Les processeurs de signal numérique font passer votre système audio au niveau supérieur
Ajuster ou modifier les signaux audio n'est pas nouveau. Les processeurs de signaux analogiques sont présents dans les studios d'enregistrement et les spectacles en direct depuis des décennies. Tout, des égaliseurs aux crossovers et aux compresseurs, a été conçu à l'époque où les tubes à vide étaient populaires. À mesure que la technologie progressait, la taille, le coût et la complexité des processeurs de signal diminuaient. Aujourd'hui, de nombreuses unités de source audio de voiture contiennent plus de puissance de traitement que les premiers studios d'enregistrement. Cet article examine les processeurs de signaux numériques (DSP), ce qu'ils font et pourquoi vous en avez besoin.
Un environnement hostile
Si nous devions emmener une enceinte domestique à large bande dans un champ ouvert et mesurer la réponse en fréquence, nous verrions une courbe de réponse assez plate et lisse. Si vous emmenez ce même haut-parleur dans une petite pièce et mesurez à nouveau la réponse, vous verrez des pics et des creux à différentes fréquences. Ce changement de réponse en fréquence n'est pas causé par le haut-parleur, mais par la pièce elle-même. Les réflexions provoquent des nœuds et des anti-nœuds (pics et vallées) qui affectent considérablement la réponse en fréquence perçue du système de haut-parleurs. Pour maximiser notre plaisir de ce haut-parleur, nous devons appliquer une correction du signal au haut-parleur afin que ce que nous entendions soit similaire à ce que nous aurions vécu dans ce domaine.
Dans une voiture, on arrive très rarement à s'asseoir directement au milieu des haut-parleurs gauche et droit. Le conducteur est généralement deux fois plus éloigné du haut-parleur droit que du haut-parleur gauche. Nous entendons d'abord la sortie du haut-parleur gauche et il semble que ce haut-parleur semble jouer plus fort, car il est plus proche. Gardez cela à l'esprit lorsque nous discutons des processeurs de signaux numériques (DSP).
Limites des haut-parleurs
Aucun haut-parleur ne peut reproduire l'intégralité du spectre audio de 20 Hz à 20 kHz avec précision, détail et même dispersion du son. Même s'il y en avait un qui pouvait le faire, les niveaux de distorsion dans les sons médium et haute fréquence seraient toujours élevés en raison des exigences d'excursion du haut-parleur aux basses fréquences. Pour cette raison, nous utilisons plusieurs haut-parleurs différents pour couvrir la bande audio. Les woofers ou subwoofers couvrent les basses et jouent généralement jusqu'à 80 ou 100 hertz. Les haut-parleurs de milieu de gamme couvrent la plage de 100 Hz à environ 4 000 Hz. Enfin, nous utilisons des tweeters pour couvrir le reste des fréquences au-dessus de 4 000 Hz. Bien qu'il s'agisse d'approximations, ce sont des points de croisement communs pour ces enceintes.
Un crossover est un dispositif qui limite le passage des signaux audio. Il existe deux types courants utilisés dans l'audio de voiture :passe-haut et passe-bas. Leur nom décrit leur fonction. Un crossover passe-haut laisse passer les fréquences supérieures au point de crossover, et un passe-bas laisse passer les fréquences inférieures au point de crossover. Un crossover passe-haut serait utilisé pour garder les basses profondes hors d'une petite porte ou d'un haut-parleur de tableau de bord, tandis qu'un crossover passe-bas est utilisé pour garder les informations de milieu de gamme et de haute fréquence hors d'un subwoofer. Nous pouvons combiner les deux types de croisements pour produire ce que l'on appelle un croisement passe-bande - nous avons limité les informations basse et haute fréquence. Nous l'utiliserions sur un haut-parleur de milieu de gamme en le combinant avec un woofer et un tweeter. (Nous discuterons des croisements en détail dans un autre article.)
Dans l'audio automobile, nous utilisons à la fois des croisements actifs et passifs. Les crossovers passifs sont une combinaison de condensateurs, de résistances et d'inductances que nous connectons aux fils des haut-parleurs entre l'ampli et le haut-parleur. Le comportement des composants et leur configuration limitent les fréquences autorisées à passer par le haut-parleur.
Un crossover actif est un dispositif électronique qui affecte la réponse en fréquence du signal avant l'amplificateur. L'avantage des crossovers actifs est qu'il est facile de les régler sur différentes fréquences. La plupart, sinon la totalité, des composants de croisement doivent être remplacés pour ajuster la fréquence de croisement d'un réseau passif.
Ces informations nous donnent une compréhension de base de la raison pour laquelle nous avons besoin du traitement du signal. Pendant des décennies, l'industrie de l'électronique mobile a survécu et prospéré grâce au traitement analogique. Des entreprises comme AudioControl, Phoenix Gold, Rockford Fosgate et Zapco ont fabriqué des égaliseurs et des croisements, et les passionnés ont afflué vers eux comme des papillons de nuit vers une flamme.
Au fur et à mesure que la puissance de calcul progressait, nous avons vu apparaître des produits comme le Rockford Symmetry. Le Symmetry était un processeur analogique contrôlé électroniquement - une création fantastique qui permettait aux utilisateurs d'effectuer de nombreux réglages à partir d'un seul panneau de commande informatisé.
La prochaine évolution du traitement du signal a été de tout faire dans le domaine numérique, au lieu de l'analogique. Comment ça marche ?
Blocs de construction
Un DSP est un processeur de signal audio puissant avec du matériel et des logiciels optimisés pour effectuer un traitement à grande vitesse en temps réel. Certains des processeurs les moins chers incluent les convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique dans la puce elle-même. Sur les unités haut de gamme, les convertisseurs analogiques sont des composants externes. De meilleurs convertisseurs N/A offrent une résolution accrue et des performances de rapport signal/bruit améliorées. Une fois que le signal audio est dans le domaine numérique, un DSP ne varie pas beaucoup d'un autre. Les algorithmes sont écrits de la même manière pour le filtrage, l'égalisation et l'alignement temporel.
Pourquoi voudrions-nous un DSP et non un processeur analogique ? Dans un DSP, il n'y a pas de soucis associés concernant les tolérances des composants ou les variations de température qui affecteront la réponse du traitement. Avec la bonne interface, les utilisateurs peuvent accéder rapidement à différents préréglages système et stocker un nombre illimité de configurations sur leurs ordinateurs. La plupart des unités DSP n'incluent aucun réglage analogique, comme des potentiomètres ou des commutateurs, qui peuvent se salir ou s'user avec le temps. Les vibrations susceptibles d'entraîner la défaillance d'un composant dans un système analogique affectent rarement les DSP.
Caractéristiques des processeurs de signal numérique
Une fois qu'un signal analogique est converti en numérique, le traitement du signal disponible n'est limité que par le logiciel écrit pour l'unité choisie. La limite des fonctionnalités du logiciel est généralement déterminée par la mémoire disponible du processeur lui-même. Il faut de l'espace pour stocker le programme et de l'espace supplémentaire pour stocker les informations analogiques converties lorsque le processeur travaille avec les informations. Lorsque vous voyez un processeur avec plus de fonctionnalités qu'un autre, la différence est généralement une limitation de la mémoire.
Entrées et sommation de signaux
La plupart des unités DSP sur le marché peuvent combiner et régler le niveau des signaux audio à l'entrée du DSP. Si vous avez une radio avec des sorties avant, arrière et subwoofer, vous souhaiterez peut-être conserver tous ces canaux discrètement pendant que vous traitez le signal audio.
Qu'en est-il lorsque vous essayez d'intégrer un amplificateur d'usine ? Peut-être avez-vous une sortie médium et tweeter de porte d'entrée d'un amplificateur que vous devez utiliser pour vos nouveaux haut-parleurs avant. La plupart des processeurs de signaux numériques vous permettront de combiner des signaux provenant de plusieurs entrées pour faciliter des applications comme celle-ci.
Étant donné que différentes sources ont des niveaux de tension de crête différents, les entrées de votre DSP ont des sensibilités réglables. Tout comme le contrôle de gain sur un amplificateur, nous voulons régler les gains d'entrée sur notre DSP pour maximiser le rapport signal/bruit du processeur.
Croisements et filtrage
Comme nous l'avons mentionné, des haut-parleurs de différentes tailles sont conçus pour concentrer leurs performances dans différentes plages audio. Un médium de 3 pouces ne jouera pas la même gamme de fréquences qu'un tweeter de 1 pouce ou un woofer de 6,5 pouces. Nous utilisons les crossovers du DSP pour diviser les fréquences envoyées à chaque sortie et haut-parleur.
Un avantage de faire tout le traitement croisé dans le domaine numérique est que de nombreux processeurs de signaux numériques offrent différents alignements de filtres croisés et pentes de coupure. L'alignement décrit la forme de l'affaiblissement autour du point -3 dB. Cette forme affecte également la façon dont les signaux se résument acoustiquement. Les options sont Butterworth, Linkwitz-Riley, Chebychev, Bessel et plus encore. Ce n'est pas que l'un est meilleur qu'un autre, mais que chacun est distinct et différent. Nous pourrions écrire un article entier sur les alignements croisés.
La pente de croisement décrit la vitesse à laquelle l'audio s'arrête lorsqu'un signal s'éloigne du point de croisement. Parce que tout est numérique, la plupart des processeurs de signaux numériques offrent des pentes de -6 dB à -48 dB par octave, par pas de 6 dB ou 12 dB, selon l'alignement choisi. Dans la plupart des cas avec les DSP, le filtrage Linkwitz-Riley 24 dB/Octave fonctionne assez bien, mais il existe des dizaines d'approches de réglage différentes, alors utilisez ce qui vous convient le mieux.
Alignement temporel et retard du signal
L'une des caractéristiques les plus intéressantes d'un processeur de signal numérique est sa capacité à stocker le signal audio pendant une durée variable avant de l'envoyer au haut-parleur. Cette capacité de stockage permet à un installateur correctement formé de retarder le signal allant aux haut-parleurs les plus proches de l'auditeur afin que le son créé par eux arrive à la position d'écoute en même temps que le reste des haut-parleurs. Pour les systèmes à quatre voies (subwoofer, médium, médium et tweeter), cette configuration et ce réglage fin peuvent prendre un peu de temps.
Égalisation
La capacité d'affiner la réponse en fréquence de chaque haut-parleur dans un système audio est une clé énorme pour faire sonner ce système étonnante. Nous devons mesurer la réponse de chaque enceinte à la position d'écoute, puis régler l'égaliseur pour que chaque enceinte produise une réponse fluide. Il existe de nombreuses façons d'y parvenir.
Les égaliseurs graphiques offrent généralement 31 bandes d'égalisation par canal et sont espacés de 1/3 d'octave. Cet espacement fournit généralement une résolution de fréquence suffisante pour résoudre les problèmes de réponse. Les égaliseurs graphiques sont faciles à comprendre :vous choisissez la bande de fréquences souhaitée, puis vous augmentez ou coupez le signal de la quantité de votre choix.
Les égaliseurs paramétriques sont beaucoup plus puissants, mais peuvent être un peu plus difficiles à configurer. Dans un égaliseur paramétrique, l'utilisateur peut choisir la fréquence, la bande passante et la quantité d'amplification ou de réduction du signal. Comprendre la sélection de la fréquence est simple, mais comprendre le facteur Q du filtre est plus difficile. En ce qui concerne Q, le concept de base est qu'un nombre plus élevé signifie que le réglage de la bande affecte une plage de fréquences plus étroite. Un nombre faible, comme 0,7 ou 1, couvre une plage de fréquences plus large. La configuration précise d'un égaliseur paramétrique demande un peu de pratique. Cela dit, certaines applications logicielles fourniront automatiquement des informations de réglage après avoir mesuré la réponse en fréquence de l'enceinte ou du système.
Niveau de sortie et télécommandes
Avoir la possibilité de régler finement le niveau de sortie de chaque haut-parleur est essentiel à la performance d'un système audio. Pour obtenir une scène sonore précise et équilibrée, l'amplitude (niveau) de chaque haut-parleur du système doit être réglée très précisément. Le contrôle du niveau de sortie est également très important pour faire correspondre l'efficacité des différents haut-parleurs.
De nombreuses unités DSP ont l'option d'une télécommande. Ces commandes peuvent être utilisées pour régler le volume global du système et régler le niveau de sortie du subwoofer, et peuvent généralement charger des préréglages pour le processeur. Des contrôleurs plus avancés vous donnent accès à certaines des fonctionnalités de réglage du système, vous permettant d'effectuer des réglages sans avoir besoin d'un ordinateur portable. Les écrans de ces télécommandes varient de simples panneaux LCD à matrice de points monochromes à des écrans OEL en couleur faciles à voir en plein soleil.
Réglage du processeur de signal numérique :art ou processus ?
Il existe de nombreuses écoles de pensée sur la façon de configurer un DSP. Que vous le fassiez à l'aide de mesures instrumentées ou de différentes techniques acoustiques, nous souhaitons obtenir une protection adéquate des haut-parleurs, une réponse en fréquence régulière des deux canaux du système audio et des temps d'arrivée alignés de chaque haut-parleur.
De nombreux fabricants d'autoradios forment leurs concessionnaires à différentes méthodes pour obtenir un excellent «accord» sur les véhicules de leurs clients. Si vous cherchez à améliorer le son de votre système de divertissement mobile et que vous possédez déjà d'excellents haut-parleurs et amplificateurs, rendez visite à votre professionnel de l'audio automobile local. Ils seraient heureux de vous démontrer les avantages des DSP et de vous fournir les informations dont vous avez besoin pour prendre une décision éclairée concernant l'achat d'un DSP.