что такое dsp процессор в звуковой карте
Что такое DSP процессор?
Приветствую! Многие современные головные устройства идут со встроенным DSP процессором, давайте разберемся что это такое и для чего он нужен?! 🤔
Правильное, русское название у него «Цифровой сигнальный процессор» (от англ. Digital Signal Processor, DSP, цифровой процессор обработки сигналов (ЦПОС) — специализированный микропроцессор, предназначенный для обработки оцифрованных сигналов (обычно, в режиме реального времени)
Так давайте попробуем разобраться, зачем нужна эта временная коррекция, которая может управлять задержками на каждом канале. Но для начала давайте представим себе салон автомобиля, со всеми его характеристиками, неправильной формой (отличной от куба, которым является обычная комната), своим АЧХ (Амплитудно-частотная характеристика). И вот в этой «неправильной» среде звук распространяется не так как в обычной жилой комнате, часть его искажается, часть поглощается деталями салона. В итоге мы практически слышим не совсем то, что излучают динамики.
Немаловажным также является расположение слушателя относительно динамиков – как правило, в автомобиле слушатель (водитель, к примеру) находится не по центру и совсем на разных расстояниях от динамиков, что также вносит свои изменения в звучание, ведь один динамик звучит громче и напористее, так как находится ближе, а второй не так напористо и громко, ведь находится дальше от слушателя.
DSP-процессоры принципиально отличаются от микропроцессоров, образующих центральный процессор настольного компьютера. По роду своей деятельности центральному процессору приходится выполнять объединяющие функции. Он должен управлять работой различных компонентов аппаратного обеспечения компьютера, таких как дисководы, графические дисплеи и сетевой интерфейс, с тем чтобы обеспечить их согласованную работу.
Это означает, что центральные процессоры настольных компьютеров имеют сложную архитектуру, поскольку должны поддерживать такие базовые функции, как защита памяти, целочисленная арифметика, операции с плавающей запятой и обработка векторной графики.
В итоге типичный современный центральный процессор поддерживает несколько сот команд, которые обеспечивают выполнение всех этих функций. Следовательно, нужен модуль декодирования команд, который позволял бы реализовывать сложный словарь команд, а также множество интегральных схем. Они, собственно, и должны выполнять действия, определяемые командами. Иными словами, типичный процессор в настольном компьютере содержит десятки миллионов транзисторов.
DSP-процессор, напротив, должен быть «узким специалистом». Его единственная задача — изменять поток цифровых сигналов, и делать это быстро. DSP-процессор состоит главным образом из высокоскоростных аппаратных схем, выполняющих арифметические функции и манипулирующих битами, оптимизированных с тем, чтобы быстро изменять большие объемы данных.
Процессорная магнитола. Зачем?
И вот для того, что бы получить правильную звуковую сцену, в столь «не правильных» условиях и существует звуковые процессоры и процессорные магнитолы. Они позволяют очень виртуозно управлять звуковой сценой, смещать ее в любую сторону. Задержки же позволяют нивелировать «не правильное» размещение динамиков и форму салона. Задержки длятся миллисекунды, но они способны значительно сместить звуковую сцену, чем и пользуются профессионалы; в своих системах они способны «слить» весь звук со всех сторон в точке слушателя, где не ощущается ни «отдельности» сабвуфера, ни напора ближнего динамика.
1. Возможно настройка отличной звуковой сцены, добиться которой в беспроцессорном варианте тяжело.
2. Множество регулировок звуковой сцены.
3. Наличие приличного эквалайзера, с помощью которого можно отлично порезать сигнал на полосы.
Использование цифрового аудиопроцессора (DSP)
В свете этого заинтересовала возможность использовать такие DSP как:
1. Активный кроссовер для АС.
2. Инструмент рум-корекции.
Ответы
Ну вот я в процессе решения этого вопроса пришел к тому, что в отдельном устройстве для стерео нет решительно никакого смысла. Mac Mini + Dirac Live лучшее решение в DSP для дома на сегодняшний день. Для многоканального кино можно взять miniDSP или ресивер дружественной компании.
P.S. По моему мнению ключевую роль здесь играет программное обеспечение.
Хотя да, тут скрей инфо для размышления.
Я не совсем это имел в виду.
И в помянутой выше ветке и в случае с Dirac Live имеется в виду обработка средствами софта, установленного на стандартный PC или Mac. Тут вопросов нет, благо можно легко найти «народную версию» ARC System от IK Multimedia, недорогой измерительный микрофон Behringer ecm8000 и софтовый плеер с поддержкой vst-плагинов. Эта связка рабочая, проверенная (в т.ч. мной) и показала очень неплохие результаты.
И вообще все это касаемо только рум-коррекции, а я упомянул еще об использовании в качестве кроссовера с гибкой настройкой и минимальным влиянием на фазу. На основе этого возможно изготовление активной АС например такого типа.
хотелось избавиться от ПК в любом виде
miniDSP DDRC-22D, DSPeaker Anti-Mode 2.0, Emotiva XMC-1?
На основе этого возможно изготовление активной АС
Я думал над активным кроссовером некоторое время, но это надо с головой прыгать и все делать самому. Или как вариант можно использовать автомобильные решения, там как раз это вариант по умолчанию. Например, как с активным кроссовером предварительное усиление планируете делать? Для коррекции в цифровом виде без преобразования АЦП-ЦАП (тут можно воспользоваться моделью с парой выходов) я для себя ответов не нашел.
miniDSP DDRC-22D, DSPeaker Anti-Mode 2.0, Emotiva XMC-1 и т.д.
Да, но 800$, 1400$, 2500$ и т.д.
spdif-входом и 8 аналоговыми выходами
Выбор и реализация ЦАП’ля на таких платах обычно оставляет желать лучшего. Не вижу смысла пытаться лезть в бескомпромиссный звук за счет активной фильтрации и сразу же загонять себя в тупик копеечным ЦАП’лем. Тут уж если идти, то ва-банк.
Выбор и реализация ЦАП’ля на таких платах обычно оставляет желать лучшего
Соглашусь, вот это больше всего и напрягает. Но вроде как есть полностью цифровые варианты.
В общем спасибо, есть о чем подумать.
ДСП, которые умеют делать обработку звука на приходящей частоте и имеют процессор на 64 бита с плавающей запятой (как тот же Trinnov например) уже значительно дороже
Только авторизованные пользователи могут отвечать на вопросы, пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.
DSP-процессоры: назначение и особенности
DSP-процессоры: назначение и особенности
Большинство из нас в повседневной жизни постоянно сталкивается с различными компьютерными системами: процессорами общего назначения (general-purpose, в основном x86) в ноутбуках и рабочих станциях, их мощными многоядерными версиями в датацентрах, мобильными процессорами в телефонах, многочисленными контроллерами в бытовой технике и на транспорте. Но помимо всех упомянутых вариантов есть ещё одно важное, хотя и редко упоминаемое семейство: цифровые сигнальные процессоры, чаще именуемые Digital Signal Processors или просто DSP.
Именно DSP решают задачи обработки больших объёмов информации в реальном времени, возникающие при передаче данных (звонков и мобильного Интернета) в мобильных сетях, обработке фотографий и восстановлению звука. Даже в топовых телефонах вся эта работа выполняется не на мощных ARM-ядрах, а на специализированных DSP.
В этой статье будет кратко изложена история DSP, их отличие от процессоров общего назначения, особенности их архитектуры, а также будет подробно рассказано о способах оптимизации кода.
История
Первые DSP появились в 1970-х годах. Эти процессоры стали логичным развитием специализированных аналогово-цифровых устройств, предназначенных для обработки речи, прежде всего её кодирования и фильтрации (прорыв в соответствующих научно-технических отраслях стал возможен благодаря спросу на эти технологии в годы Второй Мировой войны). Трудоемкость и сложность разработки устройств под каждую возникающую задачу, а также успехи в развитии электронной базы (широкое распространение технологии MOSFET) и математических алгоритмов (БПФ, цифровая фильтрация) привели к возможности создания универсальных, т.е. программируемых, цифровых процессоров, которые могли быть с помощью программ адаптированы для широкого класса задач. Адаптируемость на практике означала снижение стоимости разработок, сокращение времени выхода на рынок (time-to-market), возможность послепродажного обновления алгоритма для устранения ошибок, возможность поддержки новых требований пользователей. Во многих случаях эти возможности с лихвой компенсировали ухудшение производительности по сравнению со специальными ускорителями.
Рис. 1 Первый крупный успех DSP: планшет Speak&Spell (Texas Instruments, 1978) Рис. 2 С момента появления стандарта GSM DSP являются обязательным компонентом мобильных сетей Рис. 3 Обработка изображений в камерах (дебайеризация, удаление шумов, фильтрация) также выполняются на DSP (источник: https://snapshot.canon-asia.com/india/article/en/5-things-made-possible-with-digic-image-processor)
Из-за необходимости обработки в реальном времени и экономии электроэнергии DSP сильно отличались от процессоров общего назначения. В каком-то смысле они были первым примером программируемых вычислительных ускорителей, т.е. процессоров, максимально эффективно решающих определённый класс задач.
Преимущества DSP
Чем же именно отличаются DSP от обычных мощных процессоров общего назначения, особенно таких мощных как Intel Xeon или Cortex-A, и почему процессоры общего назначения не используют для обработки сигналов? Чтобы ответить на этот вопрос посмотрим на топологию современного процессора от Intel.
Рис. 4 Intel Skylake (источник: https://en.wikichip.org/wiki/intel/microarchitectures/skylake_(client) )
Из рисунка мы видим, что значительная часть площади кристалла отводится не под вычислительные ресурсы, а под сложную логику определения зависимостей, спекулятивного исполнения (out-of-order speculative execution) и составления расписания (scheduling). В сумме накладные расходы приводят к тому, что “КПД” процессора, т.е. энергия, затрачиваемая на выполнение реальных вычислений, составляет менее 1%:
While a simple arithmetic operation requires around 0.5–20 pJ, modern cores spend about 2000 pJ to schedule it.
Conventional multicore processors consume 157–707 times more energy than customized hardware designs.
(из статьи “Rise and Fall of Dark Silicon”, приведённой в списке литературы).
Чтобы сделать сравнение более конкретным, возьмём мощный процессор общего назначения от Intel и мощный DSP фирмы Texas Instruments (например Skylake Xeon Platinum 8180M и TMS320C6713BZDP300):
Что такое DSP-процессор звука? Для чего он в магнитоле?
Рекомендуемые статьи
Штатная магнитола Android на базе Allwinner TS9. Преимущества модели
Другими словами, встроенный звуковой DSP-процессор быстро изменяет поток цифровых сигналов, управляет задержками на каждом канале. Это высокоскоростная аппаратная схема, которая выполняет арифметические функции, манипулируют битами, оптимизируя большие объемы данных, чтобы быстро изменять их.
Разберем на примере:
Представьте себе ваш автомобиль изнутри с его «неправильной» формой, изгибами, со всем его наполнением: панелью, креслами и другим – все эти составляющие – это амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) вашего авто.
Среда с подобными АЧХ считается «неправильной», так как звук передается не так как в большой пустой комнате, салон с большим количеством элементов поглощает часть звука, часть просто искажается. По итогу, мы получаем не то звучание, которое излучают динамики, даже если вы воспроизводите звук в максимально высоком качестве без сжатия аудиофайла.
Так же, важным является расположение водителя и пассажиров относительно динамиков. На восприятие музыки влияет разность в громкости и силе динамиков, один будет звучать не так громко и сильно, как тот, что находится ближе. Чтобы звучание не искажалось, слушатель должен находиться по центру на равном удалении от динамиков. Но, в машине, это конечно невозможно.
| Звуковая сцена — это «точность, с которой воспроизводящая система передает звуковую информацию о размере, форме и акустических характеристиках исходного пространства записи и размещения исполнителей внутри звуковой сцены в помещении для прослушивания». |
Магнитола позволяет грамотно управлять звуковой сценой, смещать ее в любом направлении. Задержки, которые производит микропроцессор, позволяют гармонично построить звучание относительно «неправильной» формы салона и расположения динамиков. Эти специальные задержки длятся миллисекунды, но за это время они выстраивают звук таким образом, чтобы он воспринимался четко без искажений со всех сторон в точке слушателя.
Звуковой процессор DSP Bu3210x позволяет произвести тонкую настройку 11 полосного эквалайзера НЧ/СЧ/ВЧ с фильтрами среза частот, регулировкой добротности, тонкомпенсацией, поканальными задержками и функцией Loud. Есть возможность усиления басов на разных частотах, сохраняя чистоту звука.
В андроид магнитолу Allwinner TS9 встроен звуковой усилитель TDA7850 MOSFET. Усилитель согласуется с акустикой 2Ом, АЧХ соответствует классу Hi-Fi аудио: имеет низкий уровень паразитных шумов, высокий показатель соотношения сигнал/шум. Благодаря этому получается чистая насыщенная звуковая картина.
Чем ниже сопротивление акустики, тем больше искажений дает усилитель, чем выше сопротивление акустики, тем меньше дает искажений усилитель.
Добиться подобной настройки звуковой сцены в магнитолах без данного процессора очень сложно
Из дополнительных возможностей, следует выделить управление функциями магнитолы посредством кнопок управления на руле при наличии встроенных или дополнительно установленных пульта ДУ. Не снимая рук с руля, можно управлять громкостью звука, переключать музыкальные треки, а так же использовать другой функционал настроенный вами.
Помимо 2 линейных стерео аудио-входов (тюльпаны), 4 линейных аудио-выхода (тюльпаны) на внешний нештатный аудио-усилитель, предусмотрен отдельный линейный выход на Subwoofer.
Зачем нужны внешние звуковые карты и что в них особенного
Содержание
Содержание
Ассортимент внешних звуковых карт растет с каждым годом. Постоянно появляются новые узкоспециализированные модели для разных категорий покупателей. В чем преимущества таких устройств по сравнению с обычными картами, встроенными в материнскую плату?
Аудиокарты без профессионального адаптера
Это недорогие USB-карты, по виду напоминающие пухлую флешку. Позволяют получить звук из компьютера без встроенной звуковой карты, либо если таковая сломалась. Если такие девайсы и превосходят по качеству звучания встроенные модели, то незначительно — в них нет профессионального цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Рарядность их ЦАП в основном 16 бит, что хватает для просмотра фильмов и сериалов, но недостаточно для прослушивания музыки в высоком качестве (в профессиональных картах используется разрядность от 24 бит).
Производители некоторых моделей (например, Espada USB 2.0) заявляют, что они поддерживают форматы объемного звучания типа 5.0 или 7.1. Однако это достигается на виртуальном уровне и нельзя назвать настоящим объемным звуком. Такие карты также позволяют записать аудио сносного качества — подойдет, например, для разговоров по скайпу, стриминга и даже домашней записи речи. Но именно речи — эти устройства, как правило, не поддерживают стандарт ASIO, снижающий время задержки при преобразовании аналогового сигнала в нули и единицы. Поэтому музыку лучше писать на звуковые карты более высокого уровня.
Отсутствует в них и усилитель для наушников. Поэтому высокоомные «лопухи» типа Beyerdynamic DT 880 такая аудиокарта не «раскачает» — звук будет негромким, тусклым и с провалами по АЧХ. Тем не менее, для своих целей эти устройства более чем подходят.
Звуковые карты для геймеров и аудиофилов
Например, ASUS Xonar U7 MKII или Creative Sound Blaster X7. Такие устройства созданы, в первую очередь, чтобы слушать музыку, а не записывать ее. Поэтому особое внимание здесь уделяется разрядности и частоте ЦАП (до 24 бит/192 кГц), отличному соотношению сигнал/шум, низкому уровню искажений цифро-аналогового преобразователя и т.п. Эти девайсы часто оборудованы всеми возможными аналоговыми и цифровыми выходами, вплоть до оптического TOSLINK, который позволяет подключить внешний проигрыватель компакт-дисков и передавать сигнал без какой-либо потери в качестве. Часто имеется неплохой усилитель для наушников, позволяющий «раскачать» даже самые высокоомные и требовательные модели.
Неудивительно, что с такими техническими характеристиками подобные карты оказываются популярны у аудиофилов. Но зачем они нужны геймерам? Во-первых, потому что звук в играх иногда важен не меньше, чем изображение на мониторе. Некоторые умельцы по звуку выстрела противника могут угадать его примерное местоположение на карте, а иногда и попасть собственным «слепым» выстрелом в цель. Поэтому звуковые карты для игроков часто имеют формат объемного звучания 5.7, 7.1 и подобные — чтобы еще точнее воспринимать звуковое окружение игры. Приятным бонусом является и возможность смотреть фильмы с объемным звуком. Но есть и другие факторы — так, не секрет, что любители видеоигр обожают красивую и высокотехнологичную компьютерную периферию. А дизайн у некоторых устройств и правда выдающийся.
Чего эта категория карт не умеет — так это запись. В них почти всегда отсутствует высокоомный инструментальный вход, нет аналоговых XLR разъемов, и, в лучшем случае, найдется только пара RCA линейных входов и 3,5 мм jack — например, чтобы подключить старенький CD-плеер через переходник. При этом карты вполне могут поддерживать ASIO, но этот стандарт тут лишь для галочки и написан через запятую с целой плеядой собственных стандартов производителя (CrystalVoice, DirectSound 3D, Scout Mode и т.п.) призванных улучшить или подкорректировать звучание аудиосистемы.
Аудиоинтерфейсы для музыкантов
Особая категория внешних аудиокарт, заточенных специально под нужды гитаристов, басистов и вокалистов. Таков, например, девайс от LINE 6 POD STUDIO GX. С виду в нем все по-минимуму: компактный дизайн, инструментальный вход, регулировка уровня, выход на наушники. А вот внутри дополнительно спрятан гитарный процессор POD FARM с симуляторами знаменитых в музыкальной индустрии усилителей, кабинетов и педалей эффектов. Также он поддерживает ASIO и позволяет записывать аудио в формате до 24 бит/96 кГц.
Таким образом, подобные интерфейсы оказываются незаменимыми помощниками гастролирующих музыкантов — они позволяют, например, за секунды подключить гитару к ноутбуку и записать пару риффов, пока вдохновение не улетучилось. А для такой штуки, как APOGEE JAM 96K, не нужен даже ноутбук — достаточно подключить ее к Айфону или Айпаду — и готово! Или есть еще IK MULTIMEDIA iRig Acoustic Stage, который преподносится как инструмент для записи акустической гитары где угодно — устройство работает от батареек и даже поставляется с удобным чехольчиком для переноски.
Звуковые карты для домашней студии
Представляют собой мини-комбайны для записи живых и электронных инструментов, вокала, сведения и мастеринга. Характеристики от модели к модели почти не меняются — стандартом стала возможность записи в 24 бит/96 кгц, соотношение сигнал/шум от 100 дБ, наличие фантомного питания для подключения конденсаторных микрофонов, поддержка ASIO и встроенный усилитель для наушников. Отличаются разные модели друг от друга, как правило, количеством входов и выходов — у девайсов начального уровня их будет по-минимуму, более профессиональные модели же позволят записать несколько инструментов одновременно и проверить микс на двух парах студийных мониторов с возможностью быстро переключаться между ними. Также у старших моделей могут быть цифровые входы (MIDI, S/PDIF), несколько выходов на наушники и т.п.
В дизайне часто присутствует большое колесо регулировки общей громкости, и в целом элементы управления нередко располагаются наверху интерфейса, чтобы с ним было удобно работать на компьютерном столе. Таков, например, Native Instruments Komplete Audio 1. Именно за эргономику, хорошие характеристики и наличие всех необходимых входов и выходов такие карты ценятся у владельцев домашних студий звукозаписи.
Профессиональные аудиоинтерфейсы
Одной из главных отличительных черт профессионального аудиоинтерфейса будет железный рэковый корпус. Благодаря ему карту можно встроить в рэковую стойку, и с ней ничего не случится на студии звукозаписи, во время концерта или тура. Большой корпус позволяет разместить до десятка аналоговых входов и выходов — с лихвой хватит, чтобы записать барабанную установку или даже целую группу. По техническим характеристикам тут тоже все на уровне — стандартом является запись в формате до 24 бит/192 кГц, отношение сигнал/шум до 128 дБ, наличие высокоомных инструментальных входов, нескольких независимых выходов на наушники и всех возможных цифровых интерфейсов, от MIDI до S/PDIF и оптических. Как правило, есть небольшой экран, позволяющий отслеживать уровни сигнала всех входов. Такой есть, например, у FOCUSRITE Scarlett 18i20 3nd Gen. Словом, все сделано профессионалами для профессионалов.
Отдельно стоит сказать про программный интерфейс таких устройств и наличие DSP-процессора. Последний позволяет ставить на каналы эффекты, не нагружая ЦП компьютера — обработкой занимается сама карта. Встроенный микшер же не только обладает кучей функций, но и дает возможность сохранять и загружать пресеты, чтобы не выстраивать заново микс для знакомых ситуаций. Например, можно за секунду загрузить заранее подготовленный пресет для записи барабанов и сэкономить много времени на копошении в настройках. Незаменимая функция для любой профессиональной студии звукозаписи. Также иногда в комплекте с картой производитель дарит целый букет полезных плагинов, что тоже является приятным бонусом.
Качественный звук становится привычной вещью не только для музыкантов, звукоинженеров и аудиофилов, но и для рядовых покупателей. Эффект погружения от красиво нарисованного звукового полотна в игре или фильме не меньше, а то и больше, чем от телевизора на полстены. Поэтому внешние звуковые карты в сочетании с хорошими колонками позволяют получить совершенно новые эмоции и впечатления от казалось бы привычных фильмов и открывают целое новое измерение при прослушивании музыки.