизацию, как кроссовера так и общей АЧХ?
CarDSP
12.09.2021 21:52+1я не автор поста, а один из авторов дивайса )))
На данный момент нет адекватного софта полностью автоматической настройки, но есть много софта для помощи в настройки в ручном режиме. Например REW позволяет замерять АЧХ и формировать коэффициенты биквадов для загрузки в DSP. Так же легко замеряются значения таймкорров для разных полос.
Arbane
12.09.2021 12:03+5Теперь я знаю как "эти" называются - спортсмены автозвука. Есть у них и другое прозвище, не такое доброе.
akhkmed
12.09.2021 14:40+1Ещё когда прочитал статью про процессорный звук в жигулях , понял, что хочу слушать музыку качественно в дороге, не только дома. Без DSP это непросто.
smart_pic
12.09.2021 14:17Для настройки ДСП используется специализированное ПО . Я знаю что такого ПО достаточно много. Таже Sigma Studio позволяет создать проект для ДСП ADAU1445 (или других аналогичных) и управлять . Важно только знать какие входы и выходы куда подключены.
В таком случае предоставленное решение мало чем отличается от продаваемых на известных китайских ресурсах плат ДСП. Все они настраиваются через ПО (часть через Sigma Studio, а часть через свое специфическое)
Вопрос: А что для оперативного управления используется? Энкодер с кнопками? отображение на чем происходит? Как визуализируется частотная характеристика? Судя по описанию на сайте - оперативная настройка не предусмотрена.
CarDSP
12.09.2021 18:48+2Сигма это всё же среда разработки, для конечных пользователей не очень подходит.
Для настройки и управления используется софт minidsp - и если настройка производиться с компьютера по сути один раз, то оперативное управление системой нужно постоянно, в отличие от сигмы плагин подлерживает переключение входов, пресетов и регулировку громкости. Это через ИК пульт (обучается работать с любыми пультами с протоколом RC5/6) или проводной пульт
sim2q
13.09.2021 04:24Сигма поддерживает регулировки и индикацию реал-тайм, но вроде как слышал (от тех кто всё же прочитал мануал), что это чуть ли не совсем гарантированный бонус. По мне так - шкалы прыгают, ручки крутятся - норм) Но нужен подключенный комп или МК записывающий/читающий регистры ADAU Через i2c/spi
minidsp - наслышан, но не доходили руки попробовать
ifap
12.09.2021 15:09+4Я искренне завидую людям, которые за шумом двигателя и дороги, могут почувствовать, где расположен басовик и какой в авто стоит DSP…
akaAzazello
12.09.2021 18:04Одно из немногих мест, где можно послушать музыку на большой громкости в городе(так, чтобы не мешать соседям) - это авто на стоянке ;)
Aleksandr-JS-Developer
12.09.2021 16:12+1При покупке машины за $35к+ я, как меломан, заплачу хоть $5к за то, чтобы звук был что надо.
IKStantin
12.09.2021 18:54У меня магнитола Alpine имеет возможность автоматической настройки поканальной АЧХ и временных характеристик методом измерения генерируемых сигналов внешним измерительным микрофоном. И я так понимаю это не очень редкая функция для дорогих магнитол.
CarDSP
12.09.2021 21:31к сожалению, это довольно редкая функция, поскольку автоматические алгоритмы (включая Imprint) дают очень неадекватные результаты. У алпайна хотя бы они перестраховываются и не дают сжечь акустику, но результат их настройки весьма посредственный
gaidukav
12.09.2021 23:55Есть ещё более "автоматические" алгоритмы - Volkswagen, к примеру выпускал на рынок под своим партнумбером готовое решение от Helix - саб с 8-канальным DSP+усилителем, который в режиме plug-n-play подключается к штатной магнитоле и штатным динамикам. Из настроек просто выбор нужной прошивы под конкретную марку машины.
тут подробней: https://www.drive2.ru/b/2433310/
CarDSP
13.09.2021 13:27это немного другая идеология, в таких решениях пользователь не может сам полноценно подстроить звук на свой вкус, а выбирает один из вариантов, предложенных производителем. хотя, конечно, тоже вариант, особенно для тех, кто не хочет заморачиваться на тонких материях
Kgstranget
12.09.2021 18:55Интересно, как, в каждом отдельном экземпляре всё это измеряется? Тихая комната? Мечта...
REPISOT
12.09.2021 21:46А почему у вас на устройстве один винт не прикручен?
CarDSP
12.09.2021 22:20+1панель универсальная, а вентиляторы могут устанавливаться разные, в варианте на фото стоит довольно тихий sunon maglev, а у него для крепежа только 3 используется... Есть более производительные кулеры (но и более шумные) - они на всех 4 крепятся.
alex_dow
13.09.2021 06:13+1можно и самому собрать, sigma dsp adau1701 около 1кр в ч&д (электронные войска), + sigmastudio, из готовых есть еще madbit dsp
smart_pic
13.09.2021 06:59+1Сейчас очень много различных плат с ДСП. Если нужно как в данном проекте - настроил нужные характеристики и забыл , то выбор очень большой и с демократичными ценами.
А с оперативным управление на рынке плат с ДСП все плохо. Максимум что прикрутят энкодер на регулировку громкости. Видел парочку с кнопочным управлением , но все это очень неудобно.
Хотя есть отличные по дизайну и функционалу . Есть например усилитель с ДСП и ВЕБ управлением, со встроенным блютузом, питание 12-24В.
Автомобильная тематика она идет своим отдельным путем.
smart_pic
16.09.2021 09:52На выставке "Prolight + Sound NAMM 2021 Международная выставка сценического и студийного оборудования, инсталляций, технологий и услуг для проведения мероприятий" https://www.expocentr.ru/ru/events/gostevye-vystavki/prolight-sound-namm-2021-/
Интересный девайс попался: усилитель http://cvg.ru/tovar/usiliteli_4-8ohm/ampful_4bt/ 4х50Вт с ДСП обработкой и насторойкой через ВЕБ интерфейс. Поразило богатство доступных и интуитивно понятных настроек. Поразил веб настройки эквалайзера.
AntonSor
Молодцы