liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Using DSP technology to improve sound quality in active speakers
Linköping University, Department of Science and Technology. Linköping University, The Institute of Technology.
2010 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (One Year)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Aditus Science has developed a system to improve the sound quality in speaker systems, using DSP technology. Software developed in MATLAB is being used to make measurements of the speakers via microphones. Based on those results, the parameters for the signal processing in the DSP can be set. A prototype model of the system was used as hardware when the software was developed.

The system has several analog and digital inputs and outputs over SPDIF, Ethernet, 3.5mm analog stereo plug etcetera. An ADC converts the analog inputs to a digital signal in the format interintegrated circuit sound signal, i2s. The DSP makes signal processing of the digital audio stream to optimize it for the speaker and sends it to the amplifier through a DAC. The digital audio signals are also directly distributed over the Ethernet, the digital output connectors, and to the analog outputs through a DAC. The system is designed to be controlled by the user over a web server or from a front panel on the device.

The main purpose of the thesis work is to develop the hardware platform to be used for the system. Three different PCBs were designed. One board hosting the digital parts, one the analog parts, and one backplane to connect the other two boards and to provide the power supply.

The first board with the digital parts includes a DSP, an AVR to be microcontroller, a synthesizer and connectors for the digital inputs and outputs. The DSP is used for the signal processing of the audio signals, and is also used to handle inputs with different sample rates through the internal FARM, flexible audio routing matrix. The AVR micro controller unit is used as the master in the system. It loads the program and parameters into the DSP, ADC/DAC and the synthesizer. It handles the user interface from the front panel, and hosts the server with the user interface over Ethernet. The synthesizer is being used to tune the clock frequency to be able to counteract data drop if the audio stream over Ethernet has a slightly different frequency than the system.

The board with the analog parts also includes some digital signals from the DSP, and control signals from the AVR to the ADC/DAC. The analog connectors are located in this board and also the input and output networks of operation amplifiers.

The first part of the work was to make the schematics for the three cards, and the second part to make the layout. Special care was taken to make a system with as good performance as possible. An example of those parts is to carefully design ground planes and power planes to reduce noise and current loops. The placement of the components and the routing of the signals were carefully made to eliminate over hearing and noise introduced between the blocks. It also handles routing of differential pairs and impedance matching.

Abstract [sv]

Aditus Science har utvecklat ett system för att förbättra ljudkvalitén i högtalare, genom att använda DSP-teknologi. Mjukvara utvecklad i MATLAB används för att göra mätningar på högtalarna med hjälp av mikrofoner. Med hjälp av resultaten ställs parametrarna i DSPn in. En prototypmodell av systemet användes som hårdvara när mjukvaran utvecklades.

Systemet har flera analoga och digitala in och utgångar bland annat genom SPDIF, Ethernet och 3.5mm analog stereo plugg. En ADC konverterar de analoga insignalerna till digitala signaler i formatet inter-integrated sound, i2s. I DSPn sker signalbehandling av de digitala signalerna för att optimera dem för högtalarna. De sänds dem sedan vidare till förstärkarna via en DAC. Ljudsignalerna distribueras även direkt över Ethernet, de digitala utsignalskontakterna och till de analoga utsignalskontakterna via en DAC. Systemet kontrolleras av användaren via en webbserver eller ett frontpanelskort.

Det här examensarbetet handlar om utveckling av en hårdvaruplattform för systemet. Tre olika PCB’er designades. Ett kort med de digitala delarna, ett med de analoga delarna och ett bakplan som står för strömförsörjningen och ansluter de övriga två korten till varandra.

Det första kortet med de digitala delarna innehåller en DSP, en AVR processor, en synthesizer och kontakter för de digitala in och utsignalerna. DSPn används för signalbehandling av ljudsignalerna, men hanterar även insignaler med olika samplingshastigheter genom en inbyggd FARM, Flexible Audio Routing Matrix. AVR processorn används som master i systemet. Den laddar program och parametrar till DSPn, ADC/DAC och synthesizern. Den hanterar även användarinterfacet från frontpanelen, och hostar servern med ett användarinterface över Ethernet. Synthesizern används för att justera frekvensen för mottagningen så att inga dataförluster uppstår om ljudkällan över Ethernet har en något annorlunda samplingshastighet än systemet.

Kortet med de analoga delarna innehåller även några digitala signaler kopplade till DSPn, samt kontrollsignaler från AVR processorn till ADC/DAC´en. Kontakterna för de analoga in och utsignalerna sitter på det här kortet, och även in- och ut-nätverken med operationsförstärkare.

Den första delen av arbetet var att göra scheman för de tre korten, och den andra delen att göra layouten. Speciell vikt lades på att uppnå så bra prestanda som möjligt i systemet. Exempel på sådant arbete är att designa jordplan och spänningsplan för att reducera uppkomsten av brus och jordströmmar. Placeringen av komponenter och dragningen av ledarna är gjorda med stor eftertanke för att eliminera överhörning och störningar mellan blocken. Även hur differentiella par, och impedansmatchning av ledare behandlas är inkluderat.

Place, publisher, year, edition, pages
2010. , 31 p.
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-93537ISRN: LiU-ITN-TEK-A--10/053--SEOAI: oai:DiVA.org:liu-93537DiVA: diva2:625165
Subject / course
Electrical Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2013-06-04 Created: 2013-06-04 Last updated: 2013-06-04Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1694 kB)407 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1694 kBChecksum SHA-512
482dfd39d03bce95b265bbb73105fa736fe1575cda57b446f0f995976cd7e78d9c76a623f3aff4fb6dffe865babe9e7e67d3cae9fda60b9de3fef01423fedcd4
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Magnusson, Mattias
By organisation
Department of Science and TechnologyThe Institute of Technology
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 407 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 158 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf