Présentation du DSPiy

Discutions générales sur le DSPiy et tout ce qui s'y rattache
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Présentation du DSPiy

Messagepar alka » ven. 26 juil. 2019 17:34

PRESENTATION DU DSPiy

Le DSPiy est un projet DIY collaboratif. Il est fait par des gentils contributeurs sur leur temps libre. Le DSPiy est devenu au fil du temps plutôt versatile, permet beaucoup de configurations différentes. Il sert aussi à l'apprentissage et à des expérimentations. Toute l'information est disponible, parfois en désordre, comme sur un forum où les discussions se mêlent et s'entrecroisent !

Ceci peut paraitre confus au premier abord, d'où cette présentation complétée d'un guide de lecture pour le nouvel arrivant.

Et aussi, il y a le bar du forum où toutes les questions sont bienvenues.

Présentation du DSPiy
1. Introduction
2. Spécifications
3. A quoi ça sert et comment on s'en sert ?
4. Autour des APPLIs
5. Posts utiles sur le forum (a lire au démarrage ou si on a oublié...)
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Re: pres 2

Messagepar alka » ven. 26 juil. 2019 17:35

1.INTRODUCTION

A propos du DSPiy

Le DSPiy est un système de traitement audio numérique à base de DSP. Il a pour vocation première le filtrage et la correction acoustique d'enceintes audio.

Le DSPiy est un projet collaboratif DIY (Do It Yourself) né sur le forum hcfr avant de migrer ici, sur son propre forum dspiy.be. Conçu et réalisé par Thierryvalk, le projet a bénéficié de la communauté active de diyers audio.

Avec 2 canaux en entrée, 6 sorties, paramétrable et avec une puissance de traitement significative, il convient à de nombreuses configurations que ce soit pour filtrage IIR ou FIR. Simple à utiliser et à paramétrer, le DSPiy permet aux passionnés non spécialistes des DSP d'accéder au filtrage et à la correction audio numérique.

Le DSPiy permet aussi le contrôle du volume, sélection de source, affichage OLED, boutons poussoir, leds, trigger, etc. On peut en faire un préamplificateur complet avec DSP.

Le DSPiy a été conçu comme un ensemble cohérent pour usage en milieu domestique avec une qualité hifi, paramétrable, complet, fiable et facile à utiliser le tout à un prix contenu. Il n'a pas été conçu comme un démonstrateur avec les meilleurs composants du moment ni comme un DSP audio généraliste.

Le projet DSPiy se concrétise par trois choses:

- des cartes électroniques. Principalement deux cartes : la carte DSPiy en version 2 et une carte fille optionnelle portant un DSP ADAU1452 qui rend possible les traitements audio FIR. Bien que mené en diy, la conception et fabrication des cartes est faite dans les règles de l'art sur du matériel professionnel.

- des logiciels. Il y a un firmware sur la carte DSPiy et un logiciel windows DSPiyStudio (DStudio en raccourci). DStudio permet depuis le pc de paramétrer le DSPiy connecté en USB... et bien plus encore!

-un forum dspiy.be. Forum d'entraide entre utilisateurs, on y trouve aussi les éléments a télécharger comme les mises a jour des logiciels et les applications de référence (on y reviendra). Le forum recèle une foule d'informations comme des tutos, des exemples de réalisations des forumeurs, etc.

Deux exemples de DSPiy terminés
Image Image


Comment se procurer le DSPiy ?

Réservé à un usage diy, le DSPiy n'est disponible que via le forum dédié qui le propose sans but lucratif, entre particuliers.
Les cartes électroniques sont fournies pré-montées et testées. Restent à souder quelques composants traversants, borniers, embases, connecteurs,.. Les éléments nécessaires, y compris câbles pré-montés, visserie et entretoises sont proposés dans des kits. Chaque utilisateur met sa créativité à l’œuvre pour mettre le DSPiy en coffret.

Que faut il de plus pour se lancer ? une fois le DSPiy monté et logiciel installé en suivant le guide, il faut une alimentation 5V, un ampli multicanal, des enceintes, un micro pour mesurer, du temps pour s'amuser et c'est parti :)
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Re: pres 2

Messagepar alka » ven. 26 juil. 2019 17:37

2. SPECIFICATIONS

Spécifications générales du DSPiy v2
- Le DSP du DSPiy est un ADAU1701 de ADI. Il travaille en interne sur 28bits, calculs en double précision (56bits). Le DSP traite l'audio à 96kHz.
- Une carte optionnelle portant un DSP ADAU1452 est disponible. Ce DSP est utilisé pour les traitements FIR gourmands en ressources. Il permet 10 000 Taps sur deux canaux en 48kHz. Cette cartelette, enfichable sur le DSPiy, offre aussi une sortie SPDif coaxiale sur picots.
- Les dacs sont des ESS Sabre ES9023.
- Le DSPiy contient un microprocesseur NXP LCP114. Le firmware qui y est installé gère la carte et les échanges avec DStudio.
- Le receveur USB (pour datas et l'audio USB) est un CP2114.
- Le receveur pour les entrées audio numériques est un CS8422. Ce dernier gère aussi l'ASRC pour adapter le sampling-rate du signal entrant à la fréquence de traitement du DSP.
- Les entrées analogiques sont gérées par l'ADC du DSP.
- Pour la régulation de l'alimentation, deux TPS7A4700 à très faible bruit sont utilisés, dont un dédié à l'alimentation analogique des DACs.


Dimensions DSPiy :
PCB 100x80mm. La hauteur (avec les connecteurs combo SPDif, hors entretoises) est de 32mm.

Entrées audio :
- 2 entrées SPDif Coaxiale (sans transformateur d'isolation)
- 2 entrées SPDif Toslink
- 2 entrées analogiques
Les entrées numériques sont sur des connecteurs combo (Coaxial + Toslink). Entrée en 16 ou 24bits de 44.1kHz à 192kHz
Les entrées analogiques sont des connecteurs RCA. Sensibilité d'entrée 1V ou 2V sélectionnable par jumper.
Tous ces connecteurs peuvent être remplacés par des connecteurs au pas de 2.54mm (pour être déportés par exemple).

- entrée USB Audio (par le même mini-USB qui sert aussi a connecter le DSPiy au PC lors de la configuration). Le receveur USB CP2114 est reconnu directement par Windows comme périphérique audio HID sans nécessiter de driver spécifique. Entrée 16bits 48kHz.

- entrée I2S asynchrone en lieu et place de l'entrée USB Audio (sélectionnée par jumpers). Permet de connecter une carte externe qui sort en I2S Slave de 44.1kHz à 192kHz (par exemple carte Combo383 Amanero). Attention que la fréquence du bus I2S augmente avec le samplingrate et donc le câblage de cette carte externe est de plus en plus critique avec la fréquence.

Sorties audio :
- 6 voies analogiques de sortie niveau ligne (1.9Vrms).
Les DACS sont des Sabre ES9023. Pas de condensateur de liaison sur le DSPiy (recommandé en entrée d'ampli, comme sur tous les bons amplis !). Permet de sortir 6 voies en asymétriques ou 3 voies symétriques selon l'APPLI utilisée.

Triggers :
- 1 Input isolé par opto-coupleur
- 1 Output isolé par opto-coupleur

Interfaces :
- Connecteur mini-USB (connexion PC pour paramétrage avec DStudio et pour USB Audio)
- Affichage OLED 128x32 points. Connecteur écran SPI, permet au choix d’utiliser un écran OLED sur PCB Newhaven NHD-2.23-12832UCB3-ND ou un écran avec PCB souple, plus compact mais nécessite d’avoir l’écran proche et parfaitement aligné avec le PCB du DSPiy.
L’orientation de l’écran est paramétrable pour éviter le risque d’erreur lors de la réalisation de la face avant.
- capteur IR pour la télécommande. Protocole et commandes au choix de l'utilisateur.
- 3 sorties Led (seulement 2 Leds si la carte ADAU1452 est présente. 5 Leds si pas d'écran)
- jusqu'à 8 Boutons poussoirs, dont 3 réservés si utilisation molette de contrôle du volume. Leur fonction dépend du paramétrage.
- Connecteur I2S IO. Pour faire du multi-DSPiy ou rajout de la carte ADAU1452.

Alimentation :
- connecteur femelle Jack (connecteur cylindrique pin centre positif 2.5mm x 5.5mm) et bornier à vis.
Le DSPiy nécessite une alimentation 5V 1A.
Un bloc d'alimentation secteur type chargeur de téléphone convient. Sinon, Thierry a réalisé une alimentation plus performante : alimentation 5V pour DSPiy.

Image commentée du PCB
Image

Vue arrière
Image


Performances DSPiy v2 :

- SNR : mesuré > 105dB sur entrée digitale et > 100dB sur entrée analogique

- THD : à 1kHz, mesurée < 0,003% sur entrée digitale et < 0,004% sur entrée analogique.

- CC en sortie de DAC : mesuré < 4mV (de 0,2 à 3,9mV)

- impédance entrée analogique : c'est l'impédance d'entrée des ADC du DSP. Autour de 10Kohm

- impédance de charge minimale (cad impédance d'entrée mini de l'ampli utilisé) : La charge minimale recommandée par Sabre pour l'ES9023 est de 5Kohm.

- consommation : de 350mA à 600mA selon présence carte ADAU1452 et selon APPLI.
En standby, la consommation est <200mA (cad <1W). La mise en standby se fait par « hibernation » du DSP, du CS8422 et des DACs.



Différences essentielles du DSPiy v2 avec DSPiy v1
- les entrées numériques préalablement sur une carte séparée (carte DIN) sont maintenant nativement sur le DSPiy v2. Il y à aussi davantage d'entrées avec v2.
- le contrôleur USB a été changé pour un Silabs CP2114 qui ne nécessite plus de driver spécifique pour Windows et a l'avantage d'offrir une entrée USB Audio native au DSPiy v2.
- le PCB est passé en 4 couches avec davantage d'intégration pour garder les mêmes dimensions.

Le firmware est compatible avec les deux versions DSPiy v1 et v2. De même pour DStudio.
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Re: pres 2

Messagepar alka » ven. 26 juil. 2019 17:37

3. A QUOI CA SERT UN DSPiy et COMMENT ON S'EN SERT ?

Bon, d'accord c'est un projet DIY et les specs sont sympas. Mais a quoi ça sert ?

On aurait pu commencer par là, mais en même temps si vous n'avez pas idée de ce qu'est le filtrage actif et la correction acoustique, ca va être difficile :mrgreen: Ici on s'occupe de ce que le DSPiy apporte à l'affaire.

Une fois paramétré, le DSPiy s'utilise comme un système autonome piloté par des boutons et une télécommande.
Il assurera le rôle traditionnel d'un préampli (sélection de sources, volume, etc.) et fera surtout le filtrage actif des enceintes et permettra la correction acoustique de l'enceinte et/ou de la pièce.


Le DSPiy dispose de toute une palette de filtres séparateurs IIR usuels Low Pass et High Pass (Butterworth, Bessel, Linkwitz-Riley,) en 12,24,36,48 dB/o et quelques autres moins classiques ainsi que délai et inversion de phase. Il permet aussi le moins habituel filtrage soustractif et du FIR (avec la carte additionnelle ADAU1452).
Coté corrections on trouvera des EQ, Low et High shelve, Band Pass, Band Stop, All Pass et aussi Linkwitz-Transform et même un correcteur RIAA.

Le DSPiy peut être utilisé par exemple pour :
- Correction active stéréo: filtrage actif d'enceintes 1, 2 ou 3 voies, avec corrections acoustique de la pièce d'écoute.
- Correction active enceintes 2 voies plus un caisson de basses: filtrage des enceintes et des fréquences basses renvoyées vers un caisson, avec un éventuel délai et des corrections.
- Correction active d'un caisson de basse
- etc.

Exemples en images :
ImageImage

Comment ça marche ?

L'ensemble des paramètres dont a besoin le DSPiy pour fonctionner se trouvent dans un ficher nommé une APPLI.
L'APPLI contient tous les paramétrages du comportement matériel du DSPiy (quel bouton fait quoi, etc.) ainsi que pour le traitement audio par le DSP (quels filtres a quelle fréquence, etc).
L'APPLI est paramétrée dans DStudio par l'utilisateur avant d'être transférée au DSPiy.

Le DSPiy dispose de 9 presets. Ce sont des mémoires pour stocker jusqu'à 9 paramétrages différents. C'est particulièrement pratique dans la phase de mise au point pour tester à l'écoute différents filtrages par exemple.

Pour chaque architecture supportée, il existe une APPLI de référence téléchargeable depuis le forum. Par exemple "Appli 2x3 IIR" correspond à "filtrer en IIR deux enceintes 3 voies" (ou deux enceintes 2 voies, car qui peut le plus, peut le moins).

Le principe général consiste à télécharger l'APPLI de référence qui convient à son projet depuis le forum et l'ouvrir dans DStudio. Elle arrive avec des paramètre par défaut qu'on modifie selon sa situation. Quand c'est prêt, on la transfère dans le DSPiy.
Puis on écoute et on mesure. Tant qu'on n'est pas satisfait du résultat, on continue à modifier. On met dans un des 9 presets les paramétrages qu'on souhaite mémoriser dans le DSPiy.

Chaque APPLI a une ossature adaptée à l'architecture du projet. Les ressources de calcul (biquads en IIR et Taps en FIR) sont réparties au mieux dans cette ossature pour exploiter les ressource disponibles du (des) DSP.
Plus de détails à ce sujet dans le chapitre suivant dédié aux APPLIs.



Depuis la version 5, DStudio permet aussi de mesurer directement ses enceintes avec un micro branché sur le pc. Cela permet un processus de mise au point interactif.

DStudio v5 permet aussi de simuler graphiquement le comportement des filtres et des corrections directement sur une mesure de l'enceinte, ce qui permet de réfléchir à la mise au point sans ampli ou enceintes connectées.
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Re: pres 2

Messagepar alka » ven. 26 juil. 2019 17:38

4. AUTOUR DES APPLIS

Approfondissons autour de la structure des APPLIs. Cela permet de mieux comprendre le fonctionnement du système et aussi l'interface dans DStudio qui est directement liée à l'APPLI ouverte.

Biquads ?
Bien qu'étant un DSP dédié à l'audio, l'ADAU1701 peut faire tellement de choses que le fabricant fournit un logiciel de programmation visuel SigmaStudio destiné aux professionnels.

Pour le DSPiy, on se focalise sur le filtrage d'enceintes et la correction acoustique. On n'a besoin que d'une partie des traitements et on peut simplifier la programmation.

En IIR on a besoin de filtres séparateurs usuels (Butterworth, Bessel, Linkiwtz-Riley, etc.) et de corrections (EQ etc.). La bonne nouvelle est que les théoriciens ont bien travaillé et que tous ces traitements sont exécutables en utilisant une ou plusieurs cellules de base nommée biquad. Le biquad est un traitement commun, implémenté dans tous les DSPs et il bien optimisé.

Pour le DSPiy, le choix a été fait d'utiliser une chaine de traitement n'utilisant que des biquads pour filtrage et corrections IIR.
Il y a quelques exceptions dans la chaine qui ne sont pas des biquads comme le volume par exemple ou le délai. Ce dernier est consommateur surtout de mémoire et il y aura, là aussi, une limite.

Le DSP traite chaque échantillon qui lui arrive en flux continu, cad qu'il exécute l'intégralité de son programme sur chaque échantillon. Le DSP est limité en ressources: le nombre d'instructions maximum par cycle est déterminé de même que la mémoire disponible.
Une évidence a rappeler est que le temps entre deux échantillons à 96kHz est moitié de celui à 48kHz. A 96kHz, le DSP aura le temps d'effectuer deux fois moins d'instructions qu'à 48k.

APPLIs ?
Le DSPiy se focalisant sur le filtrage d'enceintes pour des configurations domestiques classiques (enceintes deux ou trois voies, deux enceintes + Sub, etc.), le choix a été fait de préparer des architectures de traitement dédiées à chacune de ces configurations. Cela facilitera grandement le travail de programmation à l'utilisateur qui est remplacé par un simple paramétrage.
Cela se traduit par les APPLIs de référence. Il en existe une douzaine téléchargeables.

Une APPLI a une architecture (une ossature) préparée spécifiquement pour une configuration d'enceintes. Dans DStudio, on paramètre l'APPLI avec une présentation et un vocabulaire correspondant à l'objectif visé.
Il y a eu un gros travail de conception de DStudio pour que ce soit simple pour l'utilisateur.

Pour chaque architecture, le nombre de biquads disponible a été réparti au mieux pour le but visé.
Dans le cas d'un filtrage FIR, le nombre de taps disponible avec l'ADAU1452 est de 10 000 par canal en 48kHz. Ces taps sont utilisables en filtrage global FIR sur les 2 canaux en 48KHz ou en séparateur pour enceintes 2 voies avec 7000 taps pour la voie basse et 3000 taps pour la voie haute (d’autres répartitions sont disponibles, voir page des téléchargements d'APPLIs).
Pour du filtrage FIR, le logiciel Rephase est nécessaire pour générer les fichiers.


Exemples
Prenons le cas de l'APPLI 2x3 IIR pour 2 enceintes trois voies.
Image
Sur chaque canal (L et R)
- S : sélecteur d’entrée analogique ou digitale
- V : contrôle de volume, commun aux deux canaux
- Φ : inversion de phase globale
- 8 biquads pour corrections globales du canal
- Séparation en trois voies
Sur chaque voie (Low, Mid, High)
- 4 ou 6 biquads pour filtrage de séparation et/ou corrections.
- G : gain relatif de la voie
- Φ : inversion de phase de la voie
- Δ : délai (250 samples max)


Cette organisation traduit le besoin pour du filtrage/correction d'enceintes 3 voies: pour chaque canal on voit les cellules pour un traitement global en amont du séparateur(habituellement pour une correction de pièce), un filtrage de séparation suivi de corrections spécifiques à chaque voie (habituellement, pour une correction d'un HP).

On retrouve cette présentation dans DStudio pour cette APPLI : l'onglet Filtres permet de paramétrer les corrections globales, l'onglet Crossover permet de paramétrer le filtrage séparateur et les corrections des voies.
Le réglage des Gain relatifs, inversion de Phase, et réglage des Délais sont présents également pour chaque voie.

DStudio adapte son interface selon l'architecture de l'APPLI. Les onglets Filtres et Crossover ne montrent pas les mêmes choses selon l'APPLI ouverte.

Certains traitements sont plus gourmands que d'autres : par exemple, un filtre Butt12 consomme 1 biquad alors qu'un Butt24 en consomme 2. En cours de paramétrage, DStudio adapte l'affichage selon les ressources restantes (par exemple, si un filtre consomme plus de biquads, le nombre de corrections restantes sur la voie diminue).

exemple d'APPLI avec l'option FIR
Image
On voit que IIR et FIR sont utilisés conjointement. Les deux DSPs (1701 et 1452) travaillent de concert.


Bien regarder l'architecture de l'APPLI aide a bien choisir celle qui convient le mieux et à comprendre ce qu'on voit dans DStudio.


Fichier Appli .dspiy et .apd ?
Une APPLI c'est essentiellement un fichier texte .apd qui contient d'une part les informations de configuration du comportement matériel (quel bouton fait quoi, etc.) configurées dans l'onglet Config de DStudio et d'autre part les traitements audio destinés au DSP tels que paramétrés dans les onglets Filtres et Crossover de DStudio.

Lors du paramétrage, DStudio calcule les coefficients des biquads pour les filtres et corrections tels que paramétrés par l'utilisateur et les met dans le .apd au bon endroit.

Ce fichier .apd est transmis au DSPiy lorsqu'on clic dans DStudio. Le processeur sur le DSPiy le reçoit, règle le comportement du DSPiy selon la configuration et transmet le programme au DSP qui l'exécute immédiatement.

Un fichier APPLI .dspiy est un peu plus riche que le seul .apd. C'est une archive zip qui contient au moins deux fichiers.

Pour une appli IIR, APPLI.dspiy contient deux fichiers:
-appli.apd : comme vu précédemment. C'est le principal
-appli.deq : utilisé par DStudio. Il contient en clair les réglages des filtres et corrections, avant qu'ils ne soient transformés en coefficients de biquads.

Pour une appli FIR, Appli.dspiy contient des fichiers supplémentaires, en particulier ceux générés par rephase.

DStudio s'occupe de la gestion des fichiers .dspiy. L'utilisateur non curieux n'a pas a se préoccuper de ce qui est dedans.
Pensez juste à les enregistrer_sous avec un nom explicite et un commentaire pour vous y retrouver.
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Re: Présentation du DSPiy

Messagepar alka » ven. 26 juil. 2019 18:39

5. POSTS UTILES AU DEMARRAGE

Dabord la Présentation ci-dessus, et cette sélection :

Montage et cablage

- guide de montage DSPiy v2 : viewtopic.php?p=677#p677
- guide de cablage DSPiy v2 : viewtopic.php?p=678#p678
- guide de montage ADAU1452 : viewtopic.php?f=10&t=71

- cotes face arrière : viewtopic.php?p=2428#p2428

- numérotation des sorties selon applis : viewtopic.php?p=4389#p4389

- les boitiers des forumeurs : viewtopic.php?f=2&t=187


Autour de DStudio
- Présentation de DStudio : viewtopic.php?f=7&t=64

- Manuel utilisateur DStudio : viewtopic.php?f=7&t=70

- Tuto DStudio v5 : viewtopic.php?f=7&t=174

quelques extensions (utiles ou pas, a vous de voir)
- carte trigger de commande 230V : viewtopic.php?f=2&t=100
- carte sorties symétriques pour le DSPiy v2 (deux versions dans le sujet) : viewtopic.php?f=2&t=82
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Re: Présentation du DSPiy

Messagepar alka » ven. 26 juil. 2019 18:41

reservé (ocazou)
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