オーディオ システムを次のレベルに引き上げるデジタル シグナル プロセッサ
音声信号を調整または変更することは新しいことではありません。アナログ信号プロセッサは、レコーディング スタジオやライブ パフォーマンスで何十年も使用されてきました。イコライザーからクロスオーバー、コンプレッサーに至るまで、すべて真空管が普及していた時代に考案されました。技術が進歩するにつれて、信号プロセッサのサイズ、コスト、および複雑さが減少しました。現在、多くのカー オーディオ ソース ユニットは、初期のレコーディング スタジオよりも多くの処理能力を備えています。この記事では、デジタル シグナル プロセッサ (DSP) について、その機能と必要な理由について説明します。
敵対的な環境
フルレンジの家庭用スピーカーをオープン フィールドに持ち込んで周波数応答を測定すると、かなりフラットで滑らかな応答曲線。同じスピーカーを小さな部屋に持ち込んで再度応答を測定すると、さまざまな周波数でピークとディップが見られます。この周波数応答の変化は、スピーカーが原因ではなく、部屋自体が原因です。反射はノードとアンチノード (ピークと谷) を引き起こし、スピーカー システムの知覚される周波数応答に劇的な影響を与えます。そのスピーカーを最大限に楽しむには、スピーカーに信号補正を適用して、その分野で経験したものと似たような音を聞く必要があります.
車の中で、左右のスピーカーの真ん中に直接座れることはめったにありません。ドライバーは通常、右のスピーカーから左のスピーカーまでの 2 倍の距離にあります。左のスピーカーの出力が最初に聞こえますが、そのスピーカーが近くにあるため、より大きな音で再生されているように見えます。デジタル信号プロセッサ (DSP) について説明するときは、このことを念頭に置いてください。
スピーカーの制限
単一のスピーカーでは、20 Hz から 20 kHz までのオーディオ スペクトル全体を正確に、詳細に、さらには音の分散まで再現することはできません。これを行うことができるものがあっても、低周波数でのスピーカーのエクスカーション要件のために、中音域と高周波数の音の歪みレベルは依然として高くなります。このため、オーディオ帯域をカバーするためにいくつかの異なるスピーカーを使用しています。ウーファーまたはサブウーファーは低音をカバーし、通常は 80 または 100 ヘルツまで再生します。ミッドレンジドライバーは、100 Hz から 4,000 Hz 程度までの範囲をカバーします。最後に、トゥイーターを使用して 4,000 Hz を超える残りの周波数をカバーします。これらは概算ですが、これらのスピーカーの一般的なクロスオーバー ポイントです。
クロスオーバーは、オーディオ信号の通過を制限するデバイスです。カーオーディオで使用される一般的なタイプには、ハイパスとローパスの 2 つがあります。それらの名前は、その機能を説明しています。ハイパス クロスオーバーはクロスオーバー ポイントよりも高い周波数を通過させ、ローパスはクロスオーバー ポイントよりも低い周波数を通過させます。ハイパスクロスオーバーは、小さなドアやダッシュスピーカーから重低音を遠ざけるために使用され、ローパスクロスオーバーは、サブウーファーからミッドレンジと高周波数の情報を遠ざけるために使用されます.両方の種類のクロスオーバーを組み合わせて、バンドパス クロスオーバーとして知られるものを生成できます。低域と高域の情報を制限しました。ウーファーとツイーターを組み合わせてミッドレンジスピーカーに使用します。 (クロスオーバーについては、別の記事で詳しく説明します。)
カー オーディオでは、アクティブ クロスオーバーとパッシブ クロスオーバーの両方を使用します。パッシブ クロスオーバーは、アンプとスピーカーの間のスピーカー ワイヤに接続するコンデンサ、抵抗、インダクタの組み合わせです。コンポーネントの動作と構成方法によって、スピーカーに通過できる周波数が制限されます。
アクティブクロスオーバーは、アンプの前の信号の周波数応答に影響を与える電子デバイスです。アクティブクロスオーバーの利点は、異なる周波数に簡単に調整できることです。パッシブ ネットワークのクロスオーバー周波数を調整するには、すべてではないにしてもほとんどのクロスオーバー コンポーネントを交換する必要があります。
この情報により、信号処理が必要な理由の基本的な理解が得られます。何十年もの間、モバイル エレクトロニクス業界はアナログ処理を使用して存続し、繁栄してきました。 AudioControl、Phoenix Gold、Rockford Fosgate、Zapco などの企業がイコライザーとクロスオーバーを作成し、熱狂的なファンが蛾のように群がりました。
コンピューティング能力が進歩するにつれて、ロックフォード シンメトリーのような製品が登場しました。 Symmetry は、電子制御のアナログ プロセッサでした。これは、ユーザーが 1 つのコンピュータ化されたコントロール パネルから多くの調整を行うことを可能にする素晴らしい作品でした。
信号処理の次の進化は、アナログではなくデジタル ドメインですべてを行うことでした。それはどのように機能しますか?
構成要素
DSP は、リアルタイムで高速処理を実行するように最適化されたハードウェアとソフトウェアを備えた強力なオーディオ信号プロセッサです。安価なプロセッサの中には、チップ自体にアナログからデジタルへのコンバーターとデジタルからアナログへのコンバーターが含まれているものがあります。ハイエンド ユニットでは、アナログ コンバーターは外付けコンポーネントです。優れた D/A コンバーターは、解像度を高め、信号対ノイズ比のパフォーマンスを向上させます。オーディオ信号がデジタル領域に入ると、DSP の違いはほとんどなくなります。アルゴリズムは、フィルタリング、イコライゼーション、タイム アラインメントと同様の方法で記述されます。
アナログ プロセッサではなく、なぜ DSP が必要なのでしょうか? DSP では、処理の応答に影響を与えるコンポーネントの公差や温度変化に関する懸念はありません。適切なインターフェイスを使用すると、ユーザーはさまざまなシステム プリセットにすばやくアクセスし、無制限の数の構成をコンピューターに保存できます。ほとんどの DSP ユニットには、ポテンショメーターやスイッチなどのアナログ調整が含まれていないため、時間の経過とともに汚れたり摩耗したりする可能性があります。アナログ システムでコンポーネントの故障につながる可能性のある振動が DSP に影響を与えることはほとんどありません。
デジタル シグナル プロセッサの機能
アナログ信号がデジタルに変換されると、使用可能な信号処理は、選択したユニット用に作成されたソフトウェアによってのみ制限されます。ソフトウェアの機能の制限は、通常、プロセッサ自体の使用可能なメモリによって決まります。プログラムを格納するためのスペースと、プロセッサが情報を処理するときに変換されたアナログ情報を格納するための追加のスペースが必要です。あるプロセッサが別のプロセッサよりも多くの機能を備えている場合、その違いは通常、メモリの制限です。
入力と信号の合計
市場に出回っているほとんどの DSP ユニットは、DSP への入力でオーディオ信号のレベルを組み合わせて調整できます。フロント、リア、およびサブウーファー出力を備えたラジオがある場合、オーディオ信号を処理する際に、これらすべてのチャネルを個別に維持したい場合があります。
工場のアンプと統合しようとしている場合はどうですか?おそらく、新しいフロントスピーカーに使用する必要があるアンプからのフロントドアミッドレンジとツイーター出力があります。ほとんどのデジタル シグナル プロセッサでは、複数の入力からの信号を組み合わせて、このようなアプリケーションを容易にすることができます。
ソースが異なればピーク電圧レベルも異なるため、DSP への入力の感度は調整可能です。アンプのゲイン コントロールと同じように、DSP の入力ゲインを設定して、プロセッサの信号対雑音比を最大化します。
クロスオーバーとフィルタリング
前述したように、さまざまなサイズのスピーカーは、さまざまなオーディオ範囲内でパフォーマンスを集中させるように設計されています。 3 インチのミッドレンジは、1 インチのツイーターや 6.5 インチのウーファーと同じ周波数範囲を再生しません。 DSP のクロスオーバーを使用して、各出力とスピーカーに送信される周波数を分割します。
デジタル ドメインですべてのクロスオーバー処理を行う利点は、多くのデジタル シグナル プロセッサが異なるクロスオーバー フィルター アライメントとロールオフ スロープを提供することです。アラインメントは、-3 dB ポイント付近のロールオフの形状を表しています。この形状は、信号が音響的にどのように加算されるかに影響します。オプションは、Butterworth、Linkwitz-Riley、Chebychev、Bessel などです。どちらかが優れているということではなく、それぞれが明確で異なっているということです。クロスオーバー アライメントに関する記事全体を書くことができます。
クロスオーバー スロープは、信号がクロスオーバー ポイントから遠ざかるにつれて、オーディオの再生が停止する速さを表します。すべてデジタルであるため、ほとんどのデジタル信号プロセッサは、選択したアライメントに応じて、6 dB または 12 dB のステップで、オクターブあたり -6 dB から -48 dB までのスロープを提供します。ほとんどの場合、DSP では 24 dB/Octave Linkwitz-Riley フィルタリングが非常にうまく機能しますが、さまざまなチューニング アプローチが多数あるため、適切に機能するものを使用してください。
時間調整と信号遅延
デジタル シグナル プロセッサの最も優れた機能の 1 つは、オーディオ信号をスピーカーに送信する前に可変時間保存できることです。このストレージ機能により、適切に訓練された設置者は、リスナーに最も近いスピーカーに送られる信号を遅らせて、それらによって作成された音が残りのスピーカーと同時にリスニング位置に到達するようにします. 4 ウェイ システム (サブウーファー、ミッドバス、ミッドレンジ、ツイーター) の場合、このセットアップと微調整には少し時間がかかる場合があります。
均等化
オーディオ システムの各スピーカーの周波数応答を微調整する機能は、そのシステムのサウンドを作るための大きな鍵です。すばらしい。リスニングポジションで各スピーカーのレスポンスを測定し、各スピーカーが滑らかなレスポンスになるようにイコライザーを調整する必要があります。これを達成する方法はたくさんあります。
グラフィック イコライザーは通常、チャンネルごとに 31 バンドのイコライザーを提供し、1/3 オクターブ間隔で配置されています。この間隔は通常、応答の問題を解決するのに十分な周波数分解能を提供します。グラフィック イコライザーは簡単に理解できます。目的の周波数帯域を選択し、選択した量だけ信号をブーストまたはカットします。
パラメトリック イコライザーははるかに強力ですが、構成が少し難しい場合があります。パラメトリックイコライザーでは、ユーザーは周波数、帯域幅、および信号のブーストまたはリダクションの量を選択できます。周波数の選択を理解することは簡単ですが、フィルターの Q ファクターを理解することはより困難です。 Qに関して言えば、基本的な概念は、数値が大きいほど、帯域調整がより狭い範囲の周波数に影響することを意味します。 0.7 や 1 などの低い数値は、より広い範囲の周波数をカバーします。パラメトリック イコライザーを正確に設定するには、多少の練習が必要です。ただし、一部のソフトウェア アプリケーションは、スピーカーまたはシステムの周波数応答を測定した後、設定情報を自動的に提供します。
出力レベルとリモコン
各スピーカーの出力レベルを細かく調整できることは、オーディオ システムのパフォーマンスにとって重要です。正確でバランスの取れたサウンドステージを実現するには、システム内の各スピーカーの振幅 (レベル) を非常に正確に調整する必要があります。さまざまなスピーカーの効率を一致させるには、出力レベルの制御も非常に重要です。
多くの DSP ユニットには、リモート コントロールのオプションがあります。これらのコントロールを使用して、システム全体の音量を調整したり、サブウーファーの出力レベルを調整したり、通常はプロセッサのプリセットをロードしたりできます。より高度なコントローラーを使用すると、システム調整機能の一部にアクセスできるため、ラップトップ コンピューターを必要とせずに調整を行うことができます。これらのリモコンのディスプレイは、単純な単色ドット マトリックス LCD パネルから、明るい日光の下でも見やすいフルカラー OEL ディスプレイまでさまざまです。
デジタル シグナル プロセッサのチューニング – アートかプロセスか?
DSP の構成方法については、さまざまな考え方があります。機器による測定を使用する場合でも、さまざまな音響技術を使用する場合でも、スピーカーを適切に保護し、オーディオ システムの両方のチャンネルからスムーズな周波数応答を実現し、各スピーカーからの到達時間を調整したいと考えています。
多くのカー オーディオ メーカーは、顧客の車の優れた「チューニング」を達成するためのさまざまな方法でディーラーをトレーニングしています。モバイル エンターテイメント システムのサウンドを改善したいとお考えで、すでに優れたスピーカーとアンプをお持ちの場合は、お近くのカー オーディオの専門家にご相談ください。彼らは喜んで DSP の利点を説明し、購入について知識に基づいた決定を下すために必要な情報を提供します。