Diss. Karlskrona : Blekinge tekniska högskola, 2007.

Licentiatavhandling Ronneby : Blekinge tekniska högskola, 2008.

<p>Högtalare består idag ofta av flera högtalarelement, avsedda för olika frekvensområden. Signalen som driver dessa måste delas upp genom att oönskade frekvenskomponenter filtreras bort ur respektive utgående signal. Normalt görs detta med passiva komponenter i högtalarlådan. I denna rapport beskrivs arbetet med att ta fram ett digitalt system för att ersätta dessa passiva filter. Teoridelen tar metodiskt läsaren till en relevant kravspecifikation för systemet. Systemets fördelar gentemot den konventionella systemutformningen</p><p>diskuteras också. Ingående delystem är hårdvara för digital signalinmatning, digital signalprocessor för bearbetning av ljudet samt analog hårdvara för utmatning av de frekvensuppdelade ljudsignalerna. Stor vikt ligger på mjukvaruapplikationens struktur och implementation. Verifiering av systemets prestanda görs med en för akustikmätningar väl etablerad metod. I resultatdelen presenteras också det digitala systemets förmåga att kompensera högtalarens frekvensgång mot en given målkurva. Slutligen ges konkreta förslag på förbättringar av systemet som kan göras.</p> / <p>Today loudspeakers often contain several driving units, optimized for different frequency regions. The signal powering these driving units must be split up by filtering unwanted frequency components out of each outgoing signal. Usually, this is accomplished through</p><p>passive components within the loudspeaker enclosure. This report describes the development of a digital system to replace these passive filters. Theory is presented that leads the reader methodically towards a relevant requirement specification for the system. Benefits of this system compared to the conventional solution are also discussed. Subsystems within the scope of this paper are hardware for digital signal input, digital signal</p><p>processor and hardware for analogue output of the frequency split signals. The report puts a lot of focus on the structure and implementation of the software application. Performance verification is made by a well established methology for acoustical measurements. With the rest of the results, the ability of this digital system to compensate for the frequency behaviour of a loudspeaker towards a target curve, is also presented. Finally, concrete suggestions are given of further improvements that could be done to the system.</p>

Högtalare består idag ofta av flera högtalarelement, avsedda för olika frekvensområden. Signalen som driver dessa måste delas upp genom att oönskade frekvenskomponenter filtreras bort ur respektive utgående signal. Normalt görs detta med passiva komponenter i högtalarlådan. I denna rapport beskrivs arbetet med att ta fram ett digitalt system för att ersätta dessa passiva filter. Teoridelen tar metodiskt läsaren till en relevant kravspecifikation för systemet. Systemets fördelar gentemot den konventionella systemutformningen diskuteras också. Ingående delystem är hårdvara för digital signalinmatning, digital signalprocessor för bearbetning av ljudet samt analog hårdvara för utmatning av de frekvensuppdelade ljudsignalerna. Stor vikt ligger på mjukvaruapplikationens struktur och implementation. Verifiering av systemets prestanda görs med en för akustikmätningar väl etablerad metod. I resultatdelen presenteras också det digitala systemets förmåga att kompensera högtalarens frekvensgång mot en given målkurva. Slutligen ges konkreta förslag på förbättringar av systemet som kan göras. / Today loudspeakers often contain several driving units, optimized for different frequency regions. The signal powering these driving units must be split up by filtering unwanted frequency components out of each outgoing signal. Usually, this is accomplished through passive components within the loudspeaker enclosure. This report describes the development of a digital system to replace these passive filters. Theory is presented that leads the reader methodically towards a relevant requirement specification for the system. Benefits of this system compared to the conventional solution are also discussed. Subsystems within the scope of this paper are hardware for digital signal input, digital signal processor and hardware for analogue output of the frequency split signals. The report puts a lot of focus on the structure and implementation of the software application. Performance verification is made by a well established methology for acoustical measurements. With the rest of the results, the ability of this digital system to compensate for the frequency behaviour of a loudspeaker towards a target curve, is also presented. Finally, concrete suggestions are given of further improvements that could be done to the system.

På bullriga arbetsplatser använder personal ofta hörselskydd med inbyggda högtalare för att lyssna på exempelvis musik i underhållningssyfte. Om användaren lyssnar på höga ljudnivåer under långa perioder kan bullerskador uppstå i dennes öron. Enligt lagstiftning måste nivån därför begränsas i förebyggande syfte. Bullernivån är ett genomsnitt av de ljudnivåer användaren exponerats för under en arbetsdag. Användaren måste vila öronen om gränsvärdet för bullernivån nås.Om man utnyttjar att det är ett genomsnitt kan användaren tillåtas lyssna på en hög ljudnivå under en begränsad tid för att sedan sänka den. Det går att bevara både säkerheten och lyssningsupplevelsen om en sänkning införs långsamt. Detta arbete beskriver hur en algoritm till en digital signalprocessor kan konstrueras för att reglera ljudnivån.Målsättningen var att algoritmen skulle skydda användarens hörsel utan att försämra lyssningsupplevelsen, och utan att förbruka mer energi än nödvändigt. I algoritmen ingick en prediktor som predikterar mängden buller användaren riskerar att utsättas för, om denne fortsätter lyssna på samma nivå.Långsamma sänkningar av ljudnivån kan då utföras i tid innan gränsvärdet nås. Det visade sig att algoritmen endast behövde ett fåtal samplingar per sekund för att skatta och reglera ljudnivån tillräckligt precist, vilket reducerade energiförbrukningen.Resultatet visar möjligheten att kombinera målen för säkerhet, lyssningsupplevelse och energieffektivitet i hörselskydd. Algoritmen implementerades inte på ett skarpt system.Den hade enbart tillgång till ljudsignalen användaren ämnade lyssna på i underhållningssyfte. / In noisy workplaces the staff are often using hearing protectors with built-in speakers for entertainment purposes. Prolonged exposure to loud sound levels can cause damage to the user’s ears. The legislation requires therefore a limiting mechanism for the speakers. The noise level is defined as the average of the sound levels the user has been exposed to during a working day. If the noise threshold is reached the user has to rest his ears. This definition can be exploited to allow the user to listen to a loud sound level for a limited time and then lowering it. If the sound level is lowered slowly, it is possible to preserve both safety and listening experience. This work describes how an algorithm can be designed for a digital signal processor with the purpose of controlling the sound level. The aim was to protect the user's hearing without spoiling the listening experience, and without consuming more power than necessary. The algorithm design included a predictor that predicts the amount of noise the user risk being subjected to, if he continues to listen at the same level. Slow reduction of the sound level can then be carried out in time before the noise threshold is reached. It turned out that the algorithm only needed a few samples per second to estimate and control the sound level sufficiently precisely, this reduced the power consumption. The results show that it is possible to combine the objectives for safety, listening experience and power consumption in hearing protectors. The algorithm was not implemented in a real system. The algorithm had only access to the audio signal which the user intended to listen to for entertainment purposes.

Information is often stored and transmitted through electrical signals. This information may need refinement, which may be done by processing and altering the electrical signals, in which it is transmitted. When refining a signal, a frequency selective filter is often used. It can be implemented through digital signal processing (DSP). DSP is a concept where signals are refined using a digital compute system. Digital systems are designed to replace their analog counterpart, mitigating their flaws in scalability, complexity and cost. A DSP system is typically implemented using software on a small computer, while analog systems are implemented through various electronic components. The objective of this project is to design a DSP system that filters analog input data using automatically synthesised filters from user-defined input specifications. The DSP system is implemented using a microcontroller. The system designed the filters and found the filter coefficients. It then uses analog to digital converter (ADC) to sample an input signal and applies the filter. Lastly, it uses the digital to analog converter (DAC) to reconstruct a filtered, analog result. A user interface is not designed for the system, and only a limited number of filters are implemented. However, the system is successful in designing filters and finding their coefficients.

Purpose – Examine if there is any difference in performance between the C++ framework JUCE and the domain-specific programming language FAUST to create a decision basis to facilitate choices between them when developing plugins. Method – An experimental study where two delay-plugins with identical functionality were developed and compared in latency, CPU load and memory usage. The experiment consisted of three test cases and were performed on three different computers. Findings – FAUST performed better than JUCE regarding latency and CPU load during the experiment. JUCE on the other hand performed better than FAUST regarding memory usage. Implications – This study has made it easier to make a decision based on performance when choosing between JUCE and FAUST regarding development of plugins. Limitations – Time restrictions has led to only comparing JUCE and FAUST, leaving other relevant alternatives aside. It has also led to only developing one type of plugin. The results of the study cannot be generalized or applied to other frameworks and programming languages whose purpose is to ease processing of digital signals. / Syfte – Undersöka om det är någon skillnad i prestanda mellan C++-ramverket JUCE och det domänspecifika programmeringsspråket FAUST för att skapa ett beslutsunderlag för att underlätta val mellan dem vid utveckling av plugins. Metod – En experimentell studie där två delay-plugins med identisk funktionalitet utvecklades och jämfördes i latency, CPU-belastning och minnesanvändning. Experimentet bestod av tre testfall och utfördes på tre olika datorer. Resultat – FAUST presterade bättre än JUCE gällande latency och CPU-belastning under experimentet. JUCE presterade däremot bättre gällande minnesanvändning. Implikationer – Denna studie har gjort det lättare att fatta ett beslut baserat på prestanda vid val mellan JUCE och FAUST beträffande utveckling av plugins. Begränsningar – Tidsbegränsningar har lett till att endast en jämförelse mellan JUCE och FAUST har genomförts. Andra relevanta alternativ har uteslutits på grund av detta. Det har också medfört att endast en typ av plugin har utvecklats. Studiens resultat kan inte tillämpas eller generaliseras till andra ramverk och domänspecifika programmeringsspråk vars syfte är att bearbeta digitala ljudsignaler.

Matched frequency responses are a fundamental starting point for a variety ofimplementations for microphone arrays. In this report, two methods for frequencyresponse-calibration of a pre-assembled microphone array are presented andevaluated. This is done by extracting the deviation in frequency responses of themicrophones in relation to a selected reference microphone, using a swept sine asa stimulus signal and an inverse filter. The swept sine includes all frequencieswithin the bandwidth of human speech. This allows for a full frequency responsemeasurements from all microphones using a single recording.Using the swept sine, the deviation in frequency response between the microphonescan be obtained. This deviation represents the scaling factor that all microphonesmust be calibrated with to match the reference microphone. Applying the scalingfactors on the recorded stimulus signal shows an improvement for both implementedmethods, and where one method matches the frequency response of the microphoneswith high accuracy.Once the scaling factors of the various microphones is obtained, it can be usedto calibrate other recorded signals. This leads to an minor improvement formatching the frequency responses, as it has been shown that the differencesin frequency response between the microphones is signal-dependent and variesbetween recordings. The response differences between the microphones dependson the design of the array, speaker, room and the acoustic frequency dispersionthat occurs with sound waves. This makes it difficult to calibrate the frequencyresponses of the microphones without appropriate equipment because the responseof the microphones is noticeably affected by these other factors. Proposals to addressthese problems are discussed in the report as future work. / Matchade frekvenssvar är en grundläggande utgångspunkt för ett flertal implementationer för mikrofonarrayer. I denna rapport presenteras och utvärderas tvåmetoder för frekvenssvarskalibrering för en förmonterad mikrofonarray. Detta görsgenom att extrahera avvikelsen i frekvenssvar hos alla mikrofoner i förhållandetill en vald referensmikrofon. Frekvenssvaren tas fram med hjälp av ettsinussvep som stimulanssignal och ett inverterat filter. Sinussvepet inkluderar helafrekvensbredden för mänskligt tal och möjliggör att mikrofonernas fulla frekvenssvarkan analyseras från en enda inspelning.Med hjälp av sinussvepet kan avvikelsen i frekvenssvar mellan mikrofonerna erhållas.Denna avvikelse representerar den skalningsfaktor alla mikrofoner måste kalibrerasefter för att matcha referensmikrofonen. Genom att applicera faktorerna på deninspelade stimulussignalen ses en förbättring för båda implementerade metoderna,där en metod matchar mikrofonernas frekvenssvar med hög noggrannhet.När skalningsfaktorn för de olika mikrofonerna har erhållits kan den användas föratt kalibrera andra inspelade signaler. Detta leder till en liten förbättring i att matchafrekvenssvaren, då det har visat sig att skillnader mellan mikrofonernas frekvenssvarär signalberoende och varierar mellan inspelningar. Skillnader i frekvenssvar mellanmikrofonerna beror på ljudets utbredning i rummet, utformningen av arrayen,högtalaren och den akustiska frekvensspridningen som uppstår hos ljudvågor. Dettagör det svårt att kalibrera frekvenssvaren hos mikrofonerna utan lämplig utrustningeftersom mikrofonernas respons märkbart påverkas av dessa andra faktorer. Förslagför att kringgå dessa problem diskuteras i rapporten och tas upp som framtidaarbete.