Jump to content

    

Улучшение звука в автомобиле с помощью ЦОС

Привет всем.

Просьба не пинать ногами, но возможно здесь есть Гуру, которые работают со звуком? Возможно это не самий правильный форум... Но попробую тут спросить.

Вопрос чисто праздный и появился после прочтения статьи http://www.avtozvuk.com/az/2010/09/038.htm

Я собственно работаю с DSP на FPGA, но совсем в другой области, про Фурье и фильтры знаю, но к сожалению имею только среднее представление о звуке в автомобиле. У меня есть машина и улучшить звук в ней я немного смог, поставив сабвуфер, усилитель, обесшумку и поменяв динамики, но все по рекомендациям с форумов и сайтов. Но есть некоторые проблемы со звуком, которые можно решить со слов продвинутых аудиофилов, заменой магнитофона, усилителя, профодов и вообще всей машины на что-то более дорогое, но сами понимаете, вкладывать деньги и силы в неопределенный результат мне, как разработчику электроники, совсем не интересно.

Так вот собственно после статьи мне пришел в голову вопрос проанализировать, что может сделать DSP в автозвуке?

 

Допустим есть какая либо комбинация магнитофон - услилитель - колонки - салон автомобиля. Все это вместе переводит звук с компактдиска в звуковые колебания. Насколько, я понимаю одним из важных параметров качества звучания является равномерная АЧХ во всем диапазоне воспроизводимых частот. В простой системе из-за индивидуальных качеств салона, расположения динамиков, их чувствительности, конструкции сабвуфера, усилителя магнитофона АЧХ выглядит достаточно плохо. Например у меня невооруженным глазом заметен резонанс на 85Гц с заметным подъемом, и повизгивание на высоких частотах.

А что если попробовать так:

Между магнитофоном и усилителем ставим ДСП. То есть звук преобразовываем в цифру, обрабатываем и затем обратно. Возможно будут искажения, но считаем, что они мизерные.

Первым шагом надо проверить, что выдает магнитофон - так как в магнитолах часто стоят фильтры, которые срезают низкие и верхние частоты, чтобы не нагружать штатные динамики. Ставим компакт диск с известными тонами и прогоняем весь спектр частот от 20Гц до 20кГц. Таким образом путем преобразования Фурье для каждой частоты можно определить ее коэфициент усиления, чтобы затем определить необходимые коэфициенты усиления в зависимости от частоты.

Далее нужен широкополосный микрофон или даже несколько микрофонов с известными АЧХ, которые будут располагаться на месте слушателя. DSP должын выдавать на выход синус определенной частоты и амплитуды, а микрофоны должны мерять реальную мощность звука. Таким образом будет построена АЧХ динамиков в конкретном салоном с учетом всех конструктивных особенностей салона. Естественно следует расчитывать на то, что мощность усилителя будет достаточна и динамики не станут давиться гармониками, хотя возможно это тоже можно учитывать. Также можно прогнать каждый динамик отдельно, чтобы узнать его "отдачу"

 

Ну и в результате при проигрывании реальной музыки DSP должен брать исходный сигнал, скажем каждые 50мс(для 20Гц), разлаживать в Фурье, умножать на полученные в результате калибровки коэфициенты, складывать все обратно и отправлять на выход.

В результате, как я понимаю, должна получиться идеально гладкая звуковая АЧХ в месте прослушивания.

С фазой можно поступить точно так же, если это имеет значение.

 

Вопрос - может я что-то совсем не понимаю в звуке? Почему это не должно работать? А если должно - то это ж будет магическая коробочка, которая даже из самой плохой акустики сможет сделать конфетку, причем полностью автоматически?

Спасибо за ответы.

ПС. Проблема еще может быть в том, что фанаты автозвука совсем не понимают в ЦОС, а спецы по ЦОС не интересуются проблемами автозвука.

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

по описанному вами не нужен dsp а нужны индивидуальные эквалайзеры на каждый динамик

для чего ставить дорогое устройство если эти вычисления нужно проделать только один раз, и то можно выставить вручную как нравится

 

и всё же это не сделает плохую акустику хорошей

 

из особенностей именно автозвука наверное стоит смотреть на специфику расположения акустики, и позицию слушателя - тут уже интереснее , нужно считать задержки для каждого динамика, фазы и его громкость

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Вопрос - может я что-то совсем не понимаю в звуке? Почему это не должно работать? А если должно - то это ж будет магическая коробочка, которая даже из самой плохой акустики сможет сделать конфетку, причем полностью автоматически?

 

Теоретически возможно это, только не так это просто как вы себе представляете, захотите ли вы потратить несколько лет на освоение теории?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
syoma:

Вопрос - может я что-то совсем не понимаю в звуке? Почему это не должно работать? А если должно - то это ж будет магическая коробочка, которая даже из самой плохой акустики сможет сделать конфетку, причем полностью автоматически?

Спасибо за ответы.

ПС. Проблема еще может быть в том, что фанаты автозвука совсем не понимают в ЦОС, а спецы по ЦОС не интересуются проблемами автозвука.

 

Из самой плохой акустики сделать конфетку не выйдет. Если динамик физически не в состоянии излучать частоты ниже 100 гц никакой эквалайзер тут не спасет. Так что никаких магических коробочек... В дорогих авто, например audi r8, есть система автоматического изменения динамического диапазона и корректировки спектра сигнала в зависимости от окружающего звукового фона (открытые/закрытые окна/двери например) для комфортного прослушивания фонограмм практически в любых условиях. Это довольно сложные системы и на коленках длинными зимними вечерами такую не сделать...

Edited by thermit

Share this post


Link to post
Share on other sites
Если динамик физически не в состоянии излучать частоты ниже 100 гц никакой эквалайзер тут не спасет.

Я это понимаю. Естественно, скажем так, требуется наличие как минимум компонентов, которые могут что-то воспроизводить. Если меньше 100Гц не воспроизводится, то DSP это спокойно определит и правильно срежет, что не должно помешать ему подправить спектр на более высоких частотах.

В дорогих авто, например audi r8, есть система автоматического изменения динамического диапазона и корректировки спектра сигнала в зависимости от окружающего звукового фона

Все, что я видел на дорогих авто - это системы автоматической регулировки громкости, в зависимости от скорости движения автомобиля, чтобы шым дороги перебивать. Их почему-то тоже DSP называют.

А вопрос активного шумоподавления тоже интересен. Наушники с активным шумоподавлением счас стали очень большой популярностью пользоваться. С машиной это сложнее, конечно, но я думаю, определенного уровня подавления достаточно несложно добиться. Микрфоны в двери, моторный отсек и софт.

Теоретически возможно это, только не так это просто как вы себе представляете, захотите ли вы потратить несколько лет на освоение теории?

Если можно расскажите мне теорию или дайте ссылки. В принципе ИМХО все дело в софте, а не железе. И если из этого возможно получить конкретный продаваемый продукт, то пары лет на теорию и разработку не жалко.

для чего ставить дорогое устройство если эти вычисления нужно проделать только один раз, и то можно выставить вручную как нравится

Понятно, что один раз, но для этого нужна лаборатория и пара дней настройки, а я хотел-бы полностью автоматизировать процесс, чтобы для любой машины можно было сделать и чтобы человек при продаже машины мог устройство забрать и поставить в новую.

Share this post


Link to post
Share on other sites
А вопрос активного шумоподавления тоже интересен. Наушники с активным шумоподавлением счас стали очень большой популярностью пользоваться.

 

В них нету цифровой обработки, чисто аналоговое вычитание, туфта в общем.

 

Если можно расскажите мне теорию или дайте ссылки. В принципе ИМХО все дело в софте, а не железе. И если из этого возможно получить конкретный продаваемый продукт, то пары лет на теорию и разработку не жалко.

 

Просто в качестве иллюстрации гляньте ява апплеты демонстрирующие эффекты интерференции и т. п.

 

http://www.falstad.com/ripple/index.html

 

ИМХО такое не компенсировать несколькими динамиками, это какая-то многоканальная распределённая система излучателей должна быть со сложным алгоритмом настройки. Задача для исследовательской лаборатории с соответствующим бюджетом.

 

Судя по

 

разлаживать в Фурье, умножать на полученные в результате калибровки коэфициенты, складывать все обратно и отправлять на выход.

 

начинать с букварей нужно.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Просто в качестве иллюстрации гляньте ява апплеты демонстрирующие эффекты интерференции и т. п.

 

http://www.falstad.com/ripple/index.html

 

ИМХО такое не компенсировать несколькими динамиками, это какая-то многоканальная распределённая система излучателей должна быть со сложным алгоритмом настройки.

Спасибо за ссылку. Но чего-то я тут мало сложного вижу. Если говорить о настройке звука, то ничто не мешает каждый источник включать отдельно и определять по микрофону интерфернтную картинку от него. Ну а затем все вместе пересчитать. Пока я вижу только сложную математику, но ничего невозможного.

начинать с букварей нужно.

С букварей по звуку?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Спасибо за ссылку. Но чего-то я тут мало сложного вижу. Если говорить о настройке звука, то ничто не мешает каждый источник включать отдельно и определять по микрофону интерфернтную картинку от него. Ну а затем все вместе пересчитать. Пока я вижу только сложную математику, но ничего невозможного.

 

Для одного источника интерференционная картина на какой-то частоте будет будет сильно изменяться в пространстве при смещении на половину длины волны. Нужна настройка не в точке а в объёме в котором может перемещаться голова. Если в какой-то точке на какой-то частоте ноль, то как бы бесполезно мощность на этой частоте увеличивать.

 

 

С букварей по звуку?

 

С букварей по ЦОС.

Share this post


Link to post
Share on other sites
В них нету цифровой обработки, чисто аналоговое вычитание, туфта в общем.

 

Не горячитесь, коллега, вам просто, похоже, попадались дешевки. В серьезных наушниках с АП очень даже есть DSP, поскольку в помещении, вообще говоря, нужно подавлять еще и реверберацию, что требует, по крайней мере, декорреляции приемных каналов (конечно, если мы говорим о недешевых наушниках с АП, где имеются несколько микрофонов). А в китайских творениях, да, стоит схема а-ля эхоподавление, от которой толку как от ультразвука против комаров :)

 

Спасибо за ссылку. Но чего-то я тут мало сложного вижу. Если говорить о настройке звука, то ничто не мешает каждый источник включать отдельно и определять по микрофону интерфернтную картинку от него. Ну а затем все вместе пересчитать. Пока я вижу только сложную математику, но ничего невозможного.

 

И совершенно правильно не видите и математика там не особо сложная. Вам интерференционную картину считать и не зачем! Вам достаточно расставить ряд микрофонов по салону и считать, что амплитуды сигналов на выходе микрофонов (Am) и амплитуды сигналов, подводимых динамиками (Ad) связаны через некоторую матрицу (Z). Т.е. Am = Z*Ad, зависящая, естественно от частоты f. А далее, все зависит от задачи, которую вы хотите решать.

 

Например, хотите учесть сидящих в салоне людей, так что бы картину звучания изменилась минимально. Для частот выше 3-4КГц, наличие людей в салоне уже очень надо учитывать. Тогда вы просто замеряете матрицу при наличии людей в салоне (обозначим Zp) для дискрета частот. И далее просто корректируете амплитуды на динамиках Zp^(-1)*Z, если грубо компенсировать, либо запускаете итерационную подстройку, что бы максимально приблизится к исходной картине. А для этих расчетов ЦСП вам ой как понадобится!

Share this post


Link to post
Share on other sites
Не горячитесь, коллега, вам просто, похоже, попадались дешевки. В серьезных наушниках с АП очень даже есть DSP...

 

Приведите пример что ли популярной модели с DSP.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Попробую пофантазировать:

1. Встраиваем 2 микрофона в подголовник водительского кресла - это как бы правое и левое ухо

2. Оцифрованный сигнал с микрофона пропускаем через эквалайзер, который должен компенсировать неравномерность АЧХ микрофона (АЧХ должна быть известна, кроме того, она более-менее константна и не зависит от наличия пассажиров/багажа в салоне)

3. Оцифровываем сигнал на выходе воспроизводящего устройства и так же пропускаем через эквалайзер, который должен компенсировать неравномерность АЧХ воспроизводящего устройства, которая также должна быть известна и более-менее константна

4. Используя сигнал воспроизводящего устройства на его выходе (после эквалайзера) в качестве референсного, стремимся достичь того же результата на выходе эквалайзера микрофонов с помощью адаптивной фильтрации, алгоритмы широко известны (Винер, LMS, RLS), т.е. вносим предыскажения в сигнал такие, которые будут компенсировать искажения АЧХ, вносимые салоном, шумом двигателя и т.д.

 

Сложность, возможно, будет состоять в том, что в автомобиле обычно не 2 динамика (правый/левый), а несколько, но как сигнал распределяется по ним, честно говоря, не знаю, автомобиля не имею.

 

Как-то так... :laughing:

Share this post


Link to post
Share on other sites
Попробую пофантазировать:

1. Встраиваем 2 микрофона в подголовник водительского кресла - это как бы правое и левое ухо

2. Оцифрованный сигнал с микрофона пропускаем через эквалайзер, который должен компенсировать неравномерность АЧХ микрофона (АЧХ должна быть известна, кроме того, она более-менее константна и не зависит от наличия пассажиров/багажа в салоне)

3. Оцифровываем сигнал на выходе воспроизводящего устройства и так же пропускаем через эквалайзер, который должен компенсировать неравномерность АЧХ воспроизводящего устройства, которая также должна быть известна и более-менее константна

4. Используя сигнал воспроизводящего устройства на его выходе (после эквалайзера) в качестве референсного, стремимся достичь того же результата на выходе эквалайзера микрофонов с помощью адаптивной фильтрации, алгоритмы широко известны (Винер, LMS, RLS), т.е. вносим предыскажения в сигнал такие, которые будут компенсировать искажения АЧХ, вносимые салоном, шумом двигателя и т.д.

 

Сложность, возможно, будет состоять в том, что в автомобиле обычно не 2 динамика (правый/левый), а несколько, но как сигнал распределяется по ним, честно говоря, не знаю, автомобиля не имею.

 

Как-то так... :laughing:

...при этом можно получить почти идеальную х-ку для водителя, и х% знает что для остальных пассажиров.

Это для случая идеальных датчиков и обратных связей.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Понятное дело. Но главное - что хоть в какой-то точке можно получить идеальный результат. А далее уже дело компромиссов. - и так понятно, что получить идеальные характеристики в любой точке салона автомобиля одновременно - невозможно. Тут никакой процессор не нужен, чтобы это понять.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this