Yamaha Cinema DSP

Vad det är och hur det fungerar

Bakgrunden bakom Cinema DSP inom hemmabion Vad är Cinema DSP Hur Cinema DSP'n fungerar Övriga finesser med Cinema DSP

Yamaha och hemmabio

Yamaha har blivit ett begrepp i hemmabiosammanhang, inte för att de tillverkat förstärkare och AV-produkter. Utan för att hemmabio'n föddes med Yamahas audioprodukter i början av 80-talet. Yamaha var den första tillverkaren som introducerade hemmabiotekniken utvecklad av Dolby Labratories på världsmarknaden. Yamahas ingengörer var också förste med att tillverka integrerade kretsar som innehöll Dolby Surround, senare var de även först med Dolby ProLogic chips som använde en digital signalprocess algoritm.

Dessutom är Yamahas produkter utvecklade för väldigt olika miljöer om man jämför med andra AV-produkter. Yamaha är väldens största tillverkare av musikinstrument som använder digital teknik, de designar också konserthallar världen över. Yamahas kunskaper inom dessa områden har varit en stor hjälp vid utvecklandet av DSP tekniken för hemmabio. De vet verkligen hur man mäter och sedan reproducerar de akustiska ljudfälten i så skilda miljöer som jazzklubbar och konsertsalar.

Yamahas ljudfältsprocessor har inget gemensamt med "DSP processorer" från andra tillverkare. Yamahas ljudfält är mycket mer komplext och detta resulterar i ett mer realistiskt ljud. Till och med THX har ibland svårt att mäta sig med Cinema DSP vad gäller rymd och livlighet i simuleringarna.

Vad är Yamaha Cinema DSP

Yamaha Cinema DSP uppfanns 1986 men kom inte att utnyttjas riktigt förrän 1988 då Dplby ProLogic hade premiär. Då Dolby ProLogic's surroundkanaler ger en liten utbredning av ljudet då dessa kanaler är i mono, vilket inte är mycket jämfört med biografer som har flera olika högtalare till surroundkanalen. Därför utvecklade Yamaha en DSP som verkade i serie med en Dolby ProLogic dekoder, detta är en Cinema DSP, för att efterlikna det omfångsrika surroundljudet som finns på biograferna. Detta är ett system som bygger på fem eller sju högtalare. Alla kanalerna är i stereo, men inte diskret stereo (som Dolby Digital).

Hur fungerar Cinema DSP då

Cinema DSP processorn är i sig själv ett litet chip utvecklat av Yamahas ingengörer. Chipet (se bilden) innehåller både Dolby ProLogic decodningen och själva DSP funktionen. Detta hindrar att elektriska eller magnetiska fält stör informationen i processorn. DSP är som en dator processor utvecklad för ljudapplikationer. Skillnaden är att DSP'n är optimerad för 16 bitars jämförelser och multiplikationer. Det ingående ljudet samplas till digitalt med hjälp av en funktion som finns i minnet (ROM). Det behandlade ljudet för varje kanal lagras sedan i ett annat minne (RAM) för att behandla nästa sampling. Sedan konverteras alla kanalerna till analoga signaler igen.

Man behöver förstå vad ett ljudfält egentligen är för att förstå vad Yamaha Cinema DSP åstadkommer. I grunden är ett ljudfält en mix av ljud genererad av en plats med speciella reflektioner och ljudegenskaper. Normalt beror paramertarna som beskriver ljudfältet också på frekvensen. Det resulterande ljudfältet i ett rum beror på många saker, såsom rummets geometri, vad som finns på väggarna, mattor mm. Om en signal genereras i ett rum beror ljudfältet på alla dessa parametrar, med initialt består ljudfältet bara av den signal man genererar, detta brukar kallas correlation (sv. växelverkan). Om man ändrar frekvensen på orginalsignalen, så ändras också ljudfältet eftersom reflektioner kanske uppstår vid denna frekvens. Om man vill återskapa ett ljudfält från ett plats så behöver man göra väldigt noggranna mätningar av eko, reflektioner eller resonanser för alla hörbara frekvenser (20Hz-20kHz) med samhörande amplituder och tidsfördröjningar eller tiden innan en signal kommer under en viss nivå. Till exempel en jazzklubb höjer direktljudet med en hög första reflektion men har låg ekofaktor. Å andra sidan en konsert sal har mycket lite direkt ljud men har lång tid innan ekona klingar ut och en lång första reflektion. Allt detta arbete sammanställs sedan i en mjukvara som används av processorn för åstadkomma ett ljudfält med hjälp av in signalen. En sammanställning av vad DSP processorn gör ser nu ut enligt:

De två insignalerna konverteras genom sampling till digital data. Samplingskretsarna har oftast 16 eller 20 bitars upplösning (ju högre desto bättre) och frekvensen 44,1kHz, eller dubbla bandbredden enligt Nyqvists kriterium.

Samplingen lagras i ett RAM minne. Datan behandlas inte direkt då nästa sampling behövs först. Först efter fem klockcykler behandlas datan av DSP processorn.

DSP'n jämför föregående samplingen med äldre och med den nuvarande. Resultatet analyseras med hjälp av programmet lagrat i ROM minnet. Denna delen är väldigt viktig då jämförelser mellan samplingarna gör att correlations indexet kan upptäckas, detta gör att alla frekvenser i en liten del av signalen kan behandlas.

Med hjälp av föregående resultat behandlar DSP processorn utdata som skall sändas till olika utsignaler. En ny correlation och frekvensbaserad behandling utförs nu såväl som amplitudkontroll enligt specifikationen för det ljudfält som skall simuleras.

DSP'n kan lagra samplingarna i ett annat RAM minne under några hundra klockcykler för att åstadkomma önskade tidsfördröjningar. Eko uppnås genom att sända samma data många gånger med en minskande intensitet på de kanaler där ekot skall uppstå, och sända motsvarande signal till de andra kanalerna för att åstadkomma rymd i ekot.

Till slut konverteras alla utsignaler till analoga signaler som till slut arrangeras med analog behandling för att åstadkomma riktigt musikaliska signaler.

Många olika ljudfält kan åstadkommas med en Yamaha Cinema DSP processor (normalt 10 till 20 st), men de bygger all på samma parametrar som att göra signalbehandlingen så snabb som möjligt. De olika parametrarna som kan varieras är tidsfördröjning, grad av eko, amplitude av de olika kanalerna och rummets storlek. Hastigheten på processorn är nägra MegaHertz. Figuren visar de olika delarna som omger själva DSP processorn.

Det slutliga resultatet som en Yamaha Cinema DSP åstadkommer är följande. DSP'n adderar två effektkanaler till fronten för att åstadkomma correlationen mellan center och de två normala frontkanalerna i Dolby ProLogic. Rymden åstadkoms genom att sända en del av de bakre surroundkanalerna genom de främre med erfoderlig minskning av eko. De båda bakre kanalerna individuellt förstärkta och det är en simulerad stereo. Med simulerad stereo menas en komplex mix av relaterade ljud precis som de skapade med monoinspelningar i studior och som finns på alla cd. Även fronteffektkanalerna är i stereo.

Yamaha Cinema DSP finesser

Cinema DSP är inte bara några fler effekter och en sju kanalers förstörkare. Det innebär också några mer generella finesser, dessa är i huvudsak:

On Screen Display för kontroll av de olika DSP parametrarna samt även andra parametrar.
5 bands grafisk equalizer för att ställa in centerkanalen så den matchar fronthögtalarna.
DSP parameter inställningar för att skapa och lagra egna ljudfält.
Lågnivå utgångar för alla kanalerna (main, center, effekt och subwoofer).
Front mix för att ställa in om man har fem eller sju högtalare.
Input Level Trim för att ge alla programkällor samma ingångsnivå.