מעצבים רבים כוללים רכיבי Codec שמע בתכנוני מערכת משובצים מבוססי מיקרו-בקר שלהם במאמץ להוסיף אודיו באיכות גבוהה. בכך הם צריכים להבין כיצד לכוון את קוד האודיו ליישום שלהם. ללא כוונון, היישום עשוי להישאר שטוח או באיכות ירודה, אפילו עם קודק ורמקול טובים. הבעיה היא שלכל רמקול יש תגובת תדרים משלו ולכן יש לכוון את ה- codec למאפייני הרמקול תוך התחשבות בסוג האודיו שיושמע והתגובה הנדרשת.
הפתרון לכוונון מערכת השמעת השמע הוא לא להשתמש בסינון חומרה אלא במקום זאת, למנף את גושי הסינון הדיגיטליים של רכיבי codec. לכל קודק יש את החסימה הזו כדי לאפשר למפתח לסנן את הפלט באמצעות מסנני מעבר גבוה, מעבר נמוך ופס מעבר. זה מאפשר לכוונן בקפידה את תגובת הרמקול ואף להתאים אותו לפי הצורך.
מאמר זה ידון בלוקי השמע הדיגיטליים הפנימיים הכלולים בקודקים, באמצעות קודק של AKM סמיקונדקטור לדוגמא. הוא גם ידון בכמה טיפים וטריקים כיצד לכוון את ה- codec שיעזור למפתחים להאיץ את התפתחות השמעת השמע שלהם תוך שיפור איכות הצליל של המערכת.
הבנת מאפייני תגובת תדר הרמקולים
המאמר "כיצד לבחור ולהשתמש בקוד שמע ובמיקרו-בקר עבור קבצי משוב שמע משובצים" דן ביסודות הבחירה והוספת קודק למערכת. השלב הבא הוא להשתמש בקודק זה כדי להשיג את פלט השמע הטוב ביותר האפשרי.
ישנם מספר גורמים שונים התורמים לאופן שבו האודיו שיוצא ממערכת יישמע. גורמים אלה כוללים:
- מתחם הדובר
- איך מותקן הרמקול
- תדרי השמע המושמעים
- תגובת התדר של הדובר
לאחר בחינה מדוקדקת של גורמים אלה, מפתח יבין במהרה שכוונון מערכת שמע שימושי רק כאשר היא נמצאת במצב הייצור הסופי. בטח, ניתן לכוון את המערכת עם לוח מעגלים מודפס (לוח מחשב) והרמקול מחוץ לבית, אך אין לצפות שאותם פרמטרי כוונון יחולו כאשר הרמקול מותקן ובתוך המתחם שלו.
אם הצוות המכני תכנן כראוי את מארז המערכת והרכבה, המאפיין העיקרי שעליו המפתח צריך לצפות מקרוב הוא תגובת תדר הרמקולים. לכל דובר מאפיינים ועקומות תגובה שונות. גם לרמקולים עם אותו מספר חלק יש לעיתים קרובות שינויים קלים בתגובת התדר, אך היצרן מספק בדרך כלל עקומת תגובת תדרים אופיינית. לדוגמא, איור 1 מציג את עקומת תגובת התדרים עבור התקני CUI GC0401K 8 אוהם (Ω), רמקול 1 וואט. ה- GC0401K מדורג לתדרים שבין 390 הרץ (הרץ) ל -20 קילו-הרץ (קילו-הרץ).
איור 1: הרמקול GC0401K 8 Ω, 1 וואט של מכשירי CUI מדורג לתדרים שבין 390 הרץ ל -20 קילוהרץ. (מקור תמונה: CUI Devices)
רמקולים מדורגים בדרך כלל לאזור עקומת התגובה שלהם, שם התגובה שטוחה יחסית. מבט מקרוב על איור 1 מראה שתגובת התדר עבור GC0401K מתחילה להשתטח ב ~ 350 הרץ ונשארת שטוחה יחסית לפחות דרך 9 קילוהרץ. בתדרים היוקרתיים יש ירידה מסוימת, אך הם עדיין יציבים עד 20 קילוהרץ.
תגובת תדר רמקולים שונה ניתן לראות ב- GF0668 של CUI Devices (איור 2). הרמקול הזה מעט גדול יותר ויכול להפיק 3 וואט. דירוג תגובת התדרים הוא בין 240 הרץ ל -20 קילוהרץ. רמקול זה יכול לפגוע בתדרים נמוכים מעט יותר מ- GC0401K, אך שים לב שוב שבתחום שצוין העקומה שטוחה יחסית עם כמה שוקות ופסגות לאורך.
איור 2: תגובת התדר לרמקולים GF0668 8 Ω, 3 וואט של CUI Devices מראה מדוע הוא מדורג בטווח של 240 הרץ עד 30 קילוהרץ. (מקור תמונה: CUI Devices)
תגובת דובר אחרונה ששווה להסתכל עליה היא SP-2804Y של Soberton Inc. (איור 3). ה- SP-2804Y הוא רמקול של 500 מילוואט (mW) עם טווח תגובת תדרים של 600 הרץ עד 8 קילוהרץ. חוקי הפיזיקה מבטיחים שככל שהדובר קטן יותר, כך קשה לו זמן להגיב לתדרים נמוכים יותר. המשמעות היא שאם מפתחים לא מסננים תדרים נמוכים יותר ובמקום זאת מנסים להניע את הרמקול בתדרים אלה, התוצאה יכולה להיות אודיו נשמע מסודר או פגמים בגוונים שאחרת נשמעים צלולים.
שימו לב שיש גם ירידה משמעותית בתגובת התדרים סביב 10 קילוהרץ. לכן הרמקול מדורג רק ל -8 קילו-הרץ למרות שהוא עשוי לשמש עד 20 קילו-הרץ עבור יישומים מסוימים.
איור 3: תגובת התדר לרמקול SP-2804Y 8 Ω, 0.5 וואט של סוברטון בע"מ מראה שהוא מתאים לתדרים בין 600 הרץ ל -8 קילוהרץ. יש לו טבילה אחרי 10 קילוהרץ, אך עדיין ניתן להשתמש בו עד 20 קילוהרץ עבור יישומים מסוימים. (מקור תמונה: CUI Devices)
כשמסתכלים על תגובת התדרים של כל רמקול, ברור שצריך לבצע סינון וכוונון כלשהו מכיוון שיש כמה תדרים שבהם לא צריך להניע רמקול. לדוגמא, ניסיון להניע טון בס של 4 הרץ ברמקולים אלה עלול לגרום לרטט לאורך זמן שעליו מוזרקים תדרים גבוהים יותר, וכתוצאה מכך לעיוות צלילי רב.
לנתח בלוק מסנן דיגיטלי שמע
שיטה אחת ששימשה בעבר לכוונון תדרים לא רצויים היא בניית מסנני חומרה המובילים אל הרמקול. לדוגמא, מסנן מעבר גבוה ב -500 הרץ יכול למנוע מתדרים מתחת ל -500 הרץ להגיע לרמקול. בקצה השני, ניתן להשתמש במסנן נמוך לעבור להסרת כל צלילי שמע מעל 15 קילוהרץ. הניסיון האישי הראה שלפעמים אם נעשה שימוש בקול של אישה עם רמקול קטן יעיל בתדרים גבוהים יותר, הדובר יכול להפגין רעש גבוה. בחירה קפדנית של התדרים יכולה להסיר את העיוותים הללו וליצור אודיו נשמע נקי יותר.
בעוד שמסנני חומרה חיצוניים יכולים לעשות את העבודה, הם מוסיפים עלות ותופסים מקום נוסף. מסיבות אלה, זה יותר פרקטי ויעיל לכוון את האודיו באמצעות בלוק המסנן הדיגיטלי המובנה בקודק שמע.
לדוגמה, דיאגרמת הבלוק של ה-AKM סמיקונדקטור AK4637 24-bit codec אודיו מודגש בלוק הסינון הדיגיטלי (איור 4).
איור 4: AK4637 הוא codec שמע עם פלט רמקול מונו בעל יכולות השמעה והקלטת שמע. הוא מכיל גם בלוק שמע פנימי שניתן להשתמש בו לסינון שמע נכנס ויוצא כדי לשפר את נאמנות השמע. (מקור תמונה: AKM Semiconductor)
בלוק המסנן הדיגיטלי במקרה זה מכיל כמה יכולות סינון שונות הכוללות:
- מסנן מעבר גבוה (HPF2)
- מסנן נמוך לעבור (LPF)
- אקולייזר בעל ארבע רצועות (EQ של 4 רצועות)
- בקרת פילוס אוטומטית (ALC)
- אקולייזר ברצועה אחת (EQ Band 1)
לא צריך להפעיל תכונות אלה. מפתחים יכולים לבחור אילו תכונות הם זקוקים לאפשר ולהשבית את החסימה או לנתב את המיקרופון או להשמיע אודיו דרכם. השאלה האמיתית בשלב זה היא כיצד לחשב ולתכנת את קוד האודיו?
כיצד לחשב ולתכנת פרמטרים של פילטרים דיגיטליים
ברוב יישומי האודיו, נעשה שימוש בפילטר גבוה לעבור להסרת תדרים נמוכים יותר ובמסנן נמוך לעבור כדי לא לכלול תדרים גבוהים יותר. ניתן להשתמש באקולייזר כדי להחליק את עקומת תגובת התדר או להדגיש צלילים מסוימים. כיצד בדיוק יש לבחור הגדרות אלה מעבר לתחום מאמר זה. במקום זאת יבדוק כיצד לחשב ולתכנת את הערכים המשויכים לפרמטרים אלה באמצעות AKM AK4637 כדוגמה.
ראשית, תמיד מומלץ לעיין בגליון הנתונים. עמודים 7 ו- 8 במקרה זה מציגים את מפת הרישום החשובה ביותר עבור ה- codec. מבט ראשון עשוי להיות מאיים בהתחשב בכך שלחלק יש 63 רושמים. עם זאת, רבים מהרישומים הללו שולטים בבלוק השמע הדיגיטלי. לדוגמה, רושמים 0x22 עד 0x3F שולטים באקולייזר. רושם 0x19 עד 0x1C לשלוט במסנן המעבר הגבוה, ואילו 0x1D עד 0x20 לשלוט במסנן המעבר הנמוך.
מפתחים בדרך כלל לא יכולים פשוט לציין תדירות להזנה לקודק. במקום זאת, קיימת משוואת פילטר המשמשת לחישוב מקדמי סינון, אשר מתוכנתים אז לתוך רושמי ה- Codec ליצירת המסנן בתדר הרצוי. לדוגמה, כדי להשתמש בבלוק המסנן הדיגיטלי ליצירת מסנן מעבר גבוה ב 600 הרץ, השתמש במשוואה 1:
איור 5: מוצגות המשוואות הדרושות לחישוב המקדמים עבור מסנן מעבר גבוה עבור גוש המסנן הדיגיטלי AK4637. (מקור תמונה: AKM Semiconductor)
מפתח יזהה את תדר הניתוק הרצוי, fc, שבמקרה זה הוא 600 הרץ. תדירות דגימת השמע, fs, היא בדרך כלל 48 קילוהרץ, אך יכולה להשתנות בהתאם ליישום. לאחר מכן ערכים אלה ימוקמו במשוואות לחישוב המקדמים A ו- B. לאחר מכן ערכים אלה נכתבים לרושמי ה- Codec מעל I2C במהלך ההפעלה. אותו תהליך ישמש עבור מסנני מעבר נמוך ותכונות חסימות דיגיטליות אחרות, אם כי פונקציות ההעברה לעיתים קרובות שונות, ודורשות שימוש בערכת משוואות משלהן (עיין בגיליון הנתונים).
טיפים וטריקים לכוונון codec שמע
גושי המסננים הדיגיטליים הכלולים בקודק שמע הם לרוב גמישים וחזקים למדי. אפילו codec שמע בעלות נמוכה מספק למפתחים את הכלים הדרושים ליצירת שמע באיכות גבוהה. בסופו של יום, קוד האודיו הוא רק חתיכת פאזל אחת. כדי לכוון בהצלחה קודק שמע, ישנם כמה "טיפים וטריקים" שמפתחים צריכים לזכור כמו:
- ודא שהרמקול מותקן במתחם מתאים ליישום. תיבת רמקולים שתוכננה כראוי יכולה להרוס בקלות מערכת השמעה מושלמת אחרת.
- אל תכוון את גושי מסנן האודיו של ה- codec עד שהמערכת מורכבת לחלוטין בתצורת כוונת הייצור שלה. פרמטרים של כוונון עשויים להשתנות אחרת.
- בחר את טווח התדרים על פי האודיו שיושמע. לדוגמה, הגדרות התדרים למוזיקה מגיטרה, פסנתר או מישהו שמדבר יהיו שונות.
- השתמש בבלוק האיזון הדיגיטלי כדי לפצות על תגובת התדר של הרמקול. תדרים מסוימים יישמעו באופן טבעי חזק וברור יותר וייתכן שיהיה צורך להחליש אותם, בעוד שאחרים עשויים להזדקק להגברה.
- השתמש בגווני בדיקה כדי להעריך את תגובת התדרים של המערכת. חיפוש פשוט באינטרנט יספק קבצי mp3 עבור מגוון רחב של צלילי שמע שניתן להשתמש בהם כדי להבין את תגובת התדרים של מערכת השמעת השמע ואיך פועל בלוק המסנן הדיגיטלי.
- אחסן את הגדרות התצורה של בלוק המסנן בפלאש או ב- EEPROM כך שניתן יהיה להגדיר אותן במהלך הייצור כדי להסביר וריאציות בין מערכת למערכת (אם הדבר מעורר חשש).
מפתחים שעוקבים אחר "טיפים וטריקים" אלה יגלו שהם חוסכים לא מעט זמן וצער כשמנסים לכוון את מערכת השמעת האודיו שלהם, ולהבטיח שהיא תצא לשוק עם מאפייני השמע המיועדים.
סיכום
הוספת קוד אודיו למערכות משובצות אינה מבטיחה שהוא יישמע טוב למשתמש הקצה. כל מערכת השמעת שמע צריכה להיות מכוונת בקפידה. ניתן להשתמש במסננים חיצוניים כדי להשיג כוונון זה, אך רכיבי Codec שמע מגיעים עם יכולות סינון דיגיטליות ואיזון מובנות. כפי שמוצג, ניתן להשתמש בהם בכדי להאכיל את הרמקול רק בתדרים להם הוא מתאים ביותר. באמצעות ניתוח ויישום קפדני של הגדרות הסינון, מפתחים יכולים ליצור את האודיו בעל צליל נקי שמשתמשי הקצה ציפו להם מהמכשירים שלהם.