دقت بیت آی سی اکو pt2399

وقتی می خواستم با میکرو اکو طراحی کنم برایم مهم بود که مشخصات آن را با نمونه های رایج مقایسه کنم. در کار با میکرو محدودیت چندانی در فرکانس نداشتیم. اما از جهت دقت بیت محدودیت داشتیم. چون واحد ADC , DAC سرخود میکروها حداکثر 12 بیت بود (که آن هم در برخی شماره ها 12 بیت مفید نبود! مثلاً 11.3 بیت در آی سی های حرفه ای تر سری STM32)
البته می توانستم از مبدل های دیجیتال و آنالوگ خارجی استفاده کنیم که تقریباً قیمت نهایی را دوبرابر می کرد.
به هر حال اکویی که بخواهیم تولید کنیم نباید دقت بیت کمتری نسبت به 2399 داشته باشد که یک آی سی معمولی برای اکو محسوب می شود!
اما دقت این آی سی چقدر است؟
در دیتاشیت چیزی نیامده. در دیتاشیت آی سی ht8950 آمده که دقت آن 8 بیت است. در دیتاشیت ht8955 هم آمده که دقت آن 10 بیت است. مخصوصاً این دومی که به نظر می رسد معادل pt2395 باشد می تواند ما را به جواب سؤالمان نزدیک کند.
در دیتاشیت 2399 آمده که THD کمتر از پنج دهم درصد است. پنج دهم درصد یعنی 5 تقسیم بر هزار، یعنی 1 بر 200. این به همان 8 بیت نزدیک تر است. با توجه به 44کیلوبیت رمی که این آی سی دارد، قادر است در 16 کیلو هرتز 300 میلی ثانیه تأخیر ارائه بدهد. آنطور که شاهد هستیم این آی سی در این فاصله کیفیت نسبتاً مطلوبی نشان می دهد.
اما آیا واقعاً این آی سی 8 بیت است؟ من شخصاً در تستی که انجام دادم هر مقدار که سیگنال ورودی را ضعیف کردم، صدا بریده بریده نمی شد! بعنی پهنای باند به نظر خوب می آمد. بهتر از 8 بیت خطی! یک احتمال مطرح می شود...
دیتاشیت آی سی افکتور fv-1 را اگر دیده باشید متوجه می شوید که واحد adc-dac 24 بیت است، اما استور دیتا روی آرایه های 14 بیت است. نوعی فشرده ساز که مصرف رم را پایین آورده ولی کیفیت را هم تا حدودی پایین آورده است! (توجه دارید که 97 دسیبل پهنای باند، یا .015% دیستورشن، برای یک آی سی 24 بیت یک کیفیت پایین محسوب می شود!) البته فشرده سازی به شکلی است که کیفیت نهایی چیزی بین 24 بیت و 16 بیت است. در فایل های MP3 هم نسبت به فایل های WAV همین اتفاق می افتد. نوعی فشرده سازی اتفاق می افتد که در پهنای باند تأثیر ندارد، اما در حذف شدن برخی صداهای زمینه و ضعیف تأثیر دارد!

نهایتاً به این نتیجه رسیدم که فشرده سازی در این الگوریتم ها به این صورت است که عددها حالت نسبتاً تساعدی دارند. مثلاً شاید دقت ADC-DAC یک اکو 2399 در حد 13 بیت باشد، اما به ترتیب زیر این 13 بیت توی آرایه های 8 بیتی ذخیره می شود.

از ADC | ذخیره روی رم

1 » » » 1

3 » » » 2

6 » » » 3

11 » » » 4

18 » » » 5

.

.

.

8191 » 255

به همین خاطر است که وقتی در این آی سی فاصله را زیاد می کنیم یک صدای فیشش به دنباله ی صدا می افتد. علت این فشرده سازی است.

----------------

یک نکته برای کسانی که از این آی سی 2399 استفاده می کنند. تقویت کننده ی ورودی این آی سی بی کیفیت است و به صدا نویز می اندازد. تقویت کننده ی خروجی که می توانید کلاً از مدار خارج کنید و بی استفاده بگذارید. اما تقویت کننده ی ورودی را هم می توانید در گین کمتر از 1 قرار بدهید و بار تقویت را به دوش op amp خارجی بیندازید.

مفهوم Bit resolation در مدارات دیجیتال

می دانید که دو پارامتر در تعیین کیفیت سیگنال صوتی (مخصوصاً در عالم دیجیتال) تعیین کننده است. یکی فرکانس و دیگری پهنای باند (داینامیک رنج). فرکانس دقت نمونه برداری در خط X است و پهنای باند دقت نمونه برداری در خط Y. فرکانس با هرتز تعیین می شود و پهنای باند با دسیبل. در مدارات اکو و افکتور و دیگر دستگاههای دیجیتال آن چیزی که با دسیبل ارتباط مستقیم دارد دقت Bit resolation است. مثلاً دیده اید که روی برخی دستگاهها می نویسند: DSP 24bit .

فرکانس 32 کیلوهرتز یعنی در یک ثانیه 32000 بارنمونه برداری می شود و تغییرات به ثبت می رسد؛ و دقت 24bit یعنی هر فرکانس با دقت و ظرافت (دو به توان 24) به ثبت می رسد. اگر افکتور 8 بیت باشد مجبور است در هر لحظه صدا را در محدوده (1 تا 255) نشانه گذاری کند. درست مثل خیاطی که مترش نشانه گذاری میلیمتر نداشته باشد! اما اگر افکتور 16 بیت باشد قادر است هر سیگنال را با یکی از اعداد (1 تا 65535) ذخیره کند.

وقتی Bit resolation بالا برود پهنای باند هم بالا می رود و مثلاً یکی از فواید آن این است که در سیگنالهای ضعیف و سیگنالهای تو در تو هم صداهای ضعیف به وضوح به گوش می رسد. یک افکتور 8 بیت اگر پیک سیگنال ورودی را 255 برابر ضعیف کنید دیگر صدایی وجود نخواهد داشت. اما در افکتور 16 بیت یک صدا در حد 8 بیت وجود خواهد داشت (به شرط اینکه نویز مزاحم آنقدر زیاد نباشد که صدا در نویز محو شود!)

پس یک معنای پهنای باند (داینامیک رنج) محدوده ای شد که صدا به صورت دیجیتال می تواند کم و زیاد شود. مثلاً گاهی خواننده میکروفون را به دهان نزدیک می کند و فریاد می زند و ولوم دستگاه هم زیاد است؛ گاهی هم خواننده میکروفون را دور می گیرد و آرام صحبت می کند و ولوم دستگاه هم ضعیف است. دستگاه باید قادر باشد تمام این سیگنالها را پوشش بدهد!).

یک صدای 12 بیت اگر به صورت آنالوگ تقویت شود و به 500 وات برسد هر واحد آن عهده دار 120 میلی وات است (500 تقسیم بر (دو به توان 12)). حال اگر در همین لحظه خواننده میکروفون را دور کند و صدا در حد 1 وات کاهش پیدا کند آن صدای یک وات با دقت نهایت 3 بیت در حال پخش شدن است. زیاد بد نیست. اما زیاد خوب هم نیست.

اما فایده ی دیگر پهنای باند در انعکاس دقت ها و سیگنالهای ضعیف است. مثلاً صدای جمعیت یا صدای اکویی که چند بار تکرار شده و ضعیف شده، اگر پهنای باند بالا باشد در صداهای بلندتر گم نمی شود. در اکوهای 2399 وقتی می گویید: «یک دو سه» فقط آخرین کلمه ای که گفته اید «یعنی سه» تکرار می شود و صداهای قبلی که ضعیف شده اند در صدای جدید گم می شوند!