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:


    1. Начало
    2. Что внутри
    3. Установка
    4. Настройка
    4.1 Настройка задержек
    4.2 Настройка АЧХ
    5. Прослушивание
    6. Итоги, достоинства, недостатки
    7. Бонус



    0. Термины


    • Мид, Мидбас — Динамик для низких и средних частот(примерно 80-3кГц)
    • Пищалка — Динамик для высоких частот (3кГц-20кГц)
    • Саб, Сабвуфер — Динамик для самых низких частот (20-80Гц)
    • Фазоинвертор — труба в корпусе колонки(сабвуфера), настроенная на определенную частоту для увеличения звукового давления
    • АЧХ-Амплитудно-Частотная Характеристика — График зависимости звукового давления от частоты. Идеальная АЧХ — прямая горизонтальная линия. Влияет на восприятие тонального баланса звука.
    • Параметрик, параметрический эквалайзер — Фильтр с заданной частотой, добротностью, уровнем и типом фильтра(в данной статье peak и lowshelf). В отличие от простого графического эквалайзера является более гибким и применяется в целях коррекции влияния компонентов, установки, помещения(салона). Обычно применяется в студийной и концертной аппаратуре. Без измерения микрофоном настроить практически нереально.


    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



    1. Гальваническая развязка питания с входом Remote (чтобы выключался от магнитолы и не расходовал аккумулятор)
    2. Сам чип ADAU
    3. EEPROM для хранения настроек ADAU.
    4. Чип Cypress cy68013a для прошивки через USB. Плата определяется как программатор Analog Devices USBi. Подключен к ADAU через I2C шину. Можеть прошивать ADAU на лету и EEPROM для сохранения настроек.
    5. ЦАП PCM1754 2 канала
    6. Входные и выходные операционники с фильтрами по даташиту
    7. 2 входа тюльпан и 2 высокоуровневых входа (используются либо тюльпаны либо высокоуровневые. Вместе нельзя)
    8. 5 выходов тюльпан
    9. 2 входа внешнего управления. На каждый можно подцепить кнопку или переменный резистор (крутилку).

    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):


    сам дсп процессор сверху слева серебристый в плёнке.
    Межблочные кабели: самодельные сделанные в размер


    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:


    Расстояние=(Расстояние до дальнего динамика)-(Измеренное расстояние)

    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:



     
    Параметрики:



     
    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.



     
    Скорректированная АЧХ:



     
    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.


    Финальная 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.


    Недостатки:


    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?

    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 37

      +17
      Завидую людям, которые под стук поршневых пальцев, секущий стык выхлопной системы, вой потока воздуха, огибающего боковые зеркала, жужжащий моторчик вентиляции, скрипящую пружину сиденья, гул перетянутого ступичного подшипника, сигналящего злобного водителя-оппонента… слышат эту низкую сцену, глубину звучания. Для меня это сверхспособности.
        +3
        Мне кажется, что вы немного преуменьшаете. Это жигули-классика, причем 90х годов, судя по форточкам в дверях. По идее, перед инсталляцией системы, в этом автомобиле надо заменить кузов, проложить килограмм 150 шумоизоляции, и только потом ставить DSP. Ну либо слушать красоту звука на стоянке, не пытаясь автомобиль завести.
          +2
          Жигули просто тестовая машина на которой не жалко экспериментировать. Не все жигули в ужасном состоянии, выхлоп поменять не проблема, салон обработать виброй и шумкой.
          Когда динамики играют в ногу да еще в голых дверях без проклейки в любой машине будет так себе звук. А когда все настроено можно и погромче сделать. Громкость хорошей системы не утомляет.
            +2
            да, это реально тестовая машина, пожалуйста не переживайте так, мы её выбрали чтоб набить руку и накопить опыт.
            +2
            Ну чё так сразу, про жигули) в нашей профессии главное стремление в реализации проекта и доведении дела до финишной прямой, а тут ещё и материал выложили, за что авторам спасибо.
              +1
              Можно просто слушать музыку стоя и с заглушенным двигателем :) А на самом деле если нормально обслуживать жигули и поклеить шумку, то максимум что может сильно мешать это печка.
              0
              От головы до АЦПшки сигнал идет по самым дешевым китайским межблочникам? Купи подороже межблочник и для авто лучше в двойном экране «линейки».
                0
                Магнитола длинная(дисковая) и упирается в воздуховоды. Только эти межблочники влезли. У других разъемы и толщина провода не позволяли так изгибаться.
                Этот межблочник проверен на сопротивление (тоесть хорошо пропаян) и не ловит помех с 2G телефона (значит имеет достаточно хороший экран)
                  +1
                  Тебе нужны переходники вот такие
                  Заголовок спойлера
                  image
                0
                а на магазинных компонентах такое можно построить?
                  0
                  Процессоры от 20т.р. стоят. обычно 30-40.
                  MDlab, Alpine, Helix и т.д.
                  Не все студии автозвука могут его настроить. Кто может, то возьмет нормальную сумму.
                    0
                    в родном городе (Сарапул) такие компаненты не продаются,
                    заказывал микросхемы, платы, корпуса в интернет магазинах на 4 экземпляра дсп проца чуть больше 10тр в итоге.
                      +1
                      Налаживайте производство — шестиканальный процессор за 10К пользовался бы популярностью.
                        +1
                        спасибо, да за такую примерно цену и думаем продавать в будущем если наберём достаточное число заказов и спрос будет больше пары штук. И в целом если сообществу будет интересна эта тема.
                        А производственные мощности и опыт внедрения в производство уже есть. Как и опыт создания оснастки и адаптации под производство.

                        Но именно эти 4шт пока только для себя и знакомых. Эти 4 шт не под заказ.
                      +4
                      Можно. Так даже удобнее — вам на сдачу ещё могут Жигули дать.
                      0
                      тема про музыку — хорошая и интересная. но в приложении к жигулям — это бантики к лаптям.
                      в жигулях должна стоять бубнитола, ибо
                        +1
                        это тестовая машина и
                        это просто аудио дсп процессор и его можно поставить на любое авто.
                        +4
                        Я бы купил такой дсп!
                        Тема автозвука очень интересна. Автор, продолжай.
                          +1
                          Прекрасная работа, думаю, вполне можно ставить на мелкий серийный поток такие вот DIY-блоки для автозвука…
                            +1
                            На этом же DSP Analog Devices ADAU1701 выпускает платку отечественный Рязань прибор.
                            Вот она http://rznprb.com/index.php/en/products/auto-acoustics/components-auto-acoustics/dsp-x1
                            Подойдет тем, кто не хочет проектировать плату для DSP.
                              +1
                              про рязаньприбор: плата очень специфичная. Нет развязки питания, нет выходных разъемов RCA. На входе только оптика, магнитолы с оптическими выходами стоят по 50к. Нет USB для прошивки — нужно покупать отдельный программатор. Вместо добавления внешнего ЦАП установлены 2 более слабых процессора ADAU1702, что создает проблемы с прошивкой — перетыкание разъема программатора.
                              0
                              так понял что отстраивали под водительское кресло, не проверяли как на остальных местах?
                                0
                                на остальных местах проверяли. Тональный баланс тот же, но локализация совсем не та.
                                  0
                                  Может тогда стоит добавить ещё одну EEPROM, в которой буду храниться настройки для пассажирского места, и перед включением системы выбирать нужную локализацию. (я так понял, что без ноутбука настройки на лету не меняются)
                                    0
                                    На блок схеме указаны входы внешнего управления. Берем кнопку, 2 провода и в сигма студии добавляем переключатель берущий сигнал до задержек или после задержек, подключаем к нему внешний вход. Вторая EEPROM не нужна
                                +1
                                Очень круто, и очень интересно!
                                Мне весной установили акустику — тоже 2-полосный фронт и саб (только ЗЯ). Хотел сделать бюджетно, но на неплохих компонентах. Естественно, с шумкой, с прокладкой кабеля (полная разборка салона), с работой и со всем остальным получилось не так уж и бюджетно. И, естественно, звук меня не вполне устраивает, есть косяки на АЧХ. Все хочу сесть и попытаться настроить (найти софт подходящий, хотя бы). Измерительный микрофон — это прекрасно. А какой микрофон использовали, если не секрет? Включали прямо в микрофонный вход ноутбука, или была внешняя звуковуха для оцифровки?
                                У меня в качестве источника комп на винде и внешний USB-ЦАП, соответственно, хочу всё настроить программно. Купил второй ЦАП, чтобы выделить сабвуферный канал — самое сложное было настроить в Винде разделение 2.0 на виртуальные каналы с назначением разных каналов разным ЦАПам — решил с помощью софтины AudioMulch.
                                Пожалел, что не заказал прокладку раздельных кабелей к фронтам с поканальным усилением. Тогда это почти ничего бы не стоило, а теперь заново весь салон разбирать уже не буду — прийдётся править АЧХ параметрическим эквалайзером поверх родного кроссовера.
                                  0
                                  em6050, встроенный вход звуковухи. До 8-10 кгц меряет нормально — косяки салона мерять пойдет.
                                  Смотрите первые 2 картинки АЧХ. Пик на 750 герцах есть в точке прослушивания и нет когда меряешь вплотную.
                                  0
                                  C фото что-то не то…
                                    0
                                    А сколько будет стоить такой DSP-процессор?
                                      0
                                      предположительно до 10тр, но то что в статье это только для себя и знакомых.
                                      0
                                      Чем делали, Altium+Topor?
                                        0
                                        PCAD2004 + Topor
                                        0
                                        Я ошибаюсь или стоимость комплектующих для звука дороже самого автомобиля?
                                          0

                                          если бы поставили в солярис, то никто бы даже не открыл эту статью

                                          0
                                          Насколько необходимо усложнить систему чтобы добавить кнопку, переключающую пресет таймингов? Чтоб по необходимости сдвигать сцену в центр салона, или это бессмысленно?
                                          0
                                          Что-то не нашел самое интересное — схему питания. Фильтры, DC-DC и прочее. Блок питания — самый важный узел в звуковой системе ж.

                                          Only users with full accounts can post comments. Log in, please.