Hur DSP kan ta ljud till nya höjder 2016

När jag läste Michel Houellebecqs senaste roman Submission, slogs jag av ett av påståendena han gjorde och hur det hänför sig till framtiden för ljud. Bokens fiktiva huvudperson, som talar om en författare han har studerat, säger: "Hans mästerverk var en återvändsgränd – men är det inte sant för något mästerverk?"

High-end ljud är ett mästerverk. Traditionell ljudteknik har fulländats, åtminstone i den meningen att den har drivits så långt det kan gå. Visst, nya förstärkare och DAC:er kanske låter något bättre än de vi har nu. Upplösningen på digitala filer kan höjas till ännu högre nivåer. Förbättringar i massproduktion kommer att höja högtalarkvaliteten något. Ändå är traditionell analog och grundläggande digital ljudteknik ganska mycket i en återvändsgränd. Ingen förbättring av designen för förstärkare, DAC eller passiva högtalare kommer sannolikt att resultera i en betydande förbättring av ljudkvaliteten.

Den goda nyheten är att vi KOMMER att se betydande förbättringar av ljudåtergivningen under 2016 och under de närmaste åren. När jag gick runt på utställningsgolvet och gick på presentationer på Audio Engineering Show i New York City i oktober, var det uppenbart för mig att digital signalbehandling, eller DSP, erbjuder många möjligheter för bättre ljud i alla system…och för bättre ljud från mindre och billigare produkter också.

DSP är inbyggt i många klass D-förstärkarkretsar nu, och det finns även i moduler som är lätta att programmera, som de från Danville Signal Processing. När avancerade ljudföretag som Bowers & Wilkins, Dynaudio, MartinLogan och andra har börjat bygga aktiva produkter – dvs trådlösa högtalare, soundbars och subwoofers – har de använt DSP mer och mer. Många audiofiler, kanske ärrade av minnen av fruktansvärt klingande DSP-lägen i billiga AV-receiver, reagerar negativt på varje omnämnande av DSP. Min misstanke är dock att DSP kommer att hitta sin väg från dessa billigare produkter till mer elitära, avancerade produkter eftersom fördelarna med DSP är för kraftfulla för att ignorera.

Vi tänker ofta på att avancerade tillverkare spenderar hur lång tid det än tar att finjustera sina produkter, men verkligheten är att utvecklingstid alltid är en begränsad resurs för alla företag, och ingen produkt är någonsin perfekt. Det finns alltid en tid när ingenjörerna måste säga, "det är bra nog." DSP låter ingenjörer, inom den utvecklingstid de har, experimentera med många fler möjligheter inom produktjustering.

I traditionell analog ljuddesign finjusterar en ingenjör en produkt genom att fysiskt ändra en eller flera delar, till exempel ett motstånd eller en kondensator. Med DSP finjusterar ingenjören prestandan med hjälp av ett kontrollgränssnitt som körs på en dator. Jag har inkluderat en skärmdump (nedan) av det parametriska EQ-gränssnittet från en Quickfilter Technologies QF3DFX DSP för att ge dig en idé. För alla filter anger ingenjören mittfrekvensen, Q (bandbredd), mängden förstärkning eller skärning och typen av filter (högpass, bandpass, lågpass, etc.). Varje förändring tar bara några sekunder. Ingenjören har tid att experimentera mer och att justera en produkt till en högre prestandanivå än vad som kan uppnås i den analoga domänen.

DSP tillåter också en precisionsnivå som analoga kretsar inte kan uppnå överkomligt och praktiskt. Med hjälp av DSP kan en tekniker ställa in högtalarfilter till bråkdelar av en decibel; med analoga kretsar är delningsfilter vanligtvis utformade i steg om 6 dB, så ingenjören är begränsad till, säg, en -12dB högfrekvent roll-off på en woofer där en -14,5 dB roll-off är vad som faktiskt är bäst.

Filterfrekvenser kan specificeras ner till bråkdelar av en hertz med DSP. Med analog är sådan precision praktiskt taget omöjlig eftersom kondensatorerna och induktorerna som används i analoga kretsar vanligtvis tillverkas med toleranser på 5 eller 10 procent. På till exempel ett högpassfilter för en mellanregisterdrivare i en högtalare, skulle även en femprocentig tolerans i en kondensator resultera i ett felområde på ungefär -25 till +30 Hz.

Observera att QF3DFX-gränssnittet erbjuder 10 filterband per kanal. Detta låter ingenjören ställa in mindre högtalardrivrutiner och resonanser och svarsbrister utan att öka kostnaden för delar eller kretskomplexiteten. Att göra detta med analoga filter skulle ta längre tid, öka kostnaden för delar avsevärt och eventuellt påverka ljudkvaliteten.

Det här skrapar bara på ytan av DSP:s potential eftersom jag inte ens kommer in på QF3DFX:s andra funktioner. Och stora DSP-chips från företag som Analog Devices och Texas Instruments kan göra mycket mer än den relativt billiga QF3DFX kan.

Naturligtvis kan audiofiler vara oroliga för att DSP kräver att analoga signaler konverteras till digitala, men de extremt subtila effekterna av att konvertera en analog signal till digital och tillbaka igen är flera storleksordningar mindre betydande än de förbättringar i prestanda som DSP erbjuder.

Sammanfattning: Högtalare fungerar bättre med DSP.

En antydan om vad DSP kan göra var synlig på AES-mässan, där Barefoot Audio-båset lockade några av de största publiken. Företaget använder inte bara DSP för att ställa in sina inspelningsmonitorer (visas ovan) till nästan perfektion – och för att få mycket mer basutmatning än deras små skåp skulle föreslå – utan det använder också DSP för att skapa sin MEME (Multi-Emphasis Monitor Emulation) teknologi. Med en vridning av en switch låter MEME Barefoot-monitorer efterlikna ljudet från Yamahas legendariska (och inte längre tillverkade) NS-10M-monitor, de klassiska Auratone-kubformade inspelningsmonitorerna och ett typiskt hifi-system för konsumenter.

Audiofiler kanske inte vill ha en strömbrytare på sina högtalare för att emulera olika ljud, men de kanske vill ha en som finjusterar högtalaren till olika akustiska miljöer … eller ger en mild, icke-invasiv tonal balanskontroll. AES-showen visade att DSP blir kraftfullare men ändå lättare att använda. Det ska bli spännande att höra vad ljudproduktdesigners åstadkommer med den under 2016.