27_30.pdf

Dekoder dwiêku dookólnego SRS

P R O J E K T Y

Dekoder dwiêku

dookólnego SRS, czêæ 1

Surround na dwóch g³onikach

AVT-5105

zestawów

g³onikowych. My, maj¹c silne

oparcie w kilkuletnich

dowiadczeniach firmy

SRS Labs, twierdzimy, ¿e

doskona³y efekt dookólny

mo¿na osi¹gn¹æ za pomoc¹

dwóch zestawów g³onikowych

zasilanych z klasycznego

wzmacniacza stereofonicznego.

Rekomendacje : procesor

wzbogacaj¹cy brzmienie przez

znaczne poszerzenie bazy

ods³uchowej, który mo¿e

wspó³pracowaæ z ka¿dym

domowym zestawem

stereofonicznym audio.

Czy mo¿na sobie wyobraziæ, jak

wygl¹da³by dzisiaj wiat, gdyby nie

wynalazek Edisona pozwalaj¹cy na

zarejestrowanie, a potem odtworze-

nie dwiêku? Pewnie niewielu Czy-

telników zdaje sobie sprawê, s³u-

chaj¹c swoich (doskona³ych tech-

nicznie) ulubionych nagrañ, jak

wiele siê zmieni³o od tamtego

czasu. Mechaniczne urz¹dzenie Edi-

sona by³o ci¹gle udoskonalane tak,

by osi¹gn¹æ jeden cel: jak najwier-

niej zapisaæ i odtworzyæ dwiêk.

Po osi¹gniêciu doskona³ej - jak na

lata 60. - jakoci nagrañ monofo-

nicznych pojawi³ siê system stereo

poprawiaj¹cy radykalnie jakoæ

dwiêku ods³uchiwanych nagrañ.

Systemem stereofonicznego odtwa-

rzania dwiêku umo¿liwia³ bowiem

mniej lub bardziej precyzyjn¹ lo-

kalizacjê w p³aszczynie przed s³u-

chaczem instrumentów, solistów

czy aktorów. Nagrania stereo by³y

znacznie bli¿sze ludzkiej percepcji

dwiêku i z tego powodu ten sys-

tem jest ci¹gle podstawowym

stosowanym w technice nagrañ au-

dio, w audycjach radiowych FM

i przesy³aniu dwiêku w przekazach

telewizyjnych.

Mimo ogromnej popularnoci

stereofonii, nie zaprzestano prac

nad lepszymi sposobami odtwarza-

nia dwiêku. Cz³owiek przecie¿

rozpoznaje, czy ród³o dwiêku jest

ulokowane z przodu, z boku, czy

z ty³u lub z góry - inaczej mówi¹c,

s³yszy przestrzennie. Najwierniej-

sze odtwarzanie dwiêku to odtwa-

rzanie przestrzenne. Dlatego po-

wsta³y systemy pozwalaj¹ce na ta-

kie odtwarzanie. Pocz¹tkowo by³a

to droga aparatura zaprojektowana

na potrzeby przemys³u filmowego.

Atrakcyjnoæ ods³uchu przestrzen-

nego sk³oni³a konstruktorów do

opracowania coraz tañszych i pros-

tszych w zastosowaniu urz¹dzeñ.

Dzisiaj, jednym z najbardziej zna-

nych jest system firmy Dolby.

Jednak polityka licencyjna firmy

praktycznie uniemo¿liwia zakup

scalonych dekoderów przez odbior-

ców, którzy nie uzyskali licencji.

Zawê¿a to kr¹g odbiorców do

najwiêkszych firm mog¹cych sobie

pozwoliæ na zakupienie licencji.

W proponowanym w artykule

dekoderze zosta³ zastosowany sca-

lony procesor odtwarzania dwiêku

przestrzennego systemu SRS.

Co to jest SRS?

System dwukana³owego dwiê-

ku przestrzennego SRS powsta³

w laboratoriach firmy SRS Labs,

Inc. SRS, czyli Sound Retrieval

System , tworzy przestrzenne

brzmienie z dowolnego ród³a

dwiêku za pomoc¹ standardowego

wzmacniacza wspó³pracuj¹cego

Elektronika Praktyczna 3/2003

W reklamach mo¿na

wyczytaæ, ¿e efekt dwiêku

dookólnego uzyskuje siê

wy³¹cznie poprzez

zastosowanie n->

Dekoder dwiêku dookólnego SRS

Rys. 1. Schemat elektryczny procesora SRS

Elektronika Praktyczna 3/2003

Dekoder dwiêku dookólnego SRS

z dwoma zestawami g³onikowymi.

Niezale¿nie od tego, czy sygna³ jest

monofoniczny, stereofoniczny, czy

zakodowany jako dookólny ( sur-

round sound ), system SRS rozsze-

rza przestrzeñ akustyczn¹ materia³u

audio, wywo³uj¹c wra¿enie realne-

go dwiêku przestrzennego.

SRS zosta³ stworzony przez

Arnolda Klaymana po latach ba-

dañ nad fizjologicznymi w³aci-

wociami odbierania wra¿eñ s³u-

chowych przez ludzkie ucho. Wy-

korzystanie wyników tych badañ

umo¿liwi³o opracowanie unikalnej

metody odzyskiwania przestrzeni

w nagraniach i odtwarzania trój-

wymiarowego pola brzmieniowego.

W tradycyjnym systemie stereo

doæ krytyczne jest ustawienie

g³oników i pozycja s³uchacza

wzglêdem nich. Przesuniêcie siê

poza obszar bazy stereofonicznej

powoduje utratê lub znaczne po-

gorszenie jakoci ods³uchu stereo-

fonicznego. W systemie SRS pozy-

cja s³uchacza nie jest

krytyczna i mo¿e siê on

poruszaæ po pomieszcze-

niu bez utraty wra¿enia

ods³uchu przestrzennego.

System SRS nie wy-

maga specjalnego kodo-

wania i dekodowania syg-

na³u, nie polega tak¿e na

sztucznym wytwarzaniu

opónieñ i manipulowa-

niufaz¹oryginalnegosyg-

na³u dwiêkowego. Jak to

ju¿ zosta³o powiedziane,

SRS bazuje na charakte-

rystycznym dla ludzkiego

ucha odbieraniu wra¿eñ

s³uchowych. Kiedy fala

dwiêkowa przychodzi

z przodu g³owy s³ucha-

cza, to ma³¿owina odbija

wiele sk³adowych czêstot-

liwociowych z daleka od kana³u

usznego. Dwiêk pochodz¹cy z boku

nie jest odbijany przez ma³¿owinê

tak jak dwiêk pochodz¹cy z przodu

g³owy. Wszystkie informacje odbie-

rane przez ucho s¹ przesy³ane do

mózgu i tam interpretowane. Sygna³

przestrzenny wytworzony przez ma³-

¿owinê i przesy³any do mózgu jest

nazywany HRTF ( Head - Related

Transfer Function .) Poniewa¿ za-

le¿ny od poziomu i kierunku dwiê-

ku sygna³ HRTF faluje wokó³ ma³-

¿owiny, to sygna³ akustyczny w ka-

nale usznym ci¹gle siê zmienia.

Ci¹g³y nap³yw informacji przesy³any

z ucha do mózgu pozwala na okre-

lenie kierunku i rodzaju dwiêku.

Nagrania wykonane za pomoc¹

mikrofonów nie mog¹ zarejestro-

waæ kierunku pochodzenia dwiê-

ku tak, jak robi to ludzkie ucho.

Jednak nawet w tak zarejestrowa-

nych nagraniach sygna³ reprezen-

tuj¹cy przestrzeñ jest obecny, ale

jest niwelowany przez tradycyjne

systemy reprodukcji dwiêku.

Oryginalna przestrzennoæ i dyna-

mika nagrañ zostaje w nich za-

fa³szowana lub zupe³nie zatarta.

SRS analizuje stale zmieniaj¹c¹

siê funkcjê HRTF w uk³adzie ludz-

kiego systemu s³yszenia i odtwa-

rza w³aciwe sk³adowe czêstotli-

wociowe oraz proporcje bezpo-

rednich i odbitych fal dwiêko-

wych. Przez rozdzielenie sygna³u

stereo na ró¿ne sk³adowe jest

mo¿liwe wyizolowanie i odtwo-

rzenie informacji o przestrzenno-

ci dwiêku. SRS oddziela te in-

formacje i odpowiednio przetwa-

Tab. 1. Podstawowe parametry

i w³aciwoci procesora SRS:

Procesor charakteryzuje siê:

Trzema prze³¹czanymi wejciami stereo.

Niezale¿nym dla ka¿dego wejcia

programowanym t³umieniem poziomu

sygna³u wejciowego.

Regulacj¹ wzmocnienia z mo¿liwoci¹

ustawienia balansu.

Regulacj¹ barwy (tonów niskich, rednich

i wysokich).

Dwiêkiem przestrzennym SRS.

Dwiêkiem surround.

Funkcj¹ Voice Canceller (karaoke).

Mo¿liwoci¹ zaprogramowania przez

u¿ytkownika czterech banków ustawieñ

efektu. Wszystkie ustawienia zapisywane

w nieulotnej pamiêci EEPROM.

Mo¿liwoci¹ zaprogramowania wszystkich

przewidzianych przez producenta ustawieñ

uk³adu TDA7466.

Wszystkie informacje wywietlane na

wywietlaczu alfanumerycznym 2x20

znaków.

Ustawienia i regulacje s¹ dokonywane za

pomoc¹ 5-przyciskowej klawiatury.

konanego z tym uk³adem pokaza-

no na rys. 1 . Zastosowana w nim

konfiguracja uk³adowa TDA7466

jest identyczna z propono-

wan¹ w nocie aplikacyjnej

producenta. Sygna³y kana³u

lewego i prawego z prze³¹cz-

nika wejæ s¹ podawane

przez kondensatory C1 i C2

na wyprowadzenia 36 i 38

uk³adu U1. Kondensatory

C3...C8 s¹ elementami ze-

wnêtrznymi uk³adu sur-

round . Zewnêtrzne obwody

uk³adu SRS zbudowane s¹

z rezystorów R5...R10 i kon-

densatorów C21...C23. Do

wewnêtrznych obwodów re-

gulatorów tonów do³¹czone

s¹ kondensatory C9...C13

dla kana³u lewego

i C16....C20 dla kana³u pra-

wego oraz rezystory R1, R2

(kana³ lewy) i R3, R4 (kana³

prawy).

Sterownik procesora zosta³ zbu-

dowany w oparciu o mikrokontro-

ler PIC16F76 (U2). Jest to uk³ad

z du¿¹ pamiêci¹ programu typu

Flash (8 ks³ów 14-bitowych). Ma

te¿ stosunkowo du¿¹ pamiêæ da-

nych (368 bajtów). Zastosowanie

mikrokontrolera z du¿¹ pamiêci¹

pozwoli³o na umieszczenie w niej

doæ rozbudowanego programu ste-

ruj¹cego procesorem. Zewnêtrzne

elementy oscylatora to kondensa-

tory C27 i C28 oraz rezonator X1.

Ma on doæ ma³¹ czêstotliwoæ

rezonansow¹ wynosz¹c¹ ok.

2 MHz. Poniewa¿ oprogramowanie

Zastosowanie procesora SRS w klasycznym

stereofonicznym torze audio powoduje

rozszerzenie bazy stereofonicznej poza cile

okrelony obszar ulokowany miêdzy

g³onikami reprodukuj¹cymi sygna³y kana³u

lewego i prawego. Zastosowany sposób

obróbki dwiêku pozwala wytworzyæ

przestrzeñ akustyczn¹ o w³aciwociach

zbli¿onych do klasycznych rozwi¹zañ surround,

ale bez koniecznoci stosowania du¿ej liczby

zestawów g³onikowych.

rza za pomoc¹ opatentowanej me-

tody polegaj¹cej na korekcji od-

powiedzi czêstotliwociowej za

pomoc¹ specyficznej krzywej.

Procesor SRS

Pomys³ firmy SRS Labs okaza³

siê na tyle atrakcyjny, ¿e wielu

producentów scalonych uk³adów

audio uruchomi³o produkcjê sca-

lonych procesorów systemu SRS.

W opisywanym projekcie komplet-

nego procesora SRS ze sterowni-

kiem zosta³ wykorzystany uk³ad

TDA7466 firmy STMicroelectro-

nics. Schemat procesora SRS wy-

Elektronika Praktyczna 3/2003

Dekoder dwiêku dookólnego SRS

nie narzuca jakich szczególnych

wymagañ dotycz¹cych prêdkoci

mikrokontrolera, to ma³a czêstot-

liwoæ taktowania spowodowa³a

zmniejszenie poboru pr¹du i zmi-

nimalizowanie ewentualnych za-

k³óceñ wnoszonych przez sterow-

nik do czêci analogowej proceso-

ra. Mo¿liwoæ ewentualnego prze-

niesienia zak³óceñ cyfrowych do

czêci analogowej procesora zosta-

³a uwzglêdniona przez producenta

TDA7466. Masa analogowa zosta³a

oddzielona od masy cyfrowej in-

terfejsu steruj¹cego magistrali I 2 C.

Obie te masy powinny byæ po³¹-

czone w jednym punkcie mo¿liwie

blisko ród³a zasilania.

Do linii portu PORTA zosta³

do³¹czony przez magistralê 4-bito-

w¹ wywietlacz alfanumeryczny

o organizacji 2x20 znaków. Styki

klawiatury steruj¹cej do³¹czone s¹

bezporednio do wyprowadzeñ

RB0...RB4 (skonfigurowanych jako

linie wejciowe) portu PORTB.

Przyciniêcie klawisza powoduje

wymuszenie na linii poziomu nis-

kiego. Linie PORTB maj¹ w³¹-

czone wewnêtrzne podci¹ganie do

plusa zasilania (wymuszenie po-

ziomu wysokiego na niepod³¹czo-

nej linii wejciowej). Linia SDA

magistrali I 2 C pod³¹czona jest do

wyprowadzenia RC4/SDI/SDA, a li-

nia SCL do wyprowadzenia RC3/

SCK/SCL. Rezystory R13 i R14

realizuj¹ wymagane przez specyfi-

kacjê magistrali podci¹ganie linii

SDA i SCL do plusa zasilania.

Wyprowadzenia RC5...RC7 portu

PORTC steruj¹ prze³¹cznikiem syg-

na³u wejciowego. Do magistrali

I 2 C do³¹czona jest, oprócz U1,

pamiêæ EEPROM 24C04 (U3).

W tej pamiêci przechowywane s¹

wszystkie ustawienia i regulacje

procesora.

Prze³¹cznik wejæ umo¿liwia

do³¹czenie do TDA7466 trzech

ró¿nych róde³ sygna³u akustycz-

nego. Pojawienie siê poziomu wy-

sokiego na wyprowadzeniu RC5

powoduje, ¿e tranzystor T1 wcho-

dzi w nasycenie i wysterowuje

cewkê przekanika Prz1. Rezystor

R15 ogranicza pr¹d bazy tranzys-

tora. Sygna³ akustyczny z wejæ

We1_L i We1_P jest podawany

przez zwarte styki przekanika na

wejcie sygna³u U1. Analogicznie

zostaj¹ prze³¹czone sygna³y z wejæ

2 i 3. Program sterownika ustawia

takie stany na liniach RC5...RC7,

¿e nie jest mo¿liwe wysterowanie

jednoczenie wiêcej ni¿ jednego

przekanika. ¯eby unikn¹æ stuków

w czasie prze³¹czania wejæ, jest

programowo w³¹czane maksymal-

ne t³umienie wejcia U1.

Uk³ad zasilania dostarcza stabi-

lizowanego napiêcia +9V do zasi-

lania U1 i przekaników prze³¹cz-

nika wejæ oraz +5V do zasilania

sterownika z wywietlaczem i pa-

miêci¹ EEPROM. Napiêcie sta³e

lub przemienne o wartoci ok. 14V

podawane jest na mostek prostow-

niczy M1. Kondensator C29 filtruje

têtnienia w przypadku zasilania

pr¹dem przemiennym. Stabilizator

7809 (U4) dostarcza stabilizowane-

go napiêcia +9V, a stabilizator 7805

napiêcia +5V.

Tomasz Jab³oñski, AVT

tomasz.jablonski@ep.com.pl

WYKAZ ELEMENTÓW

P³ytka g³ówna

Rezystory

R1, R4, R12...R14, R18: 2,7k W

R2, R3: 5,6k

R7: 32,4k

R8: 1,5k

R10: 4,42k

R15...R17: 3,3k W

Kondensatory

C1, C2: 220nF

C3, C9, C20: 5,6nF

C4: 680nF

C5, C12, C13, C16, C17, C26,

C30...C32, C34: 100nF

C6, C21: 4,7nF

C7, C8, C11, C18: 22nF

C10, C19: 18nF

C14, C15: 2,2

C22, C23: 470nF

C24: 1,2nF

C25: 22

C27, C28: 33pF

C29: 2200

F /16V

F/16V

Pó³przewodniki

D1...D3: BAV21 (1N4148)

M1: 1A/100V

T1...T3: BC237

U1: TDA7466

U2: PIC16F76 zaprogramowany

U3: 24C04

U5: 7805

U6: 7809

Ró¿ne

Rezonator kwarcowy 2MHz

Przekaniki Prz1...Prz3 MEISEI M4-

12H (ZETTLER AZ822-2C-12DSE)

Z³¹cza do druku cinch 8 szt.

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostêpne w Internecie

pod adresem: http://www.ep.com.pl/

?pdf/marzec03.htm oraz na p³ycie

CD-EP3/2003B w katalogu PCB .

P³ytka drukowana wywietlacza

W1; wywietlacz alfanumeryczny

2x20znaków

SW1...SW5: mikroprzyciski

Elektronika Praktyczna 3/2003

R5: 47,5k W

R6: 130k

R9: 1k

R11: 3,74k

C33: 10

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: