Outline Newton - procesor do zarządzania systemami audio

2018-08-22
Outline Newton - procesor do zarządzania systemami audio

Technologia oparta na układach FPGA nie jest już niczym nowym, ale wciąż niewielu producentów może poszczycić się jej zastosowaniem w swoich produktach. Jednym z prekursorów zastosowania FPGA była firma DiGiCo, której systemy z serii SD zrewolucjonizowały rynek live’owych konsolet audio. W jej ślady poszła firma Allen & Heath, która – znów między innymi dzięki technologii FPGA – wykroiła dla siebie spory kawałek tortu, za co „odpowiadają” konsolety z serii dLive. Po narzędzie to – czyli FPGA – postanowiła też sięgnąć włoska firma Outline, która co prawda konsolet nie oferowała (i nic się w tej materii nie zmieniło), ale znalazła inne pole do skutecznego wykorzystania tej technologii.

Otóż Outline zaprezentowała w 2016 roku produkt „bliższy jej sercu” niż mikser audio – procesor zarządzający rozbudowanym system nagłośnieniowym (bo jak wiadomo właśnie tego typu systemy oferuje Outline). Tak właśnie narodził się

OUTLINE NEWTON

który będzie naszym tematem przewodnim w tym artykule.

Newton miał swoją oficjalną premierę podczas targów Prolight + Sound w 2016 roku, ale w Polsce miał swoją prapremierę trzy tygodnie wcześniej, przy okazji prezentacji produktów firmy Outline zorganizowanej przez polskiego przedstawiciela, firmę MBS w warszawskiej „Stodole”. To był pierwszy raz, kiedy w Polsce pojawiła się informacja o Newtonie, ale jeszcze nie on sam. W tym zaś roku, dokładnie 9 marca, Newton zawitał do Polski „osobiście”, podczas pierwszej prezentacji w Polsce, która zorganizował… Jurek „Gigant” Taborowski, od kilku lat najlepszy polski klient (i jeden z najlepszych europejskich) firmy Outline. Ale po kolei.

PREZENTACJA OUTLINE NEWTON

Prezentacja Newtona odbyła się – jak wspomniałem – 9 marca, a miała miejsce w Poznaniu, w siedzibie firmy GigantSound-Letus. Kierowana była głównie do osób pracujących lub współpracujących z poznańską firmą, ale dzięki uprzejmości Jurka i jego zaproszeniu również i ja miałem okazję wziąć w niej udział, dzięki czemu mogłem na własne oczy i uszy zobaczyć i usłyszeć co oferuje nowy produkt Outline’a. Miałem też okazję porozmawiać (również o jeszcze nowszym produkcje włoskiej firmy, który swoją oficjalną premierę miał miesiąc później, na targach Prolight + Sound) z samym „Szefem” (CEO, czyli prezesem) Outline’a, Gorgio Biffim. Wraz z Gorgio do Polski przyjechał też Fernando Rey Mendez, pełniący w Oultine funkcję Newton Product Specialist, który prezentował Newtona zebranym w sali konferencyjnej GigantSound.

CZYM JEST OUTLINE NEWTON

Newton jest – jak go opisuje producent – nową generacją w dziedzinie sieciowego kontrolowania systemów audio. Pomaga on zarządzać zaawansowanymi, rozbudowanymi systemami audio poprzez połączenie nowej technologii filtracji sygnałów, konwersji wielu standardów cyfrowych sygnałów audio oraz synchronizujących w urządzeniu o wysokości 1U, dedykowanym do pracy w środowisku sieciowym.

 

Patrząc na Newtony z zewnątrz mówiąc szczerze…nie ma na czym oka zawiesić – oprócz zestawu kontrolek statusu urządzenia i sygnałów na panelu czołowym nie ma właściwie nic.

Każdy Newton zawiera niemalże nieskończoną liczbę nowoopracowanych przez Outline’a filtrów WFIR, zaawansowane zarządzanie zegarem oraz dużą liczbę sygnałów, które można doń doprowadzić i wyprowadzić (do 216, w obie strony). Wewnętrzne synchroniczne i asynchroniczne konwertery częstotliwości próbkowania zarządzają wszystkimi operacjami wejściowymi/wyjściowymi, zaś konwertery sygnałów zegara pozwalają zsynchronizować Newtona z jednym z 14 dostępnych formatów sygnałów źródłowych. Routing z wykorzystaniem matrycy typu Mix and Match pozwala na „przetłumaczenie” i redystrybucję cyfrowego dźwięku w wielu formatach równocześnie. Dzięki tym właściwościom za pomocą Newtona można połączyć w jedną skalowalną sieć audio wiele różnych urządzeń, pracujących z sygnałami o różnych formatach i standardach. Newton może więc z powodzeniem pracować zarówno w systemach touringowych, instalacyjnych, jak i w broadcastowych.

JEST JEDEN NEWTON W TRZECH „OSOBACH”

Newton występuje w trzech wersjach sprzętowych: Newton 16, Newton 16 + 4 i Newton 16 + 8. Newton 16 oferuje równoczesne połączenia sygnałów via Dante (zgodność z AES67), AES3, MADI Optical i MADI Coaxial, z możliwością pełnego processingu do 16 wejść i 16 wyjść jednocześnie. Wszystkie obrobione w procesorze sygnały mogą być wysłane z Newtona w dowolnym z dostępnych standardów audio. Przykładowo dostarczone do urządzenia sygnały w formacie MADI (elektrycznie lub optycznie) po obróbce można wysłać do wzmacniaczy w formacie Dante, z backup’em w formie cyfrowych sygnałów AES3.

Dwa pozostałe modele to Newton 16 (który, jak widać, jest urządzeniem „czystocyfrowym”) rozszerzony o 4 lub 8 dodatkowych analogowych wejść i wyjść audio. Co ciekawe zarówno Newtona 16, jak i Newtona 16 + 4 można upgrade’ować do „wyższej” wersji (wszystkie trzy wersje Newtona mają tę samą płytę główną), zupełnie samodzielnie, dokupując i instalując w specjalnych gniazdach wewnątrz urządzenia karty rozszerzeń – bez konieczności wgrywania nowego oprogramowania (procesor sam rozpozna i skonfiguruje ile wejść i wyjść aktualnie ma).

 

Za przetwarzanie sygnałów, z częstotliwością 96 kHz i rozdzielczością do 64 bitów, odpowiedzialny jest układ FPGA.

Wewnętrzne przetwarzanie odbywa się z częstotliwością 96 kHz i rozdzielczością do 64 bitów. Odpowiedzialny za to jest układ FPGA. Zapewne nie raz spotkaliście się z tym skrótem i pewnie „coś tam” na ten temat wiecie – jedni więcej, inni mniej. Jeśli należycie do tej drugiej grupy i gdzieś tam z tyłu głowy cały czas nie daje Wam spokoju pytanie, cóż to tak naprawdę to FPGA jest (i np. czym różni się od „tradycyjnego” DSP), zapraszam do lektury artykułu w tym numerze, który poświęcamy omówieniu tej tematyki. W tym miejscu nie będziemy się więc zagłębiać w to, co nam to FPGA daje, przechodząc bezpośrednio do tego, co „fizycznie” oferuje Newton.

W każdej sekcji przetwarzania użytkownicy mają do dyspozycji precyzyjną kontrolę nad poziomem, opóźnieniem i polaryzacją sygnału oraz filtrami cosinusowymi (zaimplementowanymi w korektorze WFIR), czyli niemalże wszystkie funkcje wymagane do zarządzania i optymalizacji systemu głośnikowego. Niemalże, bo póki co brakuje jakiejkolwiek kontroli nad dynamiką sygnału, np. w formie jakiegokolwiek limitera. Jak jednak powiedział Fernando wynika to z tego, że do tej pory żaden z użytkowników lub potencjalnych użytkowników nie zgłaszał potrzeby posiadania takiego narzędzia. Ale z racji tego, że o zaimplementowanie takiego rozwiązania już postulował Jurek Taborowski, jest szansa, że w jednym z kolejnych upgrade’ów oprogramowania limitery się pojawią.

SYNCHRONICZNY I ASYNCHRONICZNY KONWERTER CZĘSTOTLIWOŚCI PRÓBKOWANIA SYGNAŁÓW W OUTLINE NEWTON

Zarządzanie wieloma sygnałami cyfrowymi wejściowymi i wyjściowymi w Newtonie oraz ich niezawodne „wysyłanie w świat” wymaga rozbudowanego i równie niezawodnego zarządzania synchronizacją. Inżynierowie Outline’a zdawali sobie sprawę z tego, że w rzeczywistym świecie kwestia synchronizacji i konwersji częstotliwości próbkowania sygnałów, pomiędzy wieloma cyfrowymi protokołami i formatami oraz zegara (sygnału synchronizującego) to jedno z głównych ograniczeń w niezawodnej pracy cyfrowych systemów audio.

 

Multiple Clock Source Management zapewnia płynną synchronizację i niezawodną współpracę Newtona ze wszystkimi zewnętrznymi urządzeniami, niezależnie od tego jaka jest częstotliwość próbkowania sygnałów oraz źródło sygnału zegarowego.

Rozwiązaniem tego problemu w Newtonie jest funkcja nazwana Multiple Clock Source Management, co w wolnym tłumaczeniu znaczy „zarządzanie wieloma źródłami zegara”. Oferuje ona zarówno automatyczne jak i ręczne ustawienie sygnałów referencyjnych (synchronizujących) i źródeł sygnałów zegara dla wszystkich sygnałów cyfrowych kontrolowanych przez Newtona. Ta zaawansowana możliwość zapewnia płynną synchronizację i niezawodną współpracę Newtona ze wszystkimi zewnętrznymi urządzeniami, niezależnie od tego jaka jest częstotliwość próbkowania sygnałów oraz źródło sygnału zegarowego.

 

W praktyce wygląda to tak, że możemy stworzyć listę priorytetową, który sygnał zegarowy odpowiada za synchronizację sygnałów, wybierając spośród 14 możliwych opcji – od zegara wewnętrznego poczynając, poprzez sygnały synchronizujące zewnętrzne (dostarczone poprzez wejścia WordClock In lub Video Sync), na sygnałach synchronizujących „pobranych” z sygnałów cyfrowych dostarczonych do wejść sygnałowych procesora: Dante, MADI coax, MADI opti i jednej z 8 par wejść AES3 kończąc. W trybie auto utrata najwyższego na liście priorytetowej sygnału synchronizującego powoduje automatyczne, niezauważane i niesłyszalne przełączenie synchronizacji na kolejny na liście aktywny sygnał zegara. W trybie manualnym możemy wybrać jeden z dowolnych, niekoniecznie ten u samej góry listy, sygnał taktujący, trzeba mieć jednak świadomość, iż w przypadku, gdy sygnał ten przestanie być dostarczany synchronizacja zostanie utracona.

To nie wszystko w temacie synchronizacji, Newton może wysyłać – korzystając z dedykowanych do tego celu wyjść – dwa niezależne sygnały zegarowe, które również można wybrać z 14 dostępnych i dla których również można stworzyć listę priorytetową, z możliwością pracy w trybie automatycznym lub manualnym.

REDUNDANCJA W OUTLINE NEWTON

Współczesne systemy oparte na protokołach cyfrowych, w których jednym kabelkiem (lub światłowodem) wysyłanych może być nawet kilkaset różnych sygnałów – co w przypadku awarii takiego połączenia praktycznie „kładzie” całą imprezę – nie mogą obejść się bez odpowiednich zabezpieczeń i redundantnych połączeń czy układów. W tym względzie Newton zapewnia wszechstronną pomoc, poczynając od dwóch niezależnych zasilaczy wbudowanych na stałe w każdy procesor, po możliwość zestawiania kilku redundantnych połączeń, z wykorzystaniem różnych sygnałów, cyfrowych i/lub analogowych.

System operacyjny Newtona oparty jest na Linuxie, przy czym linuxowe jądro zajmuje się tylko komunikacją sieciową, podczas gdy niezależny i wydajny chipset FPGA odpowiada za przetwarzanie sygnału audio.

Również w kwestii przesyłania sygnałów Newton oferuje spore możliwości. Oprogramowanie Outline Dashboard (o którym więcej za chwilę) daje użytkownikowi możliwość zdefiniowania strategii tworzenia kopii zapasowych dla wszystkich operacji wej/wyj i ustanowienia priorytetu awaryjnego przełączania sygnałów audio. Jeżeli wybrane jako główne źródło zawiedzie, to drugie w kolejce natychmiast przejmuje komunikację, jeśli drugie nie jest dostępne, włącza się trzecie itd. (dla każdego wejścia można zdefiniować maksymalnie 4 różne źródła sygnału).

Ta architektura umożliwia także Newtonowi ustanowienie strategii priorytetów i przełączania awaryjnego między różnymi sygnałami o różnych protokołach (koncentryczny MADI, optyczny MADI, Dante, AES3 lub analogowy) z różnych fizycznych złącz, z których każdy ma różne sygnały synchronizujące.

KOREKCJA WFIR W OUTLINE NEWTON

Żaden procesor sterujący systemem nagłośnieniowym nie może obejść się bez korekcji częstotliwości, pozwalającej na odpowiednie wystrojenie systemu, czy też poszczególnych jego składników. Newton nie jest tu wyjątkiem, toteż znajdziemy w nim również tę sekcję. Projektanci Newtona postanowili jednak rozwiązać ją na swój sposób, tworząc filtry WFIR (Warped FIR). Podczas gdy klasyczne filtry FIR generują bardzo dużą latencję, jeśli chcemy uzyskać dużą rozdzielczość w zakresie małych częstotliwości, w filtrach WFIR uzyskujemy niemalże stałą rozdzielczość na oktawę, co umożliwia generowanie złożonych
odpowiedzi częstotliwościowych z bardzo dużą dokładnością. Gdzie więc tkwi haczyk? Czyżby inżynierom Outline’a udało się dokonać tego, czego nie udało się wielu innym?

 

Korekcja częstotliwości oparta jest na nowoopracowanej przez inżynierów Outline’a technologii WFIR.

Nie do końca, bowiem filtry WFIR nie są tak naprawdę „prawdziwymi” filtrami FIR, tzn. nie mają one tej cechy, dla której FIR-y są chętnie stosowane – liniowej fazy. Filtry WFIR są filtrami minimalnofazowymi, tzn. ich faza „podąża” za zmianami amplitudy sygnału – im bardziej drastyczne są te zmiany, tym bardziej „połamana” faza. Jaki jest więc ich plus w stosunku do klasycznych filtrów cyfrowych minimalnofazowych? Ano taki, że podobnie jak to ma miejsce w filtrach FIR nie mamy tu do czynienia z wieloma pojedynczymi filtrami tworzącymi korektor, ale jednym filtrem, który „obejmuje” całe pasmo i wszystko, co w tym paśmie „nawywijamy”. Oczywiście w programie Dashboard, który służy do konfigurowania Newtona, korektor przedstawiony jest w klasycznej formie, czyli 8 osobnych filtrów, w których możemy zmieniać częstotliwość, dobroć oraz wzmocnienie/tłumienie sygnału (aczkolwiek każdy kanał dysponuje 4 warstwami, każda po 8 takich wirtualnych filtrów). Warto też dodać, że nie są to „zwykłe” filtry, ale filtry cosinusowe (Raised-Cosine Filter). Jednak po ustaleniu, jak ma wyglądać nasza całościowa charakterystyka korekcji sygnału w danym kanale, urządzenie „robi” z tego jeden globalny filtr, nie ma więc znaczenia (dla jakości sygnału), czy użyjemy 1 filtr, 8 filtrów czy wszystkie 8 w każdej z 4 warstw (w klasycznych korektorach dokładanie kolejnych filtrów pogarsza stosunek sygnał/szum).

OUTLINE DASHBOARD

Aby kontrolować wszystkie funkcje Newtona, niezbędne jest szybkie i niezawodne narzędzie. Dlatego też zespół IT firmy Outline opracował Outline Dashboard – specjalne oprogramowanie służące do konfigurowania i kontrolowania pracy jednego lub kilku pracujących we wspólnej sieci Newtonów. Oprogramowanie oferuje monitorowanie stanu urządzenia i szybki dostęp do wszystkich jego parametrów w czasie rzeczywistym. Bardzo przydatną funkcją jest możliwość zarządzania wieloma warstwami okien, w celu szybkiego przywoływania różnych konfiguracji przestrzeni roboczej. Dashboard został opracowany dla komputerów pracujących pod systemem macOS i wykorzystuje wiele natywnych gestów wielodotykowych, w tym Virtual Spaces (wirtualne przestrzenie) i Mission Control.

OUTLINE NEWTON Z ZEWNĄTRZ

Patrząc na Newtony z zewnątrz mówiąc szczerze…nie ma na czym oka zawiesić. Choć z drugiej strony nie można im odmówić elegancji, jeśli chodzi o ich design. Na panelu czołowym – który jest w zasadzie identyczny we wszystkich trzech modelach (różnią się one tylko nazwą z lewej strony panelu i odpowiadającą jej kolorystyką tego napisu, co zresztą po upgrade do wyższego modelu można zmienić) znajduje się tylko zestaw niezbędnych kontrolek i tylko jeden podpanelowy przycisk „Home”. Jak więc widać, bez komputera nie jesteśmy w stanie nic zrobić, oprócz włączenia urządzenia do sieci zasilającej.
Ciekawej jest oczywiście z tyłu. Tutaj również wszystkie trzy modele wyglądają identycznie, bowiem nawet Newton 16 dysponuje analogowymi złączami, które jednak w jego przypadku są nieaktywne. Dzięki jednak temu, po zainstalowaniu w jego wnętrzu dodatkowych kart rozszerzeń natychmiast jest on gotowy do pracy jako Newton 16 + 4 lub Newton 16 + 8.

Co więc znajdziemy na panelu tylnym? Przede wszystkim są tam dwa gniazda do podłączenia dwóch kabli zasilających – pamiętając, że Newton jest już fabrycznie wyposażony w dwa niezależne zasilacze, jest to logiczne. Są oczywiście wszystkie złącza sygnałowe – 4 ethernetowe RJ45, 2 optyczne dla MADI optical, 2 BNC dla MADI coax, kolejne 4 BNC służące do podania oraz wyprowadzenia sygnału zegarowego (1 In/2 Out) oraz czwarte podające sygnał Video Sync, 4 24-pinowe złącza D-SUB – 2 dla 8 wejść i 8 wyjść analogowych oraz dwa dla wejść i wyjść 16 sygnałów AES3 – a także USB, GPIO oraz RS485.

Aby zabezpieczyć się przed brumami i innymi niechcianymi zakłóceniami analogowe wejścia i wyjścia w Newton 16 + 4 i Newton 16 + 8 wykorzystują wyrafinowaną izolację galwaniczną w celu uniknięcia pętli masowych. Izolacja galwaniczna między płytą główną a analogowymi płytkami wejściowymi i wyjściowymi zapobiega przepływowi prądów w pętli między analogowymi masami sygnałów wejściowych lub wyjściowych, a masą cyfrową Newtona.

Do instalacji mobilnych (np. w touringu), gdzie podłączanie i odłączanie kabli z tyłu urządzenia byłoby niewygodne, Outline oferuje opcjonalną serię przewodowych paneli rozszerzających, zapewniających dostęp do wszystkich sygnałów analogowych i cyfrowych z wykorzystaniem wytrzymałych, standardowych złącz typu XLR, BNC, etherCON i opticalCON renomowanego producenta (wiadomo jakiego).

 

Do instalacji mobilnych (np. w touringu), gdzie podłączanie i odłączanie kabli z tyłu urządzenia byłoby niewygodne, Outline oferuje opcjonalną serię przewodowych paneli rozszerzających.

Tak w skrócie przedstawiają się możliwości i funkcje Newtona. Jak widać narzędzie jest „nieliche”, tzn. pozwala na zaawansowanie zarządzane sygnałami systemu audio, w różnorakich formatach i z różnorakimi parametrami – i to zupełnie bezkonfliktowe. To, oprócz mnogości wejść i wyjść oraz kanałów, największa zaleta Newtona. Sporo też procesor oferuje w kwestii obróbki sygnału, aczkolwiek w tej materii jest jeszcze trochę do nadrobienia – jak choćby kwestia zabezpieczeń, czy też obróbki dynamicznej sygnału. Biorąc jednak pod uwagę, że technologia zastosowana w Newtonie (FPGA) daje bardzo szerokie możliwości oraz to, że urządzenie jest jeszcze w wieku niemowlęcym, można mieć uzasadnione nadzieje, że Newton w tej kwestii (jak i w innych) nie powiedział jeszcze ostatniego słowa.

Więcej informacji o Newtonie na stronie producenta: www.newton.outline.it oraz polskiego dystrybutora: www.mbspro.com.pl.