Audio Delay Line Circuit - Voor echo-, nagalmeffecten

Een audiovertragingslijn is een techniek waarbij een bepaald audiosignaal door een reeks digitale opslagfasen wordt geleid, totdat de uiteindelijke audio-uitvoer met een bepaalde periode wordt vertraagd (meestal in milliseconden). Wanneer deze vertraagde audio-uitvoer wordt teruggevoerd naar de originele audio, resulteert dit in een verbazingwekkend verbeterde audio, die rijker en volumineuzer is en vol zit met functies zoals echo en galm.

Overzicht

De luisterervaring voor muziek die in een kamer wordt afgespeeld, hangt sterk af van het interieur van de kamer.

Als het interieur van de kamer gevuld is met veel moderne decors en glazen ramen, kan dat een te groot echo-effect op de muziek veroorzaken.

Aan de andere kant, als de kamer veel stoffen bevat, zoals zware gordijnen, kussens met kussens, enz., Zal de muziek de neiging hebben om alle echo- en nagalmeffecten te verliezen, en kan het nogal saai en oninteressant klinken.

Voor het laatste geval kunt u er waarschijnlijk voor kiezen om alle gordijnen, kussens, kussens, bankstel weg te gooien en weg te gooien of te kiezen voor het voorgestelde audio-vertragingslijncircuit, dat u zal helpen om de sfeer van de muziek op natuurlijke wijze te herstellen zonder uw favoriet op te offeren interieurs.

Via dit circuit kun je daadwerkelijk een echo (tijdsvertraging van het audiosignaal) en galm (na reflecties) genereren en een veel rijkere audio bereiken.

Tot niet zo lang geleden was de enige techniek om een ​​audiosignaalvertraging te verkrijgen het gebruik van zeer kostbare elektronische apparaten. Tegenwoordig hebben we een gloednieuwe vorm van IC, de 'emmerbrigade' genaamd, waarmee je heel goedkoop je persoonlijke vertragingssysteem kunt bouwen.

Aangebracht tussen de audiobron en de voorversterker, of tussen de voorversterker en de eindversterker, biedt het concept een variabele signaalecho, die het geluid van de meeste muzieksystemen voor thuis zou kunnen verrijken.

Met een kleine aanpassing aan het circuit kan het idee bovendien worden toegepast als een phasor / flanger, waardoor de gebruiker geluidseffecten krijgt voor opnametoepassingen en voor elektrische gitaren die door de specialisten worden gebruikt.

De bucket-brigade IC is een MOS-type schuifregister dat bestaat uit twee 512-trapsregisters in een solitair 14-pins pakket.

Als een audiosignaal wordt toegevoerd aan de ingang van het bucket-brigade-ontwerp, en de relevante IC's worden aangedreven met een klokgenerator, zorgt ervoor dat het audiosignaal stapsgewijs beweegt, stap voor stap, totdat het signaal uiteindelijk aankomt bij de uitgang met de beoogde vertraging.

Het blokschema voor het vertragingslijncircuit wordt hieronder weergegeven:

Wanneer dit vertraagde signaal wordt teruggevoerd (gerecirculeerd) in het oorspronkelijke signaal, wordt een nagalmeffect gesimuleerd.

Naast het leveren van real-time ambiance, zou het emmer-brigadecircuit met elk audiosysteem kunnen worden geïmplementeerd om synthetisch stereogeluid te produceren uit mono-audiobronnen, een handige optie voor 'dubbele stem' en 'phasor / flanging'.

Wat is Bucket Brigade

De term 'emmerbrigade' herinnert ons aan een rij mannen die emmers water overhandigen om brand te bestrijden.

Het analoge schuifregister van de emmerbrigade functioneert op identieke wijze, en vandaar de naam.

Bij schuifregisters vertegenwoordigen de condensatoren daarentegen de 'emmers' die rechtstreeks op de PMOS IC zijn aangesloten. Er kunnen meer dan 1000 van dergelijke condensatoren op elke afzonderlijke chip staan ​​(een enkele condensator en een paar MOS-transistors per trap).

Het element dat wordt doorgegeven, zijn in feite de pakketten elektrische lading van het ene stadium naar het andere. We weten dat het niet eenvoudig is om tegelijkertijd water gelijkmatig in en uit een emmer te gieten.

Op dezelfde manier is het niet eenvoudig om tegelijkertijd een condensator op te laden en te ontladen. Dit probleem wordt opgelost door de schuifregisters en door middel van een paar uit-fase klokfrequenties.

Gedurende de periode dat de eerste klok hoog staat, worden de emmers met de 'oneven' cijfers naar de volgende emmers met 'even' cijfers gegooid. Zodra de tweede hoge klok arriveert, worden de even emmers in de volgende opeenvolgende oneven emmers gegooid.

Op deze manier worden individuele ladingen één voor één over de lijn verschoven.

De bovenstaande afbeelding is een schematische weergave van 4 standaardtrappen van het MN3001 analoge schuifregister.

Elke MN3001 IC bestaat uit twee schuifregisters met 512 trappen. Onthoud dat fasen A en C zijn gekoppeld aan een bepaalde klok, terwijl fasen B en D zijn gekoppeld aan de andere klok om de oneven / even relatie te leveren.

Hoe het circuit van de vertragingslijn werkt

Het volgende schema toont het volledige schema voor de audio-vertragingslijn.

Wanneer u daadwerkelijk een vertraging in een audiosignaal creëert, genereert u een verscheidenheid aan interessante audio-effecten. Het meest opvallende is de simulatie van het echo-effect.

Vertragingen veroorzaakt door de emmerbrigade zijn echter meestal erg klein om als discrete echo's te worden herkend.

Herhaling van het vertraagde signaal met verminderde versterking zou het gezonde verval van echo's in een galmende ruimte kunnen nabootsen.

Door tijdens de hercirculatie van het vertraagde signaal een bepaalde versterking te introduceren, kan het mogelijk zijn om een ​​onnatuurlijke 'deurveer'-uitkomst voor de muziek te genereren.

Door een instrumentaal signaal of spraakspoor met 30 of 40 ms te vertragen en het vertraagde signaal terug te duwen naar het oorspronkelijke signaal, wordt de outputaudio volumineuzer en krijgt het de indruk meer te hebben dan het aanvankelijke aantal stemmen of muzikale diepte.

Dit soort populaire benadering wordt 'dubbele stemmen' genoemd. Een ander bekend effect met korte vertraging kan de vorm hebben van een eigenaardig geluid dat ontstaat door een techniek die 'phasing' of 'reel-flanging' wordt genoemd.

De titel komt van het oorspronkelijke experiment, waarbij een bandrecorder werd gebruikt om de tijdsvertraging te genereren, en het wrijven van een ervaren hand aan de buitenkant van de tape-invoerhaspel veranderde de vertraging om het akoestische effect te genereren.

Tegenwoordig zou dit effect volledig kunnen worden ontwikkeld door middel van digitale technologie, door het signaal 0,5 tot 5 ms te vertragen, terwijl het vertraagde signaal wordt opgeteld of afgetrokken van het oorspronkelijke signaal.

In de phasor / flanger-instelling worden de frequentie en zijn harmonischen waarvan de golflengten identiek zijn aan de tijdsvertraging, volledig beëindigd, terwijl alle andere frequenties worden versterkt.

Op deze manier wordt een kamfilter met een frequentie tussen de inkepingen gewijzigd door de klokfrequentie te veranderen, zoals hieronder getoond.

Het resultaat is een tonale verbetering die wordt geïntroduceerd in een niet-tonale audio, bijvoorbeeld drums, cimbalen, en ook in vocale frequenties.

Met de phasor / flanger-modus kunt u stereofonische signalen van een monofone oorsprong repliceren. Om dit te bereiken, wordt de gefaseerde uitvoer die wordt geëxtraheerd door het introduceren van het vertraagde signaal naar één kanaal gestuurd, terwijl de uitvoer die wordt geëxtraheerd door het vertraagde signaal af te trekken naar het tegenovergestelde wordt gestuurd.

Voor het publiek wordt het faseringseffect opgeheven, waardoor hun oren een goed synthetisch stereo-effect krijgen.

De belangrijkste elementen van de ontwerpen zijn ongetwijfeld de bucket-brigade IC's, die de analoge signalen direct kunnen synthetiseren. Bij de schakelingen zijn geen dure analoog-naar-digitaal en digitaal-naar-analoog converters betrokken.

Zodra de klokpuls van de flipflop naar het bucket-brigade-IC wordt gevoerd, wordt de aan de ingang aanwezige DC-voeding naar het register overgebracht. De discrete bits worden stap voor stap verschoven door opeenvolgende klokpulsen totdat ze uiteindelijk, na 256 pulsen, aan het einde van de lijn komen en het uitgangssignaal afgeven.

De uitgangsgolfvorm wordt opgeschoond met een laagdoorlaatfilter en welk duplicaatsignaal er ook aan de ingang was, maar vertraagd met 256 keer de periode van de klokfrequentie.

Als de klokfrequentie bijvoorbeeld 100 kHz is, kan de vertraging 256 x 1 / 100.000 = 2,56 ms zijn. Aangezien de bemonsteringssnelheid van het muzieksignaal op de ingang afhankelijk is van de klokfrequentie, zou een veronderstelde limiet van 50% lagere klokfrequentie de maximale audiofrequentie kunnen zijn die effectief kan worden overgedragen.

Desalniettemin kan, vanwege beperkingen in het echte leven, 1/3 van de klokfrequentie een realistischer ontwerpdoel lijken. Circuits kunnen opeenvolgend worden verbonden of in cascade worden geplaatst om langere tijdvertragingen te bieden bij hogere kloksnelheden, hoewel de hogere ruis in de in serie geschakelde circuits mogelijk de stijging van de bandbreedte overtreft.

In de vertragingsmodus zijn de 2 schuifregisters in serie geschakeld, waardoor de klokfrequenties twee keer hoger kunnen worden gebruikt.

Hierdoor kan twee keer de bandbreedte voor elk schuifregister worden geprogrammeerd voor dezelfde tijdsvertraging. Zelfs in deze modus met dubbele bandbreedte beperkt de klokfrequentie die nodig is voor een vertraging van 40 ms de bandbreedte tot een maximaal ingangssignaal van 3750 Hz, wat voldoende lijkt voor de stemfrequentie, hoewel niet genoeg voor de meeste muziekapparatuur.

In veel toepassingen waarin de vertraagde verzending wordt geïmplementeerd naar het originele signaal, kan de afname in bandbreedte verborgen blijven vanwege de hoogfrequente signalen in de originele signaalingang. Om de normale signaaldemping te compenseren, wordt een versterker van 8,5 dB tussen de schuifregisters gebruikt.

In de phasor / flanger-modus is de grootste benodigde vertraging ongeveer 5 ms, wat klein genoeg is voor het gebruik van een enkel schuifregister zonder in te boeten aan bandbreedte.

Het tweede schuifregister wordt dientengevolge parallel aan het eerste geschakeld om de signaal-ruisverhouding te verbeteren. De signaalfrequenties worden in fase toegepast, terwijl de ruissignalen willekeurig worden opgeteld en afgetrokken.

De Phasor / Flanger

Het blokschema van de phasor / flanger-ontwerpen wordt weergegeven in het volgende diagram.

Het schematische diagram voor de phasor / flanger wordt hieronder gegeven:

In elk scenario is quad NOR-poort IC4 opgetuigd als een stabiele multivibrator die werkt op twee keer de opgegeven kloksnelheid.

De IC4-uitgang is verbonden met flip-flop IC5, die een aantal bijdragende (180 ° uit fase met elkaar) uitgangskloksignalen biedt met VIJFTIG PROCENT werkcycli.

Deze pulsen fungeren dan als klokingangen voor de schuifregisters in IC2. Weerstand R16 bepaalt de frequentie en is een vaste snelheid in het vertragingscircuit.

De klokfrequentie kan naar wens worden gewijzigd door meer weerstanden parallel toe te voegen via de gegeven connectoren in de phasor / flanger.

Het audio-ingangssignaal wordt verwerkt via zeven polen van laagdoorlaatfiltertrappen, waarbij IC3 en 1/2 IC1 worden gebruikt. De filters zorgen voor een algehele verzwakking van 42 dB / octaaf over een afgestemde frequentie.

Ter illustratie: wanneer het filter is afgestemd op 5000 Hz, wordt een signaal van 10.000 Hz verzwakt met meer dan 100: 1.

Hoewel de filters worden bediend met high-gain opamps, kun je hun output maximaliseren voordat je wegrolt met een snelheid van 6 dB / octaaf per pool. Dit soort filters wordt 'ondergedempt' genoemd.

Door de juiste selectie van de balans van ondergedempte en overgedempte (RC) filtertrappen, is het eenvoudig om een ​​filter te configureren met een vlakke respons in de beoogde doorlaatband, om 3 dB lager op de afstemfrequentie te krijgen, en een afrolsnelheid van 6 dB maal het aantal palen.

Dit is precies wat is geïmplementeerd in de delay-line en phasor / flanger-ontwerpen die in dit artikel worden gepresenteerd. Een aanzienlijke hoeveelheid statistische uitwerking is meestal nodig om de weerstandswaarden voor de filters te identificeren.

Om het u gemakkelijk te maken, kunt u de geschikte weerstandswaarden kiezen uit de tabel met filterweerstandswaarden.

Maak gebruik van deze tabel voor het kiezen van weerstandswaarden specifiek voor het vertragingslijncircuit. (De filterweerstandswaarden in Fig. 4 en de bijbehorende materiaallijst geven je een verbeterde vertraging van 5 ms, met de output 3 dB lager bij 15 kHz voor de phasor / flanger.)

Stroomvoorziening

Onderdelen lijst

C12 - 470 µF, 35 V
C13, C15, C16 - 0,01 uF schijfcondensator, C14 -100 pF schijfcondensator
C17 - 33 µF, 25 V

D1, D2 - IN4007
D3 -1N968 (20 V) zenerdiode
Zekering F1 -1/10-ampère
IC6 -723 precisie spanningsregelaar

Alle weerstanden zijn I / 4 watt 5% tolerantie:

R17-1k
R18 - 1M

RI9-10 ohm
R20 - 8,2 k ohm
R21 - 7,5 k ohm
R22 - 33k ohm
R23 - 2,4k

Het voedingscircuit voor de audiovertragingslijn wordt weergegeven in de bovenstaande afbeelding. Het is gebouwd rond een spanningsregelaar, IC6, om de primaire 15 volt voedingsuitgang uit te schakelen. Het schuifregister omvat bronnen van elk +1 en +20 volt.

De +20 volt-rail wordt verkregen door zenerdiode D3 te gebruiken en de +1 volt-lijn komt van de spanningsdeler die is geconfigureerd rond R22 en R23.

Omdat de opamps worden aangestuurd via een enkelzijdige voeding, wordt het essentieel om de 10,5 volt-spanningslijn te laten functioneren als de referentie in het circuit voor deze apparaten.

Bouw

De handleiding voor etsen en boren in echte afmetingen, en hetzelfde voor beide circuitlay-outs, maar indien nodig op een andere manier aangesloten, wordt in de onderstaande afbeeldingen gedemonstreerd.

Voordat u onderdelen op de printplaat monteert, dient u de verschillende jumpers in de sleuven te plaatsen en te solderen. Sluit daarna het bord aan zoals hierboven gespecificeerd, volgens de voorkeursmodus.

Wees voorzichtig met de pinoriëntatie van alle halfgeleiderelementen en elektrolytische condensatoren en plaats ze correct.

Zorg ervoor dat u de MOS-apparaten voorzichtig vasthoudt en monteert, aangezien deze gevoelig zijn voor statische ladingen en beschadigd kunnen raken door de statische lading die op uw vingers ontstaat. U kunt de IC's rechtstreeks op de print plaatsen of gebruik maken van IC-voetjes.

Hoofdspecificaties van het voorgestelde audiovertragingslijncircuit