short delay sharp roll off filter что это
Short delay sharp roll off filter что это
Чтобы понять, что вообще такое Digital Filter, и почему он так влияет на Sound Color, коротко о том, как звук вообще хранится в цифровом виде, и что происходит, когда ЦАП пытается вернуть «цифру» к жизни, преобразовывая её обратно в аналоговый сигнал.
Короткий ликбез по преобразованию аналог-цифра-аналог
Понятно, что записать непрерывный аналоговый сигнал вот так сходу в виде ноликов и единичек невозможно. Поэтому он сначала «разбивается» на отдельные отсчёты – просто с определённой периодичностью засекается уровень сигнала. Например, 44100 или 48000 раз в секунду, 96000 или вовсе 192000 раз в секунду. Ничего эти цифры не напоминают? Ба! Да это же как раз и есть частота дискретизации!
Итак, на первом этапе вместо непрерывного сигнала получили частокол отсчётов. Теперь уровень каждого из них уже можно закодировать двоичным числом, т. е. в виде последовательностей ноликов и единичек. Чаще всего длина таких последовательностей – 16 или 24 знака. Да-да, те самые биты, которые указываются, когда мы говорим о разрешении цифрового сигнала.
Не будем отвлекаться на технические тонкости хранения «цифры», а сразу перейдём к тому, как превратить её обратно в непрерывный аналоговый сигнал. ЦАП работает по прямо противоположному принципу, и для начала каждую двоичную последовательность снова превращает в отсчёт нужного уровня. Получается опять частокол отсчётов, смутно уже напоминающий форму аналогового сигнала.
Но нам такой сигнал ещё не нужен, в его спектре много лишнего – он простирается на много десятков килогерц вверх. Сигнал нужно «сгладить» – выделить из всего этого спектра только полезную «звуковую» часть. Вот это как раз и делает тот самый Digital Filter. Фактически, это просто фильтр нижних частот, и от его реализации зависит то, как зазвучит ЦАП в конечном итоге.
Sound Colors в процессоре CarDSP Velvet Lite
Вот теперь можно перейти и к самому «железу». А точнее – к реализации фильтров в ЦАП. Это оказалось удобнее всего сделать на примере процессора CarDSP версии Velvet Lite. Про саму процессорную часть говорить не буду, речь сейчас не о ней.
ЦАП в этой версии CarDSP построен на чипе AK4458. Он принадлежит к линейке, которую сам производитель Asahi Kasei объединяет под общей концепцией Velvet Sound (что, собственно, и дало название версии процессора). К ней принадлежат несколько серий чипов – АК445х и АК449х. Кстати, ЦАП на базе АК4490 я и сам использую в своём тестовом тракте.
Все ЦАП этого семейства имеют несколько режимов работы выходных фильтров. Обычно производители не заморачиваются и выбирают какой-то один из них, но CarDSP Velvet Lite как раз тем и интересен, что пользователю предоставляется выбор. Менять режимы выходных фильтров можно просто переставляя джамперы на плате.
Каждое из положений джампера указано здесь же, так что лишних мануалов не потребовалось.
Впрочем, названия поначалу тоже мало о чём рассказали, пришлось лезть на официальный сайт Asahi Kasei. И вот какую табличку я там обнаружил. Достаточно коротко и, в общем-то, неплохо отражает суть:
Каждый фильтр может быть реализован по-разному и иметь разные характеристики. В частности, импульсный отклик – в одних случаях переходные процессы практически отсутствуют, в других – заметны сильнее и тоже имеют разный характер. В CarDSP реализованы четыре режима. В скобках – вольный перевод описания из таблички:
Slow Roll-off (минимальные переходные процессы, звучание близко к оригинальному)
Sharp Roll-off (переходные процессы предваряют импульс и следуют за ним, что делает звучание более напористым)
Super Slow Roll-off (практически полное отсутствие переходных процессов, предельно натуральное звучание)
Short Delay Sharp Roll-off (переходные процессы следуют за импульсом, это даёт более насыщенное звучание баса)
Разный импульсный отклик придаёт звучанию тот или иной характер – это и есть суть технологии Sound Color Digital Filter (SCDF). И для слуха, как показало прослушивание, далеко не всегда есть смысл гнаться за идеальными картинками и циферками. Но об этом чуть позже.
Попытки увидеть разницу
С картинками, признаюсь, я мучился долго. Поскольку речь идёт именно о переходных процессах, наиболее правильным представлялось посмотреть, как ЦАП обращается с прямоугольными импульсами. Но, поразмыслив над методиками, от этого было решено отказаться. В подробности вдаваться не буду, нюансов слишком много.
В итоге начал мучить Clio, тем более, что в пределах 20-20000 Гц он умеет очень многое. Анализ гармонических искажений не дал ровным счётом ничего. Вернее, разница была, и форма графиков была даже довольна стабильна. Но пытаться сделать какие-то выводы по ним выглядели пустой затеей. Если кому интересно, вышло вот так:
Зато другая зависимость оказалась более наглядной. Чем отличаются фильтры разных типов? Правильно, кроме всего прочего – фазовыми характеристиками. Вот на графиках фазы разница и проявилась. Масштаб, конечно, пришлось заметно растянуть, но тут нужно учесть, что Clio видит всё до частоты немногим больше 22 кГц, а в фильтрах ЦАП основная веселуха начинается гораздо выше. Тем не менее, тенденция уже прослеживается чётко.
И тут может возникнуть вопрос. А нужно ли вообще уделять внимание всему этому хозяйству, если формально разница видна только там, где звук уже давно перешёл в ультразвук? Отвечаю однозначно – нужно. Потому что графики показывают разницу на так называемом «стационарном» сигнале. Характер же реального музыкального сигнала ближе к импульсному, и на нём переходные процессы слышны даже когда «стационарные» графики ничего не показывают. В общем, уши – по прежнему самый лучший измерительный прибор.
Тракт составил следующим образом. В качестве источника использовал Blu-Ray-транспорт Sony BDP-S765, процессор подключил к нему по коаксиалу. Регулировка громкости – средствами самого CarDSP. Дальше – старые добрые межблочники The Chord Indigo Plus и усилитель Genesis Dual Mono, недавно прогретый после профилактики с лёгкими доработками (усилитель одного из первых поколений, в своё время он трудился в лаборатории Car&Music). Акустические кабели – бессменные E.O.S. TA-11. Акустика – полочники PSB Synchrony One B на кастомных гранитных подставках. В общем, ещё не лютый многомиллионный топ, но разница в режимах процессора слышна хорошо.
Режим 1. Slow Roll-off
Описание: «Минимальные переходные процессы, звучание близко к оригинальному»
Первый режим использовал в качестве отправной точки, поэтому сразу же описать характер звучания довольно сложно. Для начала можно сказать одно – звуковая картинка рисуется красиво, объёмно, послезвучия живые, звучание прозрачное. Деталей много, но ничто не выпячивается, слушать легко и приятно. Действительно нейтрально, как и обещает описание.
Режим 2. Sharp Roll-off
Описание: «Переходные процессы предваряют импульс и следуют за ним, это даёт более напористое звучание»
Скажу сразу, этот режим для меня оказался в аутсайдерах. Да, в звуке всё есть, ничто не потеряно, но вместо живописной картинки – печатная репродукция. Вроде бы всё присутствует, детальность хорошая, но появляется ощущение то ли искусственности, то ли грубости. Объём сцены чувствуется хорошо, но по сравнению с первым вариантом звучание воспринимается упрощённо, не так просторно. Потом я несколько раз снова возвращался к этому режиму, но. нет, не то.
Режим 3. Super Slow Roll-off
Описание: «Практически полное отсутствие переходных процессов, предельно натуральное звучание»
Если бы я не посмотрел потом в описание, то, наверное, никогда бы не назвал этот режим «правильным». Признаюсь, звучание показалось до безобразия нейтральным и уж слишком скучным. Да, объём звуковой сцены рисуется хорошо, но мозг постоянно сигнализирует о том, что в звуке чего-то не хватает. Из-за этого появляется ощущение какой-то упрощённости и отстранённости. Без грубости, как во втором режиме, но вот скучно.
Режим 4. Short Delay Sharp Roll-off
Описание: «Переходные процессы следуют за импульсом, это даёт более насыщенное звучание баса»
После третьего режима в звук снова возвращается масштабность. И этот режим уж точно интереснее, чем второй. В целом, по ощущениям я бы поставил его на один уровень с первым. Как говорится, «плюс-минус». На роке он показался более драйвовым, а вот на классике, джазе и блюзе, особенно с вокалом, первый воспринимается как-то деликатнее. По басу, кстати, таких уж радикальных различий не заметил. Может, акустика не позволила, а может, ещё какие факторы повлияли.
В последующем я неоднократно сравнивал первый и четвёртый режимы, именно они мне понравились больше остальных. И вот что было замечено. Если в первом звучание парило целиком в пространстве за акустикой, то в четвёртом ощущения полной отвязки от источников звука всё же не было. На некоторых треках за счёт едва уловимых акцентов на крайних образах звучание казалась шире, но это же иногда приводило и к «рассыпанию» остальных образов в пространстве. В этом смысле в первом режиме звуковая картинка пространственно получалась более цельной, а при длительном прослушивании слух воспринимал звучание как-то естественнее и комфортнее.
Так уж вышло, что прослушивание я начал проводить вслепую – поначалу не особо вникая в то, какое положение джампера какому режиму соответствует. Просто переставлял и слушал. Этот процесс длился не один день, я слушал разную музыку в разное время дня (это тоже влияет на слуховое восприятие), делал «подходы» с внимательным прослушиванием, переключая режимы на одном и том же треке, или слушал систему на протяжении дня просто в фоновом режиме, примечая общую комфортность. В общем, постарался оценить всесторонне.
Потом же, когда услышанное было сопоставлено с описаниями из даташитов Asahi Kasei, вывод оказался неожиданным – чтобы слух воспринимал звучание естественно и комфортно, импульсный отклик не обязан быть идеальным. Самый, казалось бы, «правильный» режим с минимальными переходными процессами оказался пусть и довольно хорошим, но субъективно не самым интересным.
Предположу, что внесение в сигнал лёгкой «неточности» импульсного отклика включает в работу какие-то психоакустические факторы, задействует в слуховом восприятии определённые механизмы. А может быть, имитирует для слуха то, что было потеряно при цифровой записи изначально, получается что-то вроде дизеринга (Википедия в помощь, шум тоже может быть полезным). Но и увлекаться этим тоже не нужно, избыточное «посыпание» сигнала переходными процессами приводит к прямо противоположному эффекту – резкой потери естественности звучания. В общем, очень тонкая и интересная тема. Истина, как всегда, где-то посередине.
Аудио ЦАП DAC. Поделки начинающего цапостроителя. Часть 18:2. Рулим ЦАП АК4490 с помощью Arduino
Если бы мне кто-то сказал, что я когда то буду заниматься программированием, я бы наверное покрутил пальцем у виска. Уж больно для меня это было фантастическим занятием, даже теоретически.
Содержание / Contents
↑ Блок-схема
Теперь нужно написать программу.
Написать — это сказано сильно громко, скорее взять чужую программу и перепилить ее под свои нужды.
Так получилось, что мой товарищ программист был сильно занят, и помогал мне только советами и то по Скайпу. Поэтому пришлось в перерывах вникать во все самому и пробовать-пробовать-пробовать.
↑ 1. Логика
Когда я это все отрисовал на бумаге, я впал в депрессию.
Как это все программировать?
С чего начать?
На подсказки от программиста я не сильно надеялся, у него был другой взгляд на эти меню, да и времени мной заниматься было не много. Так бы мы пилили эту прошивку еще пару месяцев.
Я не могу так долго ждать!
Поэтому разобью задачу на части.
Начну править скетч.
Распределены ноги, состояния, задан режим SPI и подключено прерывание на обе ноги энкодера.
↑ 2. Энкодер
Несомненно, основная задача всей программы — управление.
А энкодер — главный инструмент. Пришлось лезть в сеть за примерами.
Используют энкодер в среде программирования по разному. Например мониторят состояние ног, к которым он подключен и анализируют это состояние программно. Используют одну ногу для прерывания, вторую как обычный вход и тоже анализируют. Ну и еще различные варианты.
Честно скажу — работа большинства из них мне не понравилась, а некоторые откровенно глючили. И я случайно наступил на понятие Код Грея (Gray Code). Этот код как нельзя лучше подходит для слежения за состоянием энкодера.
Детально его описывать — долго и нудно, просто можно сказать, что в данном случае отслеживаются четыре устойчивых состояния на ногах энкодера — 00,01,11,10.
И предполагается, что эти состояния меняются в строгой последовательности.
Таким образом можно отследить, куда крутим энкодер, а потом посчитать на сколько тактов.
ISR_ENC — подпрограмма обработки энкодера, вызвыаемая через прерывание.
Прерывание вызывается по изменению логического уровня (CHANGE) на ноге INT0 или INT1
Значение newpos — это как раз счетчик «щелчков» энкодера.
Следом идет секция loop
Здесь, в зависимости от логического уровня на ноге DSD/PCM управление передается соответствующей подпрограмме.
Они во многом похожи, поэтому расскажу на примере подпрограммы РСМ.
↑ 3. Флаги
Как я написал выше, при работе программы я использую флаги.
Может это и криво. И косо. Но для меня — начинающего программиста — это пока что понятнее и проще, чем работать с eeprom или оперативкой напрямую.
Может потом.
Для каждого режима, состояния и значения есть свой флаг, поэтому их так много и описано в начале.
Зачем он вообще нужен?
Вкратце — чтоб не долбить ЦАП посылками и не обновлять экран с каждым циклом работы программы. Программа просто опрашивает флаги по циклу, и если они изменились, то отрабатывает процедуру, и снова возвращается к опросу флагов.
↑ 4. Задание режимов работы
↑ 5. Запись в дисплей
Поэтому будем писать в дисплей только тогда, когда выставлен в единицу флаг WRITELCDFlag. И как только мы в дисплей чего-то написали — срочно ставить его в значение ноль.
Тогда цикл записи будет однократный, и до смены режима экран будет статичный.
В эту же процедуру включен выбор селектора входов — пишем в нужные ноги нужные нам нули или единицы, и сигнал идет либо с I2S входа, либо с SPDIF.
Ну в общем как-то так. Чего то взял с сети, чего то накумекал сам. Две недели неспешного ковыряния и можно проводить запуск и тестирование.
Можно заливать и пробовать. Что и было успешно сделано.
В принципе все работает, немного надо допилить меню, точнее поровнее расставить символы на индикаторе. Но это мелочи, главное теперь проверить функционал.
На тестирование был приглашен Программист, и незамедлительно прибыл с официальным визитом. Ради такого события можно отложить текущие дела. Скатав за ним слегка помятую ковровую дорожку и разогнав оркестр — приступили к тестированию.
Увидев мое кривое меню — товарищ Программист сказал, что это колхоз. Причем в фазе распада.
И надо делать не так.
Чтобы выяснить, какой из пунктов правильный, был снова вызван на следующий день с официальным визитом мой коллега-программист, прихвачен портативный DSO для слежения за обменом SPI, а также все имевшиеся в наличии наушники.
Пока Программист решал свои вопросы на работе, я пощупал обмен по SPI. Вроде все верно, работает и посылки идут. Идут разные и вроде даже- насколько можно разглядеть на экране DSO – соответствуют запрашиваемым режимам.
И вот наконец все собрались. Одев мои верные Beyerdynamic DT990, Программист стал вдумчиво переключать треки, режимы, ставить и снимать паузу.
Потом я предложил ему Beyerdynamic DT770. Процесс в точности повторился.
Идеальный прямоугольник!
(здесь не обращайте внимание на порядок файлов на картинках — измеряли именно в том порядке, а записи в файл делали уже после).
— Ну и у кого тут программа не работает?
— Н-да, работает!
Теперь давай глянем работу передискретизатора. Запускаю синус 18000Гц 0Дб. Частота от балды, специально не выбиралась.
Sharp roll-off:
УхЪ! Судя по всему, в режиме Super Slow Roll-off влияние ЦФ настолько минимизировано, что получается практически NOS вариант!
Идеально для любителей сравнить звучание с разными фильтрами и без оных.
Ну а теперь эксперимент номер два — поглядеть, что такое магическое «Sound Control Settings».
В даташите про это не сказано ничего, на сайте производителя тоже никак не упоминается.
Но что только мы не подавали на вход — не удалось увидеть разницу между режимами 1-2-3.
Это точно никак не связано с работой ЦФ. И на слух пока тоже не найдено заметных различий.
К сожалению, работу в режиме DSD оценить приборами не получилось, нет ни тестового DSD диска, ни программы, способной сгенерить тестовый DSD сигнал. Буду полагаться на свои ощущения.
К тому же у меня не нашлось контента DSD, выше DSD64. Поэтому как отреагирует AK4490 на смену частоты потока — я не могу пока сказать. То есть смена режима не влияет никак на звук.
↑ Корпус и компоновка
Энкодер поставил справа от дисплея, так удобнее крутить и видеть результат на экране.
Внутри ничего нового, расположение блоков как и в предыдущих конструкциях.
Теперь можно ставить с стойку и слушать.
К сожалению, измерений и прочих графиков не будет.
Creative, использованный мной для измерений, пал смертью храбрых. Встроенный DC-DC для формирования отрицательного напряжения всех ОУ в АЦП сначала стал включаться через раз, а потом вообще перестал работать. Вот такой брак после окончания срока гарантии. Так что пока я без измерилки.
Мой товарищ Программист пошел немного дальше, и все таки решил узнать, что за магическая настройка — Sound Control Settings. И как вполне нормальный человек, написал письмо в службу технической поддержки фирмы АКМ.
В результате.
Да ладно, выдыхаем. Мы так и не узнали, что это такое. Зато возбудились маркетологи.
Письмо пришло уже не из техподдержки, а от человека с русской фамилией и уже на русском языке. Он потребовал указать — в какое устройство, в каком количестве и какого типа продукция АКМ планируется нами использоваться. И только после этого пообещал дать развернутый инженерный ответ.
Какая зависимость размера партии и особенности работы микросхемы — мы не поняли, но и уточнять не стали — мы же не массовый производитель и покупатель, что с нами делиться секретами то? К тому же я вспомнил истории с заказом образцов.
В общем видимо так и останемся мы в неведении — что же такое Sound Control.
Ну зато что-то получилось и даже работает.
По сути это просто модуль управления и может быть адаптирован под любой ЦАП с управлением по SPI. Достаточно только немного изменить программу.
↑ Файлы
Как всегда, схема и файлы здесь:
🎁ak4490.7z 181.54 Kb ⇣ 218
↑ Постскриптум
Ну а пока всё.
С уважением, Алексей.
Камрад, рассмотри датагорские рекомендации
🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать
Опробовано в лаборатории редакции или читателями.
Phaeron-Media ® Music
Фильтры DSD
Фильтр Slow Rolloff отличается плавным спадом АЧХ, но имеет «мягкий» удельный коэффициент затухания и значительно меньший «звон».
Фильтр Sharp Rolloff характеризуется крутым спадом и обладает стандартным алгоритмом фильтрации, т.е. типичными промышленными характеристиками: спад в –6 дБ на 1/2 Fs.
Фильтр Sharp Rolloff рекомендуется использовать ностальгирующим по CD-плеерам 90-х
Звучание после Sharp Rolloff приметно прибавкой баса, но при этом несколько страдает его проработка. По своему характеру этот фильтр напоминает звук CD-проигрывателей средней Hi-Fi-категории с ровной АЧХ вплоть до 20 кГц при проигрывании обычных CD-записей (16 бит/44,1 Гц). Верхние частоты при этом кажутся более резкими,
присутствуют паразитные колебания до и после фронтов импульса. Сцена несколько зажата, ей может не хватает «воздуха». Данную версию рекомендуется использовать ностальгирующим по CD-плеерам 90-х, а для ценителей звучания с аналоговым характером подойдет Slow Rolloff, который немного выдвигает СЧ на передний план. Одна из его особенностей также заключается в более ровной, чуть смягченной подаче ВЧ-диапазона. Помимо этого, фильтр Slow Rolloff также может похвастаться отличными техническими параметрами.
Итак, в том порядке, в котором они расположены в плеере:
Sharp Roll-off — самый сухой, плоский и «колючий» звук. Дает немного больше микродеталей, но сильно проигрывает в музыкальности остальным фильтрам. Вокал получается тоже пресноватым. Инструменты субъективно находятся на одном расстоянии от слушателя. Мне он наименее приятен, поэтому им практически не пользуюсь. Но, вполне может подойти тем, кто любит «злой» звук
(если это вообще применимо к этому плееру и быстрые тарелочки.
Slow Roll-off — мой фаворит, полная противоположность предыдущего. Сцена раздается вверх и вниз, возникает своеобразная 3д панорама. Вполне неплохо ощущается высота расположения инструментов
по вертикали и, в целом, больше всего ощущается воздух между инструментами. Вокал максимально приближается к слушателю, в нем больше объема и телесности. Также изо всех режимов в этом вокал подается максимально мягко, можно даже сказать бархатно,
как это не банально. Лучше всего проработаны послезвучия. Музыка звучит очень слитно и музыкально, при этом не скатываясь в муть. Вокал, струнные, духовые в этом режиме максимально сочные и приятные. ВЧ же немного отодвигаются назад, при этом немного теряя в деталях, что на мой взгляд не критично, но любителей ВЧ может не устроит.
Short delay Sharp Roll-off — это нечто среднее между двумя первыми, и по частоте использования, я бы поставил его на второе место. Сцена более плоская, чем у предыдущего режима, больше в ширину,
чем в высоту и глубину, вокал задвигается назад, ВЧ рорабатываются лучше и выходят наперед. Самое большое отличие в вокале — добавляется резкость (в области сибилянтов), при этом не особо теряя в телесности. Но эта резкость не переходит разумные пределы, и может пойти на пользу, когда от вокала хочется чуть больше драйва.
Short delay Slow Roll-off — так же больше похож на комбинацию slow и short фильтров. По затуханиям и сцене, примерно как slow roll-off, в нем есть глубина, а вот в области ВЧ где-то, скорее спинным мозгом, ощущается небольшой провал. Причем, этот момент трудно описать, ВЧ не то, чтобы провалены, они там есть, но есть ощущение некой неестественности, из-за чего местами возникает диссонанс, и в подаче вокала из-за этого тоже начинает чего-то не хватать.
Super Slow Roll-off — очень специфичный фильтр. Все то, что было сказано о slow roll-off можно смело умножать на два. Но как говорят поляки «что занадто, то не здраво» — поэтому вместе с монументальной сценой и мощным вокалом сюда добавляются еще большая потеря деталей, намного более тягучий звук, с наплывом инструментов друга на друга и это уже перебор, как по мне.
В общем быстрым стилям этот фильтр однозначно противопоказан, а вот разнообразный эмбиент, psychill и подобные заходят на нем очень недурно.