Vorstellung AIDA DSP Projekt

Nachdem der Sure-DSP Thread doch schon eine gewisse Länge hat ist davon auszugehen, dass es inzwischen einige Anwender gibt, die Produkte mit Signalprozessoren von Analog Devices nutzen (ADAU1701).
Diese Produkte sind von Haus aus ja schon ziemlich genial und können schon sehr viel, stoßen aber vor allem bei externen Steuerungsmöglichkeiten schnell an ihre Grenzen. Mit diesem Projekt ist es möglich, den DSP im Livebetrieb umfangreich zu beeinflussen.
Im Hauptthread zum Sure-DSP wurde das AIDA-DSP Projekt bereits einmal kurz erwähnt, scheint aber im Getümmel untergegangen zu sein. Nachdem ich die Geschichte erfolgreich am laufen haben und mir zutraue, ein paar grundlegende Fragen beantworten zu können, möchte ich das Projekt hier nochmal Vorstellen.

Zunächst:
Das Projekt stammt nicht von mir.
Zu finden es es auf Github, wobei ich die Dokumentation noch etwas unübersichtlich finde, was den Einstieg nicht gerade einfach macht.

Was ist das?
Es handelt sich bei dem Projekt hauptsächlich um eine Bibliothek für die Arduino-Umgebung.
Außerdem ist aus dem Projekt ein Shield für den Arduino Mega und Due entstanden, auf dem ein ADAU1701 arbeitet, quasi die plug&play Lösung. Das Shield bringt bereits, wie das Interface-Board für den Sure-DSP auch, Klinkeanschlüsse für In- und Outputs mit.

Was kann das?
Letztendlich geht es darum, eine große Auswahl an Funktionsblöcken im SigmaStudio im Livebetrieb mit externen Steuerungsmöglichkeiten zu beeinflussen. Man ist dabei nicht wie mit den vorhandenen GPIO Pins vom DSP an die Blöcke gebunden, die einen Steuerungseingang haben. Auch erfolgt die Berechnung der neuen Koeffizienten für die Filter und anderen Funktionen im Livebetrieb auf dem Arduino. Für variable Filter und Equalizer ist man also nicht mehr auf die Lookup Filter, die auf Basis von einer begrenzten Anzahl an vorher berechneten und abgespeicherten Werten funktionieren, angewiesen.
Eine Übersicht mit den Blöcken, die unterstützt werden, findet sich auf der ersten Github-Seite.

Was braucht es dazu?
- Einen Arduino (Nano, Uno, Mega, Due und viele mehr sind kompatibel)
- Einen kompatiblen DSP (ADAU1701, ADAU144x), also zum Beispiel das AIDA-DSP Shield, passende Boards aus dem FreeDSP Projekt, das Sure/Wondom DSP Board und auch die gängigen Verstärkerboard mit eingebautem ADAU1701 DSP.

Wie funktioniert es?
Ein Signalprozessor (meistens ein ADAU1701) bearbeitet wie gewohnt ein Audiosignal nach einem Programm, was man wie sonst auch im SigmaStudio erstellt hat. Parallel dazu läuft ein Arduino, der zum einen Steuersignale auswertet (Potentiometer, Schalter, Taster, Drehencoder,...) und zum anderen mit dem DSP kommuniziert. So kann der Arduino im Livebetrieb z.B. abhängig von einem Potentiometer einen Block im SigmaStudio verändern, indem Parameter für den Signalprozessor vom Arduino neu berechnet und auf den DSP übertragen werden.
Im Prinzip passiert nichts Anderes, wie wenn man im SigmaStudio im Livebetrieb programmiert. Auch dort kann man eine Frequenz eines Filters ändern und hört die Änderung in Echtzeit. Nichts anderes macht der Arduino.
Im Hintergrund arbeitet eine ziemlich mächtige Bibliothek, sodass man sich als Anwender keine Gedanken um das eigentliche Berechnen und Übertragen von Parametern machen muss. Wer schon ein bisschen mit Arduinos rumgespielt hat wird in kürzester Zeit auch einen DSP extern steuern können.
Auf der Github-Seite gibt es einige Beispielprojekte zum runterladen, die sowohl das SigmaStudio-File als auch den zugehörigen Arduino-Sketch enthalten. Daraus lässt sich herleiten, wie die einzelnen Funktionen aufgerufen werden, eine Übersicht über die Funktionen der Bibliothek und deren verwendung scheint es bisher nicht zu geben. Von den Beispielsketchen darf man sich nicht abschrecken lassen, ein Großteil des dort enthaltenen Codes ist dazu da, um Statusinformationen im seriellen Monitor der Arduino-Umgebung (für Debug-Zwecke) auszugeben und für die eigentliche Funktion nicht notwendig.

Beispiel parametrischer EQ:
Ein Subwooferverstärker mit DSP soll einen parametrischen EQ bekommen. Mit Lookup-Filtern ist das alleine mit dem DSP und dessen GPIO Eingängen nicht möglich, da sich abhängig von drei Potentiometern Güte, Frequenz und Boost ändern lassen sollen. Bei Lookup-Filtern ist es effizient nur möglich, einen Parameter zu ändern.
An den Arduino werden also drei Potis angeschlossen. Der Arduino liest die aktuelle Potistellungen ein, berechnet daraus die Filterkoeffizienten für die aktuelle Einstellung und überträgt diese auf den Signalprozessor. Dies geschieht völlig unterbrechnungsfrei und ohne irgendwelche Störgeräusche.
So ist es auch möglich, einen grafischen EQ mit 15 Bändern zu erstellen, im SigmaStudio braucht es dazu bloß 15 EQ Blöcke, gesteuert werden diese über den Arduino, mit dem es kein Problem ist, 15 Potiwerte einzulesen.

Beispiel aktive Frequenzweiche:
Mit den Hausmitteln des ADAU1701 ist es zwar möglich, eine variable Frequenzweiche zu erstellen, allerdings ist die Bedienung per Poti relativ unpräzise. Mit diesem Projekt wäre es mit etwas Aufwand möglich, per Display und Knöpfen/Drehencoder eine Frequenzweiche ähnlich den Speakermanagnement-Systemen wie t.racks DS2/4 und Behringer DCX2496 zu realisieren.
Per Display und Taster/Drehencoder kann man sich durch Menüs klicken, in denen dann die Parameter der verschiedenen Einstellungen (Highpass, Lowpass, EQs, Limiter,..) verändert werden können. Für solche Menüs gibt es bereits fertige, umfangreiche Bibliotheken für den Arduino. Auf Basis dieser Einstellungen werden alle nötigen Koeffiziente für den DSP berechnet und übertragen. So ließen sich die Einstellungen ganz exakt (aufs Hz genau, Anhebung/Absenkung von Pegel auf Wunsch auch mit drei Nachkommastellen usw.) vornehmen. Und auch in mehreren Presets speichern.

Dieses Projekt sorgt also dafür, dass die zeitkritischen Prozesse alle auf dem DSP bleiben und wie gewohnt ablaufen und sich das grundsätzliche Programm ganz einfach mit Blöcken zusammenklicken lässt.
Aber man bekommt die Möglichkeit, die ganzen Steuerungsgeschichten mit beliebiger Freiheit als Code zu programmieren ohne, dass man auf die nicht ganz so umfangreichen Steuerungsblöcke im SigmaStudio beschränkt ist. Grenzen gibt es hier nur sehr wenige, an einem Arduino Mega könnten ohne weitere Maßnahmen 16 Potis und über 50 Schalter/Taster/LEDs angeschlossen werden. Reichen 16 Potis nicht aus kann man relativ simpel einen Multiplexer anschließen um weitere Potis einzulesen.
Auch wenn man hier auf einmal Code schreiben muss ist das relativ harmlos, da die Arduino-Umgebung sehr einsteigerfreundlich ist. Ich habe selber erst vor wenigen Monaten das erste mal einen Arduino angefasst und konnte da nur auf ein bisschen Grundlagen in C-Programmierung zurückgreifen. Mit der Arduino-Umgebung bekommt man eben relativ schnell etwas lauffähiges zusammen, was dann für genug Motivation für die nächsten Schritte sorgt.

Ich bin da wie gesagt selber noch relativ am Anfang und habe nun die Geschichte mit einem FreeDSP und einem Arduino Nano sowie einem Arduino Due zum laufen bekommen (das erste eigene Projekt, ein parametrischer EQ auf dem Steckbrett).

Ich hoffe, dass das Projekt auf diesem Wege ein wenig verbreitet wird. Es kamen im Sure-Thread ja durchaus hin und wieder Anfragen zu komplexeren Steuerungsaufgaben des DSP oder zu Möglichkeiten, mehr als 4 Potis anzuschließen.
Das Projekt hat definitiv enormes Potential!

Gerade für die Sure-DSP Besitzer dürfte das sehr interessant sein, es ist nur ein Arduino notwendig, den es aus dem fernen Osten schon für deutlich unter 10 € gibt. Ein Nano mit 328 Prozessor reicht für die ersten Versuche aus, diesen gibt es ab 2 €.