Circuit de întârziere audio - Pentru efecte Echo, Reverb

O linie de întârziere audio este o tehnică în care un semnal audio dat este trecut printr-o serie de etape de stocare digitală, până când ieșirea audio finală este întârziată cu o anumită perioadă (de obicei în milisecunde). Când această ieșire audio întârziată este readusă la sunetul original, rezultă un sunet îmbunătățit uimitor, care este mai bogat, mai voluminos și plin de caracteristici precum ecou și reverb.

Prezentare generală

Experiența de ascultare a unei muzici redate în interiorul unei camere depinde în mod semnificativ de interiorul camerei.

Dacă interiorul camerei este plin de multe decoruri moderne și ferestre din sticlă, acest lucru ar putea crea un efect de ecou prea mare asupra muzicii.

Pe de altă parte, dacă camera include o mulțime de elemente pe bază de țesături, cum ar fi perdele grele, mobilier amortizat etc., muzica va avea tendința de a pierde toate efectele de ecou și reverb și ar putea părea destul de anostă și neinteresantă.

Pentru acest din urmă caz, puteți alege probabil să aruncați și să aruncați toate perdelele, pernele, pernele, setul de canapele sau să optați pentru circuitul de linie de întârziere audio propus, care vă va ajuta să restabiliți atmosfera muzicii în mod natural, fără să vă sacrificați preferatul. interioare.

Prin acest circuit puteți genera efectiv un ecou (întârziere a semnalului audio) și reverberație (după reflecții) și puteți obține un sunet mult mai bogat.

Până nu cu mult timp în urmă, singura tehnică de a obține o întârziere a semnalului audio a fost utilizarea dispozitivelor electronice foarte costisitoare. Astăzi avem o nouă formă de IC, numită „cupă-brigadă”, care vă permite să vă construiți sistemul de întârziere personal foarte ieftin.

Atașat între sursa audio și preamplificator, sau între preamplificator și amplificator de putere, conceptul oferă un ecou de semnal variabil, care ar putea îmbogăți sunetul din majoritatea sistemelor de muzică de acasă.

Cu o mică modificare a circuitului, ideea ar putea fi aplicată în plus ca un fazor / flanger, permițând utilizatorului să obțină efecte sonore pentru înregistrarea aplicațiilor și pentru chitarele electrice utilizate de specialiști.

IC cupa-brigadă este un registru de deplasare MOStype format din două registre de 512 etape într-un pachet solitar cu 14 pini.

Dacă un semnal audio este alimentat la intrarea proiectării cupei-brigadă și IC-urile relevante acționate cu un generator de ceas, determină mișcarea semnalului audio în trepte, etapă cu etapă, până când în final semnalul ajunge la ieșire cu întârzierea prevăzută.

Schema bloc pentru circuitul liniei de întârziere este prezentată mai jos:

Când acest semnal întârziat este readus (recirculat) în semnalul original, se simulează un efect de reverberație.

În afară de a oferi o ambianță în timp real, circuitul bucket-brigade ar putea fi implementat cu orice sistem audio pentru a produce sunet stereo sintetic din surse audio mono, o opțiune utilă pentru „voce dublă” și „fazor / flanging”.

Ce este Brigada Bucket

Termenul „brigadă de găleată” ne amintește de o serie de bărbați care dădeau găleți cu apă pentru a combate pericolul de incendiu.

Registrul analogic de schimbare a cupei funcționează în mod identic și de aici și numele.

Pe de altă parte, cu registrele de schimbare, condensatoarele reprezintă „cupele” conectate direct pe IC PMOS. Pot fi mai mult de 1000 de astfel de condensatori pe fiecare cip (un singur condensator și câteva tranzistoare MOS pe etapă).

Elementul care este transmis este de fapt pachetele de încărcare electrică de la o etapă la alta. Știm că nu este ușor să bagi apă în mod egal în și dintr-o găleată simultan.

În același mod, nu este ușor să încărcați și să descărcați simultan un condensator. Această problemă este rezolvată prin registrele de deplasare și prin intermediul unei perechi de frecvențe de ceasuri defazate.

În perioada în care primul ceas este ridicat, gălețile cu cifre „impare” sunt aruncate în gălețile ulterioare cu cifre „pare”. De îndată ce sosește cel de-al doilea ceas înalt, gălețile pare sunt aruncate în următoarele găleți ciudate succesive.

În acest fel, taxele individuale sunt deplasate de-a lungul liniei dintr-o etapă pe rând.

Imaginea de mai sus este o manifestare schematică a 4 etape standard ale registrului de deplasare analogic MN3001.

Fiecare IC MN3001 constă din două registre de schimbare de 512 etape. Amintiți-vă că etapele A și C sunt legate de un anumit ceas, în timp ce etapele B și D sunt cuplate cu celălalt ceas pentru a furniza relația impar / pare.

Cum funcționează circuitul de întârziere a liniei

Următoarea schemă arată schema completă pentru linia de întârziere audio.

Când creați de fapt o întârziere a unui semnal audio, generați o varietate de efecte audio interesante. Cea mai vizibilă este simularea efectului de ecou.

Cu toate acestea, întârzierile create de brigada cupei sunt de obicei foarte mici pentru a fi recunoscute ca ecouri discrete.

Repetarea semnalului întârziat cu un câștig diminuat ar putea imita decăderea sănătoasă a ecourilor într-un spațiu reverberant.

Prin introducerea anumitor câștiguri pe parcursul recirculării semnalului întârziat, ar putea fi posibil să se genereze un rezultat nenatural de „ușă-arc” pentru muzică.

Provocarea întârzierii unui semnal instrumental sau a unei piste de vorbire cu 30 sau 40 ms și împingerea semnalului întârziat înapoi la semnalul original va produce sunetul de ieșire mai voluminos și îi va oferi impresia că are mai mult decât cantitatea inițială de voci sau adâncimea muzicală.

Acest tip de abordare populară se numește „dublă voce”. Un alt efect binecunoscut de întârziere scurtă poate fi sub forma unui sunet ciudat care apare printr-o tehnică numită „fazare” sau „reel-flanging”.

Titlul provine din experimentarea sa inițială în care a fost folosit un magnetofon pentru a genera întârzierea, iar frecarea unei mâini calificate pe partea exterioară a bobinei de alimentare cu bandă a modificat întârzierea pentru a genera efectul acustic.

Astăzi, acest efect ar putea fi dezvoltat în întregime prin tehnologia digitală, prin întârzierea semnalului de la 0,5 la 5 ms în timp ce se adaugă sau se scade semnalul întârziat din semnalul original.

În setarea fazorului / flangerului, frecvența și armonicele sale ale căror lungimi de undă sunt identice cu întârzierea în timp, se întâmplă să fie complet terminate, în timp ce toate celelalte frecvențe sunt consolidate.

În acest mod, un filtru de pieptene având o frecvență între crestături este modificat prin schimbarea frecvenței ceasului, așa cum se arată mai jos.

Rezultatul este, o îmbunătățire tonală introdusă unui sunet non-tonal, de exemplu tobe, cinale, precum și frecvențelor vocale.

Modul fazor / flanger vă permite să reproduceți semnale stereofonice dintr-o origine monofonică. Pentru a realiza acest lucru, ieșirea fazată extrasă prin introducerea semnalului întârziat este trimisă către un canal, în timp ce ieșirea extrasă prin scăderea semnalului întârziat este trimisă la opus.

Pentru public, efectul de fazare se anulează, permițând un efect stereo sintetic bun la urechi.

Principalele elemente ale proiectelor sunt, fără îndoială, IC-urile de brigadă, care sunt capabile să sintetizeze direct semnalele analogice. Circuitele nu implică convertizoare costisitoare analog-digital și digital-analog.

De îndată ce pulsul ceasului de pe flipflop este alimentat către IC-brigadă cu cupă, alimentarea de curent continuu existentă la intrare este transferată în registru. Biții discreți sunt deplasați etapă cu etapă prin impulsuri de ceas secvențiale până când în cele din urmă, după 256 de impulsuri, ajung la sfârșitul liniei și emit semnalul de ieșire.

Forma de undă de ieșire este curățată cu un filtru low-pass și orice semnal duplicat existent la intrare, dar întârziat de 256 de ori perioada frecvenței ceasului.

De exemplu, când frecvența ceasului este de 100 kHz, întârzierea ar putea fi de 256 x 1 / 100.000 = 2,56 ms. Având în vedere că rata de eșantionare a semnalului muzical de pe intrare depinde de frecvența ceasului, o limită presupusă de 50% mai mică frecvență de ceas ar putea fi frecvența audio maximă care poate fi transferată în mod eficient.

Cu toate acestea, din cauza constrângerilor din viața reală, 1/3 din frecvența ceasului poate părea a fi un obiectiv de proiectare mai realist. Circuitele ar putea fi conectate secvențial sau în cascadă pentru a oferi întârzieri mai lungi la rate de ceas crescute, deși zgomotul mai mare din circuitele conectate în serie poate depăși creșterea lățimii de bandă.

În modul de întârziere, cele două registre de schimbare sunt conectate în serie, ceea ce permite utilizarea frecvențelor de ceas de două ori mai mari.

Acest lucru permite, de două ori lățimea de bandă pentru fiecare registru de schimbare să fie programată pentru aceeași întârziere de timp. Chiar și în acest mod cu lățime de bandă dublă, frecvența de ceas necesară pentru o întârziere de 40 ms, restricționează lățimea de bandă la un semnal maxim de intrare de 3750 Hz, care arată destul pentru frecvența vocală, deși nu suficient pentru majoritatea echipamentelor muzicale.

În multe aplicații în care transmisia întârziată este implementată la semnalul original, scăderea lățimii de bandă poate fi ascunsă datorită semnalelor de înaltă frecvență conținute în intrarea de semnal originală. Pentru a compensa atenuarea normală a semnalului, între registrele de schimbare este utilizat un amplificator de 8,5 dB.

În modul fazor / flanger, cea mai mare întârziere necesară este de aproximativ 5 ms, care este suficient de mică pentru utilizarea unui singur registru de deplasare fără a sacrifica lățimea de bandă.

Prin urmare, al doilea registru de schimbare este atașat în paralel cu primul pentru a spori raportul S / N. Frecvențele semnalului sunt aplicate în fază, în timp ce semnalele de zgomot sunt adăugate și deduse la întâmplare.

Phasor / Flanger

Diagrama bloc a proiectelor fazor / flanger este prezentată în următoarea diagramă.

Diagrama schematică pentru fazor / flanger este dată mai jos:

În fiecare scenariu, poarta quad NOR IC4 este amenajată ca un multivibrator care funcționează la o frecvență de două ori mai mare decât cea specificată.

Ieșirea IC4 se conectează cu flip-flop IC5, care oferă câteva semnale de ceas de ieșire contributive (180 ° defazate una cu cealaltă) cu cicluri de funcționare de 50%.

Aceste impulsuri acționează apoi ca intrări de ceas pentru registrele de schimbare din IC2. Rezistorul R16 determină frecvența și este un velu fix în circuitul de întârziere.

Frecvența ceasului poate fi modificată după cum se dorește prin adăugarea mai multor rezistențe în paralel prin conectorii dați în fazor / flanger.

Semnalul de intrare audio este procesat prin șapte poli de trepte de filtru trece-jos, unde se utilizează IC3 și 1/2 IC1. Filtrele asigură o atenuare generală de 42 dB / octavă pe o frecvență reglată.

Ca o ilustrație, când filtrul este reglat pentru 5000 Hz, un semnal de 10.000 Hz se atenuează cu mai mult de 100: 1.

În timp ce filtrele sunt acționate cu amplificatoare de operare cu câștig ridicat, puteți să maximizați ieșirile înainte de a vă deplasa la o rată de 6 dB / octavă per pol. Acest tip de filtre se numește „sub amortizare”.

Prin selectarea corectă a echilibrului etapelor de filtrare sub-amortizate și supra-amortizate (RC), este ușor să configurați un filtru cu un răspuns plat în banda de trecere intenționată, pentru a obține 3 dB în jos pe frecvența de reglare și caracteristică o rată de derulare de 6 dB ori cantitatea de poli.

Este exact ceea ce este implementat în modelele de linie de întârziere și fazor / flanger prezentate în acest articol. O cantitate substanțială de elaborare statistică este de obicei necesară pentru a identifica valorile rezistenței pentru filtre.

Pentru a face lucrurile mai ușoare, puteți alege valorile potrivite ale rezistorului din Tabelul valorilor rezistorului de filtrare.

Profitați de acest tabel pentru a alege valorile rezistorului special pentru circuitul de întârziere. (Valorile rezistenței filtrului date în Fig. 4 și lista de materiale aferentă vă vor oferi o întârziere îmbunătățită de 5 ms, cu ieșirea de 3 dB scăzută la 15 kHz pentru fazor / flanger.)

Alimentare electrică

Lista de componente

C12 - 470 uF, 35 V
C13, C15, C16 - condensator de disc 0,01 uF, condensator de disc C14 -100 pF
C17 - 33 uF, 25 V

D1, D2 - IN4007
D3 -1N968 (20 V) diodă zener
Siguranța F1 -1/10 -ampere
Regulator de tensiune de precizie IC6 -723

Toate rezistențele au toleranță I / 4 wați 5%:

R17-1k
R18 - 1M

RI9-10 ohmi
R20 - 8,2 k ohmi
R21 - 7,5k ohmi
R22 - 33k ohmi
R23 - 2.4k

Circuitul de alimentare pentru linia de întârziere audio este prezentat în imaginea de mai sus. Este construit în jurul unui regulator de tensiune, IC6, pentru a scoate ieșirea primară de alimentare de 15 volți. Registrul de deplasare implică surse de fiecare +1 și +20 volți.

Sina de +20 volți este achiziționată folosind dioda zener D3, iar linia de +1 volți provine de la divizorul de tensiune configurat în jurul R22 și R23.

Pe măsură ce amplificatoarele op sunt acționate printr-o sursă de alimentare cu un singur capăt, devine esențial să existe funcția liniei de tensiune de 10,5 volți ca referință în circuit pentru aceste dispozitive.

Constructie

Manualul de gravare și găurire a dimensiunii reale, și același lucru pentru ambele planuri de circuit, dar conectat într-un mod diferit, după cum este necesar, este demonstrat în figurile de mai jos.

Înainte de a monta orice piese pe PCB, ar trebui să introduceți și să lipiți diferitele legături ale jumperilor în sloturi. După aceea, conectați placa așa cum este specificat mai sus, în funcție de modul de operare preferat.

Aveți grijă la orientarea pinului tuturor dispozitivelor semiconductoare și a condensatoarelor electrolitice și introduceți-le corect.

Asigurați-vă că țineți și asamblați dispozitivele MOS cu grijă, deoarece acestea sunt sensibile la încărcările statice și pot fi deteriorate de încărcarea statică dezvoltată pe degete. Puteți introduce IC-urile direct pe PCB sau, de asemenea, utilizați prize IC.

Specificații principale ale circuitului de linie de întârziere audio propus