Signal Processing and Speech Communication Laboratory
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Entwicklung eines DSP-Boards mit Audio-Codecs

Status
Finished
Type
Bachelor Project
Seminar Type
Audio Signal Processing, Seminar (3 SE)
Announcement date
10 Jul 2013
Student
Julius Drescher
Mentors
Research Areas

Zusammanfassung

2011 entstand zusammen mit einem Kommilitonen die Idee, einen aktiven 3-Wege-Studiomonitor (Projektname: „BigMon”) zu bauen. Im Laufe der Entwicklung ergaben sich zusehends Probleme, welche mit analoger Technik nur schwer lösbar waren. Allen voran die Tatsache der verschiedenen akustischen Zentren und damit verbundenen Laufzeitdifferenzen zwischen den Chassis. Analog kann eine Zeitverzögerung mit Allpassen hoher Ordnung realisiert werden. Messtechnisch wurde die Notwendigkeit von 0.2 ms ermittelt. Das hatte immensen Schaltungsaufwand und hohe Kosten bedeutet. Durch die Verwendung von Hornsystemen zur Zeitanpassung entstehen Verzerrungen, sodass auch diese Möglichkeit wegfiel. Aus Kosten- und Leistungsgründen drängte sich die Verwendung eines digitalen Signalprozessors (DSP) auf. Hiermit sollte dann die spätere Anpassung an den Raum und die Einbindung diverser Schutzschaltungen einfacher realisierbar sein.

Diese Arbeit beschreibt die Planung und Fertigung einer DSP-Platine. Der Prozessor wurde nach den Kriterien ausgewählt, bei der Verwendung in BigMon, optimal ausgelastet zu werden. Zudem konnten durch zwei Ein- und vier Ausgange andere Projekte realisiert werden. Dabei war es wichtig, dass die Platine am Ende ohne Kenntnisse einer Programmiersprache und von jedem PC aus programmierbar ist.

Um sich mit den einzelnen Komponenten einer DSP-Platine getrennt auseinander setzen zu können, wurden zuerst einfache Test-Platinen für Netzteil, Programmiergerat und DSP gefertigt, welche nur das Nötigste zur Verfügung stellen. Die Erfahrungen, die mit diesen

Platinen gesammelt wurden, flossen später in den Prototypen ein.

Bei der Fertigung wurde auch der finanzielle Aspekt beachtet. Kostengünstige Bauteile wurden qualitativ hochwertigen vorgezogen, die Platine wurde in Through Hole Technology (THT) gefertigt und die Herstellung erfolgte zu Hause. Dadurch auftretende Probleme wurden erwartet und in Kauf genommen, da sie im späteren Anwendungsfall alle vermeidbar sind.

In dieser Arbeit wird die Entwicklung und Herstellung des DSPs inklusive Ein- und Ausgangsstufen und Netzteil behandelt.

Abstract

In 2011 the idea to build a studio monitor together with a fellow student was born. The project got the name „BigMon” due to its size. In the meantime of developing there´ve been problems, which couldn´t be solved by analog circuits. Especially, the different acoustical centre of the speakers and different inter-speaker-delay. In analog, a time delay can be realized by all-passes of higher order. By measuring the need of 0.2 ms was determined, which would be a high cost. With the use of horns for time-alignment, distortion is generated so this wouldn´t be an option. The need of a DSP was now clear. With a DSP the adaption to the room and a number of protection circuits would be possible, too.

This paper describes the planning and modelling of a DSP-board. The processor was chosen to fit best in BigMon. It should have 2 inputs and 4 outputs so it can be used in other projects,too.

It was very important that the Board could be programmed without knowledge in any programming language and with every 32-bit personal computer. To learn the different components of a DSP-board, simple test-boards were built for power supply, programmer and DSP, which have only the most necessary features. The experience

with this boards flowed into the prototype. Also the financial aspect was pointed out. Cheap elements were preferred to expensive ones. The board was assembled in THT-technique and the fabrication took place at home. Problems induced by this fact were expected but no bigger attention was drawn to these because in the case of BigMon, better parts could be used.

In this paper also the planning and modelling of the DSP with the in- and output circuits and the power supply is shown.

Download: J ulius Drescher Bachelorarbeit final.pdf