Example: 2way Crossover Channel Divider

A DIY Audio Processor FreeDSP SMD A/B Application Development Project.



Feature Description

Input0/1から入力した信号をツイター(高音用スピーカ)用ーとウーファー(低音用スピー カー)用に分離して出力する、ウーファー用の信号の方が群遅延量が大きいのでツイター側にはディレイを加えている。 一般に能率が高いツイター側のアンプで音 量を絞るが、DSP内でもアッテネーター処理ができるように構成している。


Signal Routing and Controls


Signal Input and Output Terminals

INPUT
TERMINAL
DSP INPUT DSP OUTPUT
(TERMINAL)

COMMENT
INPUT-1 (R) Input1_0
DAC1 (Output-1)
Right channel Woofer Output
DAC3 (Output-3)
Right Channel Tweeter Output
INPUT-0 (L)
Input1_1
DAC0 (Output-0)
Left Channel Woofer Output
DAC2 (Output-2) Left Channel Tweeter Output
Control Voltage ADC_0 - MP9 as a Master Volume Control Voltage (3.0V full scale) Optional


Schematic Design

まず、フィルター部分とディレイだけの、ごくシンプルな基本構成例から、レベルメーターで帯域別の 音量変化を確認することができます。


Download SigmaStudio Project Archive

Signal Processing Description

Crosssover1というブロックで帯域分割動作を行っている、蒼いボタンを押すとスロー プやカットオフ周波数が変更できる。ツイター側にはディレイとアッテネーターがある。一般的なスピーカーの配置であれば3〜5cm相当(数サンプル)のディレ イを与えれば十分だと思われる、遅延時間Tdelay は以下の式で計算できる。

Tdelay [sec]  = Cur /fs = Cur /48000      「Cur」はDelay1ブロックに設定したディレイのサンプル数、例えは4なら約83μ秒

このときの遅延Tdelayが、どの程度の仮想音源位置 のシフトL[m]に相当するかを計算するには、遅延時間Tdelayに音速Vを乗じればいいので

L[m] = Tdelay*V = Tdelay*(331.5 + 0.6x)        標準大気中の速度で近似計算 値、xは気温、上記の例なら約28mmの音源シフトに相当する

上記の計算からfs=48kHzでの1サンプルの遅延は約7mmの音源位置の変化に相当するこ とが解る、もし これより細かい遅延量の制御をしたい場合にはfsを上げて時間分解能を細くするか、物理的にツイターの位置を微調整して合わせ込む必要があることを意味している。
     
上記のサンプルでは決め打ちでツイター側のアッテネート量を設定するようになっているが、 DSP基板上RV1〜RV3に半固定ボリュームを実装してAUX_ADCを使ってリアルタイムでアナログ的に音量が微調整で きるように改造するのも面白いだろう。 

専用機に仕立てた実例を以下の ページで公開しました。興味ある方はこちらを参照されたい。

2-way Crossover Dividing Network embedded 4 channel Amprlifire Page


Stereo 2way Project Examples

最近ではバッフルステップ補正が必須と感じているので、これも対応した本格的なものに拡張し、 Master Volumeも追加しました

MP9の電圧で音量が変化します、ハイレゾ対応を優先し実行ステップ数を節約するためにレベルメー ターを外して、アッテネーター部分をNo Slewタイプに変更しています(設定変更時にポップスノイズが出ることがあります)、基板上にRV3を実装していない場合はマスターボリュームを絞り きった状態になるので音が出ません、トータルゲインの調整が不要でマスターボリューム機能が不要な方は「SW vol1」を削除してバイパスしてしまうか、簡易的に下の画像のようにジャンパー線を 使ってJ1のpin1-pin5間を接続して最大音量にセットします。

TIPS: If you don't have Rotary Potentiometer, you can bypass (equals maximize volume) like this way....

Download  SigmaStudio 2way Project File:

Hi-Res Processing Option

また、このDSPでは一切の部品を変更することなくサンプリング周波数を2倍(96kHz)、4倍 (192kHz)で動作させることができるので、これに対応したプロジェクトファイルも用意しました、サンプリング周波数を上げるとその分だけ1サンプルの遅 延時間が短くなるのでディレイに設定する値は2倍あるいは4倍に補正する必要があります。

Download SigmaStudio Hi-Res 2way Project File:



Stereo 2way with Subsonic Frequency Filter Option

密閉型エンクロージャーは別として、バスレフ型やパッシブラジエター型のエンクロージャーの場合、 ポートやパッシブラジエターが共振する周波数から下の領域では制動が効かないために謂わば「暖簾に腕押し」状態となります、この領域の成分を含む楽音を再生し ようとすると振動板が大きくいつまでも振幅してしまうので、その結果としてフルボトムしてしまって異音を発したり、そこまでいかなくても高域音に混変調歪みが 生じたりして著しく再生音の品位を下げてしまいます。 パワーを入れたところで大して音圧にならない害があるだけの周波数領域なのであれば、いっその事カット してしまった方が再生音の品質を高く保つ事ができます。 具体的にはその領域をカットするHPFを入れる事でその目的を達せます。 実装はC/Dの前段に HPFを追加しても同様のことができますが幸い3way用のモジュールがあるのでこれを流用することで簡単に操作性が良好なHPFが追加できます。(3way のウーハー用出力を使用せず2way+HPFとして利用します)

3way Crossover for 2way+HPF Setting
設定の方法ですが、一番左の本来のウーハー用Lowは使わないのでどこにセットしても関係ない のですがグラフが見づらくなるので一番低い周波数にセットし、なるべくリソースを消費しないように段数が少ないフィルターを選びます。その右にある本来はミッ ドレンジ用のLowには有害な極低周波域をカットするローカット周波数を設定します、本来ミッド用のHighにはウーハーの再生上限の周波数をセットし、 Highにはツイターの再生下限の周波数をセットします。
非効率な周波数領域をカットしてしまう事で小口径のSPユニットでも意外な程に大きな音量にな る位パワーを入れても音崩れしないシステムに大化けする事もあります、特に小口径バスレフ型なら一度試してみる事をお勧めします。

以下に処理系全体を示します。
検討中にボリュームを接続しなくても音が出せるように固定値との切り替えができる回路を追加し てあります、機能を追加すればそれなりにリソースを消費するので最終的には必要ない部分を削って実行ステップ数を稼いだほうがハイレゾ対応ができる可能性は高 くなります。

以下にプロジェクトファイルを置いておきます、実行には377ステップ必要なので fs=192kHzのプロジェクトはありません。

Download SigmaStudio  2way +HPF Project File:



2.1 Channel (3D) System Configuration

2wayシステムのバリエーションとして、フルレンジシステムに1本だけサブウーハーを追加する 2.1chシステム用 のセッテイングを公開しておきます。 サブウーハー用のチャンネルは左右の音をミックスしたモノラルになっています。 ハイレゾ対応のセッテイングも追加して おきました。

Download SigmaStudio 2way 3D Project Files


適当に読み漁った自己流なので正しいインプリではない場合があります、あしからず・・・・・


引続き更新中です

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