Linia opóźniająca audio to technika, w której dany sygnał audio przechodzi przez szereg cyfrowych etapów przechowywania, aż końcowe wyjście audio jest opóźnione o pewien okres (zwykle w milisekundach). Kiedy to opóźnione wyjście audio jest zwracane do oryginalnego dźwięku, daje to niesamowicie ulepszony dźwięk, który jest bogatszy, bardziej obszerny i wypełniony funkcjami takimi jak echo i pogłos.
Przegląd
Wrażenia słuchowe w przypadku muzyki odtwarzanej w pomieszczeniu w znacznym stopniu zależą od wnętrza pomieszczenia.
Jeśli wnętrze pokoju jest wypełnione wieloma nowoczesnymi dekorami i szklanymi oknami, może to spowodować zbyt silny efekt echa w muzyce.
Z drugiej strony, jeśli pokój zawiera wiele elementów opartych na tkaninach, takich jak ciężkie zasłony, wyściełane meble itp., Muzyka będzie miała tendencję do utraty wszystkich efektów echa i pogłosu i może brzmieć dość nudno i nieciekawie.
W tym drugim przypadku prawdopodobnie możesz wyrzucić i wyrzucić wszystkie zasłony, poduszki, poduszki, zestaw sof lub zdecydować się na proponowany obwód linii opóźniającej audio, który pomoże Ci przywrócić atmosferę muzyki w naturalny sposób bez poświęcania ulubionej muzyki. wnętrza.
Za pomocą tego obwodu można w rzeczywistości generować echo (opóźnienie czasowe sygnału audio) i pogłos (po odbiciach) oraz uzyskać znacznie bogatszy dźwięk.
Jeszcze nie tak dawno jedyną techniką uzyskania opóźnienia sygnału audio było użycie bardzo kosztownych urządzeń elektronicznych. Dziś mamy zupełnie nową formę układu scalonego, zwaną „brygadą kubełkową”, która pozwala bardzo tanio zbudować własny system opóźnienia.
Zamocowany między źródłem dźwięku a przedwzmacniaczem lub między przedwzmacniaczem a wzmacniaczem mocy, koncepcja oferuje zmienne echo sygnału, które może wzbogacić dźwięk z większości domowych systemów muzycznych.
Przy niewielkich modyfikacjach obwodów pomysł można dodatkowo zastosować jako wskaznik / flanger, pozwalając użytkownikowi uzyskać efekty dźwiękowe do zastosowań nagraniowych i gitar elektrycznych wykorzystywanych przez specjalistów.
Układ scalony bucket-brigade to rejestr przesuwny typu MOS, składający się z dwóch 512-stopniowych rejestrów w pojedynczej obudowie 14-pinowej.
Jeśli sygnał audio jest podawany na wejście konstrukcji kubełkowo-brygadowej, a odpowiednie układy scalone sterowane za pomocą generatora zegarowego powodują, że sygnał dźwiękowy przesuwa się w sposób stopniowy, etap po etapie, aż w końcu sygnał dotrze na wyjście z zamierzone opóźnienie.
Schemat blokowy obwodu linii opóźniającej przedstawiono poniżej:
Kiedy ten opóźniony sygnał jest zwracany (recyrkulowany) do oryginalnego sygnału, symulowany jest efekt pogłosu.
Oprócz zapewniania atmosfery w czasie rzeczywistym, obwód bucket-brigade można zaimplementować z dowolnym systemem audio, aby wytwarzać syntetyczny dźwięk stereo z monofonicznych źródeł audio, co jest przydatną opcją dla „podwójnego dźwięku” i „fazora / flangowania”.
Co to jest Bucket Brigade
Określenie „brygada kubełkowa” przypomina nam o szeregu mężczyzn wręczających wiadra z wodą w celu zwalczania zagrożenia pożarowego.
Analogowy rejestr przesuwny wiadro-brygada działa w identyczny sposób, stąd nazwa.
Z drugiej strony, w rejestrach przesuwnych kondensatory reprezentują „wiadra” podłączone bezpośrednio do układu scalonego PMOS. Na każdym chipie może znajdować się ponad 1000 takich kondensatorów (jeden kondensator i kilka tranzystorów MOS na stopień).
Element, który jest przekazywany, to w rzeczywistości pakiety ładunku elektrycznego między jednym stopniem a drugim. Wiemy, że nie jest łatwo wlać wodę równomiernie do i z wiadra jednocześnie.
W ten sam sposób jednoczesne ładowanie i rozładowywanie kondensatora nie jest łatwe. Ten problem jest rozwiązany przez rejestry przesuwne i parę pozafazowych częstotliwości zegarów.
W okresie, gdy pierwszy zegar jest wysoki, kosze z liczbami „nieparzystymi” są wyrzucane do kolejnych koszyków z wartościami „parzystymi”. Gdy tylko nadejdzie drugi wysoki zegar, parzyste wiadra są wyrzucane do kolejnych kolejnych nieparzystych.
W ten sposób poszczególne ładunki są przesuwane po linii z jednego etapu na raz.
Powyższy obraz jest schematyczną manifestacją 4 standardowych stopni analogowego rejestru przesuwnego MN3001.
Każdy układ scalony MN3001 składa się z dwóch 512-stopniowych rejestrów przesuwnych. Pamiętaj, że stopnie A i C są połączone z jednym określonym zegarem, podczas gdy stopnie B i D są połączone z drugim zegarem, aby zapewnić zależność nieparzystą / parzystą.
Jak działa obwód linii opóźniającej
Poniższy schemat przedstawia pełny schemat linii opóźnienia audio.
Kiedy faktycznie tworzysz opóźnienie w sygnale audio, generujesz szereg interesujących efektów dźwiękowych. Najbardziej zauważalna jest symulacja efektu echa.
Jednak opóźnienia tworzone przez brygadę kubełkową są zwykle bardzo małe, aby można je było rozpoznać jako dyskretne echa.
Powtarzanie opóźnionego sygnału ze zmniejszonym wzmocnieniem może naśladować zdrowy zanik ech w pogłosowej przestrzeni.
Wprowadzając pewne wzmocnienie podczas recyrkulacji opóźnionego sygnału, może być możliwe wygenerowanie nienaturalnego efektu „sprężystości drzwi” dla muzyki.
Spowodowanie opóźnienia sygnału instrumentalnego lub ścieżki mowy o 30 lub 40 ms i przesunięcie opóźnionego sygnału z powrotem do sygnału pierwotnego spowoduje, że wyjściowy dźwięk będzie bardziej obszerny i sprawi, że będzie miał wrażenie, że ma więcej głosów lub głębi muzycznej niż początkowa.
Ten rodzaj popularnego podejścia nazywa się „podwójnym dźwiękiem”. Innym dobrze znanym efektem krótkiego opóźnienia może być osobliwy dźwięk, który powstaje dzięki technice zwanej „fazowaniem” lub „wywijaniem”.
Tytuł pochodzi z oryginalnych eksperymentów, w których magnetofon został użyty do wygenerowania opóźnienia czasowego, a pocieranie wprawnej dłoni po zewnętrznej stronie szpuli z taśmą zmieniło opóźnienie, aby wygenerować efekt akustyczny.
Obecnie efekt ten można w całości rozwinąć za pomocą technologii cyfrowej, opóźniając sygnał o 0,5 do 5 ms, jednocześnie dodając lub odejmując opóźniony sygnał od pierwotnego sygnału.
W ustawieniu wskazu / flangera częstotliwość i jej harmoniczne, których długości fal są identyczne z opóźnieniem czasowym, są całkowicie zakończone, podczas gdy wszystkie inne częstotliwości ulegają wzmocnieniu.
W ten sposób filtr grzebieniowy o częstotliwości między wycięciami jest modyfikowany przez zmianę częstotliwości zegara, jak pokazano poniżej.
Rezultatem jest poprawa tonalna wprowadzona do dźwięku nietonalnego, na przykład bębnów, talerzy, a także częstotliwości wokalnych.
Tryb phasor / flanger umożliwia replikację sygnałów stereofonicznych z monofonicznego pochodzenia. Aby to osiągnąć, wyjście fazowe wyekstrahowane przez wprowadzenie sygnału opóźnionego jest wysyłane do jednego kanału, podczas gdy wyjście wydzielone przez odjęcie sygnału opóźnionego jest wysyłane do przeciwnego.
Dla publiczności efekt fazowania jest anulowany, umożliwiając dobry syntetyczny efekt stereo dla ich uszu.
Głównymi elementami konstrukcji są niewątpliwie układy scalone brygady kubełkowej, które są w stanie bezpośrednio syntetyzować sygnały analogowe. Obwody nie zawierają drogich przetworników analogowo-cyfrowych i cyfrowo-analogowych.
Gdy tylko impuls zegarowy z przerzutnika zostanie dostarczony do układu scalonego brygady kubełkowej, zasilanie DC obecne na wejściu jest przesyłane do rejestru. Dyskretne bity są przesuwane krok po kroku przez sekwencyjne impulsy zegarowe, aż w końcu, po 256 impulsach, dotrą do końca linii i dostarczą sygnał wyjściowy.
Przebieg wyjściowy jest oczyszczany filtrem dolnoprzepustowym i jakimkolwiek zduplikowanym sygnałem występującym na wejściu, ale opóźnionym 256-krotnością okresu częstotliwości zegara.
Na przykład, gdy częstotliwość zegara wynosi 100 kHz, opóźnienie może wynosić 256 x 1/100 000 = 2,56 ms. Biorąc pod uwagę, że częstotliwość próbkowania sygnału muzycznego na wejściu zależy od częstotliwości zegara, założona granica 50% niższej częstotliwości zegara może być maksymalną częstotliwością audio, która może być skutecznie przesyłana.
Niemniej jednak, z powodu rzeczywistych ograniczeń, 1/3 częstotliwości zegara może wydawać się bardziej realistycznym celem projektowym. Obwody mogą być połączone sekwencyjnie lub kaskadowo, aby zapewnić dłuższe opóźnienia przy zwiększonych częstotliwościach taktowania, chociaż wyższy szum w obwodach połączonych szeregowo może prawdopodobnie przewyższyć wzrost szerokości pasma.
W trybie opóźnienia 2 rejestry przesuwne są połączone szeregowo, co umożliwia użycie częstotliwości zegara dwukrotnie wyższych.
Pozwala to na zaprogramowanie dwukrotnej szerokości pasma dla każdego rejestru przesuwnego dla tego samego opóźnienia czasowego. Nawet w tym trybie podwójnej szerokości pasma częstotliwość zegara niezbędna do 40 ms opóźnienia ogranicza szerokość pasma do maksymalnego sygnału wejściowego 3750 Hz, co wydaje się wystarczające dla częstotliwości głosu, choć niewystarczające dla większości sprzętu muzycznego.
W wielu zastosowaniach, w których opóźniona transmisja jest realizowana na pierwotnym sygnale, zmniejszenie szerokości pasma może zostać ukryte z powodu sygnałów o wysokiej częstotliwości zawartych w pierwotnym wejściu sygnału. Aby skompensować normalne tłumienie sygnału, pomiędzy rejestrami przesuwnymi zastosowano wzmacniacz 8,5 dB.
W trybie fazor / flanger, najwyższe wymagane opóźnienie wynosi około 5 ms, co jest wystarczająco małe, aby można było używać pojedynczego rejestru przesuwnego bez poświęcania szerokości pasma.
Drugi rejestr przesuwny jest w konsekwencji dołączany równolegle z pierwszym w celu zwiększenia stosunku sygnału do szumu. Częstotliwości sygnału są stosowane w fazie, podczas gdy sygnały szumu są dodawane i odejmowane losowo.
The Phasor / Flanger
Schemat blokowy konstrukcji wskazów / flanger pokazano na poniższym schemacie.
Schemat ideowy dla wskazu / flangera przedstawiono poniżej:
W każdym scenariuszu poczwórna bramka NOR IC4 jest skonfigurowana jak stabilny multiwibrator działający z częstotliwością dwukrotnie przekraczającą określoną częstotliwość zegara.
Wyjście IC4 łączy się z przerzutnikiem IC5, który oferuje kilka dodatkowych (180 ° przesuniętych w fazie) wyjściowych sygnałów zegarowych o cyklach pracy FIFTY PERCENT.
Te impulsy działają następnie jako wejścia zegarowe dla rejestrów przesuwnych w IC2. Rezystor R16 określa częstotliwość i jest stałą wartością w obwodzie opóźnienia.
Częstotliwość zegara można zmieniać według potrzeb, dodając więcej rezystorów równolegle przez dane złącza w fazorze / flangerze.
Sygnał wejściowy audio jest przetwarzany przez siedem biegunów stopni filtra dolnoprzepustowego, gdzie wykorzystywane są IC3 i 1/2 IC1. Filtry zapewniają całkowite tłumienie 42 dB / oktawę w stosunku do dostrojonej częstotliwości.
Na przykład, kiedy filtr jest dostrojony do 5000 Hz, sygnał 10000 Hz jest tłumiony o więcej niż 100: 1.
Podczas gdy filtry są obsługiwane za pomocą wzmacniaczy operacyjnych o dużym wzmocnieniu, możesz zmaksymalizować ich moc wyjściową przed obniżeniem o 6 dB / oktawę na biegun. Tego rodzaju filtry nazywa się „niedotłumionymi”.
Poprzez właściwy dobór balansu stopni niedotłumionych i nadmiernie tłumionych (RC), łatwo jest skonfigurować filtr o płaskiej odpowiedzi w zamierzonym paśmie przenoszenia, aby uzyskać 3 dB mniej na częstotliwości strojenia i współczynnik toczenia równy 6 dB razy ilość biegunów.
To jest dokładnie to, co jest zaimplementowane w przedstawionych w tym artykule układach linii opóźniającej i fazor / flanger. Zwykle do zidentyfikowania wartości rezystorów dla filtrów potrzebna jest znaczna ilość danych statystycznych.
Dla ułatwienia możesz wybrać odpowiednie wartości rezystorów z Tabeli wartości rezystorów filtrujących.
Skorzystaj z tej tabeli, aby wybrać wartości rezystorów specjalnie dla obwodu linii opóźniającej. (Wartości rezystora filtrującego podane na rys. 4 i związane z nim zestawienie materiałów dadzą wzmocnione opóźnienie 5 ms, z wyjściem o 3 dB w dół przy 15 kHz dla wskazu / flangera).
Zasilacz
Lista części
C12 - 470 µF, 35 V.
C13, C15, C16 - kondensator dyskowy 0,01 uF, kondensator dyskowy C14-100 pF
C17 - 33 µF, 25 V
D1, D2 - IN4007
Dioda Zenera D3 -1N968 (20 V)
Bezpiecznik F1 / 10-amperowy
Precyzyjny regulator napięcia IC6 -723
Wszystkie rezystory mają 5% tolerancję I / 4 W:
R17-1k
R18 - 1 M.
RI9-10 omów
R20 - 8,2 kiloomów
R21 - 7,5 kiloomów
R22 - 33 k omów
R23 - 2,4 km
Obwód zasilania linii opóźniającej audio pokazano na powyższym obrazku. Jest zbudowany wokół regulatora napięcia, IC6, który wyłącza pierwotne napięcie wyjściowe 15 V. Rejestr przesuwny obejmuje źródła każdego +1 i +20 woltów.
Szyna +20 V jest uzyskiwana za pomocą diody Zenera D3, a linia +1 V pochodzi z dzielnika napięcia skonfigurowanego wokół R22 i R23.
Ponieważ wzmacniacze operacyjne są zasilane przez zasilacz z pojedynczą końcówką, istotne staje się, aby linia napięcia 10,5 V pełniła funkcję odniesienia w obwodzie dla tych urządzeń.
Budowa
Na poniższych rysunkach przedstawiono rzeczywistą instrukcję wytrawiania i wiercenia, która jest taka sama dla obu układów obwodów, ale w razie potrzeby okablowana w inny sposób.
Przed zamontowaniem jakichkolwiek części na płytce drukowanej należy włożyć i przylutować różne zworki do gniazd. Następnie podłącz płytę zgodnie z powyższym opisem, zgodnie z preferowanym trybem pracy.
Uważaj na orientację pinów wszystkich elementów półprzewodnikowych i kondensatorów elektrolitycznych i włóż je prawidłowo.
Upewnij się, że trzymasz i montujesz urządzenia MOS ostrożnie, ponieważ są one wrażliwe na ładunki elektrostatyczne i mogą zostać uszkodzone przez ładunek statyczny wytworzony na Twoich palcach. Możesz włożyć układy scalone bezpośrednio na płytkę drukowaną lub też skorzystać z gniazd IC.
Główne specyfikacje proponowanego obwodu linii opóźniającej audio
Poprzedni: Zasilacz łagodnego rozruchu do głośników wzmacniacza Dalej: Obwód monitorowania niskiego poziomu baterii Ni-Cd za pomocą diody Lambda
