Banyak pereka termasuk codec audio dalam reka bentuk sistem tertanam berasaskan mikrokontroler mereka dalam usaha menambahkan audio kesetiaan tinggi. Dengan berbuat demikian, mereka harus mencari cara untuk menyesuaikan audio codec untuk aplikasi mereka. Tanpa penalaan, aplikasi mungkin dibiarkan rata atau berkualiti rendah, walaupun dengan codec dan pembesar suara yang baik. Masalahnya ialah setiap pembesar suara mempunyai tindak balas frekuensi tersendiri dan oleh itu codec harus disesuaikan dengan ciri pembesar suara sambil mengingat jenis audio yang akan dimainkan dan tindak balas yang diperlukan.
Penyelesaian untuk menyesuaikan sistem pemutaran audio adalah dengan tidak menggunakan penapisan perkakasan tetapi sebaliknya, memanfaatkan blok penapisan digital audio codec sendiri. Setiap codec mempunyai blok ini untuk membolehkan pembangun menyaring output menggunakan saringan lulus tinggi, lulus rendah dan jalur lebar. Ini membolehkan respons pembesar suara disetel dengan teliti dan bahkan disesuaikan, jika perlu.
Artikel ini akan membincangkan blok audio digital dalaman yang disertakan dalam codec, menggunakan codec dari AKM Semikonduktor sebagai contoh. Ia juga akan membincangkan beberapa petua dan trik bagaimana untuk menyesuaikan codec yang akan membantu pembangun mempercepat pembangunan main balik audio mereka sambil meningkatkan kualiti bunyi sistem.
Memahami ciri tindak balas frekuensi pembesar suara
Artikel "Cara Memilih dan Menggunakan Codec Audio dan Mikrokontroler untuk Fail Maklum Balas Audio Tertanam" membahas asas-asas memilih dan menambahkan codec ke sistem. Langkah seterusnya adalah menggunakan codec itu untuk mendapatkan output audio sebaik mungkin.
Terdapat beberapa faktor berbeza yang menyumbang kepada bagaimana audio yang keluar dari sistem akan berbunyi. Faktor-faktor ini merangkumi:
- Pagar pembesar suara
- Bagaimana pembesar suara dipasang
- Frekuensi audio yang sedang dimainkan
- Tindak balas frekuensi pembesar suara
Setelah mempertimbangkan faktor-faktor ini dengan teliti, pemaju akan segera menyedari bahawa penalaan sistem audio hanya berguna apabila ia berada dalam keadaan pengeluaran terakhir. Tentu, sistem ini dapat diselaraskan dengan papan litar bercetak (papan pc) dan pembesar suara di luar perumahan, tetapi seseorang tidak boleh mengharapkan parameter penalaan yang sama berlaku ketika pembesar suara dipasang dan di dalam kandangnya.
Sekiranya pasukan mekanikal telah merancang kandang dan pemasangan sistem dengan betul, ciri utama yang perlu diperhatikan oleh pembangun ialah tindak balas frekuensi pembesar suara. Setiap pembesar suara mempunyai ciri dan keluk respons yang berbeza. Walaupun pembesar suara dengan nombor bahagian yang sama sering kali mempunyai sedikit variasi dalam tindak balas frekuensi, tetapi pengeluar biasanya memberikan keluk respons frekuensi khas. Sebagai contoh, Rajah 1 menunjukkan keluk tindak balas frekuensi untuk CUI Devices GC0401K 8 Ohm (Ω), pembesar suara 1 watt. GC0401K dinilai untuk frekuensi antara 390 Hertz (Hz) dan 20 kilohertz (kHz).
Gambar 1: Pembesar suara CUI Peranti GC0401K 8 Ω, 1 watt dinilai untuk frekuensi antara 390 Hz dan 20 kHz. (Sumber gambar: Peranti CUI)
Pembesar suara biasanya dinilai untuk kawasan keluk respons mereka di mana responsnya agak rata. Pemerhatian rapi pada Gambar 1 menunjukkan bahawa tindak balas frekuensi untuk GC0401K mula meratakan pada ~ 350 Hz dan tetap relatif rata sekurang-kurangnya hingga 9 kHz. Frekuensi tinggi mempunyai beberapa penurunan tetapi masih stabil hingga 20 kHz.
Tindak balas frekuensi pembesar suara yang berbeza dapat dilihat pada CUI Devices 'GF0668 (Gambar 2). Pembesar suara ini sedikit lebih besar dan boleh mengeluarkan 3 watt. Peringkat tindak balas frekuensi antara 240 Hz dan 20 kHz. Pembesar suara ini dapat mencapai frekuensi yang sedikit lebih rendah daripada GC0401K, tetapi perhatikan sekali lagi bahawa dalam julat yang ditentukan lengkung relatif rata dengan beberapa palung dan puncak sepanjang.
Gambar 2: Respons frekuensi untuk pembesar suara CUI Devices 'GF0668 8 Ω, 3 watt menunjukkan mengapa ia dinilai untuk julat 240 Hz hingga 30 kHz. (Sumber gambar: Peranti CUI)
Satu tindak balas penceramah terakhir yang patut diperhatikan ialah SP-2804Y Soberton Inc. (Gambar 3). SP-2804Y adalah pembesar suara 500 miliwatt (mW) dengan julat tindak balas frekuensi 600 Hz hingga 8 kHz. Undang-undang fizik memastikan bahawa semakin kecil pembicara, semakin sukar masa ia bertindak balas terhadap frekuensi yang lebih rendah. Ini bermaksud bahawa jika pembangun tidak menyaring frekuensi yang lebih rendah dan sebaliknya cuba menggerakkan pembesar suara pada frekuensi tersebut, hasilnya boleh menjadi bunyi audio atau kecacatan pada nada yang jelas terdengar jernih.
Perhatikan juga terdapat penurunan ketara pada tindak balas frekuensi sekitar 10 kHz. Oleh itu, pembesar suara hanya dinilai hingga 8 kHz walaupun mungkin boleh digunakan hingga 20 kHz untuk beberapa aplikasi.
Rajah 3: Respons frekuensi untuk pembesar suara SP-2804Y 8 Ω, 0.5 watt Soberton Inc. menunjukkan ia sesuai dengan frekuensi dari 600 Hz hingga 8 kHz. Ini mempunyai penurunan setelah 10 kHz tetapi masih dapat digunakan hingga 20 kHz untuk beberapa aplikasi. (Sumber gambar: Peranti CUI)
Melihat tindak balas frekuensi setiap pembesar suara, jelas bahawa beberapa jenis penyaringan dan penalaan perlu dilakukan kerana terdapat beberapa frekuensi di mana pembesar suara tidak boleh didorong. Contohnya, mencuba nada bass 4 Hz pada pembesar suara ini boleh menyebabkan getaran tahan lama di mana frekuensi yang lebih tinggi disuntik, mengakibatkan banyak gangguan suara.
Membelah blok penapis digital audio
Salah satu kaedah yang telah digunakan pada masa lalu untuk mengatur frekuensi yang tidak diingini adalah dengan membina penapis perkakasan yang menuju ke pembesar suara. Sebagai contoh, penapis lulus tinggi pada 500 Hz dapat mengelakkan frekuensi di bawah 500 Hz daripada sampai ke pembesar suara. Di hujung yang lain, penapis lulus rendah dapat digunakan untuk menghilangkan nada audio di atas 15 kHz. Pengalaman peribadi menunjukkan bahawa kadang-kadang jika suara wanita digunakan dengan pembesar suara kecil yang cekap pada frekuensi yang lebih tinggi, pembesar suara dapat menunjukkan nada yang bernada tinggi. Memilih frekuensi dengan berhati-hati dapat menghilangkan gangguan ini dan menghasilkan audio yang lebih bersih.
Walaupun penapis perkakasan luaran dapat melakukan tugas itu, ia menambahkan kos dan mengambil ruang tambahan. Atas sebab-sebab ini, lebih praktikal dan efisien untuk menyetel audio menggunakan blok penapis digital yang dibina dalam codec audio.
Contohnya, gambarajah blok bagi AKM Semikonduktor Codec audio 4637-bit AK24 mempunyai blok penapis digital yang diserlahkan (Rajah 4).
Gambar 4: AK4637 adalah codec audio dengan output speaker mono yang mempunyai kemampuan main balik audio dan rakaman. Ini juga berisi blok audio internal yang dapat digunakan untuk menyaring audio masuk dan keluar untuk meningkatkan kesetiaan audio. (Sumber gambar: AKM Semikonduktor)
Blok penapis digital dalam kes ini mengandungi beberapa keupayaan penapisan yang berbeza yang merangkumi:
- Penapis lulus tinggi (HPF2)
- Penapis lulus rendah (LPF)
- Penyamaan empat jalur (4-Band EQ)
- Kawalan meratakan automatik (ALC)
- Penyamaan satu jalur (1 Band EQ)
Semua ciri ini tidak perlu diaktifkan. Pembangun boleh memilih ciri mana yang mereka perlukan dan mengaktifkan dan mematikan mikrofon blok atau laluan atau audio main balik melaluinya. Soalan sebenar pada ketika ini adalah bagaimana mengira dan memprogram codec audio?
Cara mengira dan memprogram parameter penapis digital
Dalam kebanyakan aplikasi audio, saringan lulus tinggi digunakan untuk menghilangkan frekuensi yang lebih rendah dan saringan lulus rendah digunakan untuk mengecualikan frekuensi yang lebih tinggi. Penyamaan boleh digunakan untuk melengkapkan keluk tindak balas frekuensi atau untuk menekankan nada tertentu. Betapa tepatnya tetapan ini harus dipilih adalah di luar ruang lingkup artikel ini. Sebagai gantinya, ia akan melihat bagaimana mengira dan memprogram nilai yang berkaitan dengan parameter ini menggunakan AKM AK4637 sebagai contoh.
Pertama, adalah idea yang baik untuk menyemak lembaran data. Halaman 7 dan 8 dalam kes ini menunjukkan peta daftar yang sangat penting untuk codec. Pandangan pertama mungkin menakutkan memandangkan bahagian itu mempunyai 63 daftar. Walau bagaimanapun, banyak daftar ini mengawal blok audio digital. Sebagai contoh, daftar 0x22 hingga 0x3F mengawal penyamaan. Mendaftar 0x19 hingga 0x1C mengawal penapis lorong tinggi, sementara 0x1D hingga 0x20 mengawal penapis lorong rendah.
Pembangun biasanya tidak boleh menentukan frekuensi untuk memasukkan ke dalam codec. Sebaliknya, ada persamaan penapis yang digunakan untuk mengira pekali penapis, yang kemudian diprogramkan ke dalam register codec untuk membuat penapis pada frekuensi yang diinginkan. Sebagai contoh, untuk menggunakan blok penapis digital untuk membuat penapis lulus tinggi pada 600 Hz, gunakan Persamaan 1:
Gambar 5: Yang ditunjukkan adalah persamaan yang diperlukan untuk mengira pekali untuk penapis lulus tinggi untuk blok penapis digital AK4637. (Sumber gambar: AKM Semikonduktor)
Seorang pemaju akan mengenal pasti frekuensi pemotongan yang dikehendaki, fc, yang dalam hal ini adalah 600 Hz. Frekuensi pensampelan audio, fs, biasanya 48 kHz, tetapi dapat berbeza-beza berdasarkan aplikasi. Nilai-nilai ini kemudian akan diletakkan dalam persamaan untuk mengira pekali A dan B. Nilai-nilai ini kemudian ditulis ke register codec melalui I2C semasa permulaan. Proses yang sama akan digunakan untuk penapis low-pass dan fitur blok digital yang lain, walaupun fungsi pemindahan sering kali berbeda, memerlukan set persamaan mereka sendiri untuk digunakan (lihat lembar data).
Petua dan trik untuk menyesuaikan codec audio
Blok penapis digital yang disertakan dalam codec audio sering kali cukup fleksibel dan kuat. Bahkan codec audio kos rendah menyediakan pembangun dengan alat yang diperlukan untuk menghasilkan audio kesetiaan tinggi. Walau bagaimanapun, codec audio hanyalah satu daripada teka-teki. Untuk berjaya menyesuaikan codec audio, terdapat beberapa "petua dan trik" yang perlu diingat oleh pemaju seperti:
- Pastikan pembesar suara dipasang di penutup yang sesuai untuk aplikasi. Kotak pembesar suara yang direka dengan tidak betul dapat merosakkan sistem main balik yang sempurna.
- Jangan tentukan blok penapis audio codec sehingga sistem dipasang sepenuhnya dalam konfigurasi niat pengeluarannya. Parameter penalaan mungkin akan berubah.
- Pilih julat frekuensi berdasarkan audio yang akan dimainkan. Sebagai contoh, tetapan frekuensi untuk muzik dari gitar, piano atau seseorang yang bercakap semuanya akan berbeza.
- Gunakan blok imbangan digital untuk mengimbangi tindak balas frekuensi pembesar suara. Sebilangan frekuensi secara semula jadi akan terdengar lebih kuat dan lebih jelas dan mungkin perlu dilemahkan, sementara yang lain mungkin perlu diperkuat.
- Gunakan nada ujian untuk menilai tindak balas kekerapan sistem. Pencarian Internet yang sederhana akan menyediakan fail mp3 untuk pelbagai nada audio yang dapat digunakan untuk memahami tindak balas frekuensi sistem main balik audio dan bagaimana blok penapis digital berfungsi.
- Simpan tetapan konfigurasi blok penapis dalam sekejap atau EEPROM sehingga dapat disetel semasa pembuatan untuk memperhitungkan variasi sistem ke sistem (jika itu menjadi perhatian).
Pembangun yang mengikuti "petua dan trik" ini akan mendapati bahawa mereka menjimatkan sedikit masa dan kesedihan ketika berusaha menyesuaikan sistem main balik audio mereka, dan memastikannya dapat dipasarkan dengan ciri audio yang dimaksudkan.
Kesimpulan
Menambah codec audio ke sistem tertanam tidak menjamin bahawa ia akan terdengar baik untuk pengguna akhir. Setiap sistem main balik audio perlu diselaraskan dengan teliti. Kemungkinan menggunakan penapis luaran untuk mencapai penalaan ini, tetapi codec audio dilengkapi dengan keupayaan penapisan digital dan keseimbangan yang terpasang. Seperti yang ditunjukkan, ini dapat digunakan untuk memberi makan kepada pembesar suara hanya frekuensi yang paling sesuai. Dengan analisis yang teliti dan penerapan tetapan penapis, pembangun dapat membuat audio yang bersih seperti yang diharapkan pengguna akhir dari peranti mereka.