Example: 3-way Crossover Dividing Network

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

Project Description

Input0から入力した信号を3つの帯域に分離して出力する、実装の形態として足りない1バンド だけ外部DACに出力する方法と、音質差が生じるのを嫌って外部DACのみで6chの出力を行う方法が考えられる。 ADAU1701オンチップのDACと外 部のDACを組み合わせて動作させれば最小限のコストで実現できるが、安くするにはそれなりの配慮が必要だという事も注意しておきたい。


Project Strategy

今回、実は6ch分のDACを搭載する基板を新たに開発しようかと考えていましたが、アマゾンで部 品代程度で DAC基板が買えるのを見つけてしまったので、手っ取り早く、いや、敷居を低くするために、積極的に採用してみた。 使用するボードはBBのPCM5102 を使用したものESS のES9023Pを使用したものの2種類、何れもI2S接続でき数百円〜千円以下で買えるもの。

BB PCM5102 DAC Board ESS ES9023 DAC Board

PCM5102 DAC Boardの方はMCLKがヘッダに出ていなくて接地されているチップ内蔵のPLLで動作するモードでした、一方ES9023ボードの方は普通に4線で接続するI2Sでし た。何れでも問題なく接続できるので好みで選べます。

FreeDSP準拠の拡張ヘッダーJ10にはI2Sの信号が1系統しか出ていないので、2系統以上 必要な場合はJ3を利用してください、MCLK, BCLK, LRCKは全ての系統で共通です。 なお、外部DACやADCを使用する場合は「EXT- ENABLE」のピンをGNDに落とさないとハイインピーダンスとなったままでI2S信号が出力されないのでJ3の場合pin12を、 J10の場合pin14をGNDに落とす配線を忘れないで下さい。


Signal Routing and Controls

Signal Input and Output Setting #1 (Add 1 DAC Board)


INPUT DSP INPUT OUTPUT
COMMENT
INPUT-0 (L) Input1_1
DIG0
Left Low Frequency Out (MP9の電圧に比例して音量が変化する)
DAC0 Left Middle Frequency Out (MP9の電圧に比例して音量が変化する)
DAC2
Left High Frequency Out  (MP9の電圧に比例して音量が変化する)
INPUT-1 (R)
Input1_0
DIG1
Right Low Frequency Out (MP9の電圧に比例して音量が変化する)
DAC1 Right Middle Frequency Out (MP9の電圧に比例して音量が変化する)
DAC3 Right High Frequency Out (MP9の電圧に比例して音量が変化する)
MP9 ADC_0 - Control Voltage for Master Volume (3.0V Full Scale)

Signal Input and Output Setting #2 (Using 3 DAC Boards)

INPUT DSP INPUT OUTPUT
COMMENT
INPUT-0 (L) Input1_1
DIG0
Left Low Frequency Out (MP9の電圧に比例して音量が変化する)
DIG2 Left Middle Frequency Out (MP9の電圧に比例して音量が変化する)
DIG4
Left High Frequency Out  (MP9の電圧に比例して音量が変化する)
INPUT-1 (R)
Input1_0
DIG1
Right Low Frequency Out (MP9の電圧に比例して音量が変化する)
DIG3 Right Middle Frequency Out (MP9の電圧に比例して音量が変化する)
DIG5 Right High Frequency Out (MP9の電圧に比例して音量が変化する)
MP9 ADC_0 - Control Voltage for Master Volume (3.0V Full Scale)

Processing Description

ADAU1701搭載のADCに入力された信号はバッフルステップ補正処理をした後、3つの帯域に 分割されます、一般にミッドレンジやツイターは相対的にウーハーよりも能率が高いことが多いのでレベル合わせのためのアッテネーターを通り、マスターボリュー ムを経由して最終的な出力端子へと出力されます。群遅延の関係でウーハー側が一番遅れる事が多いので、これを基準にミッドレンジとツイターの音を遅延できるよ うにディレイを挿入してあります、物理的なSPユニットのレイアウトに準じてこの辺りの設定は変更が必要な場合があります。MP9に電圧が掛からないと音量が ゼロになるので2wayの時と同様の注意が必要です。

Schematic Design

Schematic Diagram of 3way Setting #1

 

Schematic Diagram of Setting 3way #2


Download

理由がよく解らないのですが、なぜか192kHzでは動作しなかったので96kHz までしかプロジェクトファイルはありません。

Three-way Crossover Dividing Network SigmaStudio Project Setting #1

Three-way Crossover Dividing Network SigmaStudio Project Setting #2



2.1 Channel (3D) Version Project

2wayシステムに1個のサブウーハーを追加するという構成に対応したプロジェクトです

Schematic Design

サブウーハー用に外部DACを1つ追加する必要がある構成です。 LFの信号をモノラルにミックス してから左右に同じもの出力しています。 今回、実験的に外部ボリュームとSigmaStudio内での仮想ボリュームを画面上で切り替えられる構成にしてみ ました。 DC1に設定する値はマスターボリュームのゲイン(倍)をセットします。

Measurement Data

Frequency Response

96kHz動作時の各出力の周波数応答特性です片chしか入力信号を入れてないのでサブの帯域 だけレベルが6dB低くなっています。通常のステレオソース入力がされると3帯域が同じレベルになります。 3Dシステムで知っておかなくてはいけない点とし てセンターにウーハーが一本だけのために、システム全体のなかで左右2本のスピーカーの中央に定位する音とセンターウーハーの能率を比較すると、空間合成の効 果がないぶん3dBウーハーの能率が低いように見えてしまいます。 つまり全てのSPユニットの能率が同じならMidとTweeterの音量を3dB絞ってあ げないとステレオ音源のときにフラットな特性になりません。 ミキシングコンソールのパンポットとオーディオのバランスボリュームとの音量変化カーブの特性が 違う理由を思い出して貰えばその理由が判ると思います。
 言い換えると片チャンネルだけ音を出して完全にフラットになるように調整してから、左右ステ レオで2chのソースを聴くとセンター定位の楽器だけセンターウーハーの音量が3dB足りなく聴こえるという事です、このために少しだけサブウーハーの音量を 大きめに設定する必要が出てきます。
厳密にみると3Dシステムはこいう問題を抱えていますが、ポジティブに捉えれば左右に定位を振 られた楽器の音はこのぶんだけ重低音が多めに聴こえるという一般受けする?利点とも言えるかもしれませんね。

Download

2.1-way Crossover Dividing Network SigmaStudio Project

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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