يقوم العديد من المصممين بتضمين برامج ترميز الصوت في تصميمات النظام المضمنة القائمة على وحدة التحكم الدقيقة في محاولة لإضافة صوت عالي الدقة. عند القيام بذلك ، يتعين عليهم معرفة كيفية ضبط برنامج ترميز الصوت لتطبيقهم. بدون الضبط ، قد يُترك التطبيق مسطحًا أو بجودة رديئة ، حتى مع وجود برنامج ترميز ومكبر صوت جيد. تكمن المشكلة في أن كل مكبر صوت له استجابة تردد خاصة به ، وبالتالي يجب ضبط برنامج الترميز وفقًا لخصائص السماعة مع مراعاة نوع الصوت الذي سيتم تشغيله والاستجابة المطلوبة.
لا يتمثل الحل لضبط نظام تشغيل الصوت في استخدام تصفية الأجهزة ولكن بدلاً من ذلك ، الاستفادة من كتل التصفية الرقمية الخاصة ببرنامج ترميز الصوت. يحتوي كل برنامج ترميز على هذه الكتلة للسماح للمطور بتصفية الإخراج باستخدام مرشحات تمرير عالي ومنخفض وممر النطاق. وهذا يسمح بضبط استجابة السماعة بعناية وحتى ضبطها ، حسب الضرورة.
ستناقش هذه المقالة كتل الصوت الرقمي الداخلية المضمنة في برامج الترميز ، باستخدام برنامج ترميز من AKM أشباه الموصلات كمثال. سيناقش أيضًا العديد من النصائح والحيل حول كيفية ضبط برنامج الترميز الذي سيساعد المطورين على تسريع تطوير تشغيل الصوت مع تحسين جودة صوت النظام.
فهم خصائص استجابة تردد السماعة
ناقش المقال "كيفية تحديد واستخدام برنامج ترميز صوتي ووحدة تحكم دقيقة لملفات الملاحظات الصوتية المضمنة" أساسيات اختيار برنامج ترميز وإضافته إلى النظام. الخطوة التالية هي استخدام برنامج الترميز هذا للحصول على أفضل إخراج صوتي ممكن.
هناك العديد من العوامل المختلفة التي تساهم في كيفية ظهور الصوت الخارج من النظام. تشمل هذه العوامل:
- ضميمة المتحدث
- كيف يتم تركيب السماعة
- ترددات الصوت التي يتم تشغيلها
- استجابة تردد السماعة
بعد دراسة متأنية لهذه العوامل ، سيدرك المطور قريبًا أن ضبط نظام صوتي يكون مفيدًا فقط عندما يكون في حالة الإنتاج النهائية. بالتأكيد ، يمكن ضبط النظام باستخدام لوحة دوائر مطبوعة (لوحة الكمبيوتر الشخصي) ومكبر الصوت خارج السكن ، ولكن لا ينبغي للمرء أن يتوقع تطبيق نفس معلمات الضبط عند تركيب السماعة وداخل العلبة الخاصة بها.
إذا قام الفريق الميكانيكي بتصميم حاوية النظام وتثبيته بشكل صحيح ، فإن السمة الرئيسية التي يحتاج المطور إلى مراقبتها عن كثب هي استجابة تردد السماعة. لكل متحدث خصائص ومنحنيات استجابة مختلفة. حتى مكبرات الصوت التي لها نفس رقم الجزء غالبًا ما يكون لها اختلافات طفيفة في استجابة التردد ، ولكن الشركة المصنعة تقدم عادةً منحنى استجابة تردد نموذجي على سبيل المثال ، يوضح الشكل 1 منحنى استجابة التردد لأجهزة CUI GC0401K 8 أوم (Ω) ، مكبر صوت 1 واط. تم تصنيف GC0401K للترددات بين 390 هرتز (هرتز) و 20 كيلو هرتز (كيلو هرتز).
الشكل 1: تم تصنيف سماعة GC0401K 8 K ، 1 وات لأجهزة CUI للترددات بين 390 هرتز و 20 كيلو هرتز. (مصدر الصورة: أجهزة CUI)
عادةً ما يتم تصنيف المتحدثين للمنطقة من منحنى الاستجابة الخاصة بهم حيث تكون الاستجابة مسطحة نسبيًا. توضح نظرة فاحصة على الشكل 1 أن استجابة التردد لـ GC0401K تبدأ في التسوية عند ~ 350 هرتز وتظل ثابتة نسبيًا على الأقل حتى 9 كيلو هرتز. تحتوي الترددات المتطورة على بعض الانخفاضات ولكنها لا تزال مستقرة حتى 20 كيلو هرتز.
يمكن رؤية استجابة تردد مكبر صوت مختلفة في GF0668 لأجهزة CUI (الشكل 2). هذه السماعة أكبر قليلاً ويمكن أن تنتج 3 واط. معدل استجابة التردد بين 240 هرتز و 20 كيلو هرتز. يمكن أن تصل هذه السماعة إلى ترددات أقل قليلاً من GC0401K ، لكن لاحظ مرة أخرى أنه ضمن النطاق المحدد ، يكون المنحنى مسطحًا نسبيًا مع بعض القيعان والقمم طوال الوقت.
الشكل 2: تُظهر استجابة التردد لمكبر الصوت GF0668 8 Ω ، 3 وات لأجهزة CUI سبب تصنيفها لنطاق 240 هرتز إلى 30 كيلو هرتز. (مصدر الصورة: أجهزة CUI)
آخر رد من المتحدثين يستحق النظر فيه هو SP-2804Y من شركة Soberton (الشكل 3). SP-2804Y هو مكبر صوت 500 مللي واط (mW) مع نطاق استجابة تردد من 600 هرتز إلى 8 كيلو هرتز. تضمن قوانين الفيزياء أنه كلما كان السماعة أصغر ، زادت صرامة الوقت الذي تستغرقه في الاستجابة للترددات المنخفضة. هذا يعني أنه إذا لم يقم المطورون بتصفية الترددات المنخفضة وبدلاً من ذلك حاولوا تشغيل السماعة على تلك الترددات ، فقد تكون النتيجة بعض الأصوات ذات السبر الغامق أو عيوب في النغمات التي قد تبدو واضحة تمامًا.
لاحظ أيضًا وجود انخفاض كبير في استجابة التردد حول 10 كيلو هرتز. لذلك ، تم تصنيف السماعة على 8 كيلو هرتز فقط على الرغم من أنه يمكن استخدامها حتى 20 كيلو هرتز لبعض التطبيقات.
الشكل 3: تُظهر استجابة التردد لمكبر الصوت SP-2804Y 8 ، 0.5 وات من Soberton Inc. أنها مناسبة للترددات من 600 هرتز إلى 8 كيلو هرتز. لديه تراجع بعد 10 كيلو هرتز ولكنه لا يزال قابلاً للاستخدام حتى 20 كيلو هرتز لبعض التطبيقات. (مصدر الصورة: أجهزة CUI)
بالنظر إلى استجابة تردد كل مكبر صوت ، من الواضح أن هناك نوعًا من التصفية والضبط يجب أن يحدث نظرًا لوجود بعض الترددات التي لا ينبغي تشغيل مكبر الصوت عندها. على سبيل المثال ، قد تتسبب محاولة تشغيل نغمة جهير تبلغ 4 هرتز على هذه السماعات في حدوث اهتزازات طويلة الأمد يتم بها حقن ترددات أعلى ، مما يؤدي إلى الكثير من تشويه الصوت.
تشريح كتلة مرشح الصوت الرقمي
إحدى الطرق التي تم استخدامها في الماضي لضبط الترددات غير المرغوب فيها هي بناء مرشحات للأجهزة تؤدي إلى السماعة. على سبيل المثال ، يمكن لمرشح الترددات العالية عند 500 هرتز أن يمنع الترددات التي تقل عن 500 هرتز من الوصول إلى السماعة. في الطرف الآخر ، يمكن استخدام مرشح الترددات المنخفضة لإزالة أي نغمات صوتية أعلى من 15 كيلو هرتز. أظهرت التجربة الشخصية أنه في بعض الأحيان إذا تم استخدام صوت المرأة مع مكبر صوت صغير فعال في الترددات العالية ، يمكن للمتحدث أن يظهر نغمة عالية. يمكن أن يؤدي تحديد الترددات بعناية إلى إزالة هذه التشوهات وإنشاء صوت يبدو أنظف.
بينما يمكن لفلاتر الأجهزة الخارجية القيام بالمهمة ، فإنها تضيف تكلفة وتشغل مساحة إضافية. لهذه الأسباب ، من الأكثر عملية وفعالية ضبط الصوت باستخدام كتلة المرشح الرقمي المضمنة في برنامج ترميز الصوت.
على سبيل المثال، المخطط التفصيلي لـ AKM أشباه الموصلات يحتوي برنامج ترميز الصوت AK4637 ذو 24 بت على كتلة المرشح الرقمي المميزة (الشكل 4).
الشكل 4: AK4637 عبارة عن برنامج ترميز صوتي مع إخراج مكبر صوت أحادي يحتوي على إمكانات تشغيل الصوت والتسجيل. يحتوي أيضًا على كتلة صوتية داخلية يمكن استخدامها لتصفية الصوت الوارد والصادر لتحسين دقة الصوت. (مصدر الصورة: AKM Semiconductor)
تحتوي كتلة المرشح الرقمي في هذه الحالة على العديد من إمكانيات التصفية المختلفة والتي تشمل:
- مرشح الترددات العالية (HPF2)
- مرشح الترددات المنخفضة (LPF)
- موازن رباعي النطاقات (4 نطاقات EQ)
- التحكم التلقائي في التسوية (ALC)
- معادل أحادي النطاق (1 Band EQ)
لا تحتاج جميع هذه الميزات إلى التمكين. يمكن للمطورين تحديد الميزات التي يحتاجون إليها وتمكين وتعطيل حظر الميكروفون أو توجيهه أو تشغيل الصوت من خلالها. السؤال الحقيقي في هذا المنعطف هو كيفية حساب وبرمجة برنامج ترميز الصوت؟
كيفية حساب معلمات المرشح الرقمي وبرمجتها
في معظم تطبيقات الصوت ، يتم استخدام مرشح الترددات العالية لإزالة الترددات المنخفضة ويستخدم مرشح الترددات المنخفضة لاستبعاد الترددات الأعلى. يمكن استخدام المعادل لتنعيم منحنى استجابة التردد أو للتأكيد على نغمات معينة. كيف يجب تحديد هذه الإعدادات بالضبط هو خارج نطاق هذه المقالة. ستنظر بدلاً من ذلك في كيفية حساب وبرمجة القيم المرتبطة بهذه المعلمات باستخدام AKM AK4637 كمثال.
أولاً ، من الأفضل دائمًا مراجعة ورقة البيانات. تعرض الصفحتان 7 و 8 في هذه الحالة خريطة التسجيل بالغة الأهمية لبرنامج الترميز. قد تكون النظرة الأولى مخيفة نظرًا لأن الجزء يحتوي على 63 سجلًا. ومع ذلك ، فإن العديد من هذه السجلات تتحكم في كتلة الصوت الرقمي. على سبيل المثال ، تتحكم التسجيلات من 0x22 إلى 0x3F في المعادل. تتحكم التسجيلات من 0x19 إلى 0x1C في مرشح التمرير العالي ، بينما تتحكم 0x1D حتى 0x20 في مرشح تمرير الترددات المنخفضة.
لا يمكن للمطورين عادةً تحديد تردد للإدخال في برنامج الترميز. بدلاً من ذلك ، هناك معادلة مرشح تُستخدم لحساب معاملات المرشح ، والتي يتم برمجتها بعد ذلك في سجلات الترميز لإنشاء المرشح بالتردد المطلوب. على سبيل المثال ، لاستخدام كتلة المرشح الرقمي لإنشاء مرشح تمرير عالي عند 600 هرتز ، استخدم المعادلة 1:
الشكل 5: الموضح هو المعادلات اللازمة لحساب معاملات مرشح التمرير العالي لكتلة المرشح الرقمي AK4637. (مصدر الصورة: AKM Semiconductor)
سيحدد المطور تردد القطع المطلوب ، fc ، والذي يكون في هذه الحالة 600 هرتز. عادةً ما يكون تردد أخذ العينات الصوتية fs 48 كيلو هرتز ، ولكن يمكن أن يختلف بناءً على التطبيق. سيتم بعد ذلك وضع هذه القيم في المعادلات لحساب المعاملين A و B. هذه القيم يتم كتابتها بعد ذلك إلى سجلات الترميز فوق I2C أثناء بدء التشغيل. سيتم استخدام نفس العملية لفلاتر تمرير الترددات المنخفضة وميزات الكتلة الرقمية الأخرى ، على الرغم من أن وظائف النقل غالبًا ما تكون مختلفة ، وتتطلب مجموعة المعادلات الخاصة بها لاستخدامها (راجع ورقة البيانات).
نصائح وحيل لضبط برنامج ترميز الصوت
غالبًا ما تكون كتل المرشح الرقمي المضمنة في برنامج ترميز الصوت مرنة وقوية للغاية. حتى برنامج ترميز الصوت منخفض التكلفة يوفر للمطورين الأدوات اللازمة لتوليد صوت عالي الدقة. في نهاية اليوم ، يعد برنامج ترميز الصوت مجرد جزء واحد من اللغز. لضبط برنامج ترميز الصوت بنجاح ، هناك العديد من "النصائح والحيل" التي يجب على مطوري البرامج مراعاتها مثل:
- تأكد من أن مكبر الصوت مركب في حاوية مناسبة للتطبيق. يمكن لصندوق السماعات المصمم بشكل غير صحيح أن يفسد بسهولة نظام التشغيل المثالي.
- لا تقم بضبط كتل مرشح صوت برنامج الترميز حتى يتم تجميع النظام بالكامل في تكوين هدف الإنتاج الخاص به. قد تتغير معلمات الضبط بخلاف ذلك.
- حدد نطاق التردد بناءً على الصوت الذي سيتم تشغيله. على سبيل المثال ، ستكون إعدادات التردد للموسيقى من جيتار أو بيانو أو شخص يتحدث جميعها مختلفة.
- استخدم كتلة التوازن الرقمية لتعويض استجابة تردد السماعة. ستبدو بعض الترددات بشكل طبيعي أعلى صوتًا وأكثر وضوحًا وقد تحتاج إلى تخفيفها ، بينما قد يحتاج البعض الآخر إلى تضخيمها.
- استخدم نغمات الاختبار لتقييم استجابة التردد للنظام. سيوفر البحث البسيط على الإنترنت ملفات mp3 لمجموعة واسعة من النغمات الصوتية التي يمكن استخدامها لفهم استجابة التردد لنظام تشغيل الصوت وكيفية عمل كتلة المرشح الرقمي.
- قم بتخزين إعدادات تكوين كتلة المرشح في فلاش أو EEPROM بحيث يمكن ضبطها أثناء التصنيع لحساب الاختلافات من نظام إلى نظام (إذا كان ذلك مثيرًا للقلق).
سيجد المطورون الذين يتبعون هذه "النصائح والحيل" أنهم يوفرون قدرًا كبيرًا من الوقت والحزن عند محاولة ضبط نظام تشغيل الصوت الخاص بهم ، والتأكد من وصوله إلى السوق بخصائص الصوت المقصودة.
وفي الختام
لا تضمن إضافة برنامج ترميز صوتي إلى الأنظمة المضمنة أنه سيبدو جيدًا للمستخدم النهائي. يجب ضبط كل نظام تشغيل صوتي بعناية. من الممكن استخدام المرشحات الخارجية لتحقيق هذا الضبط ، لكن برامج ترميز الصوت تأتي مع إمكانيات تصفية رقمية وتوازن مدمجة. كما هو موضح ، يمكن استخدام هذه لتغذية السماعة فقط بالترددات التي تناسبها بشكل أفضل. من خلال التحليل الدقيق وتطبيق إعدادات المرشح ، يمكن للمطورين إنشاء الصوت النظيف الذي يتوقعه المستخدمون النهائيون من أجهزتهم.