Circuit de línia de retard d'àudio: per a efectes de ressò i reverberació

Una línia de retard d'àudio és una tècnica en què un senyal d'àudio donat es fa passar per una sèrie d'etapes d'emmagatzematge digital, fins que la sortida d'àudio final es retarda en un període determinat (generalment en mil·lisegons). Quan aquesta sortida d’àudio retardada es retroalimenta a l’àudio original, resulta un àudio increïblement millorat, més ric, més voluminós i ple de funcions com eco i reverb.

Visió general

L'experiència d'escolta d'una música que es reprodueix a l'interior d'una habitació depèn significativament de l'interior de la sala.

Si l’interior de l’habitació està ple de molts decorats moderns i finestres de vidre, això pot crear massa efecte de ressò a la música.

D'altra banda, si la sala inclou molts elements a base de teixits com cortines pesades, mobles encoixinats, etc., la música tendirà a perdre tots els efectes de ressò i de reverberació, i pot semblar força avorrit i poc interessant.

En aquest darrer cas, probablement podeu triar i llençar totes les cortines, coixins, coixins, jocs de sofà o optar pel circuit de línia de retard d’àudio proposat, que us ajudarà a restaurar l’ambient de la música de forma natural sense sacrificar el vostre favorit. interiors.

A través d’aquest circuit es pot generar un eco (retard de temps del senyal d’àudio) i reverberació (després de reflexions) i aconseguir un àudio molt més ric.

Fins fa no gaire temps, l’única tècnica per adquirir un retard de senyal d’àudio era l’ús de dispositius electrònics molt costosos. Avui tenim una nova forma d’IC, anomenada “bucket-brigade”, que us permet construir el vostre sistema de retard personal de forma molt barata.

Connectat entre la font d'àudio i el preamplificador, o entre el preamplificador i l'amplificador de potència, el concepte ofereix un ressò de senyal variable, que podria enriquir el so de la majoria dels sistemes de música domèstics.

Amb una petita modificació del circuit, la idea es podria aplicar addicionalment com a fasor / flanger, permetent a l’usuari obtenir efectes de so per a les aplicacions de gravació i per a les guitarres elèctriques utilitzades pels especialistes.

El bucket-brigade IC és un registre de desplaçament MOStype format per dos registres de 512 etapes en un paquet solitari de 14 pins.

Si s’introdueix un senyal d’àudio a l’entrada del disseny de la brigada de dipòsits i els circuits integrats corresponents accionats amb un generador de rellotge, el senyal d’àudio es mou de forma gradual, etapa per etapa, fins que finalment el senyal arriba a la sortida amb el retard previst.

A continuació es mostra el diagrama de blocs del circuit de la línia de retard:

Quan aquest senyal retardat es retroalimenta (es recircula) al senyal original, es simula un efecte de reverberació.

A més d'oferir un ambient en temps real, el circuit bucket-brigade es podria implementar amb qualsevol sistema d'àudio per produir so estèreo sintètic a partir de fonts d'àudio mono, una opció útil per a 'doble veu' i 'fasor / flanging'.

Què és Bucket Brigade

El terme “brigada de cubells” ens recorda a una línia d’homes que lliuraven galledes d’aigua per combatre un perill d’incendi.

El registre de desplaçament analògic bucket-brigade funciona de manera idèntica, i d’aquí el seu nom.

En canvi, amb els registres de desplaçament, els condensadors representen els “cubs” connectats directament a l’IC PMOS. Hi pot haver més de 1000 condensadors d’aquest tipus a cada xip (un condensador únic i un parell de transistors MOS per etapa).

L’element que s’està transmetent són en realitat els paquets de càrrega elèctrica d’una etapa a l’altra. Sabem que no és fàcil posar aigua de manera uniforme dins i des d’una galleda simultàniament.

De la mateixa manera, no és fàcil carregar i descarregar simultàniament un condensador. Aquest problema es resol mitjançant els registres de desplaçament i mitjançant un parell de freqüències de rellotges fora de fase.

Durant el període en què el primer rellotge és alt, els cubs amb les figures 'senars' es llencen als cubells posteriors amb figures 'parells'. Tan bon punt arriba el segon rellotge alt, els cubs parells es llencen als cubells senars següents.

D'aquesta manera, les càrregues individuals es desplacen a través de la línia d'una etapa a la vegada.

La imatge anterior és una manifestació esquemàtica de 4 etapes estàndard del registre de desplaçament analògic MN3001.

Cada IC MN3001 consta de dos registres de desplaçament de 512 etapes. Recordeu que les etapes A i C estan vinculades a un rellotge concret, mentre que les etapes B i D s’acoblen a l’altre rellotge per proporcionar la relació senar / parell.

Com funciona el circuit de la línia de retard

El següent esquema mostra l'esquema complet de la línia de retard d'àudio.

Quan realment es crea un retard en un senyal d'àudio, es generen diversos efectes d'àudio interessants. El més notable és la simulació de l’efecte de ressò.

No obstant això, els retards creats per la brigada de cubs solen ser molt petits per reconèixer-se com a ecos discrets.

Repetir el senyal retardat amb un guany disminuït podria imitar la sana decadència dels ecos en un espai reverberant.

En introduir cert guany durant la recirculació del senyal retardat, pot ser possible generar un resultat antinatural de 'porta-moll' per a la música.

Si es produeix un retard en un senyal instrumental o una pista de parla de 30 o 40 ms i si es fa retrocedir el senyal retardat al senyal original, l’àudio de sortida serà més voluminós i li donarà la impressió de tenir més que la quantitat inicial de veus o la profunditat musical.

Aquest tipus d’enfocament popular s’anomena “doble veu”. Un altre efecte de retard curt conegut pot tenir la forma d'un so peculiar que sorgeix a través d'una tècnica anomenada 'fase' o 'reel-flanging'.

El títol prové de la seva experimentació original en què s'havia utilitzat un magnetòfon per generar el retard de temps, i el fregament d'una mà especialitzada al costat exterior del rodet d'alimentació de cinta va alterar el retard per generar l'efecte acústic.

Avui en dia, aquest efecte es podria desenvolupar completament mitjançant la tecnologia digital, retardant el senyal de 0,5 a 5 ms mentre s’afegeix o resta el senyal retardat del senyal original.

En el paràmetre fasor / flanger, la freqüència i els seus harmònics les longituds d'ona dels quals són idèntiques al retard de temps, acaben completament, mentre que la resta de freqüències es reforcen.

D'aquesta manera, es modifica un filtre de pinta que té una freqüència entre les osques canviant la freqüència del rellotge, com es mostra a continuació.

El resultat és, una millora tonal introduïda a un àudio no tonal, per exemple bateries, plats, així com a freqüències vocals.

El mode fasor / flanger us permet replicar senyals estereofònics des d’un origen monofònic. Per aconseguir-ho, la sortida per fases extreta mitjançant la introducció del senyal retardat s’envia a un canal, mentre que la sortida extreta restant el senyal retardat s’envia al contrari.

Per a l'audiència, l'efecte de fase es cancel·la, cosa que permet un bon efecte estèreo sintètic a les seves orelles.

Els elements principals dels dissenys, sens dubte, són els CI de brigada de cub, que són capaços de sintetitzar directament els senyals analògics. Els circuits no impliquen convertidors analògics-digitals i digitals-analògics cars.

Tan bon punt l’impuls del rellotge des del flipflop s’alimenta a l’IC de brigada de cub, el subministrament de CC existent a l’entrada es transfereix al registre. Els bits discrets es desplacen etapa a etapa a través d’impulsos de rellotge seqüencials fins que finalment, després de 256 impulsos, arriben a l’acabament de la línia i lliuren el senyal de sortida.

La forma d'ona de sortida es neteja amb un filtre de pas baix i el senyal duplicat que existís a l'entrada, però retardat 256 vegades el període de freqüència del rellotge.

Per exemple, quan la freqüència del rellotge és de 100 kHz, el retard pot ser de 256 x 1 / 100.000 = 2,56 ms. Tenint en compte que la freqüència de mostreig del senyal de música a l'entrada depèn de la freqüència del rellotge, un límit suposat del 50% de freqüència de rellotge inferior podria ser la freqüència d'àudio màxima que es pot transferir eficaçment.

Tot i això, a causa de les limitacions de la vida real, un terç de la freqüència del rellotge pot semblar un objectiu de disseny més realista. Els circuits es podrien connectar seqüencialment o en cascada per oferir retards de temps més llargs a velocitats de rellotge augmentades, tot i que el soroll més alt en els circuits connectats en sèrie pot superar l’augment de l’amplada de banda.

En el mode de retard, els dos registres de desplaçament estan connectats en sèrie, cosa que permet l'ús de freqüències de rellotge dues vegades més altes.

Això permet programar dues vegades l’amplada de banda per a cada registre de torns per al mateix retard de temps. Fins i tot en aquest mode de doble amplada de banda, la freqüència de rellotge necessària per a un retard de 40 ms restringeix l’amplada de banda a un senyal d’entrada màxim de 3750 Hz, que sembla prou suficient per a la freqüència de veu, tot i que no és suficient per a la majoria d’equips musicals.

En moltes aplicacions en què la transmissió retardada s’implementa al senyal original, la disminució de l’amplada de banda pot ocultar-se a causa dels senyals d’alta freqüència continguts a l’entrada de senyal original. Per compensar l’atenuació normal del senyal, s’utilitza un amplificador de 8,5 dB entre els registres de desplaçament.

En el mode fasor / flanger, el retard més alt necessari és d’aproximadament 5 ms, que és prou petit per a l’ús d’un registre de desplaçament únic sense sacrificar l’amplada de banda.

En conseqüència, el segon registre de desplaçament s’uneix en paral·lel al primer per millorar la relació S / N. Les freqüències del senyal s’apliquen en fase, mentre que els senyals de soroll s’afegeixen i es dedueixen a l’atzar.

El Phasor / Flanger

El diagrama de blocs dels dissenys de fasor / flanger es mostra al diagrama següent.

A continuació es mostra el diagrama esquemàtic del fasor / flanger:

A cada escenari, la porta quad NOR IC4 està equipada com un multivibrador astable que funciona a dues vegades la freqüència de freqüència de rellotge especificada.

La sortida IC4 es connecta amb el flip-flop IC5, que ofereix un parell de senyals de rellotge de sortida contributius (180 ° fora de fase entre si) amb cicles de treball del 50%.

Aquests polsos actuen com a entrades de rellotge per als registres de desplaçament a IC2. La resistència R16 determina la freqüència i és un vel fix al circuit de retard.

La freqüència de rellotge es podria canviar segons es desitgi afegint més resistències en paral·lel a través dels connectors indicats al fasor / flanger.

El senyal d’entrada d’àudio es processa a través de set pols d’etapes de filtre de pas baix, on s’utilitzen IC3 i 1/2 IC1. Els filtres asseguren una atenuació global de 42 dB / octava sobre una freqüència sintonitzada.

A tall d’il·lustració, quan el filtre s’afina a 5.000 Hz, un senyal de 10.000 Hz s’atenuï en més de 100: 1.

Tot i que els filtres funcionen amb amplificadors operatius d’alt guany, podeu maximitzar les seves sortides abans de rodar a una velocitat de 6 dB / octava per pol. Aquest tipus de filtres s'anomenen 'sota amortidors'.

Mitjançant la selecció adequada de l’equilibri entre les etapes de filtre subamortitzades i sobreamortides (RC), és fàcil configurar un filtre que tingui una resposta plana a la banda de passada prevista, per tal d’aconseguir una freqüència d’afinació de 3 dB una taxa de llançament de 6 dB multiplicada per la quantitat de pols.

Això és exactament el que s’implementa en els dissenys de línia de retard i fasor / flanger presentats en aquest article. Normalment es necessita una quantitat important de treball estadístic per identificar els valors de resistència dels filtres.

Per facilitar les coses, podeu seleccionar els valors de resistència adequats a la taula de valors de resistència de filtre.

Aprofiteu aquesta taula per triar valors de resistència específics per al circuit de línia de retard. (Els valors de la resistència del filtre indicats a la figura 4 i la seva llista de materials associada us proporcionaran un retard millorat de 5 ms, amb una sortida de 3 dB a 15 kHz per al fasor / flanger).

Font d'alimentació

Llista de peces

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

D1, D2 - IN4007
D3 -1N968 (20 V) díode zener
Fusible F1 -1/10 -ampere
Regulador de tensió de precisió IC6 -723

Totes les resistències tenen una tolerància del I / 4 watts al 5%:

R17-1k
R18 - 1M

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

El circuit d'alimentació de la línia de retard d'àudio es mostra a la imatge superior. Està construït al voltant d'un regulador de voltatge, IC6, per obtenir la sortida principal de subministrament de 15 volts. El registre de desplaçament inclou fonts de cada +1 i +20 volts.

El carril de +20 volts s’adquireix mitjançant el díode zener D3, i la línia de +1 volts prové del divisor de tensió configurat al voltant de R22 i R23.

A mesura que els amplificadors operatius es condueixen a través d’un subministrament d’un sol extrem, es fa essencial tenir la funció de línia de tensió de 10,5 volts com a referència al circuit per a aquests dispositius.

Construcció

El manual de gravat i perforació de dimensions reals, i el mateix per als dos dissenys de circuits, però connectats de manera diferent segons sigui necessari, es demostra a les figures següents.

Abans d’encaixar qualsevol part del PCB, heu d’inserir i soldar els diferents enllaços dels ponts a les ranures. Després d'això, connecteu la placa tal com s'especifica a dalt, segons el mode d'operació preferit.

Aneu amb compte amb l'orientació dels pins de tots els dispositius semiconductors i condensadors electrolítics i introduïu-los correctament.

Assegureu-vos de mantenir i muntar els dispositius MOS amb cura, ja que són sensibles a les càrregues estàtiques i es poden danyar per la càrrega estàtica desenvolupada als dits. Podeu inserir els circuits integrats directament al PCB o fer ús de connectors IC.

Especificacions principals del circuit de línia de retard d’àudio proposat