Линия задержки звука - это метод, при котором данный звуковой сигнал проходит через серию этапов цифрового хранения до тех пор, пока окончательный вывод звука не будет задержан на определенный период (обычно в миллисекундах). Когда этот задержанный аудиовыход передается обратно в исходный звук, это приводит к удивительно улучшенному звуку, который становится богаче, объемнее и наполнен такими функциями, как эхо и реверберация.

Обзор

Восприятие музыки, воспроизводимой в комнате, в значительной степени зависит от интерьера комнаты.

Если интерьер комнаты наполнен множеством современных декоров и стеклянных окон, это может создать слишком сильный эхо-эффект для музыки.

С другой стороны, если в комнате много элементов на тканевой основе, таких как тяжелые шторы, мягкая мебель и т. Д., Музыка будет иметь тенденцию терять все эффекты эха и реверберации и может звучать довольно скучно и неинтересно.

В последнем случае вы, вероятно, можете отказаться и выбросить все шторы, подушки, подушки, диван или выбрать предложенную схему линии задержки звука, которая поможет вам естественным образом восстановить атмосферу музыки, не жертвуя своим любимым интерьеры.

С помощью этой схемы вы можете фактически генерировать эхо (временную задержку звукового сигнала) и реверберацию (после отражений) и добиться гораздо более богатого звука.

Еще не так давно единственным способом получения задержки аудиосигнала было использование очень дорогих электронных устройств. Сегодня у нас есть совершенно новая форма IC, называемая «bucket-brigade», которая позволяет вам очень дешево построить вашу персональную систему задержки.

“виды шлепанцев в цифровой электронике ”

Прикрепленный между источником звука и предусилителем или между предусилителем и усилителем мощности, эта концепция предлагает регулируемое эхо сигнала, которое может обогатить звук большинства домашних музыкальных систем.

С небольшими модификациями схемы эта идея может быть дополнительно применена в качестве фазора / фленджера, что позволит пользователю получить звуковые эффекты для приложений записи и для электрогитар, используемых специалистами.

Микросхема bucket-brigade представляет собой сдвиговый регистр MOS-типа, состоящий из двух 512-ступенчатых регистров в единственном 14-выводном корпусе.

Если аудиосигнал подается на вход конструкции ковшовой бригады и соответствующие ИС, приводимые в действие тактовым генератором, заставляет аудиосигнал двигаться ступенчато, шаг за шагом, пока, наконец, сигнал не поступит на выход с предполагаемая задержка.

Блок-схема цепи линии задержки показана ниже:

Когда этот задержанный сигнал возвращается (рециркулируется) в исходный сигнал, моделируется эффект реверберации.

Помимо создания атмосферы в реальном времени, схема «ведро-бригада» может быть реализована с любой аудиосистемой для создания синтетического стереозвука из монофонических источников звука, полезной опции для «двойного голоса» и «фазора / фленджера».

Что такое Bucket Brigade

Термин «бригада ведер» напоминает нам о шеренге мужчин, передающих ведра с водой для борьбы с опасностью пожара.

Аналоговый сдвиговый регистр bucket-brigade функционирует идентичным образом, отсюда и название.

С другой стороны, в регистрах сдвига конденсаторы представляют собой «корзины», подключенные непосредственно к ИС PMOS. На каждом кристалле может быть более 1000 таких конденсаторов (один конденсатор и пара МОП-транзисторов на каскад).

Элемент, который передается, на самом деле представляет собой пакеты электрического заряда, проходящие от одной стадии к другой. Мы знаем, что нелегко налить воду одновременно в ведро и из ведра.

Точно так же нелегко одновременно заряжать и разряжать конденсатор. Эта проблема решается регистрами сдвига и парой синфазных тактовых частот.

В период, когда первые часы высокие, ведра с «нечетными» числами выбрасываются в последующие ведра с «четными» числами. Как только наступает второй высокий тактовый сигнал, четные ведра выбрасываются в следующие последовательные нечетные корзины.

Таким образом, отдельные заряды перемещаются по линии с одной стадии по одной за другой.

На изображении выше схематично представлены 4 стандартных каскада аналогового сдвигового регистра MN3001.

Каждая ИС MN3001 состоит из двух 512-ступенчатых регистров сдвига. Помните, что этапы A и C связаны с одним конкретным часом, в то время как этапы B и D связаны с другими часами, чтобы обеспечить соотношение чет / нечет.

Как работает схема линии задержки

На следующей схеме показана полная схема линии задержки звука.

Когда вы фактически создаете задержку аудиосигнала, вы генерируете множество интересных звуковых эффектов. Наиболее заметным является моделирование эффекта эха.

Однако задержки, создаваемые бригадой ведер, обычно очень малы, чтобы их можно было распознать как дискретные эхо-сигналы.

Повторение задержанного сигнала с уменьшенным усилением может имитировать здоровое затухание эха в реверберирующем пространстве.

Вводя определенное усиление в рециркуляцию задержанного сигнала, можно создать неестественный результат «дверной пружины» для музыки.

Задержка инструментального сигнала или речевой дорожки на 30 или 40 мс и возвращение задержанного сигнала обратно к исходному сигналу сделает выходной аудиосигнал более объемным и создаст впечатление наличия большего, чем исходное количество голосов или музыкальной глубины.

Такой популярный подход называется «двусмысленность». Другой хорошо известный эффект короткой задержки может быть в форме своеобразного звука, возникающего благодаря технике, называемой «фазирование» или «барабанный флэнжер».

Название происходит от оригинального эксперимента, в котором магнитофон использовался для создания временной задержки, а прикосновение умелой руки к внешней стороне катушки с лентой изменило задержку для создания акустического эффекта.

Сегодня этот эффект можно полностью реализовать с помощью цифровых технологий, задерживая сигнал на 0,5–5 мс при добавлении или вычитании задержанного сигнала из исходного сигнала.

В настройке фазора / фленджера частота и ее гармоники, длины волн которых идентичны временной задержке, полностью прекращаются, в то время как все другие частоты усиливаются.

Таким образом, гребенчатый фильтр, имеющий частоту между метками, модифицируется путем изменения тактовой частоты, как показано ниже.

В результате улучшается тональность нетонального звука, например ударных, тарелок, а также вокальных частот.

Режим фазора / фленджера позволяет реплицировать стереофонические сигналы из монофонического источника. Для этого фазированный выход, извлеченный путем введения задержанного сигнала, отправляется в один канал, а выходной сигнал, извлеченный путем вычитания задержанного сигнала, отправляется в противоположный канал.

Для публики эффект фазирования отменяется, обеспечивая для ушей хороший синтетический стереоэффект.

Основными элементами конструкций, несомненно, являются микросхемы бакет-бригады, способные напрямую синтезировать аналоговые сигналы. В схемах не используются дорогие аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.

Как только синхронизирующий импульс от триггера подается на микросхему бакет-бригады, питание постоянного тока, имеющееся на входе, передается в регистр. Дискретные биты поэтапно сдвигаются с помощью последовательных тактовых импульсов до тех пор, пока в конечном итоге после 256 импульсов они не достигнут конца линии и не дадут выходной сигнал.

Форма выходного сигнала очищается с помощью фильтра нижних частот и любого дублирующего сигнала, который существовал на входе, но задерживался в 256 раз по сравнению с периодом тактовой частоты.

Например, когда тактовая частота составляет 100 кГц, задержка может составлять 256 x 1/100 000 = 2,56 мс. Учитывая, что частота дискретизации музыкального сигнала на входе зависит от тактовой частоты, предполагаемый предел в 50% более низкой тактовой частоты может быть максимальной звуковой частотой, которая может эффективно передаваться.

“логические вентили суммы произведений ”

Тем не менее, из-за реальных ограничений 1/3 тактовой частоты может показаться более реалистичной целью проектирования. Цепи могут быть последовательно соединены или каскадированы, чтобы обеспечить более длительные задержки при повышенных тактовых частотах, хотя более высокий шум в последовательно соединенных цепях может, возможно, превзойти увеличение полосы пропускания.

В режиме задержки 2 сдвиговых регистра соединены последовательно, что позволяет использовать тактовые частоты в два раза выше.

Это позволяет запрограммировать в два раза большую полосу пропускания для каждого регистра сдвига на одну и ту же задержку времени. Даже в этом режиме с двойной полосой пропускания тактовая частота, необходимая для задержки в 40 мс, ограничивает полосу пропускания до максимального входного сигнала 3750 Гц, что выглядит вполне достаточно для частоты голоса, хотя недостаточно для большинства музыкального оборудования.

Во многих приложениях, в которых для исходного сигнала реализована отложенная передача, уменьшение полосы пропускания может быть скрыто из-за высокочастотных сигналов, содержащихся во входном исходном сигнале. Для компенсации нормального затухания сигнала между регистрами сдвига используется усилитель на 8,5 дБ.

В режиме фазора / флэнжера максимальная необходимая задержка составляет примерно 5 мс, что достаточно мало для использования одного сдвигового регистра без ущерба для полосы пропускания.

Следовательно, второй сдвиговый регистр подключается параллельно с первым, чтобы улучшить отношение сигнал / шум. Частоты сигнала применяются синфазно, а шумовые сигналы складываются и вычитаются случайным образом.

Фазор / Фленджер

Блок-схема векторов / фленджеров показана на следующей диаграмме.

Принципиальная схема фазора / фленджера приведена ниже:

В каждом сценарии четырехканальный вентиль ИЛИ-ИЛИ IC4 устроен как нестабильный мультивибратор, работающий на частоте, в два раза превышающей заданную тактовую частоту.

Выход IC4 соединяется с триггером IC5, который предлагает пару дополнительных (не совпадающих по фазе на 180 ° друг с другом) выходных тактовых сигналов с коэффициентом заполнения ПЯТЬДЕСЯТ ПРОЦЕНТОВ.

Эти импульсы затем действуют как входы синхронизации для регистров сдвига в IC2. Резистор R16 определяет частоту и является фиксированным элементом в цепи задержки.

Тактовая частота может быть изменена по желанию путем добавления дополнительных резисторов параллельно через указанные разъемы в фазоре / флэнжере.

Входной аудиосигнал обрабатывается через семь полюсов каскадов фильтра нижних частот, где используются IC3 и 1/2 IC1. Фильтры обеспечивают общее затухание 42 дБ / октаву на настроенной частоте.

В качестве иллюстрации, когда фильтр настроен на 5000 Гц, сигнал на 10 000 Гц ослабляется более чем на 100: 1.

В то время как фильтры работают с операционными усилителями с высоким коэффициентом усиления, вы можете сделать их выходы максимальными до спада при скорости 6 дБ / октаву на полюс. Такие фильтры называют «недогашенными».

Путем правильного выбора баланса каскадов фильтров с недостаточным и избыточным демпфированием (RC) легко настроить фильтр, имеющий плоскую характеристику в предполагаемой полосе пропускания, чтобы снизить частоту настройки на 3 дБ, и скорость спада в 6 дБ, умноженная на количество полюсов.

Это именно то, что реализовано в схемах линий задержки и фазора / фленджера, представленных в этой статье. Обычно требуется значительный объем статистической обработки, чтобы определить номиналы резисторов для фильтров.

Чтобы упростить задачу, вы можете выбрать подходящие значения резистора из Таблицы номиналов резисторов фильтра.

Воспользуйтесь этой таблицей для выбора номиналов резисторов специально для схемы линии задержки. (Значения резисторов фильтра, приведенные на рис. 4 и связанная с ним Спецификация материалов, дадут вам увеличенную задержку 5 мс с понижением на 3 дБ при 15 кГц для фазора / фленджера.)

Источник питания

Список деталей

C12 - 470 мкФ, 35 В
C13, C15, C16 - дисковый конденсатор 0,01 мкФ, C14 - дисковый конденсатор 100 пФ
C17 - 33 µF, 25 V

D1, D2 - IN4007
Стабилитрон Д3 -1Н968 (20 В)
F1 -1/10 -амперный предохранитель
IC6 -723 прецизионный регулятор напряжения

Все резисторы имеют допуск 1/4 Вт 5%:

R17-1k
R18 - 1M

RI9-10 Ом
R20 - 8,2 кОм
R21 - 7,5 кОм
R22 - 33 кОм
R23 - 2,4 км

Схема источника питания для линии задержки звука показана на изображении выше. Он построен на стабилизаторе напряжения IC6, который запускает первичный выход 15 В. Регистр сдвига включает источники каждого +1 и +20 вольт.

Шина +20 В получается с помощью стабилитрона D3, а линия +1 В поступает от делителя напряжения, сконфигурированного вокруг R22 и R23.

По мере того как операционные усилители управляются через однополярное питание, становится необходимым, чтобы иметь 10,5 вольтую функцию линейного напряжения в качестве эталона в цепи для этих устройств.

Строительство

Настоящее руководство по травлению и сверлению, одинаковое для обеих схем схем, но подключенное по-разному, если необходимо, показано на рисунках ниже.

Перед установкой каких-либо деталей на печатную плату вы должны вставить и припаять различные перемычки в гнездах. После этого подключите плату, как указано выше, в соответствии с предпочтительным режимом работы.

Будьте осторожны с ориентацией контактов всех полупроводниковых устройств и электролитических конденсаторов и вставляйте их правильно.

Обязательно держите и собирайте устройства MOS осторожно, поскольку они чувствительны к статическим зарядам и могут быть повреждены статическим зарядом, развивающимся на ваших пальцах. Вы можете вставить IC прямо на печатную плату или также использовать гнезда IC.