Newton firmy Outline to więcej niż procesor. To niezwykłe urządzenie – pozwalające na rozwiązanie wielu istotnych kwestii podczas realizacji live, szczególnie dużych koncertów i festiwali, ale także przydatne w instalacjach. Jest niezastąpiony podczas pracy z kilkoma konsoletami naraz oraz gdy liczy się bezpieczeństwo przesyłu sygnałów. Poddaliśmy go dogłębnej analizie.

Od kiedy konsolety zyskały kompaktowe wymiary – przy możliwościach większych niż analogowe „krążowniki” – a do tego ceny stały się „do przełknięcia” nie tylko dla dużych firm, ale i dla zespołów czy realizatorów, codziennością na festiwalach czy większych koncertach (z kilkoma wykonawcami) stała się sytuacja, gdy zespół przyjeżdża nie tylko z własnym realizatorem, ale i mikserem. Ma to swoje plusy i minusy – tak dla realizatorów, jak i dla firm obsługujących dane wydarzenie. Dla tych drugich jednym z problemów jest kwestia szybkiej „przepinki” stołów pomiędzy wykonawcami. Fizyczne przepinanie kabli systemowych jest i czasochłonne i na „zapchanym” kilkoma stołami stacku utrudnione, a do tego wymaga zamutowania całego systemu. Znacznie łatwiej jest podpiąć wszystkie stoły do jednego „magicznego” urządzenia i za jego pomocą zarządzać dystrybucją sygnałów pomiędzy sceną (systemem) a FOH-em.

Takim urządzeniem jest właśnie Newton firmy Outline, który miał swoją oficjalną premierę podczas targów Prolight + Sound w 2016 roku, chociaż nie jest to jedyna cecha i przeznaczenie, na jakie pozwalają jego ogromne możliwości. Procesor oparty jest na technologii FPGA, która, co prawda, nie jest już niczym nowym, ale wciąż niewielu producentów może poszczycić się jej zastosowaniem w swoich produktach. Jednym z prekursorów zastosowania FPGA w branży audio 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. Firma Outline sięgnęła po to narzędzie dla innych zastosowań – zamiast konsolety stworzyła procesor zarządzający rozbudowanym system nagłośnieniowym (bo jak wiadomo właśnie tego typu systemy oferuje Outline).

NEWTON

Newton jest 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.

Każdy Newton zawiera ogromną liczbę nowo opracowanych przez Outline’a filtrów WFIR, zaawansowane zarządzanie zegarem oraz dużą liczbę sygnałów, które można doń doprowadzić i wyprowadzić – łącznie do 216 w obie strony: do 64 kanałów I/O Dante, do 64 I/O coaxial MADI, do 64 I/O optical MADI, 16 I/O AES3 i do 8 analogowych kanałów wej/wyj. 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 DWÓCH „OSOBACH”

Newton występuje w dwóch wersjach sprzętowych: Newton 16 i Newton 16 + 8. Pierwotnie była jeszcze trzecia, tj. , Newton 16 + 4, ale z uwagi na preferencje rynku, producent właśnie ją wycofał z oferty. Newton 16 oferuje równoczesne połączenia sygnałów via Dante (zgodność z AES67),
 AES3, MADI Optical i MADI Coaxial, z możliwością pełnego processingu do 16 kanałów wejściowych z 16 asynchronicznymi konwerterami częstotliwości próbkowania i 16 kanałów wyjściowych z pełnym processingiem. Należy tu odróżnić ilość obsługiwanych kanałów wejściowych i wyjściowych (wspomniane 216) od przetwarzanych. Tym samym Newton działa też jako swoista cyfrowo-analogowa krosownica. 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 8 dodatkowych analogowych wejść i wyjść audio. Co ciekawe zarówno Newtona 16 można upgrade’ować do „wyższej” wersji (wszystkie wersje Newtona mają tę samą płytę główną), zupełnie samodzielnie, dokupując i instalując w specjalnych gniazdach wewnątrz urządzenia moduł rozszerzeń – bez konieczności wgrywania nowego oprogramowania (procesor sam rozpozna i skonfiguruje ile wejść i wyjść aktualnie ma). Wewnętrzne przetwarzanie odbywa się z częstotliwością 96 kHz i rozdzielczością do 64 bitów. Odpowiedzialny za to jest układ FPGA. Układy FPGA swoją nazwę wzięły od pierwszych liter angielskiego określenia field-programmable gate array, co na język polski można przetłumaczyć jako bezpośrednio programowalny układ bramek. FPGA należy do grupy tzw. układów programowalnych, do których oprócz niego zaliczają się też układy SPLD (Simple Programmable Logic Device) – najstarsze, najprostsze i obecnie już chyba nie produkowane – oraz CPLD (Complex Programmable Logic Device) – średnio złożone układy.

Czym w ogóle są układy programowalne? W dużym skrócie układ programowalny to zbiór bramek i przerzutników, które można sobie połączyć według własnych potrzeb. Dla projektanta ma funkcjonalność taką samą jak specjalizowany układ scalony, jednak może być wielokrotnie programowany bez demontażu, po jego wytworzeniu i zainstalowaniu w urządzeniu docelowym. Obrazowo można powiedzieć, że układ FPGA jest jak pudełko klocków Lego, wypełnione wieloma zestawami kilku typów klocków. W rzeczywistości zamiast klocków FPGA zawiera modularne obwody cyfrowe oferujące zarówno komponenty kombinacyjne (bramki logiczne, multipleksery), jak i sekwencyjne (przerzutniki).

Wróćmy do Newtona. 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 trochę brakuje jakiejkolwiek kontroli nad dynamiką sygnału, np. w formie jakiegokolwiek limitera.

SYNCHRONICZNY I ASYNCHRONICZNY KONWERTER CZĘSTOTLIWOŚCI PRÓBKOWANIA SYGNAŁÓW

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 ich zegara (sygnału synchronizującego) to jedno z głównych ograniczeń w niezawodnej pracy cyfrowych systemów audio.

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 niezawodna współpraca między Newtonem a 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. 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

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 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 włącza itd. (dla każdego wejście można zdefiniować maksymalnie 4 różne źródła sygnału). Ta architektura umożliwia także Newtonowi ustanowienie strategii priorytetów i przełączania awaryjnego między różnymi sygnały o różnych protokołach (koncentryczny MADI, optyczny MADI, Dante, AES3 lub analogowy) z różnych fizycznych złącz, z których każdy ma różne sygnały synchronizujące.

WFIR

Żaden procesor sterujący systemem nagłośnieniowym nie może obejść się bez korekcji częstotliwości, pozwalającej na odpowiednie wystrojenie systemu, czy też poszczególnych jego składników. Newton też 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), na które firma Outline otrzymała patent. 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 częstotliwościowe z bardzo dużą dokładnością. Gdzie więc tkwi haczyk? Czyżby inżynierom Outline’a udało się dokonać tego, czego nie udało się wielu innym? 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 minimalno-fazowymi, 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 minimalno-fazowych? 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.

W tym miejscu warto nadmienić, że podczas ostatnich targów ISE 2024 firma Outline pokazała wersję wstępną nowej generacji oprogramowania zarządzającego Newtonem, tj. ISAAC, które dostępne będzie wkrótce zarówno dla MacOSX, jak i Windows oraz dla Linuxa. To otworzy możliwości zarządzania tym procesorem także dla tych, którzy nie są przekonani do stosowania komputerów z nadgryzionym jabłkiem, lub też z uwagi na inne aplikacje, są wręcz zmuszeni do korzystania z innych platform systemowych.

Z ZEWNĄTRZ

Patrząc na Newtony z zewnątrz, mówiąc szczerze…można by rzecz, że nie ma na czym oka zawiesić. Choć z drugiej strony nie można im dzięki temu odmówić elegancji, jeśli chodzi o ich design. Są wręcz kwintesencją minimalizmu, co chyba wynika tylko z włoskich upodobań estetycznych, ale przede wszystkim z uwarunkowań technicznych. Urządzenia Newton pracować mają w realiach, gdzie często każde 1U w szafie czy skrzyni rack ma znaczenie. 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”. Dzięki temu Newton może stać daleko od stanowiska FOH i nie ma potrzeby trzymania go pod ręką. Wszystkim zarządzamy zdalnie z komputera, który i tak przecież jest nieodłącznym elementem stanowiska pracy współczesnego realizatora. Co więcej, taka architektura procesora pozwala na stosowanie nawet wielu jednostek jednocześnie, z czego chętnie korzystają duże firmy rentalowe podczas wielkich tras, zabezpieczając w ten sposób wszystkie przesyłane kanały ze sceny do FOH i do aparatury PA.

Ciekawiej jest oczywiście z tyłu Newtona. Tutaj również wszystkie modele wyglądają niemal identycznie, bowiem nawet Newton 16 dysponuje analogowymi złączami, które jednak w jego przypadku są nieaktywne. Dzięki jednak temu, po zainstalowaniu w jego wnętrzu dodatkowych modułów rozszerzeń natychmiast jest on gotowy do pracy jako 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 + 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 rackowych 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).

Jak widać Newton to narzędzie solidne i wielofunkcyjne, pozwalające na zaawansowanie zarządzane sygnałami systemu audio, w różnorakich formatach i z różnorakimi parametrami – i to zupełnie bezkonfliktowo. To, oprócz mnogości wejść i wyjść oraz kanałów, największa zaleta Newtona. Sporo też procesor oferuje w kwestii obróbki sygnału. Zastosowanie w Newtonie (FPGA) daje bardzo szerokie możliwości, a jak można było przekonać się podczas niedawnej premiery oprogramowania Isaac na targach ISE, można mieć uzasadnione nadzieje, że Outline w kwestii Newtona (jak i w innych) nie powiedział jeszcze ostatniego słowa.