Цифровая эмуляция лампового преампа

[ofsilence]

Здравствуйте, форумчане!:) После долгого непосещения форума прихожу сразу с новой бредовой идеей.

Излагаю суть - в рамках настоящей темы я предлагаю озадачиться точным моделированием всех процессов, происходящий в ламповом каскаде с последующей реализацией модели в виде какой-нибудь автономной цифровой системы. То есть по сути я предлагаю создать классический гитарный процессор - АЦП - обработка - ЦАП. Но только я предлагаю делать это по-ламповому - смоделировать ВСЕ процессы в ламповом каскаде, в том числе уплывание рабочей точки, влияние питания.

В случае, если это получится сделать и хватит вычислительной мощности выбранной платформы, то результат должен быть хорош и гибок - качество будет мало отличаться от оригинального преампа (разъяснение через одно предложение:)), при этом можно на лету менять любые параметры системы, или вообще переключаться между двумя разными усилами.

Касательно качества. На форуме бытует мнение, что любое АЦ или ЦА - преобразование напрочь убивает звук. Все слушают свои тру-аналоговые преампы в оцифрованном виде, и все хорошо. Очевидно, что оцифровка сигнала до обработки будет вносить искажений в Ку раз больше, что может быть и 50Дб. Тем не менее искажения все равно эффективно маскируются шумом гитары. Доказательством данного утверждения является технология реампинга. Когда записывается ди-сигнал с гитары, а потом в студийных условиях воспроизводится во вход тру-головы, а результат записывается и опять оцифровывается. У меня знакомые писались таким способом, и качество меня порадовало - ощутимой деградации звука не произошло. Предлагаемая система должна быть даже лучше - до обработки применяется только АЦ преобразование, в отличие от АЦ - ЦА в реампинге. Сам процесс цифровой обработки не привнесет ничего нежелаемого в звук - никакая цифровая фильтрация или пропускание сигнала через нелинейные функции не приводит к увеличению шума и прочим нежелательным эффектам.

Возможно, коммерческое применение ограничено - физическая реализация данного проекта потребует большой вычислительной мощности. Но главная цель данного проекта - получение полной аналитической модели лампового каскада, которую уже можно будет применять не только в настоящем проекте.

Аналитическое описание предлагаю делать в MathCAD, либо аналогичной программе (лично я за предложенную, но у некоторых потенциальных участников могут возникнуть проблемы с получением лицензии на программу, если вы понимаете о чем я).

Физ реализацию предлагаю делать так:
http://www.altera.com/products/devkits/altera/kit-cyc2-2C20N.html

Этот отладочный модуль имеет 24 бит аудио кодеки и вполне мощную ПЛИС, которая может быть использована либо для обработки с реализацей каждой функции аппаратно на логических элементах (параллельная обработка данных), либо из логических элементов можно собрать процессор, внедрить в него кастом-функции для обсчета лампового каскада. Цена вопроса 5 тысяч, думаю вполне гуманно.

Прошу высказывать мнения всех, даже тех, кто не собирается участвовать:)

[Sanoend]

Инженеры Line 6 давным-давно над этим бъются.
Чтобы получить результаты лучше чем у них, надо быть умнее чем они, а с этим, я думаю, будут проблемы.

А ещё некоторые процесы происходящие в лампе просто неизученны, а значит смоделировать их не получится. Да и распаивать планарный проц с примерно двухстами ногами дело не легкое, а ведь ещё память, а ещё на таких частотах даже длину дорожек паралельных шин данных надо делать одинаковыми. Вы готовы справиться со всеми этими трудностями?

Можно обвинить меня в писимизме, но я считаю, что не стоит овчинка выделки.

[OlegFX]

Сразу же такой вопрос: чем нравятся/не нравятся аналогичные разработки Лайн 6, Босс, Корг и др? Они, моделируют это все достаточно давно и более-менее успешно. Даже не скрывают названия эмулируемых аппаратов, слегка завуалировав/изменив их, эти названия. Возможно, у них руки не дошли до таких нюансов, как просадка питания и т.п. А, может, они моделируют не покаскадно, как ты хочешь, а "скопом" - и в этом некая их "ущербность"?
Другими словами - это попытка сделать подобное тому, что продается, или же что-то совсем иное?

[ofsilence]

Мне не известно, как эту задачу решают на line6.  И процессы не изученые есть. Но есть хороший контрпример - ветка эмуляции на ПТ.
Серьезные конторы решали эту задачу, но тем не менее форумчане сделали это лучше. Кстати каскады на ПТ строятся на основании эмуляции именно изученных процессов, и результат у них хорош.

Про ВЧ не совсем так. Все задачи будут решаться внутри ПЛИС, а внешняя шина тормозная - к ЦАП-АЦП с 44 киловыборки в секунду. В соседней от меня лаборатории люди именно на предложенной в первом посте ПЛИС делают высокоскоростную обработку, и все у них хорошо - и микросхема паяется без спец аппаратуры (паяльная станция не в счет), и разводка не приводит к проблемам.

В ответ на второй пост - не устраивает звучанием, ибо по игре это мало похоже на эмулируемый амп - в основном только тембром конечного звука, но никак не динамикой. Отсюда у меня есть предположение, что моделирование у них так и делается - по АЧХ, а все остальные процессы остаются за кадром.

Я убежден, что если ВСЕ правильно смоделировать, то должно звучать как самый что ни на есть тру преамп с реампингом. Такой результат бы он был очень желаем, я хочу довести дело до конца и послушать, что получится. Тем не менее лично для меня данный проект больше является задачей получения мат описания, а не получения железяки, с которой я пойду выступать:)

[varvaroid]

ахе фх намного превосходит лайн6, лайн6 кака

[Gunpowder]

озадачиться точным моделированием всех процессов, происходящий в ламповом каскаде

Идея, конечно, звучит хорошо. И многие уже по этому пути ходили...

Какие-нибудь наработки по мат. моделям есть? Кроме статей Серафини.

Рекомендую ознакомиться с отчественными программными разработками Nick Crow. Он сделал ВСТ-шарп, 5150, 6505.

[DIMEbag]

Тут как бы народ паяет чтоб подешевле было, а не чтоб сделать что-то новое, а хорошо звучащий проц по цене сильно перевалит по цене ламповый пред. Даже многоканальный.
Тем более проблема не в преампах на самом деле, а в оконечнике - его не получается смоделировать.
просо пример есть у АМТ серия legendary amps - все про неё слышали. так вот, если воткнуть его в каменный оконечник - звука нет, а воткнуть в ламповый, да ещё правильно накрутить - результат почти не отличить (сравнивали их "красненькую месу с реальной Mesa dual rectifier - перетыкали одну и ту же гитару). Следовательно - надо имитировать не пред, а "конец"! А там всё ещё хуже в плане происходящих процессов(как минимум то. что ламповый Ум - это, грубо говоря, усь напряжения с преобразованием, а каменный - усилитель тока).
да и к тому же - много ли здесь математиков? в основном инженеры, а то что вы предлагаете написать тянет на диссертацию, вобщем, есть ли какие-то реальные наработки кроме идеи?

[Alex_SG]

Тут как бы народ паяет чтоб подешевле было...

вот так вот взял и обидел сразу.....

[DIMEbag]

А разве нет? То есть вы хотите сказать, что большинство участников форума отслушали Ubershall, rectifier, diezel einstein, ENGL ritchie blackmore, их не устроило качество и решили собрать свой? Я думаю что нет. Было бы достаточно денег - купили бы эти аппараты.
Хотелось бы "своего" звука - разрабатывали бы свои схемы, а не в очередной раз собирали sharp или JCM. Основная цель - получить "хорошо" подешевле, а уж потом всплывают другие оправдания.
Это не касается лично вас, но для большинства участников это так.

[ofsilence]

Не согласен про то, что полученное устройство будет сильно дороже лампового. Какая стоимость ламп в преампе? 5х250=1250! Плис допустим стоит 500 руб (самая простенькая cyclone). ЦАП-АЦП явно не будут стоит оставшиеся 750 рублей! И это только по сравнению с лампами, а ведь в преде еще много чего есть!
Так что я думаю цена все таки будет соизмерима. Тем более что цифровая техника во много раз более технологичная (читать дешевле при сборке), надежнее и результат у нее в точности повторяется от изделия-в-изделие. И возможность зауправлять этим всем по МИДИ много чего значит - лично у меня рэк с миди управлением, и возможность воздействовать на преамп по миди для меня был было бы весьма ценным подарком.

В ответ на пост по оконцу - главное в нем - динамик. А усилитель может быть и транзисторный, звук портится не очень сильно. Лично я предпочитаю играть с лампового преампа в транзисторный оконечник, чем с транзисторной примочки в ламповый оконец. Этот факт для меня однозначно означает, что преамп влияет на звук больше, чем оконечник.

Задача и правда сложная. Наработки конкретно по лампам отстутсвуют, но есть опыт решения подобной задачи применимо к MOSFET транзисторам - я исследовал формы токов и напряжений при их переключении в достаточно сложном устройстве. На основании проделанной работы не вижу непреодалимых задач на пути к достижении цели.

Кстати говоря есть более простой путь, но менее точный. Можно смоделировать каскад на ПТ с масштабируемым диодом, но в цифре. Каждая из составляющих данного каскада очень хорошо описана в литературе, и получить по этому каскаду входную и передаточную характеристику совсем не сложно.

[DIMEbag]

Плис, способная выполнять возложенные задачи(cyclone тут явно не справиться, если только IIIй, элементарно быстродействия не хватит) будет стоить 2-3к (типа Stratix)
http://www.altera.ru/cgi-bin/price/price
нормальный АЦП-ЦАП хотя бы 16 битный стоит от 300р и это всё без обвязки(вы посмотрите например цены преобразователей apogee, mytek и т.п., даже наш отечественный дигилаб дешевле 20к за канала не получается, это если мы хотим качественного звука. а не SBlive). Платы(ЛУТ здесь вряд ли проканает) и установку ПЛИС дома не сделаешь номрально, поэтому это ещё деньги, плюс ко всему этому нужна хорошая обвязка, грамотная экранировка аналоговго и цифрового тракта, качественная разводка плат, нормальные источники питания...
Цифровая техника выходит дешевле ламповой тольо при серии устройства в пару сотен экз.

Кароче, лучше уж написать VST плаг-ин, а потом думать куда его запихнуть

[Vlds]

отелось бы "своего" звука - разрабатывали бы свои схемы, а не в очередной раз собирали sharp или JCM.

DIMEbag,   полностью с тобой согласен. Куда ни плюнь - везде эти шарпы, ректы, жсмы в гаинтах, звук как у всех под копирку))))))
Автор топика конечно ничего даже приближенно звучащее как Vox Tonepad или POD ( у меня были оба девайса) не напаяет, но навыков и понимания данного вопроса приобретёт.
На сегодня самое перспективное движение в этой теме - эмуляция на полевиках с высоким стоковым напряжением, включая трансформаторный оконечник. 99 процентов на слух не отличит запись полевого перегруза  от его лампового прототипа, если грамотно отстроить схему.

[Gunpowder]

Ржачная тема. Стоимость такого устройства состоит не из стоимости ацп-цап, а в первую очередь из стоимости разработки алгоритмов (что за собой потянет как минимум БлекФин). И стоить все это будет как 10 дизелей с 15 юбершаллами.

[Антон]

[aXu], миди никто не мешает реализовать и на конроллере - собираешь преамп на лампах, вместо резисторов(гейн, громкость и тп..) ставишь цифровые потенциометры, в каскадах ламп, где большие уровни напряжений ставишь оптопары и управляешь всем этим делом. Как правило, на практике нет необходимости регулировать кучу параметров(изменять напряжение анодное,  передаточные характеристики - при цифровом моделировании) всё это только усложняет использование устройства и забивает голову. Идея интересная, но наверное лучше будет её реализовать на платформе, которая в итоге позволит тебе создать VST, те использовать ПЛИС совсем не обязательно, достаточно нармального ПК и звуковой карты.

[dks]

"Обьясните мне, пожалуйста, зачем нужно искусственно фабриковать Спиноз, когда любая баба может его родить когда угодно." (Михаил Булгаков "Собачье сердце").
При наличии огромного количества ламповых серийных приборов, при наличии большого числа людей, разбирающихся и паяющих для себя и на заказ, при стоимости в розницу 6Н2П-ЕВ - 40 руб. зачем все это цифровое моделирование нужно? Любой, даже самый крутой проц начинает утомлять после 5 минут прослушивания.

[OlegFX]

2 dks:
==...зачем все это цифровое моделирование нужно?==

Так автор же написал об этом. Достаточно недвусмысленно:

==Но главная цель данного проекта - получение полной аналитической модели лампового каскада...==

Он же не писал, что, мол, хочу проще, дешевле и т.п. Цели бывают не только сугубо практические (6Н2П-ЕВ - 40 руб), так ведь?

[Брат Пилот]

оч скоро мне предстоит делать курсовой проэкт на ФПГА.
была идея сделать что-то относящееся к звуку.
могу помоч с реализацией и последущего тестинга идей.
понятно что инженеров лаин 6 не переплюнуть, но опыт важнее.

если идея проканает... то и диплом я на ту же тему писать буду. 

[dks]

"получение полной аналитической модели лампового каскада" - к данному форуму отношение имеет весьма слабое, если конечно среди нас вдруг есть физики и специалисты по математическому моделированию, то я ошибаюсь.

[KMG]

Не понятно почему идет разговор о FPGA, это же просто вентильная матрица.
Для обсчета модели нужны вычислительные мощности, а не логические.
Или вы собираетесь ваять на ней свой DSP?
А смысл, если они есть готовые.
Во всех процах стоит дсп с заказной прошивкой.

[DIMEbag]

KMG +1
А ещё добавлю, что DSP и вообще built-in процы на ПЛИСах получаются медленные, об этом на многих форумах написано. DSP куда быстрее и дешевле получатся.