Всем Доброго Аудиофильского!
Сегодня у нас весьма пикантная темка.
И разбирать мы ее будем на примере схемотехники одной звукорежиссерской примочки. Вернее даже 2х, но с одинаковым назначением. Одна будет аналоговая, а другая цифра циферная.
Первая примочка - это аналоговый ревербератор. Ленточного типа.
Здесь как. Здесь кусочек ленты от катушечного магнитофона, который сам владелец отрезает от катушки и склеивает в петлю.
Дальше на нижнем кадре слева вверху виднеется крутилка. Она прижимает ролик и включает мотор. А дальше начинаются чудеса.
фото отсюда http://rw6ase.narod.ru/00/wne/eho_rew.html
фото отсюда http://rw6ase.narod.ru/00/wne/eho_rew.html
Дальше ролик тянет ленту, протягивая ее через батарею головок.
Здесь справа налево головки стирания, записи и 5 штук воспроизведения.
У них разное время задержки. На передней панели мы видим кнопки включения каналов, кнопку включения эффекта целиком, да кнопку питания аппарата.
А так же регуляторы уровня как общего выходного, так и уровня записи, так и поканальные 5 крутилок.
Конечно у аппарата фикисрованное время задержки. Только 5 пресетов. В этом плане он больше пригоден для создания атмосферы большой людной площади на концерте, нежели для тонкой работы над музыкой.
Хотя при желании можно увеличить амплитуду правой стойки на фотке с головками. И добавить между головками еще одну стойку перемещение которой будет увеличивать количество ленты между головками. Что при постоянной скорости будет давать разное время задержки.
Но это не очень удобно. Да и время будет двигаться сразу на нескольких головках.
***
Давайте тогда пошалим с цифровым ревербератором. У нас ведь все просто. Берем АЦП, класса ИКМ с параллельным выходом значений, берем тактовый генератор.
Берем счетчик адресов штучек 5. Берем микросхему памяти. Не самую быструю. 2 мГц тянет и порядок. Нам нужно запомнить так же пару секунд времени.
Причем счетчик берем такой, который позволяет устанавливать значение начала отсчетов.
Ну и погнали. Первый счетчик записывает значения, второй со сдвигом адреса считывает.
Можем еще третий поставить. И даже четвертый, а то и пятый.
А адрес сдвигать как нам хочется.
Но это ведь не все. Давайте еще пошалим. А что если мы на выходе будем использовать только один ЦАП, а все процессы сложения сигналов делать в цифре? С наших 5 источников выходных?
А что если еще сложнее. Нам нужно не 5 повторов, а множественное эхо. Вот хотим мы из голоса Преснякова хор запилить.
Тогда нам нужно выход ревербератора подать на вход. Но как это сделать? Аналогово или в цифровом поле?
В первом случае нас ждут искажения ЦАП-АЦП, которые наложатся друга на друга. А во втором будет увеличение количества деталек.
Или повышенные требования к ДСП процессору если мы это все в нем провернем.
***
В общем аббревиатура ADD, AAD, DDD, AAA, ADA, DAD, и даже DAA - это все из мира компьютеров.
Это основы программирования и обработки данных. А уже от них это все пришло на Компакт Диск.
Суть этих 3х букв это Хранение-Обработка-Хранение.
Т.е. например, мы можем делать в кадре фильма чайник, который разлетится на мелкие зеркальные осколки. Но делать это в начале 80х. Памяти в компе хватает только на один кадр.
Тогда мы с аналоговой ленты оцифровываем один кадр. В цифре его обрабатываем. И снова на аналоговую ленту выводим.
Это будет алгоритм ADA.
Если же наоборот мы записали музыку в цифре, да как ни мучались с подбором плагинов при сведении, а пришли к выводу, что Аналоговая Ламповая примочка звучит лучше, то мы можем ввести ее в тракт. Выдать на нее сингнал с ЦАПа, обработать в Лампе, и снова оцифровать.
Это будет DAD алгоритм.
Более того такое действо происходит во всех современных видеокартах.
Суть в том, что для игрового симулятора высокая точность вычислений колебания подвески в автомобиле особо и не требтуется. Особенно когда программист ее изначально приблизительной закладывает.
Но ведь из курса физики следует, что движение пружины, движение воздуха, и движение электрического сигнала описываются одинаковыми формулами.
С той лишь разницей, что в одном случае будет упругость пружины, в другом воздуха, а в третьем... Индуктивность катушки "зажигания" в колебательном контуре.
Но тогда ведь гораздо быстрее и дешевле будет качнуть колебательный контур, выдав на него цифровой стартовый импульс, и дальше просто АЦП к нему и снимать значения колебаний.
Что и сделано. Сегодня алгоритм DAD окружает нас во всех активных симуляторных играх. Такова схемотехника современного компьютера.
***
Про компакт диск нужно еще кое-что сказать.
Дело в том, что в природе существует 3 базовых типа АЦП.
1. Самый простой. Компараторный или АЦП последовтельного приближения.
Суть его в том, что мы берем диф-каскад. С одной стороны подаем на него полезный сигнал. А с другой ставим РЦ-цепочку.
А так же ставим счетник импульсов и генератор их.
А так же схему быстрой разрядки РЦ-цепочки.
Теперь, когда цепочка зараяжается, наш счетчик считает импульсы. В момент когда напряжение на РЦ-цепочке и на входном сигнале сравняется диф-каскад сделает ухх.
У него произойдет резкое изменение выходного сигнала. Этот момент мы отловим как импульс запоминания в микросхеме памяти.
Запишем в память значение со счетчика. Оно будет как раз равно амплитуде с ИКМ АЦП.
Просто вместо замера амплитуды мы считали время нарастания напряжения.
Данная схема требует повышенной тактовой частоты, и как итог более резвого счетчика. Плюс еще один счетчик нужен на частоту дискретизации.
2. Классический матричиный ИКМ-АЦП.
Это набор резиторов-делителей на 2. Просто цепочка их. На выходе каждого резистора стоит полевой транзистор с пороговым напряжением открытия.
Напряжение в каждой точке само собой выбрано таким, которое должно быть в этой точке деления.
Дальше просто. Если напряжение на точке выше - то транзистор откроется и выдаст логический 1. Если ниже будет логичиский 0.
Вот и весь АЦП.
По сути частота дискретизации в нем - это управление ячейками памяти в микросхеме ОЗУ.
В АЦП она тоже приходит, но исключительно с целью удержания значения на выходах. Этакая защелка значений.
Правда найти АЦП с паралельным выходом нынче задачка не из простых. Они последнее время с I2C или IPS интерфейсом на выходе. Этакая защита от самодельшиков старой цифровой школы.
Чтобы не тыкали логические микрухи почем зря, туда где Ардуина все может в одну микруху.
3. Сигма-Дельта АЦП или АЦП последовательного сравнения.
Тут у нас как. Тут как на компараторном. Только вместо разрядки конденсатора, происходит сравнение с его значением. Т.е. следующее значение выборки сравнивается с предидущим. И если оно стало больше то записывается логическая 1. А если меньше то 0.
Тут сразу возникает вопрос. А как же состояние покоя? А оно в виде шума малого значения. Равного самому младшему расчетному биту.
Такой АЦП еще называют однобитовым. Тут тактовая частота, есть произведение частоты дискретизации на количество битиков.
Тоже схема повышенной требовательности к микросхемам счетчиков и памяти.
Но дает лучшую стабильность по гармоникам пульсаций. Да и полоса пропускания на самом деле на малых амплитудах значительно выше, чем в документах.
Такой алгоритм ведет себя более Аналогово.
Но вот одна проблема с ним. Если нужно пару сигналов сложить таких, то что делать? Как их правильно вычислить? Как точку ноль расчитать?
Для этой цели делают перевод в классический ИКМ. Фильтруют шум цифровым методом, фильтруют верхние частоты. И вот вам ИКМ.
Дальше в ИКМ поле делают, что хотят.
***
Но для чего это я про АЦП-то разные?
Тут такой момент. Что технологий записи, хранения и воспроизведения тут тоже может быть несколько.
На Компакт Диске реализовано 4 варианта.
1. ИКМ АЦП - ИКМ Хранение - ИКМ ЦАП
2. Сигма-Дельта АЦП - ИКМ Хранение - ИКМ ЦАП
3. ИКМ АЦП - ИКМ Хранение - Сигма-Дельта ЦАП
4. Сигма - Дельта АЦП - ИКМ Хранение - Сигма-Дельта ЦАП.
И тут нужно сказать пару слов про SACD. На нем реализован новый на тот момент протокол хранения. Называется DSD. Direct Stream Digital. По сути хранит в себе Сигма-Дельта поток. И с шумом "нуля". И с расширенной АЧХ.
Это для случая когда туда эквивалентные 44 кГц на 16 бит закатали. Такие диски тоже иногда бывают. Хотя обычно там 88 кГц и на 32 бит. А позже стало 176 кГц на 32 бит. И даже еще лучше нынче делают.
***
ЦАПы вообще простые.
1. ИКМ тут так же матрица резисторов.
Просто из логической микрухи выходит напряжение. А там как. Там если логическая 1 - это напряжение. 5 или 3.3 Вольта например. А если 0 - то это вывод на землю.
Т.е. в матрице резисторов эта земля будет занижать общую выходную амплитуду.
На этом принципе еще матричные регуляторы громкости сделаны.
2. Сигма-Дельта ЦАП.
Тут все еще проще. Это 2 полевика и конденсатор на их выходе. Один полевик его заряжает. А второй его разряжает. На фиксиврованное значение.
***
Тут пару слов нужно сказать про усилители Класа Д. Мы ведь только что разобрали и его схемотехнику.
Смотрите.
Берете Компараторный АЦП, выкидываете счетчик импульсов. Оставляете только тактовый генератор.
И вот перед вами ШИМ сигнал.
Дальше подаете его на Сигма-Дельта ЦАП, только вместо конденсатора на выходе, ставите импульсный трансформатор, а полевики берете помощнее.
Ну и для лучшего качества работы делаете ООС следящую за тем, чтобы точка 0 на выходе не уплвывала, в силу индуктивности в динамиках, приводящей к разному реактивному сопротивлению, и как итог, разной скорости рассасывания зарядов на разных частотах.
А как известно, заряд все равно равно сбежит. Просто на другой частоте. Выдав гармонику с неприятным звуком. Вот чтобы этого не было ставите локальную ООС на выходе. Тоже на Сигма-Дельта основе.
Но это уже другая история.
***
Что же все таки начат наши AAD, ADD и DDD на Компакт Диске?
Оказывается все сложнее, чем кажется.
С одной стороны это значит,
1. Аналоговое Хранение - Аналоговое Сведение - Цифровое Хранение
2. Аналоговое Хранение - Цифровое Сведение - Цифровое Хранение
3. Цифра и там и сям и тут.
Т.е., что было на входе перед сведением. Какой многодорожечный магнитофон - Какой микшер - Ну и выходящий сигнал он всегда цифровой, на данном носителе.
Но давайте подумаем о Сигма-Дельта АЦП.
Если с ЦАП все ясно. Читаем инструкцию к нашему плееру. То, что же на самом деле записали? Как именно записывали?
Косвенно можно предложить, что для сохранения всего потенциала качества Сигма-Дельта преобразования использовать Цифровой микшер не самая удачная задумка.
И на этом основании можно предполагать, что на ААД - у нас Сигма-Дельта АЦП.
Он дает меньше гармоник и искажений.
А вот если микшер был цифровой, то скорее всего и АЦП был ИКМ. Смысла ставить более дорогой АЦП, если потом все преимущества будут потеряны на преобразованиях и обработках, вроде как нет.
Правда нужно не забывать делать оговорку, что это косвенный анализ данных. А по факту можно нашалить такого, что мало не покажется.
Вспомните альбом Amused To Death Роджера Уотерса. Там на Виниле часть треков на 44 кГц, часть на 96, а часть аналоговые.
Даже список примененной техники об этом свидетельствует. Там и цифровые магнитофоны, и аналоговые.
Да и некоторые психо-акустические процессоры там примененные имеют явно аналоговую природу работы. И на тот момент в цифровой форме обработки сигнала представлены не были. А значит и DAD сведение имело место быть. Хотя и нигде не указано.
***
Вот такая не простая история из 3х букв.
Спасибо, что дочитали!
