ZBA gezamelijk project - DSP meerkanaals versterker

[asterduc]

Als je 24 bitjes hebt, heb je volgens mij nog wel wat speelruimte voordat het hoorbaar wordt. Op het moment dat het theoretisch relevant zou kunnen worden, zit je al bij een dermate laag geluidsniveau dat het waarschijnlijk al ver in de ruisvoer gezakt is.

Daar twijfel ik aan. Mijn luisterruimte meet 20 tot 25db zonder geluid. Bij redelijk rendement speakers luister ik met een afzwakking van 70 tot 80db. Kom je daarmee niet onder de resolutie van het 16bit bronmateriaal?

[SSassen]

Van volume per source ben ik geen voorstander want dat gaat de klankkwaliteit beinvloeden omdat je dit
- ofwel analoog zult moeten doen voor de DSP (dus geen direct-digital-in)
- ofwel door resolutieverlaging (en dat is not-done in onze highender).

ergens (weet niet of t nou hoer was of op diyaudio) had Matthijs van Hypex uitgelegd dat die digitale volumeregeling van hun geen kwaliteitsverlies opleverde

natuurlijk niet, waarom zouden zij beweren dat hun volumeregeling kwaliteitsverlies geeft. Dat is commercieel onverantwoord.
Diezelfde Hypex stuurt mijn Subwoofermodule defect terug omdat ze het niet waard vinden een transistor te vervangen.
Die lui zijn niet meer met techniek bezig, maar met handel!
Een digitale volumeregeling moet toch op de resolutie ingrijpen, en al helemaal als je op laag volume gaat instellen. Waarom gebruikt Wadia 4 manuele voorinstellingen op hun 'digitale' volumeregeling?

D'r zijn meerdere manieren om digitaal volume te regelen één manier is om simpelweg te snijden in de LSB's (least significant bits), je gooit dan wel heel veel resolutie weg. Ook kan je upsampelen, opnieuw quantiseren en dan ditheren (volgen we 't nog?) dan is het verlies in resolutie feitelijk minimaal er wordt uitgesmeerd over de samples. Of je kan heel puristisch na de DAC het analoge signaal regelen. Co bouwt in dat geval gewoon een 300 stuks miniatuur relais in z'n luidspreker

Met vriendelijke groet,

Sander Sassen - Audio liefhebber pur sang

[SSassen]

Wacht even, daar ging ik bijna de mist in. Als je 16bit audio data laat upsampelen door een 24bit upsampling DAC dan zou er feitelijk het volgende moeten gebeuren:

16bit data : 1101 1101 1101 1101
Upsampling naar 24bit data : 1101 1101 1101 1101 0000 0000

Er komen dus gewoon aan de rechter kant LSB's (least significant bits) bij. Bij het digitaal regelen van het volume is het gewoon schuiven naar rechts en vallen er dus nullen weg, echter aan de resolutie verandert niks, die verandert tenslote niet, je verkleint alleen de afstand tot de ruisdrempel. Totdat je 8 bits heb weggesnoept dan, maar da's een regelbereik van 48dB, da's fors. Wat wel gebeurt is dat de signaalruis verhouding verslechtert. De ruisdrempel blijft namelijk gelijk terwijl de amplitude van het audio signaal gereduceert wordt. Ook de quantisatieruis zal niet veranderen want die wordt geschaald met dezelfde factor als waarmee je het 'volume aanpast'.

Dus digitaal volume regelen kan wel, mits je dus zorgt dat je niet teveel bits wegsnoept.

Met vriendelijke groet,

Sander Sassen - Audio liefhebber pur sang

[cobaltjeh]

Wat bedoelen jullie met Webinterface?

Intellingen kunnen via een internet browser gedaan worden.

oei, dan hoop ik dat er in Breda internet ter beschikking is, anders kunnen deze systeem niet afgesteld worden!

Internet is niet nodig, alleen een netwerkverbinding. Dit is mogelijk met een crosscable of eventueel en netwerkhub / routertje. Iets ingewikkelder dan een usb kabel maar werkt prima.

[cobaltjeh]

Ik denk dat omwille van de haalbaarheid van dit project de eerste stap zal moeten zijn configuratie via USB, als je via TCP/IP wil configureren heb je een complete webserver e.d. embedded nodig compleet met TCP/IP stack etc. dat stelt nogal wat eisen aan de gebruikte microcontroller. Daarbij ben je dan meer tijd kwijt aan het programmeren daarvan dan aan de feitelijke besturing van de DSP.

Als we gebruik maken van de kant en klare software 'Bijvoorbeeld Sigmastudio' dan akkoord, alleen zou ik wel rekening houden met een microcontroller of eventuele uitbreiding die tcp gaat ondersteunen.

Maar als je toch de software zelf gaat maken, dan zou ik zeggen pak het meteen goed aan. Want of je het nu webbased maakt of in een andere taal, veel tijd kost het toch. Daarnaast wil ik graag meewerken aan een webbased controller.

Ik gok dat wanneer je een beetje een mooie interface wilt maken altijd wel aan een embedded linux systeempje zit te denken. Dan zit je meestal al aan een mini itxje te denken, of je komt op veel te dure microcontrollers. Degene die toch tcp ondersteunen zullen niet echt een staat zijn om een nette interface te tonen.

[SSassen]

Ik gok dat wanneer je een beetje een mooie interface wilt maken altijd wel aan een embedded linux systeempje zit te denken. Dan zit je meestal al aan een mini itxje te denken, of je komt op veel te dure microcontrollers. Degene die toch tcp ondersteunen zullen niet echt een staat zijn om een nette interface te tonen.

Ik denk dat we omwille van de complexiteit geen halve PC willen hebben puur om een webbased configuratie mogelijk te maken, dan schiet je je doel een beetje voorbij. Niet?

Met vriendelijke groet,

Sander Sassen - Audio liefhebber pur sang

[hannesie]

Dan zit je meestal al aan een mini itxje te denken.

Daar ging ik ook al aan denken, dat zou toch mogelijk moeten zijn.

[cobaltjeh]

Nog eentje voor het overzicht:

- Audiovolver II, http://www.stereo.de/index.php?id=451

Passief gekoelde linux PC...

5000 euries voor een via bordje...dacht ut niet..of wel....

Nahja we zouden niet de eerste zijn . Als er op zijn minst tcp mogelijkheid is, kan de webinterface altijd nog 'ergens' geplaatst worden. En de 'ergens' is een punt van latere discussie denk ik zo.

Ik zie trouwens net dat de jongens van minidsp al een platform hebben met dsp en ethernet, jammer dat er nog weinig info op de site staat. De tcp api klinkt wel interessant.

http://www.dsp4you.com/services/avb-streame

[knuisje]

Een webserver kun je met een AVR realiseren maar het voegt aardig wat complexiteit toe: http://www.tuxgraphics.org/electronics/ ... 6111.shtml

[SSassen]

Een webserver kun je met een AVR realiseren maar het voegt aardig wat complexiteit toe: http://www.tuxgraphics.org/electronics/ ... 6111.shtml

Dat valt nog mee, zo past alle hardware in één IC.

The ENC28J60 from Microchip is a fantastic chip. It has Tx/Rx, MAC and PHY in one small chip. There are very few external parts. Basically just a crystal and an Ethernet transformer, aka magnetics. All this comes in an convenient 28-pin DIP package. Easy to solder and perfect for hobby applications.

Met vriendelijke groet,

Sander Sassen - Audio liefhebber pur sang

[cobaltjeh]

Die microchip voor ethernet is volgensmij ook een veelgebruikte in arduino uitbreidingsbordjes. Deze zou voldoende moeten zijn als koppelstukje tussen een externe interface / software.
Een interface zelf maken is op die chip geen doen, en daarvoor is hij ook niet bedoeld, denk ik zo.

[Fokko]

The ENC28J60 from Microchip is a fantastic chip. It has Tx/Rx, MAC and PHY in one small chip. There are very few external parts. Basically just a crystal and an Ethernet transformer, aka magnetics. All this comes in an convenient 28-pin DIP package. Easy to solder and perfect for hobby applications.

De ENC28J60 is leuk, persoonlijk geniet bijvoorbeeld een WIZnet W5100 (link) wel de voorkeur. Deze heeft als voordeel dat hij een hardware TCP/IP stack heeft, scheelt weer load op je Microcontroller. Leuk project verder, volg het met belangstelling

[Fokko]

Die microchip voor ethernet is volgensmij ook een veelgebruikte in arduino uitbreidingsbordjes. Deze zou voldoende moeten zijn als koppelstukje tussen een externe interface / software.
Een interface zelf maken is op die chip geen doen, en daarvoor is hij ook niet bedoeld, denk ik zo.

Dit is correct, er is een overvloed van Arduino shields beschikbaar op eBay met deze chip. Ik heb er thuis ook een aantal liggen. An-sich werkt deze chip goed in de zin van dat hij prima een html-pagina kan afleveren, echter het openhouden van een TCP-Verbinding (en hier dan over de zoveel tijd wat data over heen sturen) is mij niet gelukt, en wil volgens mij ook niet met deze chip.

[cobaltjeh]

Dit is correct, er is een overvloed van Arduino shields beschikbaar op eBay met deze chip. Ik heb er thuis ook een aantal liggen. An-sich werkt deze chip goed in de zin van dat hij prima een html-pagina kan afleveren, echter het openhouden van een TCP-Verbinding (en hier dan over de zoveel tijd wat data over heen sturen) is mij niet gelukt, en wil volgens mij ook niet met deze chip.

De WIZnet W5100 wordt gebruikt in de 'duurdere' arduino bordjes, deze zou wel tot staat zijn om 4 socket connecties af te handelen, deze lijkt me inderdaad beter geschikt. In het geval van de arduino zijn de libraries ook een stuk beter.

[John P]

Ik heb zelf wel eens gedacht aan het maken van een phono voorversterker met ingebouwde plop-kraak-ruis onderdrukking via een DSP. Ik heb dit losgelaten omdat dit toch te ver buiten mijn huidige competentie ligt, mischien iets als optie in dit project?

[Bruno]

Van volume per source ben ik geen voorstander want dat gaat de klankkwaliteit beinvloeden omdat je dit
- ofwel analoog zult moeten doen voor de DSP (dus geen direct-digital-in)
- ofwel door resolutieverlaging (en dat is not-done in onze highender).

ergens (weet niet of t nou hoer was of op diyaudio) had Matthijs van Hypex uitgelegd dat die digitale volumeregeling van hun geen kwaliteitsverlies opleverde

Klopt. Punt is dat "resolutieverlies" in de zin van "harde afrondingsvervorming" maar optreedt als je vergeet te ditheren voor het punt van afronding. Als je correct dithert, verandert de afrondingsfout in ruis die je op geen enkele manier kan onderscheiden van toegevoegde ruis zonder afronding. Het is niet het "verbergen" van afrondingsvervorming maar ronduit het elimineren ervan ten koste van 3dB extra ruis. Dither is een standaardtechniek uit de audio signaalverwerking, maar aan het steeds weerkeren van de angst voor "resolutieverlies" valt op te maken dat hij niet overal bekend is. Ik ga de achterliggende wiskunde niet uit de doeken doen, maar ik zou iedereen die een geïnformeerde opinie wil hebben over digitale volumeregeling ten sterkste willen aanmoedigen volgend experiment te doen.
We gaan een 16-bits signaal reduceren tot 8 bits. Als we dat met en zonder dither doen gaat het effect bijzonder duidelijk zijn. Schrijf dus in je favoriete programmeertaal eens deze drie programmatjes:

CODE: Selecteer alles

Process Nodither
Repeat
 Sample = GetSample(inputfile)          --Sample is een 16-bits integer uit een wave file
 NoditherOut = Sample & 0xFF00          --Kap de laagste 8 bits af
 WriteSample(outputfile,NoditherOut)
Until EOF(inputfile)

Process RPDFDither
Repeat
 Sample = GetSample(inputfile)          --Sample is een 16-bits integer uit een wave file
 RPDF = Random(256)-128                 --Een willekeurige integer van 0 tot 255. Elke Random instructie berekent een nieuw willekeurig getal!
 RPDFOut = (Sample + RPDF) & 0xFF00     --Tel RPDF ruis op en kap de laagste 8 bits af
 WriteSample(outputfile,RPDFOut)
Until EOF(inputfile)


Process RPDFDither
Repeat
 Sample = GetSample(inputfile)
 Random1 = Random(256)-128              --Random1 is een willekeurige integer van -128 tot 127
 Random2 = Random(256)-128              --Random2 ook.
 TPDF = Random1+Random2                 --TPDF dither is random noise waarvan de waarschijnlijkheidsfunctie een driehoek is.
 TPDFOut = (Sample + TPDF) & 0xFF00     --Tel TPDF ruis op en kap de laagste 8 bits af
 WriteSample(outputfile,TPDFOut)
Until EOF(inputfile)

Process JustAddNoise
Repeat
 Sample = GetSample(inputfile)
 Random1 = Random(256)-128              --Random1 is een willekeurige integer van -128 tot 127
 Random2 = Random(256)-128              --Random2 ook.
 Random3 = Random(256)-128              --Random3 ook.
 JustNoise = Random1 + Random2 + Random3
 NoisyOut = Sample + JustNoise          --Voeg ruis toe maar kap niets af!
 WriteSample(outputfile,NoisyOut)
Until EOF(inputfile)
 
 

Je zal ze waarschijnlijk wel in stereo moeten schrijven. Genereer elke keer een apart willekeurig getal, voor stereo TPDF zijn er dat dus vier voor elk sample dat je verwerkt. Gebruik als testsignaal muziek die het gevoeligst is aan dit soort gedoe. Dus geen pop, maar pianomuziek met lang uitklinkende akkoorden, of de nagalmstaart van een stuk klassiek.

Het eerste programmatje laat duidelijk gegorzel horen in de ruisvloer en zelfs het volstrekt verdwijnen van het signaal als het erg klein wordt. Bij het tweede programmatje blijft de klank van de muziek intact, maar je hoort de ruisvloer moduleren. Bij het derde programma hoor je een constante ruisvloer, net als analoge ruis, en muziek klinkt gewoon helemaal goed. De accoorden blijven helemaal uitklinken en nergens hoor je iets geks. Wil je écht overtuigd worden, kijk dan eens of je het verschil met de output van het vierde programma kan horen. Daarin heb ik namelijk de afronding door een extra ruisbron vervangen, maar er wordt niet afgerond! Met andere woorden dit is enkel muziek met ruis gemengd en nul informatie verwijderd. De outputs van programma drie en vier zijn op het gehoor niet te onderscheiden, hoewel ze er op een wave editor best anders uitzien. Je moet je hierbij natuurlijk de bedenking maken dat we het bij digitale volumeregeling hebben over afonden op 24 bits, wat maakt dat de ruis die je bij dit proefje duidelijk hoort, volledig begraven ligt onder de analoge ruis dus in de praktijk is er geen ruistoename door het gebruik van dither. Je hebt er alleen het voordeel van dat de afrondingsvervorming geheel geëlimineerd wordt want die kan je anders al snel doorheen de ruis horen.

Met andere woorden, wie in het digitale domein met een afronding zit, moet ditheren. Hé jongens dit is ECHT belangrijk hoor. Want iemand die een digitaal filter maakt maar niet bekend is met dither (dat weet je direct als ze over resolutieverlies bij volumeregelen spreken), gaat die natuurlijk ook na zijn filter niet ditheren! Nochtans is de uitgang van een digitaal filter een lang woord dat je flink moet inkorten voor een DAC er wat mee kan. Of dacht je dat alleen volumeregelaars afrondingsproblemen hadden? Bepaald niet. Je kan niets doen in het digitale domein zonder dat er ergens moet afgerond worden.

Kortom, uit bovenstaande kan je al opmaken dat de keuze tussen analoge of digitale volumeregeling niet bepaald wordt door "resolutie" want dank zij dither is da stomweg geen probleem meer. Wat wél telt is wat de keuze voor het een of het ander in het analoge domein betekent. Bijvoorbeeld: wie ruist het hardst, de DAC of een eventuele bijkomende analoge volumeregeling? Een beetje DAC ruist al snel minder dan de meeste volumeregelaars. En heeft er eigenlijk al iemand een analoge volumeregeling gemaakt die volstrekt transparant was? Of ben je toch met DACT regelaars aan de gang om het kwaliteitsverlies in te dijken? Alleen al dat zou de rechtgeaarde audiofiel voor het kortere signaalpad moeten laten kiezen.

But the rabbit hole goes much deeper. In goed geschreven specbladen van DAC chips krijg je FFT's te zien bij verschillende signaalniveaus. Daaruit blijkt dat het gros van de chips bij voluitsturing een weliswaar laag maar bijzonder rijk vervormingsspectrum hebben. Moderne deltasigma chips hebben de opvallende eigenschap dat als je het niveau doet zakken, die vervormingsprodukten veel sneller naar onder gaan. De meeste goeie types hebben bij -10 a -20dBFS geen meetbare vervorming meer. Kan je met een FFT kijken wat je wil, meer dan 120dB beneden het signaal, je ziet alleen maar ruis.

Zie je 'm komen? Een DAC chip, vol uitgestuurd met een verzwakker erachter geeft je meer vervorming dan dezelfde DAC waarvan je het signaal digitaal met hetzelfde bedrag verzwakt. Ja dat heb je automatisch cadeau met een digitale volumeregeling... Natuurlijk ruist het tweede geval theoretisch meer (want de ruisvloer van de DAC is niet gezakt), maar dat is alleen als je volumeregeling ruisvrij is. Meestal is de digitaal geregelde DAC ook gewoon stiller dan met een potentiometer er achter.

Dat geldt tussen haakjes niet voor traditionele R2R multibitters. De vervorming van zo'n ding is bepaald door DNL problemen en de "vervormingsvloer" blijft minofmeer constant qua amplitude als het signaal zakt. DNL vervorming klinkt ook zeer vergelijkbaar als ongeditherde afrondingsvervorming: bij hoge niveaus eufonisch als een wat breder en luchtiger stereobeeld, bij lage niveaus gewoon vervormd. Dus als je van plan bent zo'n DAC te gebruiken zal je helaas wel naar een analoge volumeregelaar moeten grijpen.

Even opmerken dat ik deze thread niet echt volg - de Hypex forumpolitie stuurt me af en toe een link. Ik hoop dat deze post duidelijk genoeg is. Hij zal gegarandeerd duidelijk zijn voor de persoon die bovenstaande proefjes uitvoert!

[Vinculum]

Ok, ik snap er niets van maar dit stukje hierboven klinkt impressive (de rest ook hoor)!
Sorry voor de topicvervuiling!

[SSassen]

Ok, ik snap er niets van maar dit stukje hierboven klinkt impressive (de rest ook hoor)!

Okay, leg ik 't even uit:

Process Nodither
Repeat
Sample = GetSample(inputfile) --Sample is een 16-bits integer uit een wave file
NoditherOut = Sample & 0xFF00 --Kap de laagste 8 bits af
WriteSample(outputfile,NoditherOut)
Until EOF(inputfile)

Sample is bijvoorbeeld het volgende 16-bits word: 1111 0000 1111 0000 : decimaal 61680
Als je nu zonder dither de laagste 8 bits weghaalt hou je over: 1111 0000 0000 0000 : decimaal 61440

Het mag duidelijk zijn dat het weghalen van bits hier een totaal andere sample oplevert dan het origineel, het verschil is maar liefst 240.

Process RPDFDither
Repeat
Sample = GetSample(inputfile) --Sample is een 16-bits integer uit een wave file
RPDF = Random(256)-128 --Een willekeurige integer van 0 tot 255. Elke Random instructie berekent een nieuw willekeurig getal!
RPDFOut = (Sample + RPDF) & 0xFF00 --Tel RPDF ruis op en kap de laagste 8 bits af
WriteSample(outputfile,RPDFOut)
Until EOF(inputfile)

Sample is bijvoorbeeld het volgende 16-bits word: 1111 0000 1111 0000 : decimaal 61680
Voeg een random integer toe, bijvoorbeeld 127: 127 > binair > 0111 1111
Tel nu sample en random integer op: 1111 0000 1111 0000 + 01111 1111 = 1111000101101111
Nu kappen we de laatste 8 bits af en houden dus over: 1111 0001 0000 0000 : decimaal 61696

Ook hier zien we dat dit een andere sample oplevert dan het origineel, het verschil is echter een flink stuk kleiner, namelijk slechts 16.

Process RPDFDither
Repeat
Sample = GetSample(inputfile)
Random1 = Random(256)-128 --Random1 is een willekeurige integer van -128 tot 127
Random2 = Random(256)-128 --Random2 ook.
TPDF = Random1+Random2 --TPDF dither is random noise waarvan de waarschijnlijkheidsfunctie een driehoek is.
TPDFOut = (Sample + TPDF) & 0xFF00 --Tel TPDF ruis op en kap de laagste 8 bits af
WriteSample(outputfile,TPDFOut)
Until EOF(inputfile)

Sample is bijvoorbeeld het volgende 16-bits word: 1111 0000 1111 0000 : decimaal 61680
Voeg random integer 1 toe, bijvoorbeeld 127: 127 > binair > 0111 1111
Voeg random integer 2 toe, bijvoorbeeld 127: 127 > binair > 0111 1111
Tel nu sample en random integers op: 1111 0000 1111 0000 + 01111 1111 + 0111 1111 = 1111000111101110
Nu kappen we de laatste 8 bits af en houden dus over: 1111 0001 0000 0000 : decimaal 61696

Ook hier zien we dat dit een andere sample oplevert dan het origineel, het verschil is echter een flink stuk kleiner, namelijk slechts 16. Echter ik heb de twee random waardes gelijk gekozen, maar in de praktijk zal het verschil groter of kleiner zijn al naar gelang hoe groot random integer 1 en 2 zijn.

Process JustAddNoise
Repeat
Sample = GetSample(inputfile)
Random1 = Random(256)-128 --Random1 is een willekeurige integer van -128 tot 127
Random2 = Random(256)-128 --Random2 ook.
Random3 = Random(256)-128 --Random3 ook.
JustNoise = Random1 + Random2 + Random3
NoisyOut = Sample + JustNoise --Voeg ruis toe maar kap niets af!
WriteSample(outputfile,NoisyOut)
Until EOF(inputfile)

Sample is bijvoorbeeld het volgende 16-bits word: 1111 0000 1111 0000 : decimaal 61680
Voeg random integer 1 toe, bijvoorbeeld 127: 127 > binair > 0111 1111
Voeg random integer 2 toe, bijvoorbeeld 32: 32 > binair > 0010 0000
Voeg random integer 3 toe, bijvoorbeeld -64: -64 > binair > 1100 0000
Tel nu sample en random integers op: 1111 0000 1111 0000 + 01111 1111 - 1100 0000 = 1111000011001111
Nu kappen we *niet* de laatste 8 bits af en houden dus over: 1111000011001111 : decimaal 61647

Ook hier zien we een verschil met de originele sample, om precies te zijn 33.

Met vriendelijke groet,

Sander Sassen - Audio liefhebber pur sang

[Leeuwarden]

Okay, leg ik 't even uit:

Right. Een prachtig project. Ik kan er helaas niet over meepraten... Wel een wens. Het is al enkele keren aangegeven dat een modulair systeem hoge ogen zou gooien. Als de nabouwbaarheid in de orde van Sander zijn projecten is, is het ook voor hobbyisten als ik een interessant project.
Misschien een idee om van dit topic een "stickey" te maken?

[SSassen]

Okay, leg ik 't even uit:

Right.

Waar haak je af? Niet schromen om vragen te stellen hoor, dan leg ik 't gewoon even uit.

Met vriendelijke groet,

Sander Sassen - Audio liefhebber pur sang

[Leeuwarden]

Waar haak je af?

Grapjas Ik lees gezellig mee!

[Henkjan]

http://en.wikipedia.org/wiki/Dither

[hannesie]

Ik heb dus geen wiskunde knobbel maar snap wel dat het resultaat van het origineel niet meer het zelfde is is die getallen van elkaar afwijken.

Maar in hoe verre is dit dan hoorbaar, ik neem aan dat de studioopnames ook al omgezet zijn in de meeste gevallen van 24 naar 16 bits, maar dan door de molen gaan met compressie e.d. en de omzetters ook niet altijd zo goed zijn.

Verlies van het origineel is er dus haast altijd, maar is het echt hoorbaar door b.v. mindere plaatsing of ruimtelijke informatie?

[cobaltjeh]

Het geheel met de bits is duidelijk, wat dit alleen voor effect heeft op de geluidskwaliteit kan ik zo niet inschatten.

[hannesie]

Het is hier wel stil geworden, loopt er iets op de achtergrond, of is het niet goed haalbaar??

Waar zit die projectleider nou weer.