Что означает mic на колонке
Far Fields mic (Mic array) — незаметный герой в умной колонке
В этой статье я хочу рассказать о своем давнем увлечении — изучении и работе с far fields mic (mic array) — массивами микрофонов.
Статья будет интересна увлекающимся построением своих голосовых помощников, она ответит на некоторые вопросы людям, воспринимающим инженерное дело как искусство, а также желающим попробовать себя в роли Q (Это из Бондианы). Мой скромный рассказ, надеюсь возможно, поможет вам понять, почему умная колонка- помощник, сделанный строго по туториалу работает хорошо только при условии полного отсутствия шумов. И так плохо там, где они есть, например на кухне.
Много лет тому назад я увлекся программированием, писать код я начал просто потому, что мудрые учителя разрешали играть только в игры, написанные самостоятельно. Это было в году так 87 и это была Yamaha MSX. На эту тему тогда же был первый стартап. Все строго по мудрости: «Выбери себе работу по душе, и тебе не придётся работать ни одного дня в своей жизни» (Конфуций).
И вот прошли годы, и я по прежнему пишу код. Даже хобби с кодом — ну кроме катания на роликах, для разминки мозгов и «не забуду матан» это работа с Far Fields mic (Mic array). Зря что ли преподаватели время со мною тратили.
Что это такое и где применяется
В голосовом помощнике, который слушает вас, обычно присутствует массив микрофонов. Их мы находим и в системах видео-конференц-связи. При коллективном общении, львиная доля внимания уделяется речи, мы естественно, не постоянно при общении смотрим на говорящего, а говорить точно в микрофон или гарнитуру, это сковывает и неудобно.
Практически каждый, уважающий клиента, производитель мобильников использует в своих творениях от 2 и более микрофонов, (да, да за этими дырочками сверху, снизу, сзади сидят микрофоны). К примеру в iPhone 3G/3GS он был единственный, в четвертом поколении айфонов их было два, а в пятом насчитывалось уже три микрофона. В общем то, это тоже массив микрофонов. И все это для лучшей слышимости звука.
Но вернемся к нашим голосовым помощникам
Как же увеличить дальность слышания?
«нужны большие уши»
Простая идея: если для того, чтоб услышать того кто рядом, достаточно одного микрофона, то для того чтоб услышать издалека, нужно применить более дорогой микрофон с отражателем, похожий на ушки у лисичек-фенеков:
То же, только на резонаторных трубках
Диаметр зеркала от 200мм до 1,5м
«Нужно больше микрофонов»
Или может, если поставить много дешевых микрофонов, то количество перейдет в качество и все получится? Зерг- раш только микрофонами.
Странно, но это работает и в реальной жизни. Правда с большим количеством матана, но работает. И расскажем мы про это в следующем разделе.
А как научиться слышать дальше без красивых рупоров?
Одна из проблем рупорных систем — это то что хорошо слышно то, что в фокусе. А вот если нужно услышать что то с другого направления, то нужно сделать «финт ушами» и физически перенацелить систему в другом направлении.
И про соотношение сигнал\шум у систем с микрофонными матрицами как то лучше по сравнению с обычным микрофоном.
В массивах микрофонов, как и в их ближайших родственниках — ФАР (фазированных антенных решетках) ничего поворачивать не нужно. Подробнее в разделе про Beamforming. Легко видеть:
Несфокусированный микрофон (левая картинка) записывает все звуки со всех направлений, а не только тот, что нужно.
Откуда же большая дальность? На правой картинке, микрофон внимательно слушает только один источник. Как бы сфокусировавшись, получает сигнал только избранного источника, а не кашу из возможных источников шумов, а чистый сигнал просто усилить (сделать громче), не применяя сложных техник шумоподавления. Примерно как рупор, но на матановой тяге.
Что же не так с шумоподавлением?
У применения сложного шумоподавление уйма недостатков — значит, уйдет часть сигнала, вместе с частью сигнала изменится звук, и на слух это выглядит как характерное окрашивание звука шумодавом и как результат неразборчивость. Эта неразборчивость видна русскоговорящим, которые хотят услышать от собеседника вот эти шипящие. Ну и как дополнительно — в результате шумоподавления слушающий не слышит вообще никаких опознавательных сигналов, связывающих его с собеседником (дыхания, сопения и других шумов, сопровождающих живую речь). Это создаёт некоторые проблемы, ведь в разговорной речи вот это все слышно, и как раз помогает оценивать состояние и отношение к вам собеседника. Отсутствие их (шумов) пока мы слышим голос вызывает неприятные ощущения и снижает уровень восприятия, понимания ну и идентификации. Ну а если вас слушает голосовой помощник — шумоподавление затрудняет распознавание как ключевой фразы, так и речи после. Правда есть лайфхак — распознавалку нужно обучать на выборке, записанной с учетом искажений от именно используемого шумопонижения.
Те, кому знакомы слова cocktail party problem могут пока сходить на кофе или коктейль, и провести натурный эксперимент, те у кого настроение почитать, продолжают дальше.
Кратко о матане, на котором оно работает:
DOA Estimation (определение направления на источник звука) и формирование луча (beamforming)
DOA (определение направления, а по возможности и локализация на источник):
Буду краток, ибо тема очень обширна, делается это с помощью белой, серой или темной магии (зависит от предпочитаемой темы в IDE) и матана. основной частый способ поиграть в DOA — это анализ корреляций и другого разного между парами микрофонов (обычно противолежащими по диаметру).
Лайфхак: для исследований лучше выбрать массив с круговым размещением микрофонов. Польза — легко набрать статистику от пар с разными расстояниями между микрофонами — максимум по диаметру, и до минимального между микрофонами — если брать пары по хордам, и с разными азимутами (направлениями) на источник.
Лайфхак: Не забываем про разную длину волн и для каждой частоты рассчитываем свою разницу фаз tn
Примерная диаграмма направленности будет выглядеть как то так
Не забывшие как раскуривать матан могут причаститься к JIO-RLS (Joint Iterative Subspace Adaptive reduced-rank least squares). Очень напоминает по вкусу градиентный спуск, знаете ли.
Итак резюмируем: обычными методами добится сравнимого с матричным микрофоном качества сложно. После применения определения направления на источник, и как результат этого, слышим только тот источник, что нужен, избавляемся от шумов и реверберации среды, даже той, которая слабо различима на слух (эффект Хааса).
Голосовой помощник — как это выглядит изнутри
Итак как выглядит схема обработки звука у матерого голосового помощника:
Сигнал с массива микрофонов поступает на устройство, в котором мы формируем луч на источник звука (beamforming), тем самым убирая помехи. Потом звук этого луча начинаем распознавать, обычно для качественного распознавания ресурсов устройства недостаточно, и чаще всего сигнал уходит для распознавания в облако (На выбор Microsoft, Google, Amazon).
Внимательный читатель заметит: А на картинке с описанием есть какой то квадратик Нот word, а почему не сразу распознавание, как обещали?
Зачем на схеме нарисован этот наверное лишний квадратик?
А потому что постоянно транслировать сигнал изо всех источников шумов в интернет для прослушивания распознавания никаких ресурсов не хватит. Поэтому распознавать начинаем, только когда поняли, что от нас этого таки точно хотят — и для этого сказали специальное заклинание — ок гугл, сири или алекса, ну или кортану позвали. А классификатор Нот word — чаще всего нейронка и работает прямо на устройстве. В построении классификатора есть тоже много интересного, но сегодня не об этом.
И на самом деле схема выглядит вот так:
(каракули мои)
Может быть сформировано несколько лучей на разные источники сигнала, и ищем специальное слово мы в каждом из них. Но дальше обрабатывать будем того, кто сказал нужное слово.
Дальнейший этап- распознавание в облаке, многократно освещен в интернете, по нему множество туториалов.
Как вы можете приобщится к этому празднику матана
Проще всего купить dev board. Обзор существующих девбордов: один из наиболее полных — по ссылке.
Наиболее дружелюбные для начинающих:
основан на XMOS XVF-3000.
Сделана так как мне нравится — FPGA с открытым интерфейсом управляет микрофонами матрицы, общение с ней по SDA.
Мои подвиги по скрещиванию Android Things и Mic Array:
К этой плате (Voice) конечно есть немало примеров, но вот мне как раз удобно использовать ее под Things.
Можно построить гибкий и мощный инструмент:
Например я использую:
Да и потом если придется портировать/переписывать код в какой нибудь эмбед, то как то проще это делать с Java кода.
К сожалению, пример от авторов платы для Things был немного неработоспособен, поэтому я сделал свой демо-проект (естественно — я же ж могу).
Вкратце о чем там — всю черную магию по быстрому опросу микрофонов, FFT делаем на C++, а визуализацию, анализ, сетевое взаимодействие — на Java.
Планы на будущее развитие
Источник планов ну и заодно вдохновения: ODAS.
Вот хочу сделать то же, только на Things и без глюков.
«Если вам есть что дополнить или критиковать, не стесняйтесь писать об этом в комментариях, ибо одна голова хуже двух, две хуже чем три, а n-1 хуже чем n» nikitasius
В чём разница между микрофонным и линейным уровнем аудиосигнала?
Проводные и беспроводные микрофоны обычно подключаются к микрофонным входам, тогда как большинство других аудиоустройств используют линейный сигнал. (Через минуту мы узнаем, какие уровни у сигналов инструментов и динамиков). Напряжение у сигналов каждого типа сильно отличается друг от друга, поэтому важно знать эту разницу.
Каков уровень микрофонного сигнала?
Несколько типов устройств используются для усиления сигналов с микрофонного уровня до линейного уровня. Микшеры, вероятно, являются наиболее популярным оборудованием, так как они позволяют объединять несколько сигналов и передавать их на один выход. Но предусилители и микрофонные усилители выполняют эту работу так же хорошо и поставляются в виде одноканальных или многоканальных устройств.
Что такое линейный уровень?
Напряжение линейного сигнала составляет приблизительно 1 вольт, что примерно в 1000 раз выше сигнала микрофона, поэтому для их подключения обычно используют другой вход. Этот сигнал поступает от предусилителя на усилитель, к выходу которого подключены динамики.
Существует два стандартных линейных уровня:
Два других типа звуковых сигналов, с которыми вы столкнётесь, имеют уровни инструментови динамиков. Для сигналов инструментов (например, электро- или бас-гитара), как и для микрофонных, требуется предварительное усиление до линейного уровня. Выходные сигналы усилителей имеют ещё более высокие уровни напряжения, чем линейный вход. Для точной передачи такого сигнала требуются специальные кабели (их часто называют акустическими или спикер-кабелями).
Согласование уровней
Крайне важно, чтобы выходной сигнал устройства соответствовал входу, так как в противном случае устройство может выйти из строя. Например:
Подсказки
ИНСТРУКЦИЯ Колонка портативная Defender Rage (65109)
Функции. Пульт дистанционного управления, Зарядка. Соединение по Bluetooth и использование микрофона. Прослушивание через линейный вход. Управление радиоприемником FM. Прослушивание стерео на двух колонках (режим TWS)
ИНСТРУКЦИЯ Колонка портативная Defender Rage (65109)
1. Функции
1. Microphone in Разъем микрофона
2. AUX / Линейный вход
3. TF card slot / Карта microSD 4. USB drive / Флешка USB
6. Charging microUSB 5V Разъем для зарядки microUSB 5V
7. Charging indicator Индикатор зарядки
8. Change mode: Bluetooth→USB→ microSD (TF)→FM→Line (AUX) Смена режима: Bluetooth→USB→ microSD (TF)→FM→Line (AUX)
10. Equalizer modes / Режимы эквалайзера
11. Delete the Mp3 file (USB / TF) / Bluetooth disconnection / TWS Mode Удаление Mp3 треков (USB / microSD) / Отключение от Bluetooth / Режим TWS
12. Repeat Mp3/FM friquency switch Повтор треков Mp3 / Настройка частоты FM
13. Select FM station / Enter the number of the Mp3 track (0-999) Выбор FM станции / Ввод номера трека Mp3 (0-999)
14. Microphone volume control Регулятор громкости микрофона
15. Display / Дисплей
16. Echo control / Регулятор эха
17. Volume control Регулятор громкости
18. Previous track / Предыдущий трек
19. Play\Pause\FM searching Воспроизведение/Пауза/Поиск FM станций
20. Next track / Следующий трек
2. Пульт дистанционного управления
1. Change mode: Bluetooth→USB→microSD (TF)→ FM→Line (AUX) Смена режима: Bluetooth→USB→microSD (TF)→ FM→Line (AUX)
4. Volume + / Громкость +
5. Previous track/Previous FM station Предыдущий трек/Предыдущая станция FM
6. Play\Pause\FM searching Воспроизведение/Пауза/ Поиск FM станций
8. Decrease the FM frequency / Уменьшить частоту FM
9. Select FM station/Enter the number of the Mp3 track (0-999) Выбор FM станции/Ввод номера трека Mp3 (0-999)
10. Select equalizer mode (Mp3) / Выбор режима эквалайзера (Mp3)
11. Next track/Next FM station / Следующий трек/Следующая станция FM
12. Increase the FM frequency / Увеличить частоту FM
3.Зарядка
Подключите кабелем (входит в комплект) разъем DC 5V IN к зарядному устройству (нет в комплекте) либо порту USB 5V
4.Соединение по Bluetooth, использование микрофона
Подключите микрофон к разъему MIC (Микрофон в комплект не входит, приобретается отдельно)
Громкость микрофона регулируется регулятором –MIC VOL+
Увеличение или уменьшение Эхо регулируется –ECHO+
Для подключения Bluetooth Нажмите и удерживайте кнопку MODE, пока не услышите звуковое оповещение о подключении Bluetooth вкл/выкл, либо кратковременными нажатиями перебирайте функции Bluetooth→USB→ microSD (TF)→FM→Line (AUX), пока не войдете в режим Bluetooth.
5. Прослушивание через линейный вход
Подключите колонку с помощью кабеля Jack-Jack к разъему AUX IN в колонке и к выходу внешнего источника звука Line OUT.
С помощью кнопки MODE выберите режим Line (AUX).
6.Воспроизведение/пауза режим Bluetooth/MP3
Подключитесь по BT к смартфону либо вставьте USB флешку /MicroSD карту с МР3 файлами.
Фалы MP3 начнут воспроизводиться автоматически
Вы можете перемотать треки вперед или назад либо поставить на паузу с помощь. Кнопок 
Вы можете выбрать порядок воспроизведения MP3 фалов с помощью кнопки 
выбрав режим:
ALL— Все треки подряд по кругу
7. Управление радиоприемником FM
АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПОИСК СТАНЦИЙ FM
Включите режим FM радио с помощью переключателя функций MODE
Нажмите кнопку AUTO SCAN для автоматического поиска станций. Подождите
РУЧНАЯ НАСТРОЙКА ЧАСТОТЫ FM
1.Включите режим FM радио с помощью переключателя функций MODE
2.Нажать кнопку CH, частота начет моргать
3. Нажимать FM+/ FM- чтобы включить поиск предыдущей частоты вещания.
4. Длительное нажатие на CH, чтобы внести настроенную станцию в память
8.Прослушивание стерео на двух колонках (режим TWS)
1. Включите левую колонку
2. Выберите на ней режим Bluetooth и подключитесь к смартфону
3. Включите правую колонку в режиме блютус
4. Удерживайте кнопку DEL/TWS 3 секунды на обоих колонках
Для отключения режима TWS нажмите и удерживайте DEL на любой колонке
Инструкция
При приеме товара убедитесь в его целостности и отсутствии внутри свободно перемещающихся предметов.
• Суммарная выходная мощность (RMS): 50 Вт
• Размер динамиков сателлитов: 2×1.5″ + 2х5 «
• Диапазон частот: 45–22000 Гц
• Соотношение сигнал/шум: 85 дБ
• Время работы от аккумулятора: 4 час
• Интерфейс: 3,5-мм мини-джек
• Интерфейс беспроводной связи: Bluetooth 5.0
• Зарядка от USB: есть
• Емкость аккумулятора: 4000 мА·ч
• Встроенный FM-приемник: есть
• Поддержка карт памяти Micro-SD: есть
• Поддержка USB-флеш-накопителя: есть
• Материал корпуса: пластик
Меры предосторожности: Использовать товар только по прямому назначению. В случае, если транспортировка товара осуществлялась при отрицательных температурах, перед началом эксплуатации нужно дать товару согреться в теплом помещении (+16-25 °С) в течение 3 часов.
Выключать устройство каждый раз, когда не планируется использовать его в течение длительного периода времени. Не подвергать изделие вибрациям и механическим нагрузкам, способным привести к механическим повреждениям товара.
В случае наличия механических повреждений никаких гарантий на товар не дается. Не разбирать. Данное изделие не содержит частей, подлежащих самостоятельному ремонту. Не предназначен для детей до 3-х лет. Может содержать мелкие детали. Не использовать при температурах ниже или выше рекомендуемых (см. инструкцию пользователя), при возникновении конденсируемой влажности, а также в агрессивной среде. Не использовать при видимых повреждениях изделия. Не пользоваться заведомо неисправным устройством. Устройство предназначено для работы в жилых, коммерческих и производственных зонах без воздействия вредных и опасных производственных факторов. Не использовать изделие в промышленных, медицинских или производственных целях. Специальные условия хранения, транспортировки и реализации не предусмотрены. Утилизация этого изделия по завершении его срока службы должна выполняться в соответствии с требованиями всех государственных нормативов и законов При приеме товара убедитесь в его целостности и отсутствии внутри свободно перемещающихся предметов.
Самое нужное о звуке
Звук очень важен в мультимедийных системах. А хороший звук сразу показывает уровень исполнения проекта. Что бы достигнуть профессионального результата и не делать ошибок необходимо знать хотя бы основы звукотехники.
Линейный звуковой сигнал
Немного неточное название. Всё-таки правильнее говорить линейный уровень аналогового сигнала. И это тоже не совсем точно. 😊😊 В общем — все понимают данный термин, потому так и оставим.
Линейный звуковой сигнал — это наиболее распространённый звуковой сигнал в мультимедийных системах. Передаётся простым проводом, легко коммутируется, легко проверяется. Из недостатков — возможны разные помехи.
По современному стандарту 0 dBu соответствует 775 мВ, что соответствует мощности 1 мВт на нагрузке 600 Ом.
Уровень линейного сигнала придумали измерять не абсолютной цифрой, а отношением (точнее логарифмом, но это точно запоминать не надо) текущего уровня к базовому. И назвали это децибелом (обозначается dBu, dBv и т.д. в зависимости от того, что меряют). Есть базовый нулевой децибел, откуда всё и скачет. Если значение со знаком минус, то звук тише, если с плюсом — то громче. Чаще всего для передачи звука между профессиональными устройствами применяют уровень +8 dBu. Но принимать эту цифру за аксиому не следует — слишком много нюансов при настройке звука.
Один канал звука передаётся по двум проводникам — сигнальному и земле. Такая передача звука называется небалансной. При коротких кабелях всё отлично, но если требуется передать звук на длинные дистанции (более 10 метров) или если имеются сильные электрические наводки, то звук получит множество помех и искажений.
Часто балансный сигнал называют симметричным, а небалансный — несимметричным.
Для уменьшения этого был разработан балансный сигнал, который передаётся по трём проводникам — двум сигнальным и земле. Чаще всего проводники имеют красный цвет — «горячий», и синий цвет — «холодный». В профессиональной технике горячий сигнал обозначают знаком «+», а холодный знаком «-». Принцип передачи сигнала, если это заинтересовало, лучше почитать отдельно.
Микрофонный звуковой сигнал
Строго говоря, микрофонный сигнал относится к линейному, но так как есть некоторые различия, да и в аппаратуре входы обычно подписываются как Mic и/или Line, то рассмотрим его отдельно.
Микрофонный уровень соответствует напряжению, генерируемому микрофоном при воздействии на него звуковых волн, обычно это лишь тысячные доли вольта. Это напряжение зависит от громкости звука и расстояния от источника звука. Микрофонный сигнал имеет самый слабый уровень и требует предварительного усилителя, чтобы довести его до линейного уровня.
При подключении микрофона к линейному входу звук практически отсутствует, поскольку выдаваемый микрофоном уровень сигнала слишком слабый. При подключении источника с линейным уровнем к микрофонному входу звук будет очень громким и искажённым, поскольку линейный сигнал значительно сильнее, чем можно подавать на микрофонный вход.
Вторым отличием микрофонного сигнала является наличие фантомного питания. Это не относится к звуковому сигналу, но требуется для работы конденсаторных микрофонов. Так как микрофоны можно подключать разных типов, то фантомное питание делается отключаемым. Чаще всего напряжение фантомного питания равно 48 Вольтам.
Сигнал для акустических систем
Звук обязательно надо услышать, иначе зачем он нужен. Слушают звук чаще всего через акустические системы (АС). И их надо подключить.
Различают активные и пассивные акустические системы. Активные имеют встроенный усилитель мощности и подключаются с использованием обычного линейного сигнала (чаще всего балансного). Пассивные акустические системы требуют особых интерфейсов для подключения к усилителю мощности.
Пассивные АС делятся на трансформаторные и низкоомные. Низкоомные — это привычные всем домашние колонки. Их комплексное сопротивление (более умное слово — импеданс) составляет всего 4, 6 или 8 Ом. Изредка бывают акустические системы с импедансом 2 или 16 Ом. Все эти сопротивления (от
2-х Ом и до 16 Ом) очень небольшие, практически для усилителя это короткое замыкание. А если ещё учесть, что данное сопротивление измеряется по переменному току частотой 1000 Герц, то по постоянному току это просто ничего. Отсюда легко догадаться, что в таких АС проходят очень большие токи, и требуется толстый кабель для передачи таких токов. При этом подключение нескольких АС к одному выходу усилителя требует хорошего знания законов электротехники и не всегда простая задача. Но качество звука при таком подключении самое лучшее, поэтому оно и используется там, где нужен хороший звук.
Для упрощения работы с многочисленными акустическими системами придумали ставить трансформаторы на выходе усилителя и на входе АС. Это сильно упрощает монтаж систем — ведь все колонки просто цепляются параллельно на выход усилителя. Сейчас активно используется 2 стандарта таких трансформаторных систем — на 70 и на 100 Вольт. В принципе они равнозначны, и применяются обычно те, которые есть на складе неликвидов у поставщика.
Как рассчитать сопротивление низкоомных колонок
Если к выходу низкоомного усилителя нужно подключить несколько акустических систем, то обязательно нужно подсчитать общее сопротивление полученной комбинации. Это можно сделать, зная сопротивления каждой из акустических систем и зная схему их соединения между собой.
Полученное суммарное сопротивление должно быть либо равным выходному сопротивлению усилителя мощности (написано в документации), либо большим. Если сопротивление меньше, чем выходное у усилителя, то усилитель будет работать с перегрузкой и если он не совсем плохой, то будет срабатывать защита от перегрузки, а если плохой, то успешно сгорит выходной каскад.
Если суммарное сопротивление больше, чем выходное усилителя, то ничего не сгорит, но усилитель будет работать с пониженным КПД и не сможет развивать ту мощность, на которую рассчитан.
Для наглядности расчёт сопротивления будет для наиболее частых вариантов. Для упрощения все колонки будут одного типа с сопротивлением 8 Ом.
Вариант 1. Параллельное соединение 2-х колонок
Подставляем значения R1 и R2 и получаем:
R = 1 / (1/8 + 1/8) = 4 Ома
Вариант 2. Параллельное соединение нескольких колонок
Считается аналогично предыдущему варианту.
Как видно, параллельное соединение акустических систем уменьшает общее сопротивление, поэтому относиться к нему нужно максимально внимательно, чтобы не сжечь усилитель.
Вариант 3. Последовательное соединение 2-х колонок
Тут все просто. Сопротивления суммируются.
Вариант 4. Последовательное соединение нескольких колонок
Последовательное соединение акустических систем увеличивает общее сопротивление, поэтому оно более безопасно. Ничего не сгорит, но звучать будет всё тише и тише.
Вариант 5. Параллельно-последовательное соединение
Таких комбинаций можно придумать бесконечно много, поэтому рассмотрим для примера одну наиболее вероятную.
Такую схему проще всего разбить на куски и считать отдельно.
Сначала колонки 1 и 2 объединим в одну с сопротивлением 16 Ом. Аналогично колонки 3 и 4 так же в одну с таким же сопротивлением. Далее две полученные колонки соединены параллельно, поэтому считаем по знакомой формуле:
R = 1 / (1/16 + 1/16) = 8 Ом
Как не сжечь колонки и усилитель?
И колонки, и усилитель стоят денег. Хочется, что бы они работали долго и умерли в один день не портились. Отсюда появилась необходимость в соблюдении простых правил при монтаже АС.
Для 100 или 70 вольтовых систем достаточно просуммировать мощности всех подключённых АС и сравнить сумму с выходной мощностью усилителя. Суммарная мощность колонок должна быть равна или меньше мощности усилителя.
Для низкоомной акустики все немного сложнее. Если на выходе усилителя только одна акустическая система — просто её мощность должна быть большей или равной мощности усилителя (при этом выходное сопротивление усилителя и входное сопротивление акустической системы должны совпадать). И мощность у АС надо смотреть не простую, а музыкальную. Только на такой мощности колонка может играть долгое время.
При подключении нескольких колонок к выходу усилителя нужно учитывать множество параметров как это было описано выше, и после расчёта общего сопротивления использовать те же правила, что и для одной колонки.
Для низкоомной акустики очень важно выбирать правильное сечение кабеля. При недостаточном сечении проводника и больших токах может оплавиться изоляция кабеля (особенно, если кабель некачественный). Дальше может произойти что угодно.
Подключать несколько низкоомных колонок на один выход усилителя можно только после выполнения всех коммутаций! Нельзя подключать частично соединённые колонки, неизвестно, какое у них сопротивление в этот момент.
Обработка звука
Звук в чистом виде в очень редких исключениях может быть сразу воспроизведён в помещении с нормальным результатом. Чаще всего без обработки слушать полученный звук не очень комфортно.
Для обработки звука придумали целую кучу устройств. Наиболее распространённые в мультимедийных системах — это цифровые звуковые процессоры. Инженеры напихали в них в виде программных модулей всевозможные блоки — фильтры, задержки, эквалайзеры и прочее. И очень удобно простыми движениями мышки создавать систему обработки и коммутации звука накидывая картинки на рабочий стол.
Иногда применяются и отдельные устройства обработки звука. К примеру подавители обратной связи в помещениях с микрофонами. Но это оправдано только тогда, когда отдельное устройство работает на порядок лучше универсального цифрового процессора.
Аналоговые звуковые интерфейсы
Тюльпаны
Цвета разъёмов: белый для монофонического сигнала или левого канала стерео, красный — для правого канала стерео.
Один из самых распространённый соединителей с кучей названий. Хотя официально он называется разъём RCA. Название произошло от имени компании Radio Corporation of America, предложившей этот тип разъёма в начале 1940-х годов.
Хоть разъём и считается бытовым, но в профессиональной технике применяется очень часто. К тому же этот разъём хорошо приспособлен для пайки, особенно когда необходимо изготовить нестандартные переходные кабели.
Большим недостатком таких соединителей является то, что при подключении сначала соединяется сигнал (центральный контакт), а лишь затем контакты корпуса. Это может вызвать повреждение приборов при плохом заземлении. Хотя имеются дорогие разъёмы с подпружиненными колечками, которые этого недостатка лишены.
Джеки и миниджеки
Правильное название семейства этих разъёмов — TS (Tip, Ring) или TRS (Tip, Ring, Sleeve), это зависит от того, разъём моно или стерео. Но все их называют Джеками, и они не обижаются. В последнее время для гарнитур часто применяется разъём с двумя колечками, и называются они — TRRS. Попробуй угадать, как будет называться разъём с тремя колечками! 😊
Сам разъём очень старый, использовался ещё в XIX веке в телефонных станциях с симпатичными барышнями.
Существуют три стандартных диаметра разъёма:
Разъёмы XLR
Ещё его называют Кэнон. Наверное, потому, что его изобрёл Джеймс Кэнон, основатель компании Cannon Electric в Лос-Анджелесе. Вообще то разъём создавался для самолётов Боинг, но прижился и на земле в профессиональных звуковых системах.
У разъёмов XLR есть очень простое правило для определения направления передачи звука. Звук всегда идёт туда, куда направлены штырьки у папы.
Эти разъёмы могут иметь три, четыре и более контактов. Трёх контактные разъёмы XLR имеют наибольшую распространённость в звуковом оборудовании. Они применяются для балансной передачи аналоговых сигналов микрофонного или линейного уровня, цифровых сигналов, а также синхросигналов.
С этими разъёмами для передачи звука обычно используют так называемые микрофонные кабели. Они имеют 2 медные жилы, обычно красную, то есть «горячую», и синюю, то есть «холодную». Медная оплётка закрывает обе жилы и по ней соединяется земля. Чем гуще оплётка — тем качественнее кабель. Очень хороший признак.
Разъёмы Феникс
Очень распространённый разъём в профессиональной технике. Используется не только для звука, но и для подключения многих других сигналов. Очень удобен тем, что не требует пайки. Название разъёма произошло от названия фирмы-разработчика PHOENIX CONTACT GmbH & Co. KG из Германии.
Разъём стал очень популярным в профессиональной технике из-за высокой плотности соединений. На небольшом участке корпуса устройства можно разместить множество входов и выходов звука, что недостижимо при использовании других разъёмов.
Разъёмы имеют самые различные размеры и количества контактов, так что надо внимательно следить за этим и не стараться силой засунуть очень похожий разъём в неподходящее гнездо.
Совет от Петра Петровича
При заделке тонких звуковых проводов в клемму феникса лучше зачищенный участок провода (3-5 мм) отогнуть на изоляцию и зажимать уже вместе с изоляцией. Так получается гораздо крепче.
Разъёмы speakON
При подключении низкоомных акустических систем к выходу усилителя мощности возникает проблема передачи очень больших токов (десятки ампер). Разные производители выходят из этого по-разному — от простых винтовых зажимов до «бананов». Но наиболее удобным является разъём speakON разработанный компанией Neutrik AG из Лихтенштейна.
У данного разъёма есть очень похожий вариант powerCON для подключения электропитания. Эти разъёмы несовместимы.
Разъёмы рассчитаны на большие значения токов (30А или 40А) в каждом канале, в них предусмотрена защита от прикосновения к контактам, а также от случайного размыкания. Имеются варианты с количеством контактов от двух до восьми, что покрывает разные варианты подключения АС.
Акустический кабель для подключения низкоомных акустических систем отличается повышенной площадью проводников, позволяющей проводить большие токи. Конструкция кабеля может быть самой различной — встречаются даже коаксиальные исполнения (хотя смысла в этом на таких низких частотах просто нет). Жилы всегда маркируются либо цветом, либо особыми отметками, так как акустические системы обязательно нужно подключать синфазно, то есть одинаково.
В разъёме speakON для подключения простых колонок используются контакты «1+» и «1-». Для более сложных подключений (например, режима биамп) лучше смотреть документацию и не путать.
Цифровые звуковые интерфейсы
Toslink
Toslink (сокращённо от Toshiba Link) первоначально был разработан корпорацией Toshiba для передачи звука формата ИКМ между фирменными CD-плеерами и AV-ресиверами, но вскоре был адаптирован для большинства CD-плееров независимо от производителя.
Передача сигнала производится по оптическому волокну (часто пластиковому) и распространено в основном в бытовой технике.
S/PDIF и AES/EBU
Расшифровывается как Sony/Philips Digital Interface Format. Отсюда легко догадаться, кто разработал этот формат. 😊
Профессиональный вариант S/PDIF называется интерфейсом AES/EBU (Audio Engineering Society/European Broadcast Union, или Общество аудиоинженеров/Европейский радиовещательный союз — организации, стандартизировавшие этот интерфейс).
Спецификации S/PDIF и AES/EBU допускают несколько типов кабеля и разъёмов. Оптический кабель совпадает с кабелем и разъёмами Toslink. В последнее время часто встречается оптический разъём mini-Toslink, который внешне очень похож на mini-Jack (3,5 мм).
Иногда встречаются готовые кабели с разъёмами RCA оранжевого цвета. Это коаксиальные кабели для передачи цифрового звука. Гнезда для них на аппаратуре так же имеют оранжевый цвет.
Экзотика
Здесь надо упомянуть специфические цифровые интерфейсы, которые делают некоторые фирмы для себя. Чаще всего они используют в качестве кабелей для передачи сигналов обычную витую пару, но это не локальная сеть и ошибаться с подключением нельзя.
Как пример можно привести фирму BSS с её протоколом BLU Link или конгресс-системы BOSCH с передачей звука по специальному кабелю DCN.
Передача звука по IP
В последнее время все чаще используется цифровая передача звука по стандартным локальным вычислительным сетям с использованием протокола IP. Такую передачу разрабатывали многие компании, но так получилось, что в настоящее время лидирующим решением стал протокол Dante от австралийской компании из Сиднея Audinate Pty. Ltd.
Протокол был разработан в 2006 году, но самое главное — кроме протокола компания разработала все необходимые микросхемы и до сих пор выпускает их самостоятельно и никому не даёт лицензии на их выпуск. С одной стороны, плохо быть жадными, но с другой — все отлично работает!
Если кратко — то можно передавать до 1024 каналов звука по одному сетевому кабелю! Конечно, ограничений хватает, но учитывать эти ограничения должен инженер проектировщик системы.
Выглядит настройка Dante примерно так, как на рисунке. Поэтому, если видишь такую картинку на экране ноутбука инженера — то легко поймёшь, что он делает.
Коммутация производится простым проставлением зелёных галочек на пересечениях входов и выходов — что может быть проще?
Кроме протокола Dante были и другие протоколы для передачи звука по локальной сети. Многие компании пытались по-разному решить проблемы непрерывной потоковой передачи данных.
Здесь приведён неполный перечень этих протоколов просто для понимания того, о чём говорят инженеры, когда произносят непонятные слова.
CobraNet — старый протокол, одна из первых реализаций передачи звука по сети.
AES67 — новый протокол, который призван объединить ряд предыдущих.
AVB (Audio Video Bridging) — открытая технология, которая позволяет передавать не только звук, но и видео. Но этот протокол требует использования только совместимых коммутаторов локальной сети.
SMPTE 2022 — один из открытых протоколов для систем вещания.
Распайка звуковых кабелей
Большинство звуковых кабелей при инсталляциях используются готовыми. Но всего предусмотреть трудно, да часто и лень предусматривать. Обычно на объекты приходит просто катушка микрофонного кабеля и горсть разъёмов, и часто даже не тех, которые нужны.
Тут рассмотрим наиболее часто встречающиеся варианты соединения аналогового звукового сигнала и то, как их правильно спаивать (в смысле соединять).
XLR — XLR
У разъёмов XLR принято на первой ножке паять землю, на второй — «горячий» сигнал, на третьей — «холодный».
Если кабель с двух сторон имеет разъёмы XLR, то соединение очень простое — первая ножка с первой, вторая со второй, третья с третьей. Ну и хорошо бы провода по цветам не перепутать.
Когда разъёмы обозначают по-английски, то «папа» пишется как male, а «мама» как female. Не перепутай!
Кабели с разъёмами XLR могут быть только «папа» — «мама», никак по-другому. Ну и зная правило направления звука в кабелях с разъёмами XLR легко вычислить, что выход у микрофонов всегда может быть только «папа».
Феникс — Феникс
Соединение очень простое, соответствующие контакты соединяются друг с другом. В отличие от кабеля с разъёмами XLR этот кабель может работать в обе стороны.
На контакт «+» подключается «горячий» провод, чаще всего красного цвета, а на контакт «-» подключается «холодный» провод, то есть чаще всего синего цвета.
Тут показано примерное расположение сигналов «+», «-» и земли в разъёме Феникс. Каждый производитель делает это расположение по-своему. Перед изготовлением кабеля внимательно посмотри документацию или маркировку разъёма на приборе!
XLR — Тюльпан
Такой кабель имеет на одной стороне балансный сигнал, а на другой небалансный. Вообще то просто так переходить с балансного на небалансный сигнал и обратно не очень правильно, нужен хотя бы балун (сам найди кто это!). Но обычно в инсталляциях всё упрощают и вроде никто не жалуется. Правильно спаять такой кабель, где на одной стороне XLR, а на другой RCA, можно только зная направление звука.
При переходах с балансного сигнала на небалансный и наоборот очень важно помнить, когда ставится перемычка между неиспользуемым «холодным» (минусовым) сигналом и землёй.
Если балансный сигнал выходной, то перемычку ставить нельзя, иначе получается, что выход усилителя просто закорачивается и он может сгореть.
Если балансный сигнал входной, то перемычка нужна обязательно, иначе мостовая входная схема не сможет правильно принять сигнал.
Кстати, если звук идёт из балансного выхода XLR на небалансный RCA, то он получается в 2 раза тише. Попробуй самостоятельно понять, почему это происходит.
Феникс — Тюльпан
Разделка идёт по тем же правилам, что и у кабеля с разъёмом XLR. Единственно, так как сам феникс одинаков и на входе, и на выходе сигнала, надо внимательно следить за установкой перемычки.
XLR — Jack 6 mm
Данный кабель может иметь вариант как с балансным сигналом, так и с небалансным. Тут надо смотреть на разъем Jack — он моно или стерео.
При балансном сигнале используется разъём TRS и минусовой сигнал распаивается на колечко возле торцевого контакта.
При распайке небалансного варианта используется разъём типа TS и не забудь сделать перемычку у разъёма XLR «папа».
Феникс — Jack 6 mm
Разделка при балансном сигнале аналогична разделке кабеля с разъёмом XLR. Но подключать готовый кабель можно будет в любом направлении.
При изготовлении небалансного кабеля необходимо внимательно следить за наличием перемычки.
Как всегда, перемычка должна монтироваться если разъём Феникс втыкается в балансный вход звука на устройстве, и её не должно быть если Феникс стоит на выходе звука.
Mini-Jack 3.5 mm — Феникс (стерео)
Часто используемый вариант кабеля для подключения выхода аналогового звука из ноутбука или компьютера. У этих устройств звуковой выход имеет вид мини-Джека 3,5 мм. В разъёме присутствует небалансный стереосигнал — левый и правый каналы.
Ни в коем случае нельзя распаивать этот кабель по-другому, например, как балансный. Нормального звука точно не будет.
Конгресс-системы
Представь, что за столом сидит 20 человек, и каждому нужен свой микрофон. И со стола нужно протянуть 20 микрофонных кабелей. А если ещё у каждого должна иметься кнопка для включения микрофона, то нужно ещё 20 кабелей управления. А теперь забудь этот кошмар. Ведь для того, чтобы не было таких вещей и придумали конгресс-системы.
Между пультами (это и есть микрофоны с дополнительными функциями) прокладывается всего один кабель по цепочке. Но чаще всего кабель специфический, и, если готового кабеля с разъёмами нет, придётся паять.
Распайка кабелей цифровых конгресс-систем BOSCH
Для изготовления кабелей для цифровых конгресс-систем Bosch DCN, Bosch DCN NG и BOSCH CCS 1000D используется только оригинальный кабель Bosch LBB4116/00 длиной 100 метров и специальные разъёмы Bosch LBB4119/00 с 6 контактами. Разъёмы поставляются парами — «папа» плюс «мама». На кабеле обязательно должны быть разные разъёмы.
Внимательно следи за номерами контактов, они зеркальны у «папы» и «мамы».
Видно, что соединяются одинаковые контакты у обоих разъёмов. При этом оплётка зелёного провода (контакты 2) припаивается к контактам 1, а оплётка белого провода (контакты 4) к контактам 5. Есть ещё общий экран, и он с обеих сторон припаивается к корпусам разъёмов.
За все годы ни разу не попались эти разъёмы из хорошей пластмассы. Поэтому при пайке их можно легко испортить. Что бы как-то уменьшить эту проблему лучше всего паять данный разъём воткнутым в ответную часть.
Распайка кабелей аналоговых конгресс-систем BOSCH
Системы встречаются редко, так как они устарели, но помнить их надо. Для изготовления кабелей конгресс-систем Bosch CCS 900 и Bosch CCS 900 Ultro используется только оригинальный комплект Bosch LBB3316/00, включающий в себя кабель и разъёмы к нему. Разъёмы имеют 7 контактов.
Внимательно следи за номерами контактов, они зеркальны у «папы» и «мамы».
Видно, что соединяются одинаковые контакты у обоих разъёмов. При этом экран припаивается к контактам 2.