DIY DSP PROCESSOR PROJECT PAGE

早速、組み上がったver0.1ボードをすぐ評価テストできるようにTPA3116D2アンプ基板と共にシャーシに組み込んでみました、ボード間の接続には標準のコネクター類をそのまま使っているので、簡単に新しいボードと交換できます。

Feature Description

公称100W×２の2chアンプ基板を２枚搭載しているので、これで2wayスピーカーをマルチでステレオ駆動できます。緑色の基板はDC24VからDC12Vへ落とすDC-DCコンバーター基板です。　ちなみにTPA3116D2アンプ基板はボリューム中間位置での残留ノイズを低減するために入力部にバッファアンプを追加する改造、ミュート駆動回路の追加、スイッチング周波数の1.2MHz化、アンプ入力カップリングコンデンサーをMLCCから積層フィルムコンデンサーに交換するなどの改造をしています。

DSP Programing Outline

Input0/1から入力した信号を帯域分割し、左右独立ch各２台のパワー・アンプ (TPA3116D2 P-BTL駆動)にてドライブする。AUX_ADC0を使ってマスターボリューム機能を実装します。

Signal Routing and Controls

Signal Input and Output Terminals

INPUT	DSP INPUT	OUTPUT	COMMENT
INPUT0 (L)	Input1_1	Output-0	Woofer Left Channel、AUX_ADC0に比例して音量が変化するのでRV3の追加が必要
INPUT0 (L)	Input1_1	Output-2	Tweeter Left Channel、AUX_ADC0に比例して音量が変化するのでRV3の追加が必要
INPUT1 (R)	Input1_0	Output-1	Woofer Right Channel、AUX_ADC0に比例して音量が変化するのでRV3の追加が必要
INPUT1 (R)	Input1_0	Output-3	Tweeter Right Channel、 AUX_ADC0 に比例して音量が変化するのでRV3の追加が必要
Control Voltage	ADC_0	-	For Master Volume Control (3.0V Full Scale)

Processing Description

ADAU1701に搭載されたADCによってサンプリングされたステレオ音声信号は、最初にバッフルステップ補正の回路を通ってからアナログでは困難な48dB/octという急峻なスロープで帯域分割される、　一方、高域側は帯域分割の後で時間的なアライメントを取るために数サンプルのディレイを通した後、さらにゲインを微調整するアッテネータを通って能率の違いによる音量をトリミングできるように構成している、こうやって信号処理された信号は４連ボリュームに相当するマスターボリュームを経てそれぞれのDACから出力される。

MP9の電圧でマスターボリュームを制御しているため、基板上にRV3を実装するか、ヘッダーJI に下図のようにBカーブのボリュームを接続しないと音量を絞りきった状態になるために音が出ないので注意されたし。（ボリュームは10kΩ程度のBカーブのものを使用します）

Schematic Design

Crossover1モジュールをクロス周波数2kHzで、スロープは48dB/oct、アライメントは Linkwitz-Rileyに設定、８次は非反転なのでInverのチェックは付けないのが正解。

使用するツイターが歪みなく十分な音量で鳴らせる限度まで一旦クロス周波数を下げてから、それよりも少しだけ高いクロス周波数に設定するのが現物合わせな私のチューニングの基本的なアプローチです・・・

バッフルステップ補正機能の実装について

バッフルステップ補正は補正が必要になる周波数や傾きがエンクロージャーの幅や形状によって違ってくるが、そのときのクロスオーバー周波数によっては可能な処理方法が異なってくる、例えばエンクロージャーの幅が狭くてバッフル効果による音圧上昇がなくなって音圧が落ち始める周波数がクロス周波数と丁度同じであればツイターのゲイン調整だけででも十分に補正ができる場合もあるし、どちらか片方のドライバーが受け持つ帯域だけで補正が完結する場合もあるし、両者に跨って補正が必要になる場合もあり、一律にどのやり方が正解とは言えないと思うが、一般にはシェルビングのEQを使って、ある周波数から下側を最大で約6dBほど相対的にブースト（実際には高域側を減衰させる）ことで中域に生じる大陸棚的な周波数特性に段差があるのを補正する。矩形のエンクロージャーであれば、この効果をシミュレーションできるアプリとしてTolvan DataのThe Edgeというソフトを実行して、一度どのようなものなのか感じを掌握される事を勧める。　今回のデザインでは汎用性を重視して帯域分割前にバッフルステップ補正機能を入れた、補正回路の実態は次のような２次のシェルビング型EQである。

この例ではターンオーバー周波数を800Hzに設定している、実際にはフロントバッフルの幅や SPユニットの位置で変わります。Slopeノブを回すことで周波数特性の傾斜部の傾き具合を調整できる（0側＝ゆるやか、２側＝急峻）、段差高さの設定はスライダーで行うが、細かく操作しやすいように、最大で6dBにゲインの可変幅を変更している。　シミュレーションか実測したデータを基に特性を設定する事になると思うが経験上、補正はやりすぎない程度の控えめに留めておく方が出音が不自然にならなくて望ましい結果となる事も多い。

補正量を－6dB（最大）に設定したときのバッフルステップ補正回路だけの実測の周波数特性は以下のようなもの

回折の影響で高域側が持ちあがるのとは逆の特性を乗じることでトータルでフラットな周波数特性となることを目指すのである・・・

Digital Delayによるツイターとウーハーのタイムアライメント補正機能

FIRでないフイルター回路ではHPFとLPFでは異なる群遅延特性を持つために、一般にツイターをウーハーよりもリスナーから遠ざけることで、ウーハー側が遅れる群遅延特性の差を補正し両者の繋がりを滑らかにする事も多いが、同時にこれはツイターが奥まってしまうことになるで周囲形状の影響を受けやすい事にもなりやすい。またウーハーはその円錐型のコーン紙の奥にボイスコイルがある関係上、周波数によって音源位置が変化するという厄介な問題もある。そこでデジタル処理の得意技のディレイを掛けることでSPユニットは面一の配置でも構わないようにできる。　しかし様々な制約から適切な遅延量を決める事は意外と難しいと思われますので、インパルス応答やクロス周波数での単発サイン波、ノイズ等、もしくはウェーブレット解析などを駆使して特性を確認しながら最終的なセッテイングを探っていってほしい。

Hi-Res版のプロジェクト

通常の用途であれば48kHzサンプリングでも十分なパフォーマンスを得られると思いますが、 DSPやコーデックの余力を余らせておくのも勿体無いし、何より大きな違いとしてツイターに掛けるディレイのステップが1/4になるので、192kHzサンプリングでは約1.7mmステップで仮想的なツイターの位置を移動できるという魅力があるので作ってみました、以下に両者の周波数特性を示しますが可聴帯域内の特定は全く同じですが高域端の伸びが違います、192kHzではDSPが実行可能なステップ数が1/4に減るので、レベルモニターなど無駄なエレメントを削って実装しなくてはなりませんでした。

2-way Crossover Dividing Network Embedded Amplifier Project