SHARC Melody平臺融合自動房間調諧器(ART)技術

面向大眾市場打造理想環繞聲

數字音頻時代的到來，令消費音頻和家庭影院系統煥然一新。隨著新形勢的出現，如：DVD崛起、新的多聲道音頻格式誕生，及數字信號處理器（DSP）在音頻系統內得到廣泛應用，高端的環繞聲音頻也開始向普通消費者敞開懷抱。由于家庭音響系統的銷售業績有望持續迅猛增長，廠商們紛紛各顯神通，努力打造差異化產品，盡快增添各種型號的新功能，鞏固市場份額并降低系統及開發成本。

面對高漲的市場需求，ADI公司及時推出了最新的SHARC處理器系列，通過將其和SHARC? Melody?平臺相結合，實現Auto Room Tuner?（ART?）技術，從而簡化復雜音頻系統的部署，同時大幅提升聆聽體驗。在一般應用場合中，ART軟件常駐于SHARC Melody平臺的環繞聲接收器內。ART技術可根據系統安裝房間的具體情況自動測量并校正多聲道音響系統的聲學特性，針對非理想的房間聲學特性及揚聲器響應進行補償。

SHARC Melody平臺的整套音頻處理功能凝聚了ADI公司在專業音頻領域的卓越研發成果，通過融合ART技術為廠商們奉獻了一大新優勢，即設計出價格貼近普通大眾的產品。開發者現在可以從高性價比、人性化的技術中受益，為普通消費者打造出只有在音樂廳和電影院才能享受到的震撼環繞聲體驗。

環繞聲音效日益普及

多年以來，逼真的環繞聲音效一直是高保真音響愛好者的“專利”，其價格不菲的部件、專業技術人員的定制安裝讓一般人群望而卻步。隨著技術日新月異，成本和售價不斷下降，廠商們終于有機會讓更多的人享受到環繞聲和多聲道音頻的魅力了。

家庭影院系統便是最受歡迎的成果之一，尤其是單機家庭影院（HTiB）套裝，它將一整套音頻組件（帶必要接口）方便地捆綁在一起。HTiB系統包括一個AVR DVD播放器和六個揚聲器，起價約300美元，所以環繞聲在DVD消費人群中日益流行也就不足為奇了。

隨著普通大眾也有機會體驗到各種動人的音效，音頻開發者在發現各種新機遇的同時，也面臨著諸多新挑戰。比如，環繞音響系統的設置一直很復雜，甚至高端的音頻系統也難以配置出最佳音效。揚聲器常因為室內空間的限制而擺放在較差的位置。用戶很少按照手冊記載的一般流程來校準每個揚聲器的延遲和增益。低音管理參數可能有誤卻未作修改；揚聲器可能異相接線或干脆沒有接好。盡管忠實的音頻愛好者可能會聘請技術人員或很樂意親自動手解決這些瑣碎問題，但廠商們也意識到，除非環繞聲安裝變得更人性化，否則很難讓一般用戶滿意。

硬件規格要求

硬件配置

目標處理器：SHARC ADSP-21xxx
外部存儲器

- 閃存：1MB（1M*8位寬）

- SRAM：1MB（8位寬；256K x 32位）

振蕩器
麥克風（OEM廠家提供）

主機接口

串行外設接口（SPI）
時鐘/選通/MISO/MOSI

串行音頻接口配置

自動設置的采樣頻率范圍：44.1 kHz或48 kHz
房間均衡器的采樣頻率范圍：32 kHz–192 kHz （取決于輸入信號的采樣頻率）
輸入端口配置：最多10個通道
輸出端口配置：最多10個通道

ART概念

ADI公司的ART技術實現自動均衡和校準操作，其高效性、經濟性使音頻系統廠商足以應對挑戰并抓住機遇。ART概念充分利用了如今環繞聲設備中普遍運用的DSP。這些DSP變得越來越便宜，而且功能日益強大，同時其最初設計執行的音頻解碼算法已形成標準化。因此，可以使用內置處理功能來提升音質。

在環繞聲系統中將ART軟件融入SHARC Melody平臺內的一大特殊優點是，房間均衡功能可以和接收器的其他功能直接集成在一起——相比需要昂貴、操作復雜的外部組件來執行均衡操作的早期系統，可謂取得了顯著進步。因此ART方案最大程度降低了增加音效優化元件的成本；只需增加ART軟件和麥克風即可完成工作。另一個突出優點是，SHARC處理器提供32位浮點DSP性能以使系統成本具有競爭力，從而確保了整套片上音頻處理功能的高性能和高性價比。

而且，基于SHARC Melody平臺的ART技術順應了HTiB套裝采用重低音音箱和小型衛星音箱的趨勢。低價衛星揚聲器的音質可以通過相應的房間均衡功能獲得大幅提升，從而有助于音頻系統開發者以更低成本帶來令消費者滿意的聆聽體驗。

影響音質的因素

為什么實現最佳房間均衡效果如此困難呢？原因是實際聆聽環境中有著各種各樣的因素和變化會起作用。歸根結底，聲音播放的效果主要取決于喇叭的質量、聆聽空間的聲學特性以及揚聲器相對于聽眾的擺放關系。

高品質的喇叭能夠在較寬頻率范圍上再現聲音，前端輻射功率很少隨頻率而變化。低品質的喇叭往往具有不均勻的頻率響應，在提升了某些頻率范圍的同時，又衰減了其他頻率范圍。

喇叭的另一個重要屬性是方向性，它隨著頻率而變化。喇叭的方向性取決于箱體的尺寸和形狀以及所用換能器的屬性。喇叭傾向于只在揚聲器指示方向上輻射極高頻聲音，而在所有其他方向上一律輻射極低頻聲音。因此，在消聲（無回聲）條件下測量的喇叭頻率響應隨測量角度而有較大變化。

由于聲音在房間各種表面上具有反射性，聆聽空間的頻率響應變得非常復雜。所產生的混響具有時間響應特性：先是少量顯著的反射波，隨后各個方向一陣密集的反射，后者通常稱為延遲、漫反射混響。在對應于房間振動模式的低頻處，房間的頻率響應包含顯著的波峰；在給定房間大小的情況下，可直接計算出波峰的頻率。在更高頻率處，模式密度變得很高，以致于頻率響應呈現統計意義并具有波峰和波谷緊密間隔的特點。

頻率響應的整體波形取決于房間材質的吸收特性；因為多孔材料在高頻下更具吸收性，頻率越高，房間響應的振幅越少。除在低頻處或在早期外，通過統計方法描述房間響應的效果最好。隨著測量點在房間內移動，響應的精確細節會發生較難察覺的變化，但響應的整體包絡不會變化太多。

喇叭最好和聆聽者成等距擺放，角度取決于播放格式。最理想的立體聲系統擺放角度是和聽眾成+/- 30度。如在5.1聲道環繞音響系統中，中央揚聲器應放在聽眾正前方，而環繞揚聲器應在兩側成110度放置。重低音音響的擺放不是很重要。在大多數聆聽環境中，很難將揚聲器擺在聽眾的理想位置，從而導致聲像不平衡。如果聽眾距離其中的一個揚聲器更近，那么更近的揚聲器就會主導聲像，因為它的聲音更早到達，也更響。此外，環繞音響系統可能配備不同廠家的揚聲器，聲學特性可能不完全匹配。

作為一款設計出色的房間均衡系統，ART軟件試圖針對以下所有因素提供補償：每個揚聲器的頻率響應和方向性、房間頻率響應、揚聲器相對于聽眾的位置關系及不當安裝。

設計特點：人性化和功能一體化

基于SHARC Melody平臺的ART技術專為消費市場而設計。這款軟件已打造成了一個全自動系統，可以讓缺乏經驗的用戶在自己的房間內簡便迅速地取得滿意的效果。有些消費者對技術并不陌生，但他們擔心功能越多，使用就越復雜，他們沒有足夠的時間或資金來進行有效安裝，因此不太愿意選擇環繞聲，而這一新技術的問世徹底打消了這些消費者的顧慮。

雖然專為平價應用而設計，但ART軟件所達到的效果仍可與市面最好的高端房間均衡器相媲美。ART算法是一款基于一流信號處理和模式識別技術的高質量實現方案。大眾市場既看重最新功能，又極為重視操作簡便性，因此使用ART軟件后，廠商不僅能給該市場帶來卓越的環繞聲系統，同時也為自己贏得了差異化優勢。

ART技術的設計滿足下列要求：

自動化、魯棒、傻瓜操作
一次性快速測量；只需測量一點，即主聆聽位置
無需預知揚聲器、房間及其他參數的信息；所有音響系統的信息都是自動確定的
適用于平價SHARC Melody平臺
全方位提升室內音質，覆蓋較大的最佳聽音范圍，使多位聽眾都能體驗出色音質

一流環繞聲優化—全自動

利用ART技術測量并校正多聲道音頻系統的響應顯示出不同尋常的人性化特點。用戶首先安裝接收器和揚聲器，將麥克風放在主傾聽位置。（接收器OEM廠家提供麥克風，它可能內置于遙控器內，避免在接收器上單接麥克風）然后用戶通過接收器的遙控器開始校準和均衡程序。

ART軟件在每個喇叭處發出噪聲來測量音響系統。在校準過程中，用戶可以聽到一聲粉紅噪聲測量信號，比白噪聲更溫和，而且比其他系統所使用的咔嗒聲、唧唧聲和咯咯聲等更悅耳。每次發聲持續1.5秒，隨后是長達數秒的靜音。位于聽眾位置的麥克風便會記錄下這些噪聲，然后位于接收器內的SHARC處理器會分析這些采集的信號。

ART算法協同SHARC處理器計算出大量與用戶音響系統相關的信息，如每個揚聲器的聲壓級（SPL）、每個揚聲器到聽眾的距離以及每個揚聲器的頻率響應。這些信息主要用來在聲音播放期間施加增益、延遲及音調校正，進而提升音質。ART軟件還會自動配置低音管理參數。ART算法會校正整個音響系統在實際安裝后出現的缺陷，如揚聲器響應及方向性不均勻、房間反射及混響、揚聲器及聆聽位置不理想及安裝不當。

除了一系列啟動操作外，用戶不必了解過程中的任何復雜程序，當然用戶有興趣知道的除外。只需在主聆聽位置進行一次性快速測量即可完成一切工作。短短數分鐘內，ART軟件和SHARC處理器就可以對安裝設備的實際聲學特性完成測量、計算和補償（手動操作的話就要耗費更長時間）。因此主聆聽位置乃至房間各個角落的音質都有大幅提升。用戶可以親身體會這種變化：只要在播放時啟用和禁用均衡功能，就能立即感受到音質優劣。

由于這種新技術快速簡便、效果出眾，因此深受用戶青睞，有效幫助他們在改變房間布置（例如移動家具位置）或重新擺放環繞聲設備后重新校準系統。

自動設置參數

完成上述每個音頻聲道的一次性測量后，ART自動設置功能自動檢測下列參數：

揚聲器是否存在。用戶是否忘記連接某個揚聲器？
極性反接。揚聲器是否異相接線？
揚聲器聲壓級（SPL），單位dBC。此信息也就是設為C加權的聲級計所指示的信息，可供測量用于設置揚聲器聲級的感知響度。
到聽眾的距離（延遲時間：毫秒）。此參數用于設置對每個揚聲器的補償延遲。ART功能尚未問世時，一般做法是用卷尺測量距離。
識別揚聲器類型。是否是重低音揚聲器？是否是大型或小型衛星音箱？后者是低音管理配置必不可少的信息。揚聲器再現80Hz以下頻率時視為大型衛星音箱。
確定每個主揚聲器和重低音音箱的滾降頻率，單位Hz。這是正確進行低音管理所需的另一個參數。

ART技術應用前后對比

理想的揚聲器在無回聲環境內頻率響應呈現完美的“平坦”狀。在理想的房間聲學特性下，頻率響應應保持平坦直到2kHz，然后在更高頻率處以-1.5 dB/倍頻呈滾降。虛線表示目標曲線，顯示此理想的響應。ART可調整揚聲器響應，以便在理想的聆聽房間內更出色地匹配理想的揚聲器響應。

同時還顯示ART調整了揚聲器的總增益。在校正前圖中，增益過高（即揚聲器過響）。在校正后圖中，增益已降低到理想的目標水平。

校正前

校正后

自動均衡和補償

ART算法和SHARC處理器會根據分析“自動設置”時產生的參數和數據計算系數，然后將系數用以執行自動均衡和補償。相關調整項包括：

補償每個揚聲器的延遲，單位毫秒。不同揚聲器的聲音都會同時到達聽眾耳中。如果不對延遲進行補償，聽眾往往會覺得聲音來自距離最近的喇叭。
補償每個揚聲器的增益，單位dB。補償每個揚聲器的增益對于在喇叭之間還原正確的音量平衡至關重要。
補償揚聲器的均衡參數。這項調整項包括音調均衡，作用是補償非理想的揚聲器和房間響應。均衡操作由參數均衡器執行。每個頻帶參數如下：中心頻率、增益及帶寬（Q）。每個通道的頻帶數目由接收器OEM廠家設置。
圖形顯示均衡曲線供用戶編輯。圖形顯示和編輯允許音頻發燒友根據自身要求進行調節。這項功能得以實現是因為ART采用了參數均衡濾波器。此外，接收器廠家可視需要允許用戶根據自定義系數進行手動均衡操作。

靈活定制，更快上市

ART技術的發展立足于滿足大眾市場消費音頻的需求，因此ADI公司為這款軟件配備了各種設計和開發功能。環繞聲接收器設計者可以在享用定制功能的同時降低開發風險和成本并縮短上市時間，從而有效開發出不同功能、不同價位的各型號產品。

ART軟件的靈活可定制特性包括：

支持任意揚聲器配置。ART支持任意數目的聲道（端口）。可自動檢測聲道以及每個聲道和重低音音箱或喇叭的連接狀態。此項功能不僅方便用戶，而且有利于廠商更靈活地對系統進行封裝，包含不同數目及類型的揚聲器。

支持OEM廠家提供的麥克風。ART軟件能夠對非平坦頻率響應曲線進行補償（曲線越平坦，測量效果越好），從而允許利用廉價麥克風進行測量。系統設計者可以指定所選麥克風的頻率響應。

用戶界面可定制。一般情況下，接收器可通過視頻畫面演示所測量的聲道以及該聲道的相關信息。接收器OEM廠家可輕松修改ART界面，提高消費者易用性和產品差異化程度。

用戶可定制目標均衡效果，每種均衡效果均具有獨特音效，可針對具體細分市場預設。用戶可以選擇諸如“古典”或“搖滾”等設置。

新一代SHARC處理器在芯片組內集成了所有必需的音頻功能（包括ART算法），將開發風險和成本降至最低并加快了產品的上市時間。SHARC處理器不僅擁有業界一流的浮點性能，而且性能是單MAC（乘法累加）定點器件的至少兩倍以上。此外，SHARC處理器預先為最新的音頻解碼器和后處理器（如Dolby? ProLogic? IIx和Microsoft? Windows Media? 9 Audio Professional）提供支持，并具有足夠的片上存儲器來支持演播室級的音頻處理。

而且，處理器的可編程功能讓設計升級（添加功能、兼容新標準）更加靈活多變。使用SHARC處理器系列，開發者不必利用外設或軟件插件便可實現功能。如今廠商紛紛為普通消費者提供日益豐富的音頻體驗，廠商必須獲得理想的價格和快速的周轉時間才能從中獲利，因而SHARC處理器的集成方案不僅能夠滿足廠商的需求，更是他們所不可或缺的。

所有SHARC處理器均由ADI公司VisualDSP++?集成式開發環境提供完全支持，該開發環境包含一整套軟件工具，提供一個高度優化的C++編譯器和一個圖形開發環境。
ART和SHARC Melody平臺—緊跟消費音頻市場的步伐

ART技術基于ADI公司強勁的SHARC Melody平臺，幫助廣大音頻系統開發者打造豐富的多聲道音頻，獲得家庭音頻接收器消費者的青睞，進而從不斷涌現的市場機遇中獲益。ART軟件和SHARC Melody平臺不僅價位適中，貼近大眾市場，而且能夠簡化家庭影院系統的設置并針對非理想的聲學環境和揚聲器響應進行補償，將原本復雜棘手的過程轉變為效果顯著的人性化聆聽體驗。