Dans le même temps, des émetteurs numériques de différents types sont produits depuis longtemps en quantités limitées. Ces derniers sont peu connus d'un large éventail de consommateurs, sont chers et utilisés relativement rarement. En outre, un bref historique des émetteurs sonores numériques, les appareils dans lesquels ils ont été utilisés et appliqués, ainsi que des considérations sur leurs perspectives.
Prérequis pour l'apparence
Depuis le milieu des années 20, la domination indivise en électroacoustique est restée avec le haut-parleur électrodynamique, dans ses différentes variantes. Aucun des électrostats, qui au début brûlaient beaucoup, perturbant les sessions des premiers films sonores dans les années 30, puis devenant tout simplement fabuleusement coûteux, ne pouvaient pas le faire disparaître. Ni les ionophones, qui ne sont pas capables de reproduire correctement les basses fréquences. Ni les émetteurs piézoélectriques, qui n'ont pas pu résister à la concurrence en raison de leur faible gamme de fréquences.
bobine grillée du haut-parleur d'extrêmes graves
En même temps, les haut-parleurs peuvent difficilement être qualifiés de solution techniquement parfaite. Ainsi, pour les tweeters, la température de la bobine de 100 degrés Celsius n'est pas la limite, l'efficacité pour cette raison dépasse rarement 1%, et la température de la bobine de woofer des pilotes dynamiques peut facilement dépasser 150 ou même 200 degrés, lorsqu'elle fonctionne à la puissance nominale. La distorsion, à la fois fréquentielle et non linéaire, nécessite une correction ou des technologies qui peuvent les réduire considérablement. Une histoire similaire se produit avec une caractéristique de transition qui, dans des solutions coûteuses, nous fait constamment rechercher une large gamme de fréquences, qui devrait idéalement aller beaucoup plus loin que le spectre entendu par l'oreille humaine.
Mais, malgré toutes les lacunes de l'orateur, c'est lui qui est devenu le plus demandé en termes de combinaison d'avantages. Dans le même temps, des chercheurs infatigables n'ont cessé de chercher quelque chose de plus productif, économe en énergie et aussi plus gérable. Les ingénieurs ont commencé à chercher un moyen de convertir les signaux numériques en sons directement, sans utiliser de DAC.
Expériences acoustiques des Bell Labs dans les années 1920
En théorie, les haut-parleurs numériques ont été décrits pour la première fois par Bell Labs dans les années 1920. Leur principe était assez simple. Le bit le moins significatif contrôle le haut-parleur, dans lequel une valeur de "1" le conduit à l'amplitude maximale, une valeur de "0" arrête complètement la signalisation. En outre, le bit le moins significatif a doublé la zone de rayonnement initiale, le suivant a doublé sa surface, etc. en fonction du nombre de bits. Dans les années 1920, ce type de conversion des signaux numériques en son n'était pas urgent et, théoriquement, le travail était sur la table pendant de nombreuses années.
Haut-parleur de téléphone Bell Lab
Dans les premières versions, la zone d'émission du bit suivant était concentrique autour du segment du bit précédent, mais cette règle n'est pas requise. La théorie a été mise en pratique pour la première fois en 1980. Bell Lab est également devenu le développeur. C'était une électrode en forme de disque sur laquelle une membrane en film mince était fixée. L'électrode a été divisée en segments isolés, avec le rapport de surface décrit ci-dessus pour le nombre de décharges de 4,3, 2,1, 0. Les segments ont été excités avec un signal rectangulaire numérique, conformément à sa valeur.
Pour les communications téléphoniques, la fidélité de reproduction était suffisante, mais cet émetteur n'était pas adapté à la reproduction de musique. Le fait est que, pour obtenir une sonie suffisante, la surface du radiateur correspondant dans le facteur de forme du système de haut-parleurs était trop grande. Les distorsions de conversion étaient également un problème, qui dans les CNA classiques peut être éliminé à l'aide de filtres. Mais dans les émetteurs numériques, leur utilisation est impossible, car la conversion se fait directement et ils sont le dernier maillon de la reproduction.
Expériences japonaises
La prochaine étape dans le développement des émetteurs sonores numériques a été la création de haut-parleurs numériques électret et piézoélectriques par SONY. Le principe de fonctionnement n'était pas très différent de celui utilisé au Bell Lab, mais la conception était différente. Les électrodes de ces émetteurs étaient des sections concentriques de surface égale. Les sections étaient connectées en groupes, le nombre de groupes dépendait de la capacité de l'émetteur.
Une méthode fondamentalement différente de division des sections d'un haut-parleur numérique a été proposée par les ingénieurs de Matsushita Electric Corporation (aujourd'hui Panasonic Corporation). Dans les brevets, et aujourd'hui propriété de la société, il est proposé de combiner les segments qui émettent du son en groupe, en fonction du coefficient de poids de la décharge.
Aucun des développements décrits dans la section n'a été développé compte tenu des coûts de production, des distorsions élevées, de la faible fabricabilité et d'autres problèmes spécifiques de la technologie néonatale.
Haut-parleurs numériques
Les tentatives de création d'un émetteur numérique électrodynamique ont commencé presque immédiatement après l'apparition de haut-parleurs piézoélectriques et électret de ce type. Les problèmes de ces derniers résidaient dans une gamme de fréquences étroite et une sorte de réponse en fréquence, qui ne permettaient pas de les utiliser efficacement n'importe où, sauf pour les appareils de communication pour les sections voix et HF des haut-parleurs.
un dessin d'un brevet Philips Philips
et Sony ont commencé à expérimenter un haut-parleur numérique en 1982. Le principe était que le nombre de bobines dans l'émetteur augmente, tandis que le nombre de sections correspond à la capacité. Le résultat a été le brevet Philips n ° 4612420 , peu de temps avant l'enregistrement du Japon n ° 58-31699, montrant une conception de haut-parleur numérique similaire.
Le haut-parleur numérique multi-bobines peut être considéré comme l'une des variantes les plus anciennes d'un pilote numérique. La dernière mention d'un développement similaire remonte à 2000, lorsqu'un principe similaire a été appliqué par B&W, le développement phare d'Audiophile.
Émetteurs piézo universitaires
Outre les sociétés d'électronique, le thème de l'émetteur numérique a été activement développé dans les universités. Un groupe de scientifiques de l'Université Shinzu de Nagano a concentré ses efforts dans les années 1990 sur les haut-parleurs numériques piézoélectriques. Ils ont obtenu leur premier résultat en 1993 et, en 1999, ils ont montré un émetteur conçu pour un signal 16 bits avec une fréquence d'échantillonnage de 48 kHz.
On peut dire que ce développement a été le premier émetteur numérique, dont les caractéristiques étaient suffisantes pour une utilisation multimédia limitée. Les caractéristiques de l'appareil étaient les suivantes:
- Gamme de fréquence: 40-10000 Hz;
- Réponse en fréquence inégale à moins de 4 dB.
- THD 3,5% à 50 Hz et 0,1% à 10000 Hz
- Sensibilité 84 dB
Le bruit de quantification et d'autres artefacts d'un type similaire de conversion numérique-analogique associés à une faible profondeur de bits dans de tels émetteurs étaient suffisamment forts pour parler de toute haute fidélité. Il était évident que les haut-parleurs de ce type ne peuvent être utilisés dans des dispositifs multimédias que dans une mesure limitée, principalement pour la communication et les alertes sonores, mais pas pour la lecture de musique de haute qualité.
Algorithme Brighton Lattice ou Helsinki
Les scientifiques britanniques les plus mémorables ont appliqué un principe fondamentalement nouveau. Un groupe de chercheurs de l'Université de Brighton, avec le soutien financier de B&W, a développé un haut-parleur dans lequel ils n'ont pas essayé de fourrer l'émetteur numérique dans un seul boîtier, mais l'ont présenté sous la forme d'un tableau distribué de nombreux émetteurs dynamiques individuels qui ont été combinés en groupes conformément à la décharge du signal. Ainsi, deux directions ont été ouvertes pour le développement des haut-parleurs numériques. La première consiste à augmenter le bit de quantification, ce qui permet de réduire le bruit, la seconde à corriger le signal pour compenser les distorsions des émetteurs dynamiques (ou autres).
La création d'un nouveau type d'émetteur numérique a suscité un vif intérêt dans la communauté universitaire. En conséquence, la société finlandaise Audio Signal Processing Espoo et l'Université d'Helsinki ont créé un algorithme qui optimise le fonctionnement du gril sectionnel Brighton. L'algorithme a permis d'aligner la phase et l'amplitude dans tout le spectre des fréquences reproductibles. L'algorithme est également apparu en 2000.
Le projecteur de son numérique
Les développements ci-dessus ont été utilisés par 1..limited pour créer The Digital Sound Projector, un appareil qui a été introduit en 2002. Nous pouvons dire que c'est le premier produit à part entière de l'histoire de l'électroacoustique qui utilise un émetteur numérique pour reproduire la musique avec une haute fidélité.
Les fabricants de microprocesseurs ARM Ltd, Cambridge Display Technology, une société scientifique interdisciplinaire, et Analog Devices, un fabricant de puces, ont participé à la création de The Digital Sound Projector. Plus tard, la production à petite échelle du produit a été poursuivie par Pioneer.
L'appareil utilisait 256 petits émetteurs, chacun reproduisant une seule impulsion. Comme les pixels sur un moniteur, le système a rassemblé une grande image à partir de nombreux signaux. Le processeur, conformément à l'algorithme finlandais, contrôlait les paramètres de lecture et effectuait l'élimination du bruit et la compensation de la distorsion. Le processus de compensation a pris en compte à la fois les artefacts de décodage et les interférences des ondes provenant de divers émetteurs.
L'une des réalisations importantes a été l'efficacité, qui a atteint 10%, ce qui a largement dépassé les valeurs des enceintes analogiques classiques. Le principe du rayonnement numérique contrôlé distribué a également considérablement réduit la distorsion harmonique et l'intermodulation. L'inconvénient le plus important et le plus évident du système était peut-être sa complexité, sa faible fabricabilité et, par conséquent, son coût élevé. Au début des années 2000, le monde n'était pas prêt à accepter quelque chose d'aussi complexe et, de toute évidence, il n'est pas prêt à accepter jusqu'à présent. Des problèmes tangibles sous forme de complexité et de coût n'ont pas fait de la technologie des réseaux de masse et l'ont enterrée dans le cimetière d'idées qui ne tournaient pas.
Stade de développement moderne
Malgré les difficultés évidentes, la technologie du rayonnement numérique s'est développée de manière inattendue. Ainsi, en 2015, il a été annoncé la création d'un émetteur MEMS, basé sur la structure complémentaire métal-oxyde-semi-conducteur (CMOS). Nous nous sommes habitués aux microphones MEMS et aux accéléromètres MEMS, et maintenant c'est au tour des haut-parleurs.
Audio Pixels a annoncé la création d'émetteurs MEMS, qui a déclaré qu'il était proche de créer des émetteurs numériques capables de surpasser les haut-parleurs analogiques. Les limiteurs sont la faible amplitude, ainsi que la limitation de la plage des basses fréquences que la plupart des innovateurs rencontrent dans le domaine des émetteurs sonores.
Un autre exemple d'utilisation d'émetteurs numériques est le casque Audio-Technica ATH-DSR9BT , dépourvu du DAC habituel et équipé de haut-parleurs numériques Pure Digital Drive. Le fabricant ne divulgue pas l'essence de la technologie en détail, cependant, à en juger par les informations disponibles, il s'agit de la réincarnation d'un haut-parleur numérique avec de nombreuses bobines, cependant, contrairement aux émetteurs Philips du milieu des années 80, Pure Digital Drive fonctionne avec un signal multi-bits.
Je ne sais pas comment sont résolus les problèmes de rayonnement ultrasonore, de bruit de quantification, ainsi que de correction des distorsions introduites par les pièces mécaniques de l'appareil. Mais, à en juger par le fait que l'appareil se positionne comme un produit phare sans fil de l'entreprise, il est possible que la solution soit efficace. On sait également que l'enceinte a été créée en partenariat avec Trigence Semiconductor.
Analogique chaleureux dans un futur proche
Je vais essayer de jouer à grand-mère Wang et résumer tout ce qui précède. L'espoir du rayonnement numérique est le MEMS, mais il a des limitations physiques redoutables qui limiteront leur utilisation à un facteur de forme principalement portable. Un autre problème est la vitesse de développement des technologies MEMS, qui font des plans, comme ils plaisantent parmi les développeurs, dans les «années canines», c'est-à-dire là où d'autres industries ont besoin conditionnellement d'un an, le MEMS prendra sept ans.
Un autre problème est le coût. Et jusqu'à ce que la fabricabilité augmente, le coût ne diminue pas et il ne croît pas rapidement en raison de la vitesse de développement MEMS déjà mentionnée. La simplicité et la réticence de la production d'enceintes sont tellement appréciées des fabricants que pour les changer pour quelque chose, de très bons arguments sont nécessaires, et l'augmentation de l'efficacité n'en fait clairement pas partie. Par conséquent, les partisans du techno-archaïque et autre audiophile analogique "steampunk" n'ont pas à s'inquiéter. Les amplificateurs à lampes, bien sûr, ne reviendront pas après le vinyle ressuscité, mais des haut-parleurs véritablement analogiques chauds et même chauds (au sens littéral) vivront encore dix ou deux ans. Malheureusement, le sort des haut-parleurs numériques reste aujourd'hui des produits expérimentaux rares et des recherches scientifiques relativement chers.