Una linea di ritardo audio è una tecnica in cui un dato segnale audio viene fatto passare attraverso una serie di fasi di memorizzazione digitale, fino a quando l'uscita audio finale viene ritardata di un certo periodo (di solito in millisecondi). Quando questa uscita audio ritardata viene restituita all'audio originale, si ottiene un audio incredibilmente migliorato, più ricco, più voluminoso e pieno di funzioni come eco e riverbero.
Panoramica
L'esperienza di ascolto di una musica suonata all'interno di una stanza dipende in modo significativo dagli interni della stanza.
Se l'interno della stanza è pieno di molte decorazioni moderne e finestre di vetro, ciò potrebbe creare un effetto di eco eccessivo sulla musica.
D'altra parte, se la stanza include molti elementi in tessuto come tende pesanti, mobili imbottiti, ecc., La musica tenderà a perdere tutti gli effetti di eco e riverbero e potrebbe suonare piuttosto noiosa e poco interessante.
Per quest'ultimo caso, probabilmente puoi scegliere di scartare e buttare via tutte le tende, i cuscini, i cuscini, il set di divani o optare per il circuito di linea di ritardo audio proposto, che ti aiuterà a ripristinare l'atmosfera della musica in modo naturale senza sacrificare il tuo preferito interni.
Attraverso questo circuito puoi effettivamente generare un eco (ritardo temporale del segnale audio) e riverbero (dopo i riflessi) e ottenere un audio molto più ricco.
Fino a non molto tempo fa, l'unica tecnica per acquisire un ritardo del segnale audio era quella di utilizzare dispositivi elettronici molto costosi. Oggi abbiamo una nuova forma di IC, chiamata 'bucket-brigade', che ti consente di costruire il tuo sistema di ritardo personale in modo molto economico.
Collegato tra la sorgente audio e il preamplificatore, o tra il preamplificatore e l'amplificatore di potenza, il concept offre un'eco del segnale variabile, che potrebbe arricchire il suono della maggior parte dei sistemi musicali domestici.
Con piccole modifiche al circuito, l'idea potrebbe anche essere applicata come fasore / flanger, consentendo all'utente di ottenere effetti sonori per applicazioni di registrazione e per chitarre elettriche utilizzate dagli specialisti.
L'IC bucket-brigade è un registro a scorrimento di tipo MOS costituito da due registri a 512 stadi in un unico pacchetto a 14 pin.
Se un segnale audio viene inviato all'ingresso del progetto della brigata della benna e i relativi circuiti integrati pilotati con un generatore di clock, fa sì che il segnale audio si muova in modo graduale, fase dopo fase, fino a quando finalmente il segnale arriva all'uscita con il ritardo previsto.
Lo schema a blocchi per il circuito della linea di ritardo è mostrato di seguito:
Quando questo segnale ritardato viene reinserito (ricircolato) nel segnale originale, viene simulato un effetto di riverbero.
Oltre a fornire un'atmosfera in tempo reale, il circuito della brigata può essere implementato con qualsiasi sistema audio per produrre suono stereo sintetico da sorgenti audio mono, un'opzione utile per 'doppia voce' e 'fasore / flangiatura'.
Cos'è Bucket Brigade
Il termine 'brigata del secchio' ci ricorda una fila di uomini che consegnano secchi d'acqua per combattere un pericolo di incendio.
Il registro a scorrimento analogico della brigata della benna funziona in modo identico, da cui il nome.
Con i registri a scorrimento, invece, i condensatori rappresentano i 'secchi' collegati direttamente al PMOS IC. Possono esserci più di 1000 di tali condensatori su ogni singolo chip (un singolo condensatore e un paio di transistor MOS per stadio).
L'elemento che viene trasmesso sono in realtà i pacchetti di carica elettrica da uno stadio all'altro. Sappiamo che non è facile mettere l'acqua in modo uniforme in e da un secchio contemporaneamente.
Allo stesso modo, non è facile caricare e scaricare contemporaneamente un condensatore. Questo problema viene risolto dai registri a scorrimento e attraverso una coppia di frequenze di clock fuori fase.
Durante il periodo in cui il primo orologio è alto, i secchi con le cifre 'dispari' vengono gettati nei secchi successivi con le cifre 'pari'. Non appena arriva il secondo orologio alto, i secchi pari vengono gettati nei successivi intervalli dispari successivi.
In questo modo, le singole cariche vengono spostate su tutta la linea da una fase una alla volta.
L'immagine sopra è una manifestazione schematica di 4 stadi standard del registro a scorrimento analogico MN3001.
Ogni IC MN3001 è costituito da due registri a scorrimento a 512 stadi. Ricorda che gli stadi A e C sono collegati a un particolare orologio, mentre gli stadi B e D sono accoppiati all'altro orologio per fornire la relazione dispari / pari.
Come funziona il circuito di linea di ritardo
Lo schema seguente mostra lo schema completo per la linea di ritardo audio.
Quando crei effettivamente un ritardo in un segnale audio, generi una varietà di effetti audio interessanti. Il più evidente è la simulazione dell'effetto eco.
Tuttavia, i ritardi creati dalla brigata del secchio sono generalmente molto piccoli per essere riconosciuti come echi discreti.
La ripetizione del segnale ritardato con un guadagno diminuito potrebbe imitare il decadimento sano degli echi in uno spazio riverberante.
Introducendo un certo guadagno durante il ricircolo del segnale ritardato, può essere possibile generare un risultato innaturale di 'molla della porta' per la musica.
Causare un ritardo di 30 o 40 ms su un segnale strumentale o su una traccia vocale e riportare il segnale ritardato al segnale originale, produrrà l'audio in uscita più voluminoso e gli darà l'impressione di avere più della quantità iniziale di voci o profondità musicale.
Questo tipo di approccio popolare è chiamato 'doppia voce'. Un altro noto effetto di breve ritardo può essere sotto forma di un suono particolare che si ottiene attraverso una tecnica chiamata 'phasing' o 'reel-flanger'.
Il titolo deriva dalla sua sperimentazione originale in cui un registratore era stato impiegato per generare il ritardo temporale e lo sfregamento di una mano esperta sul lato esterno della bobina di alimentazione del nastro alterava il ritardo per generare l'effetto acustico.
Oggi, questo effetto potrebbe essere sviluppato interamente attraverso la tecnologia digitale, ritardando il segnale da 0,5 a 5 ms mentre si aggiunge o sottrae il segnale ritardato dal segnale originale.
Nell'impostazione phasor / flanger, la frequenza e le sue armoniche le cui lunghezze d'onda sono identiche al ritardo di tempo, risultano completamente terminate, mentre tutte le altre frequenze si rafforzano.
In questo modo un filtro a pettine avente una frequenza tra le tacche viene modificato cambiando la frequenza di clock, come mostrato di seguito.
Il risultato è un miglioramento tonale introdotto per un audio non tonale, ad esempio batteria, piatti e frequenze vocali.
La modalità phasor / flanger consente di replicare i segnali stereofonici da un'origine monofonica. Per ottenere ciò, l'uscita fasata estratta introducendo il segnale ritardato viene inviata a un canale, mentre l'uscita estratta sottraendo il segnale ritardato viene inviata al contrario.
Per il pubblico, l'effetto phasing si annulla, consentendo alle loro orecchie un buon effetto stereo sintetico.
Gli elementi principali dei progetti, senza dubbio, sono i circuiti integrati della brigata della benna, in grado di sintetizzare direttamente i segnali analogici. I circuiti non comportano costosi convertitori analogico-digitale e digitale-analogico.
Non appena l'impulso di clock dal flipflop viene inviato al CI della brigata della benna, l'alimentazione CC esistente all'ingresso viene trasferita nel registro. I bit discreti vengono spostati fase per fase tramite impulsi di clock sequenziali fino a quando alla fine, dopo 256 impulsi, arrivano alla fine della linea e forniscono il segnale di uscita.
La forma d'onda di uscita viene ripulita con un filtro passa-basso e qualsiasi segnale duplicato era presente all'ingresso ma ritardato di 256 volte il periodo della frequenza di clock.
Ad esempio, quando la frequenza di clock è di 100 kHz, il ritardo potrebbe essere 256 x 1 / 100.000 = 2,56 ms. Considerando che la velocità di campionamento del segnale musicale in ingresso dipende dalla frequenza di clock, un limite ipotizzato del 50% in meno di frequenza di clock potrebbe essere la frequenza audio massima che può essere effettivamente trasferita.
Tuttavia, a causa dei vincoli della vita reale, 1/3 della frequenza di clock potrebbe sembrare un obiettivo di progettazione più realistico. I circuiti potrebbero essere collegati in sequenza o collegati in cascata per offrire ritardi di tempo più lunghi a frequenze di clock maggiori, sebbene il rumore più elevato nei circuiti collegati in serie possa forse superare l'aumento della larghezza di banda.
Nella modalità delay, i 2 registri a scorrimento sono collegati in serie, il che consente l'uso di frequenze di clock due volte superiori.
Ciò consente di programmare due volte la larghezza di banda per ogni registro a scorrimento per lo stesso ritardo di tempo. Anche in questa modalità a doppia larghezza di banda, la frequenza di clock necessaria per un ritardo di 40 ms, limita la larghezza di banda a un segnale di ingresso massimo di 3750 Hz, che sembra abbastanza per la frequenza vocale, sebbene non sufficiente per la maggior parte delle apparecchiature musicali.
In molte applicazioni in cui la trasmissione ritardata è implementata sul segnale originale, la diminuzione della larghezza di banda può essere nascosta a causa dei segnali ad alta frequenza contenuti nell'ingresso del segnale originale. Per compensare la normale attenuazione del segnale, viene utilizzato un amplificatore da 8,5 dB tra i registri a scorrimento.
Nella modalità phasor / flanger, il ritardo massimo necessario è di circa 5 ms, che è abbastanza piccolo per l'utilizzo di un singolo registro a scorrimento senza sacrificare la larghezza di banda.
Il secondo registro a scorrimento viene conseguentemente fissato in parallelo al primo per aumentare il rapporto S / N. Le frequenze del segnale vengono applicate in fase, mentre i segnali di rumore vengono aggiunti e detratti a caso.
Il Phasor / Flanger
Lo schema a blocchi dei progetti fasore / flanger è mostrato nel diagramma seguente.
Di seguito è riportato il diagramma schematico per il fasore / flanger:
In ogni scenario, il quad NOR gate IC4 è attrezzato come un multivibratore astabile che funziona a due volte la frequenza di clock specificata.
L'uscita IC4 si collega al flip-flop IC5, che offre un paio di segnali di clock di uscita contributivi (sfasati di 180 ° l'uno rispetto all'altro) con cicli di lavoro del CINQUANTA PER CENTO.
Questi impulsi agiscono quindi come ingressi di clock per i registri a scorrimento in IC2. Il resistore R16 determina la frequenza ed è un valore fisso nel circuito di ritardo.
La frequenza di clock può essere modificata a piacere aggiungendo più resistori in parallelo attraverso i connettori dati nel fasore / flanger.
Il segnale di ingresso audio viene elaborato attraverso sette poli di stadi di filtro passa-basso, dove vengono utilizzati IC3 e 1/2 IC1. I filtri assicurano un'attenuazione complessiva di 42 dB / ottava su una frequenza sintonizzata.
A titolo illustrativo, quando il filtro è sintonizzato per 5000 Hz, un segnale da 10.000 Hz viene attenuato di oltre 100: 1.
Mentre i filtri funzionano con amplificatori operazionali ad alto guadagno, è possibile massimizzare le loro uscite prima di passare a una velocità di 6 dB / ottava per polo. Questo tipo di filtri è chiamato 'sotto smorzato'.
Attraverso una corretta selezione del bilanciamento degli stadi del filtro sotto smorzato e sovrasmorzato (RC), è facile configurare un filtro con una risposta piatta nella banda passante prevista, al fine di ottenere 3 dB in meno sulla frequenza di sintonizzazione e caratteristica un tasso di roll-off di 6 dB volte la quantità di poli.
Questo è esattamente ciò che viene implementato nei progetti di linea di ritardo e phasor / flanger presentati in questo articolo. Di solito è necessaria una notevole quantità di elaborazione statistica per identificare i valori dei resistori per i filtri.
Per semplificare le cose, è possibile selezionare i valori di resistenza adatti dalla tabella dei valori di resistenza del filtro.
Approfitta di questa tabella per scegliere i valori dei resistori specifici per il circuito della linea di ritardo. (I valori del resistore di filtro indicati in Fig.4 e la relativa distinta materiali associata forniranno un ritardo migliorato di 5 ms, con l'uscita di 3 dB a 15 kHz per il fasore / flanger.)
Alimentazione elettrica
Elenco delle parti
C12 - 470 µF, 35 V
Condensatore a disco C13, C15, C16 - 0,01 uF, condensatore a disco C14 -100 pF
C17 - 33 µF, 25 V
D1, D2 - IN4007
D3 -1N968 (20 V) diodo zener
Fusibile F1 -1/10 -ampere
Regolatore di tensione di precisione IC6 -723
Tutti i resistori hanno una tolleranza del 5% I / 4 watt:
R17-1k
R18 - 1M
RI9-10 ohm
R20 - 8,2k ohm
R21 - 7,5k ohm
R22 - 33k ohm
R23 - 2.4k
Il circuito di alimentazione per la linea di ritardo audio è mostrato nell'immagine sopra. È costruito attorno a un regolatore di tensione, IC6, per attivare l'uscita di alimentazione primaria a 15 volt. Il registro a scorrimento coinvolge sorgenti di ogni +1 e +20 volt.
La linea +20 volt viene acquisita utilizzando il diodo zener D3 e la linea +1 volt proviene dal partitore di tensione configurato attorno a R22 e R23.
Poiché gli amplificatori operazionali sono pilotati attraverso un'alimentazione single-ended, diventa essenziale che la funzione di linea di tensione da 10,5 volt sia il riferimento nel circuito per questi dispositivi.
Costruzione
Il manuale di incisione e foratura della dimensione reale, identico per entrambi i layout di circuito ma cablato in modo diverso a seconda delle necessità, è mostrato nelle figure seguenti.
Prima di montare qualsiasi parte sul PCB, è necessario inserire e saldare i vari collegamenti dei ponticelli negli slot. Successivamente collegare la scheda come sopra specificato, secondo la modalità di funzionamento preferita.
Prestare attenzione all'orientamento dei pin di tutti i dispositivi semiconduttori e condensatori elettrolitici e inserirli correttamente.
Assicurarsi di tenere e assemblare i dispositivi MOS con cura poiché sono sensibili alle cariche statiche e possono essere danneggiati dalla carica statica sviluppata sulle dita. È possibile inserire gli IC direttamente sul PCB o anche utilizzare le prese IC.
Specifiche principali del circuito di linea di ritardo audio proposto
Precedente: Alimentatore Soft-Start per altoparlanti dell'amplificatore Avanti: Circuito di monitoraggio batteria scarica Ni-Cd con diodo Lambda
