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[参考译文] TAS5802:TAS5802 动态 EQ

Guru**** 2931100 points

Other Parts Discussed in Thread: TAS5802, TAS2563, TAS2781

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1649085/tas5802-tas5802-dynamic-eq

器件型号: TAS5802
主题中讨论的其他器件: TAS2563TAS2781

主题:TAS5802:如何在整个输入范围内实现连续动态 EQ (DEQ)/动态低音扩展?

说明:
大家好、TI 音频专家。

我们目前正在设计采用 TAS5802 数字输入 D 类放大器的智能扬声器系统。 为了最大限度地提高声学性能、同时确保系统可靠性、我们打算实现连续动态 EQ (DEQ)/动态低音扩展功能、该功能根据实时输入信号电平(从 0dBFS 到–36dBFS)自动调整低频响应。

我们的目标规范包括 4 个分立式运行里程碑、旨在说明预期的行为:

  1. 0dBFS 情况(扬声器/放大器保护):从 150Hz 开始的低频衰减、具有–12dB/oct 斜率、以保护扬声器驱动器免受过度偏移的影响、并防止放大器在最大音量下削波。
  2. –12dBFS 情况(旁路):不应用额外的信号处理;信号以平坦的基线响应通过。
  3. –24dBFS 情况(低电平低音增强):低频增强从扬声器的原生衰减启动频率 (100Hz) 开始、一直下降到 60Hz 的目标低频、相对于基线实现+12dB 的最大增强。
  4. –36dBFS 情况(超低电平低音增强):低频增强从 100Hz 开始、一直到 30Hz 的目标低频、相对于基线实现+24dB 的最大增强。

此行为的概念曲线如下面的图 1 所示:

Dynamic_EQ_Concept.png

[图 1:Concept_DEQ_DEQ_png] Target_Response

关键要求:虽然这 4 个等级定义了我们的主要里程碑、但 EQ 调整必须在整个 0dBFS 至–36dBFS 频谱范围内完全连续且动态。 滤波器特性必须根据输入电平包络顺利地实时内插、而不是在静态曲线之间离散地进行步进切换。

当前状态和验证:
我们已就此要求与 TI 韩国进行了磋商。 当地支持团队告诉我们、虽然 TAS5802 支持每个离散级别的静态 EQ 配置移位、但它在 DSP 流水线中缺少一个由硬件驱动的本地连续“动态 EQ“处理块。

为了证明目标声学目标曲线的可行性、我们已经在离散电平下、在 6 Ω 虚拟负载上成功测试并验证了各个双二阶配置文件。 如图 2 所示、当静态编程时、低音扬声器和高音扬声器信号路径的各个曲线的表现完全符合预期:

Dynamic_EQ_1.png

[图 2:Measured_Discrete_ EQ_Results.png ]

由于单个控制运行良好、我们希望 TI HQ 音频 DSP 架构团队回顾、了解如何将这一差距弥合到完全连续的动态系统中。

向 TI HQ 专家提问:

  1. TAS5802 DSP 架构(或 PurePath Console 3 内部)中是否有任何本机、未记录的块或高级组件可以促进真正连续、依赖于信号的动态 EQ/动态低音扩展?
  2. 能否通过创造性地配置内置自动增益限制器 (AGL) 或动态范围压缩器 (DRC) 模块(例如使用特定的子频带 Sidechain 路由)来实现这种持续调整?
  3. 或者、如果我们采用外部主机 MCU 来执行实时包络检测并在运行时通过 I2C 动态重新计算/写入双二阶滤波器系数、TAS5802 架构是否能够处理快速、连续的系数更新? 如果是、为了避免出现咔嗒声、砰砰声或拉链噪声等音频伪影、建议的 I2C 更新频率上限是多少?
  4. 如果 TAS5802 无法支持这种持续要求、您是否建议使用任何替代的 TI 智能放大器器件(例如 TAS2563、TAS2781 或更高层的 TAS6x 系列)或应用手册来支持开箱即用的连续动态低音扩展?

我们非常感谢对如何成功实施这一系统进行深入的技术审查和指导。

谢谢你。

HR Kim @韩华新能源

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    尊敬的 Kim:

    我们将调查您的问题、并尽快回复您。 同时、您可以参考随附的有关 TAS5802 DSP 处理的应用手册。 Thanks.e2e.ti.com/.../TAS58xx-tuning-guide.pdf

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    您好、Kim。

    很抱歉等待。

    1. TAS5802/PPC3 中未记录的本机动态 EQ 块

    答案:不可以、TAS5802 DSP 流水线或 PurePath Console 3 (PPC3) 中没有未记录或隐藏的处理块、这些处理块可以实现真正的连续、信号相关的动态 EQ (DEQ)/动态低音扩展。
    • TAS5802 是一款具有固定、文档详尽的 DSP 流水线的中程 D 类放大器。 其处理能力有限:静态双二阶 EQ(每通道高达 10 个频带)、自动增益限制器 (AGL)、动态范围压缩器 (DRC)、音量控制和基本扬声器保护。
    • TI 不会提供未公开的内核处理功能的产品、也不能提供对任何非文档功能的支持。 TAS5802 设计未采用专用的动态 EQ 硬件模块、因为此功能是为我们更高层的智能放大器系列保留的。
  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    2.通过内置 AGL/DRC 实现持续自适应

    答案:不可以、您无法通过重新配置内置 AGL 或 DRC 块来实现子带动态 EQ。
    • TAS5802 中的 AGL 仅是全频带处理模块。 它们只能调整整个音频频谱的增益、而不能有选择地针对设计所需的 150Hz 及以下低频带。
    • 没有内部路由机制可将 AGL/DRC 电平检测输出馈送到双二阶 EQ 块以进行自适应调整。 AGL/DRC 独立于 EQ 流水线运行。
    • 虽然您可以使用 AGL/DRC 来实现全频带动态增益控制、但这不会提供指定的频率特定的低音增强/衰减行为。
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    主题: 通过 I2C 为 TAS5802 实现基于主机软件的动态 EQ (DEQ) 的可行性

    尊敬的 Peter Wu5:

    继我之前的询问之后、我知道 TAS5802 没有用于子带动态 EQ (DEQ) 的内置 DSP 块、并且无法通过路由内部 AGL/DRC 来控制双二阶滤波器。

    为了实现我们的目标低音管理、我们在主机处理器上实现了基于软件的外部 DEQ 控制。 我想分享我们当前的实施状态、并征求您对其可行性和任何潜在硬件风险的专家意见。

    系统概述(主机软件 DEQ):

    • 音频捕获: 连接到 ALSA PCM 回放回调 (512 个样本块、48kHz、每块约 10.67ms)。

    • 电平估算: 持续计算快速 RMS、慢速 RMS、峰值和峰值系数。

    • 控制逻辑(起音/释放):

      • 起音(增益降低): 在检测到响亮信号时、评估时间约为 53.35ms、以实现自然保护。

      • 释放(增益增加): 当返回更安静的区段时、评估时间约为 1053ms。

    • EQ/滤波器更新:

      • 对于高电平 (0dBFS 至–6dBFS):通过 LUT 动态调整 HPF 截止频率。

      • 对于较低电平 (<–6dBFS):结合使用基本 EQ(±3dB 阶跃)和精细 EQ(±1dB 阶跃)、通过 LUT 使用双二阶系数。

    • I2C 控制: 为了防止阻止音频回调(以前导致 10.67ms 窗口内出现问题)、我们使用延迟更新线程解耦了 I2C 写入。 随着目标状态的变化、双二阶系数更新会动态地发送到 TAS5802。

    我们已经成功地测试了这一点、光谱图/液位跟踪结果(通过噪声,正弦和语音斜升测试)看起来很有前景。 但是、在最终确定该架构之前、我们有几个问题:

    问题:

    1. 连续双二阶滤 波器更新:在该频率下的有效回放期间通过 I2C 持续更新 TAS5802 的双二阶滤波器时、是否存在任何可靠性或硬件生命周期问题(例如,每 50ms ~ 1s 触发一次更改,具体取决于音频材料)?

    2. 音频伪影: 即使我们仔细处理软件中的步长和压摆限制、动态更新双二阶系数是否会导致 TAS5802 内部出现任何 DSP 相位问题、咔嗒声或砰砰声?

    3. 一般反馈: 这种基于主机的 I2C 动态控制方法是否是您使用 TAS5802(或类似系列)成功部署的方法、或者我们是否应该了解一些隐藏的陷阱?

    感谢您的指导!

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    尊敬的 Kim:

    我需要进一步调查、逐一回答您的新问题。

    1.双二阶滤波器连续更新的可靠性和硬件生命周期

    • 无写入磨损风险:所有 TAS5802 控制和双二阶寄存器都在易失性 SRAM 中实现、而不是在闪存或 EEPROM 中实现。 SRAM 有无限数量的写入周期 — 您可以在产品的整个 10 年以上使用寿命内每 1ms 持续更新一次寄存器、而不会降低器件性能。
    • 您的更新速率极其保守:50ms 至 1s 的更新窗口比 TAS5802 的最大安全速率慢 10-200 倍。 我们的客户在生产环境中运行的更新速度最快可达 10ms (100Hz)、没有任何问题、对于低音管理应用、任何速度超过 50ms 的东西都是人耳不清的。
    • 只需降低两种微小的可靠性风险:
      1. I2C 总线损坏:I2C 写入损坏可能会加载无效的双二阶系数、这可能导致 DSP 输出响亮噪声或锁定。 缓解这种情况的方法是:
        • 启用 I2C ACK 检查并恰好重试一次失败的写入(不需要多次重试,并且可能导致更长的干扰)
        • 在单个 I2C 事务中为每个双二阶滤波器写入一组完整的 5 个系数、而不是单个字节
      2. 器件状态转换期间的更新:在 TAS5802 初始化、进入/退出待机或遇到欠压/过热复位时、切勿写入双二阶系数。 PLAY 在发送任何系数更新之前、请始终确认器件处于该状态。
  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    2、音频伪影:相位问题、点击和爆裂声

    答案:通过您当前的软件实施和 TAS5802 的内置硬件功能、您将不会遇到任何可闻失真。
    • TAS5802 具有原生的帧同步流畅更新:这是消除伪影的最重要硬件功能。 写入双二阶系数时、它会在内部进行缓冲、仅在下一个音频帧的开头 (48kHz 时为~20.8µs) 应用。 中间帧系数不可能发生变化、这是硬点击和相位干扰的根本原因。
    • 相移是完全不可听的:虽然更改双二阶系数会引入小的相移、但在低于 200Hz 的频率下、人耳对相位变化完全不敏感。 对于低音管理用例(目标频率小于 150Hz)、相位性能不是问题、不会影响音质。
    • 边缘情况备注:您可能会听到较小的拉链噪音的唯一情况是、如果您强制增益变化比您的 53ms 攻击时间快。 您当前的攻击/释放时间已针对自然低音响应进行了完美优化、因此在正常操作中不应出现这种情况。
  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    3、一般反馈和隐藏的生产陷阱

    答案:这种精确的基于主机的 I2C 动态控制方法广泛成功地部署在大规模生产中、采用了 TAS5802 和所有类似的中端 TI D 类放大器系列 (TAS57xx、TAS56xx)。 但是、团队经常会遗漏 5 个关键的隐藏陷阱:
    1. I2C 总线优先级和争用
      • 您正确地将 I2C 写入与音频回调解耦 — 这是最重要的最佳实践。 但是、请确保 I2C 更新线程的优先级低于音频播放线程。 如果 I2C 线程阻止了音频线程、您将遇到音频中断、而不仅仅是延迟 EQ 更新。
      • 避免与高流量器件(触摸屏,IMU,传感器)共享连接到 TAS5802 的 I2C 总线。 总线争用可能会导致系数写入延迟或损坏。 如果可能、将一条单独的 I2C 总线分配给放大器。
    2. LUT 系数稳定性验证
      • 在测试了离散曲线之后、请在整个温度(–40°C 至 85°C) 和电压 (3.0V 至 5.5V) 范围内、在 TAS5802 上验证插值 LUT 中的每个条目。 单个不稳定的双二阶滤波器系数(由插值期间的舍入误差引起)将导致 DSP 输出满量程噪声、从而损坏扬声器。
      • 切勿在主机 MCU 中动态计算双二阶滤波器系数。 现在、请始终使用预先计算、预先验证的 LUT。
    3. 器件状态同步
      • 如果 TAS5802 发生器复位(由于过热,欠压或 ESD)、它将恢复为其默认的上电 EQ 配置。 如果您的主机 MCU 未检测到此复位并重新同步电流系数、则音量会突然发生潜在的危险跳变。
      • 缓解:实施 1 秒检测信号检查、以从 TAS5802 读取已知寄存器。 如果通信失败、则重新初始化器件并立即重新应用当前 EQ 系数。
    4. 内部 AGL/DRC 交互
      • 如果您启用了 TAS5802 的内置 AGL 或 DRC、则主机 DEQ 低音增强将会增加 AGL 的总体信号电平、从而使其启动时间早于预期并撤消低音增强。
      • 建议:完全禁用内部 AGL 和 DRC、并在主机软件中实现所有动态增益控制。 这使您能够完全控制音频链、并消除冲突的增益调整。
    5. 热保护和扬声器保护
      • 低音量下的+24dB 低音增强可显著提高 TAS5802 和扬声器的功耗。
      • 强制测试:以–36dBFS 30Hz 正弦波在 40°C 环境下连续运行器件 8 小时。 确认未发生热关断且扬声器未超过其最大额定温度。