. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Malé reproduktory – žádný problém
13. října 2010 - 7:52 | Luca Cacioli | Malé reproduktory – žádný problém | Komentářů: 6  

Malé reproduktory – žádný problém

Malé reproduktory nemusí být nutně velkým problémem, aneb jak může lepší zpracování zvukových dat přispět k lepší reprodukci v mobilních zařízeních.

Dnešní smartphony jsou malá, avšak výkonná zařízení. Jejich velikosti se mezi jednotlivými typy do značné míry liší, avšak nejmodernější produkty s řadou funkcí mají rozměry obvykle nepřesahující 110 x 60 x 15 mm.

Vezme-li se v potaz velikost displeje, klávesnice a dalších nezbytných obvodů, pro reproduktor již mnoho místa nezbude. Přitom podíváme-li se například na sestavu domácího kina, je zde subwooferu věnován poměrně značný prostor. Většina z vás si teď možná myslí, že jde o dvě zcela rozdílné aplikace, které není možné srovnávat. To je samozřejmě pravda, ovšem jen do jisté míry. Ve skutečnosti je dnes stále více klasických aplikací provozováno právě na mobilních telefonech, k čemuž dopomáhají i rychlejší komunikační standardy typu 3G, 3.5G, 4G. Jejich expanze vytváří sítě, umožňující velice rychlé stahování multimediálních dat a jejich následné přehrávání právě na mobilních telefonech. Zákazníci tak logicky předpokládají, že větší šířka pásma přináší i vyšší kvalitu zvuku a obrazu.

Problém je však v tom, že výraznější zlepšení zvukového výstupu není snadné. Výrobci mobilních telefonů zde čelí mnohým omezením, mezi která patří především velikost mobilních telefonů a potřeba komprimovaného přenosu zvukových souborů.

1) Velikost přístroje
Reproduktory slouží k přeměně elektrické energie na zvukové vlny tím, že membránou pohybují tam a zpět. Její plocha svým pohybem stlačuje vzduch, čímž vytváří zvukové vlny, které naše uši interpretují jako zvuk. Z výše uvedených omezení však vyplývá, že v mobilních telefonech není příliš prostoru pro zajištění požadovaného pohybu. Z toho důvodu zde mohou být použity jen velmi malé reproduktory s malou membránou a nízkým vychýlením.

Ve světě integrovaných obvodů s velmi vysokou hustotou integrace, jsou reproduktory a jejich potřeba pohybu značně tíživé. Malé reproduktory totiž neumožňují kvalitní reprodukci zvuku a především nízké tóny jsou v nich značně potlačeny. Získání kvalitního zvuku z malých přenosných zařízení a spotřební elektroniky je výzvou, která může být vyřešena pouze spojením sil několika týmů průmyslových, mechanických a elektrických konstruktérů. Elektrotechnici mají k dispozici nástroj v podobě propracovaných algoritmů signálového zpracování.

2) Komprimovaný přenos
Přenášený zvuk je často komprimován s cílem snížit objem dat, které je třeba stáhnout. Snížení velikosti je dosaženo použitím kódovacích algoritmů (např. MP3). Avšak čím menší je ztráta informací, tím vyšší je kvalita výsledného zvuku. Je tedy jasné, že i v tomto případě lze dosáhnout lepších výsledků použitím propracovanějších matematických algoritmů.

Algoritmy pro zpracování zvuku
Pro zpracování audio signálů a zlepšení zážitku z poslechu jsou dnes k dispozici různé algoritmy.

Základní algoritmus zpracování spočívá ve vyrovnání a filtraci, které mění amplitudu různých frekvenčních pásem s cílem překonat nedostatky používaných reproduktorů. Vychází se přitom z pohledu na frekvenční charakteristiku reproduktorů, ze které je možné snadno zjistit, co lze a co již nelze reprodukovat. Podle toho se následně odpovídajícím způsobem nastaví průběh křivky digitálního ekvalizéru. Cílem je získat zvuk s konstantní amplitudou, bez ohledu na to, jaké frekvence jsou právě přehrávány.

Základní equalizace je dnes běžně užívanou funcí a většina audio převodníků ji integruje přímo na svém čipu. Bohužel, v některých případech je toto pro zlepšení kvality zvuku nedostačující. Reproduktory mají ve skutečnosti takovou frekvenční odezvu, která se mění s intenzitou zvukového signálu (obrázek 1). Pro kompenzaci tohoto efektu se využívají především dynamické filtry. Jedná se o filtry, které berou v potaz proměnnou amplitudu frekvenční odezvy mluvčího. K realizaci dynamických filtrů je však potřeba vysokého výkonu a schopnosti zpracování obvodů DSP. Drtivá většina zvukových převodníků však k tomu nemá dostatečný výkon.


Obr. 1: Frekvenční odezva reproduktoru a pouzdra přístroje pro různé úrovně signálu

Dalším zajímavým algoritmem je zvýraznění basů. Tato funkce se používá ke zlepšení reprodukce nízkých kmitočtů, přičemž se využívá psychoakustického principu. Podíváme-li se na frekvenční charakteristiku malých reproduktorů, můžeme vidět, že v oblasti nízkých kmitočtů mají zisk až o 3dB nižší, přičemž se může jednat o pásmo až do několika stovek Hz. To znamená, že takový reproduktor prakticky není schopen reprodukce nízkých frekvencí. Použití hlavního reproduktoru s těmito vlastnostmi je nejen bezcenné (protože stejně tyto frekvence není schopen reprodukovat), ale i nebezpečné. Zhoršená účinnost reproduktoru na nízkých frekvencích, může být ve svém důsledku zdrojem zkreslení i vyšších frekvencí.

Zvýraznění basů (funkce Bass boost) (obrázek 2) ve spojení s neschopností požadované reprodukce, má za cíl přesun těchto frekvencí o oktávu výš, kde reproduktor funguje velice dobře. Například: pokud má řečník bod s intenzitou 3dB na frekvenci 300Hz a je zde obsažena i frekvence 200 Hz, dojde zvýrazněním basů k přesunu tohoto obsahu na frekvenci 400Hz. Vzhledem k tomu, že je zvuk dělen přesně po oktávách, je tato změna pro lidské ucho a mozek mnohem výraznější, než v případě kdy nízké frekvence v signálu zcela chybí. Je tedy výhodnější použít filtr pro odstranění všech nízkofrekvenčních tónů, které nemohou být správně reprodukovány a vůbec je na reproduktor nepřenášet. Zvýraznění basů a hornofrekvenční filtr tak musí být použity vždy současně, protože jedině tak může být jejich výsledkem výrazné zvýšení schopnosti reprodukce nízkých tónů i na malých reproduktorech.


Obr. 2: Jak funguje zvýraznění basů

Zvukový výstup může být zlepšen rovněž použitím tzv. virtualizace (také známé jako 3D efekt). Jde o techniku, kdy se pomocí reproduktorů nebo sluchátek zlepšuje přednes a to vytvořením dokonalejšího zážitku z poslechu. Algoritmy virtualizace rozšiřují velikost zvukového pole a jsou schopny efektivně vytvářet virtuální prostorový zvuk, i s použitím malých přenosných zařízení. Analýzou rozdílu a úpravou zvukových dat, reprodukovaných prostřednictvím systému dvou stereofonních kanálů, je docílen efekt, kdy posluchač nabývá dojmu zvuku přicházejícího ze všech směrů. Tyto algoritmy využívají takzvané Head Related Transfer funkce (HRTF), které popisují prostorové šíření zvukových vln a jejich interpretaci v lidské hlavě - uších a mozkovém systému.

Další používané algoritmy se zaměřují na zlepšení komprese přenášených zvukových dat. V tomto případě jde o snahu obnovit takové informace, u kterých došlo během přenosu ke ztrátě, především vlivem komprese. Typicky se jedná o zastoupení vysokých frekvencí (v řádu kHz) a zvýšení čistoty zvuku. Tímto způsobem jsou tedy obvykle regenerovány vysokofrekvenční zvuky, jako je déšť ve filmu nebo kytarové sólo v hudbě a ty jsou následně reprodukovány v co možná nejvěrnější podobě, odpovídající jejich vstupu.

Dnes na trhu existuje celá řada audio převodníků (ADC, kodeků a DAC), které podporují rozšířené možnosti zpracování zvuku. U produktů TI jsou tyto algoritmy provozovány na audio digitálních signálových procesorech - DSP (nebo miniDSP), které jsou integrovány přímo do těchto převodníků. Integrované MiniDSP jsou programovatelné pomocí grafického vývojového prostředí - PurePathTM Studio. Mezi zástupce této rodiny patří například obvody řady TLV320AIC36, které lze s výhodou použít v mobilních telefonech, neboť integrují kombinaci analogových vstupů a výstupů.

Stručně řečeno, schopnost reprodukce kvalitního zvuku v mobilních telefonech je náročný úkol, který vyžaduje spolupráci celého vývojového týmu. Naštěstí my elektrotechnici máme nyní ty správné nástroje k dispozici: algoritmy pro zpracování zvuku.

Reference:
Stáhnout datové listy nebo objednat vzorky a hodnotící sestavy (EVM) můžete zde: www.ti.com/audioprocessing-ca.

Pro více informací o audio převodnících a možnostech, jak mohou zlepšit vaše audio zařízení, naleznete na adrese: www.ti.com/audio-ca.

O autorovi:
Luca Cacioli je marketingový manažer sekce mobilního audia ve společnosti Texas Instruments. Je držitelem ocenění BSEE/MSEE z Universita’ di Firenze, Florence, Itálie a titulu MBA z Southern Methodist University (SMU), Dallas, Texas. Mezi zájmy patří fotbal a cestování.

Odkazy & Download:
Domovská stránka firmy Texas Instruments
Domovská stránka firmy Texas Instruments v českém jazyce
Přehled distributorů

Audio IC - Audio Schematics and Reference Designs
TI Audio Codecs with Programmable miniDSP now come with SRS Audio Processing Software







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (6):

Zobrazit starší 30 dnů (6)...



Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PBTM s externí anténou
Modul s BTM-112 od firmy Rayson usnadňuje jeho použití a doplňuje modul o konektor pro připojení externí ziskové antény.
Skladem od 389 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007