Цифровий ревербератор 2. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Цифровий ревербератор. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Цифрова техніка

Коментарі до статті

В останні роки завдяки появі необхідної елементної бази стало можливим реалізувати ефект реверберації електронним способом, що дозволяє суттєво підвищити якісні та експлуатаційні характеристики ревербератора, зменшити його габарити та споживану потужність.

Як відомо, ревербератор є пристрій затримки аналогового звукового сигналу. В електронних ревербераторах функції лінії затримки виконує N-розрядний регістр зсуву, на вхід якого подають цифровий еквівалент вхідного аналогового сигналу, перетвореного аналого-цифровим перетворювачем (АЦП), а до виходу підключають аналоговий перетворювач (ЦАП), що відновлює знову аналоговий сигнал з цифрового еквівалента.

Вихідний код АЦП може бути як паралельним, і послідовним. При паралельному коді необхідно передбачати затримку сигналів кожного розряду, що призводить до збільшення числа регістрів зсуву в раз, де К - число розрядів АЦП. При послідовному коді лінію затримки виконують на одному регістрі зсуву, однак на його виході необхідно включати перетворювач послідовного коду паралельний, якщо вихідний ЦАП обробляє паралельний кілок. Час затримки в першому випадку визначатиметься відношенням числа розрядів регістру зсуву до тактової частоти, а в другому - добутком числа розрядів регістра на час формування К-розрядного послідовного коду. Обидва ці методи порівняно складні в реалізації, так як для отримання хорошої якості затриманого сигналу необхідно порівняно велика кількість розрядів цифрових кодів, а це вимагає застосування складних АЦП, ЦАП і НЧ фільтрів високих порядків на вході і виході пристрою.

Більш простим способом отримання аналогового сигналу цифрової послідовності, яка може бути затримана регістром зсуву, є дельта-модуляція, що дозволяє перетворювати в цифрову форму не значення сигналу в поточний момент, а його зміна по відношенню до попереднього.

Структурну схему дельта-модулятора показано на рис. 1, а. ФНЧ обмежує спектр аналогового вхідного сигналу перед подачею на вхід модулятора. Суматор формує різницю двох сигналів: вхідного та відновленого вихідного. Залежно від знака миттєвого значення цієї різниці компаратор видає або логічний рівень 0, або 1, тобто вихідний сигнал модулятора є послідовністю імпульсів з непостійними тривалістю і шпаруватістю. Для подачі на вхід суматора цю послідовність пропускають через відновлення каналу, що містить формувач імпульсів і інтегратор.

Рис. 1 (натисніть , щоб збільшити)

Демодулятор (рис. 1 б) являє собою по суті аналог каналу відновлення модулятора. Важливою особливістю системи дельта-модулятора - демодулятора є обов'язковість ідентичності каналів відновлення.

На рис. 2 показана у спрощеному вигляді форма сигналів у характерних точках модулятора: А - вхідний сигнал u(t) і відновлений u*(t), що підводяться до суматора, Б - вихідний вихідний сигнал суматора, В - сигнал з виходу компаратора, Г - сигнал, вступник на вхід інтегратора. З рис. 2 видно, що для покращення апроксимації вхідного сигналу необхідно збільшити тактову частоту. Однак у ревербераторі для того ж часу затримки це потребувало б збільшення "довжини" регістра зсуву, включеного між модулятором і демодулятором, а також застосування більш швидкодіючих елементів.

Цифровий ревербератор
Рис. 2

Разом з цим аналіз показує, що поліпшення апроксимації можна досягти і не змінюючи тактової частоти. Необхідно лише в залежності від крутості кривої сигналу в будь-якій точці (а значить, і від ширини його спектра) відповідно змінювати величину Д. тобто змінювати крутість апроксимуючого сигналу. Змінювати А можна зміною або постійної інтеграції інтегратора, або амплітуди імпульсів, що підводяться до нього.

В описованому нижче ревербераторі використано зміну постійної інтегрування. В якості змінного резистора застосований польовий транзистор, керований напругою, що надходить з пасивної інтегруючої ланцюга, на яку подано сигнал з елемента "ВИКЛЮЧАЄ АБО". Іншими словами, дельта-модулятор перетворює на цифрову послідовність не сам сигнал, а його похідну, з якої інтегруванням на виході можна відновлювати вихідний сигнал. Про дельта-модуляцію та її застосування можна прочитати в [I, 2, 3].

Описаний нижче цифровий ревербератор заснований на принципі адаптивної дельта-модуляції та може бути застосований як у вигляді функціонального вузла ЕМІ та ЕМС, так і самостійного пристрою для реалізації ефектів реверберації та луни у аматорських ансамблях. Цікавим є його застосування і в побутовому радіокомплексі для імітації великого приміщення.

Структурна схема ревербератора показано на рис.3. Вхідний суматор складає вхідний сигнал із частиною затриманого, що дозволяє отримати ефект багаторазового відображення звуку. Модулятор перетворює його на цифрову послідовність, яку М-розрядний регістр зсуву затримує на час Тз. Цей час, отже, і час реверберації (луна) можна визначити за такою формулою: Тз=N/4, де fi - тактова частота. Демодулятор відновлює із цифрової послідовності вихідний аналоговий сигнал.

Рис. 3 (натисніть , щоб збільшити)

Вихідний суматор служить для додавання затриманого сигналу з вхідним, причому рівень затриманого сигналу можна регулювати, що дозволяє плавно змінювати глибину реверберації від нульової до максимальної.

Основні технічні характеристики.

Номінальна смуга частот, Гц, при нерівномірності АЧХ трохи більше 3 дБ. . . 20...14 000
Номінальна вхідна напруга, мВ ...... 100
Номінальна вихідна напруга. нВ ..... 200
Вхідний опір, ком 50
Вихідний опір, ком 2
Коефіцієнт гармонік, % на частоті 1000 Гц ... 0,5
Динамічний діапазон, дБ, не гірший ....... 60
Межі зміни тактової частоти, кГц.....100...500
Межі зміни часу затримки, ...... 0.033...0.66

Принципова схема ревербератора показано на рис. 4. Вхідний суматор виконаний на ОУ DA1, який одночасно виконує функції НЧ фільтра першого порядку, що обмежує спектр сумарного сигналу.

Рис. 4. Принципова схема ревербератора (натисніть , щоб збільшити)

Модулятор входять мікросхеми DA2, DA3, DD1, логічний елемент DD4.1 і польовий транзистор VT1.1. Працює модулятор в такий спосіб. Компаратор DA2 порівнює напругу сигналу, що надходить з виходу суматора, з напругою на інтеграторі DA3 і залежно від того, яке більше, формує сигнал 0 або 1 відповідно. Цей сигнал надходить на інформаційний вхід тригера DD1.1, що виконує функції цифрового пристрою вибірки зберігання. Імпульсна послідовність з виходу тригера передається на вхід регістра зсуву і пристрій перетворення однополярних імпульсів в симетричні двополярні, виконане на резисторах R5-R7. Симетрії імпульсів досягають підстроювальним резистором R5.

Далі імпульси надходять на інтегратор, постійну інтегрування якого змінюють за допомогою польового транзистора VT1.1, керованого сигналом елемента DD4.1. Польовий транзистор VT1.1, елемент DD4.1 та тригери мікросхеми DD1 становлять вузол адаптації. Цей вузол змінює постійну інтегрування, а значить, і крутизну вихідного сигналу інтегратора в залежності від амплітуди і частоти вхідного сигналу, що дозволяє отримувати лінійну АЧХ в широкій смузі частот при хорошому відношенні сигнал/шум.

Якщо в цифровій послідовності в сусідніх тактах логічні рівні різні, що відповідає малій зміні вхідного сигналу, то на виході елемента "ВИКЛЮЧНЕ АБО" DD4.1 формується рівень 1. Це призводить до збільшення напруги на затворі польового транзистора VT1.1 і збільшення опору каналу . В результаті збільшиться стала часу інтегратора і відповідно зменшиться нахил його вихідної напруги.

При сильній зміні вхідного сигналу крутість напруги на виході інтегратора відповідно збільшиться.

Регістр зсуву виконаний мікросхемах DD10-DD13. що являють собою динамічні ОЗП ємністю 16 К з організацією в одні розряд. Мікросхеми DD2, DD3 виконують функції адресного лічильника, а мікросхеми DD5, DD8.- перемикача адреси рядків та адреси стовпців ОЗУ. Від пристрою регенерації виявилося можливим відмовитися, тому що при тактовій частоті 100 кГц час звернення всіх рядків ОЗУ менше 2 мс.

Демодулятор, зібраний на ОУ DA5, двох тригерах DD9.1 і DD9.2 та польовому транзисторі VT1.2, повинен бути ідентичним модулятору (якщо з нього умовно вилучити компаратор). На ОУ DA4 виконаний вихідний суматор, який, як і вхідний суматор, одночасно виконує функції фільтра НЧ першого порядку. Змінний резистор R31 дозволяє змінювати тривалість (глибину) реверберації a R32 - рівень затриманого сигналу. Тактовий генератор зібраний на елементах DD6.4-DD6.6 за схемою інтегратора-компаратора, частоту якого можна плавно змінювати змінним резистором R16, що призводить до плавної зміни часу затримки (часу реверберації).

На елементах DD6.1-DD6.3 та транзисторі VT2 зібраний генератор синусоїдальних коливань інфразвукової частоти, що дозволяє модулювати частоту тактового генератора при реалізації ефекту "хорус". Перемикач SA1 служить для ступінчастої зміни частоти генератора. Глибину модуляції встановлюють змінним резистором R19.

Налагодження ревербератора починають із перевірки роботи тактового генератора. Підключають до виходу елемента DD6.4 вхід осцилографа і спостерігають на екрані прямокутні імпульси, тривалість яких повинна дорівнювати приблизно 1 мкс, а частота повторення - змінюватися змінним резистором R16 (при установці двигуна змінного резистора R19 до нижнього за схемою положення) від 100 кГц. У генераторі синусоїдальних коливань добіркою резисторів R500 і R24 домагаються синусоїдальної форми сигналу (вхід осцилографа при цьому підключають до мінусової обкладки конденсатора С29).

Після перевірки працездатності тактового генератора та генератора синусоїдальних коливань приступають до налагодження модулятора. Його вхід з'єднують із загальним дротом, а до виходу ОУ DA3 підключають осцилограф. На екрані спостерігають імпульси трикутної форми, симетричність яких встановлюють підстроювальним резистором R5. Амплітуда імпульсів. повинна бути не більше 5 мВ, а частота вдвічі менша за тактову. Після проведених операцій відключають вхід модулятора від загального дроту та підключають до виходу вхідного суматора, на вхід якого подають зі звукового генератора амплітудою сигнал 140 мВ і частотою 20 Гц. На виході ОУ DA3 повинен бути сигнал тієї ж частоти, але з амплітудою в 10 разів більшою і зрушений на 180° щодо вхідного. Змінюючи частоту вхідного сигналу від 20 Гц до 14 кГц, досягають лінійності АЧХ модулятора добіркою резистора R8.

Демодулятор налагоджують у тому порядку, як і модулятор. Спочатку відключають D-вхід тригера DD9.1 від перемикача SA3 і з'єднують з прямим виходом тригера DDI.I. З'єднують із загальним проводом вхід ревербератора, підключають до виходу ОУ DA5 осцилограф і резистором підстроювальним R38 симетрують сигнал трикутної форми. Потім подають зі звукового генератора сигнал амплітудою 140 мВ і частотою від 20 Гц до 14 кГц і вибіркою резистора R41 домагаються ідентичності параметрів модулятора та демодулятора. Після цього D-вхід тригера DD9.1 підключають знову до перемикача SA3.

Сигнал на виході демодулятора повинен бути затриманий щодо вхідного, що перевіряють (при мінімальній тактовій частоті) швидким зняттям сигналу зі входу ревербератора. На виході сигнал повинен пропадати через деякий час, що дорівнює часу затримки.

Вихідний суматор особливостей немає і, зазвичай, починає працювати відразу.

Підбіркою резистора R14 встановлюють максимальний час реверберації (кількість повторів луни) при верхньому за схемою положенні двигуна змінного резистора R3). Підбираючи резистор R34, встановлюють максимальний рівень затриманого сигналу у вихідному.

Для живлення ревербератора необхідний малопотужний стабілізований джерело з вихідними напругами 12 В і 2Х5 В. Струм, що споживається від кожного джерела, не перевищує 30 мА. Для виключення перешкод необхідно лінії літання зашунтувати оксидними конденсаторами ємністю щонайменше 10 мкФ з паралельно включеними керамічними ємністю 0,1 мкФ. Поблизу кожного плюсового виведення мікросхем DD10-DD13 необхідно також включити керамічні конденсатори, що шунтують, ємністю 0,22 мкФ.

Підстроювальні резистори, використані в пристрої, - СП5-3, змінні - СП-1. Конденсатори: керамічні - КМ-5 та КМ-6, оксидні - К50-6. Замість ОУ К140УД7 можуть бути застосовані К140УД6, К544УД1, К140УД8. Компаратор К554СА1 може бути замінений К554СА2, К554САЗ, К521СА1-K52ICA3 з урахуванням особливостей їх включення. Мікросхеми серії К561 можуть бути замінені відповідними із серій К164 або К176.

При розробці ревербератора була поставлена мета створити якомога простіший пристрій при відносно високих значеннях якісних та експлуатаційних характеристик. Подальше підвищення якості може бути досягнуто застосуванням в модулятор і демодулятор більш складних вузлів адаптації. Зменшення обсягу пам'яті за рахунок ступінчастого зменшення "довжини" адресного лічильника (наприклад, введенням перемикача на 14 положень, загальний висновок напрямку якого підключений до об'єднаних R-входів мікросхем DD2, DD3, висновки положень - до розрядів лічильника) дозволить послідовно переходити від ефекту відлуння до реверберації, "фленжеру", "фейзеру" і так далі до повного виключення затримки. Але все це призводить до ускладнення схеми, яке досвідчений радіоаматор цілком може за бажання реалізувати самостійно.

література:

1. Венедикт М. Д., Женевський Ю. П., Марков В. В., Ейдус Г. С. Дельта-модуляція. Теорія та застосування. - М: Зв'язок. 1976.
2. Стіл Р. Принципи дельта-модуляції. - М: Зв'язок, 1979.
3. Прагер Е., Шимек Б., Дмитрієв В. П. Цифрова техніка у зв'язку. За ред. В. В. Маркова. - М: Радіо і зв'язок, Прага, 1981.

Автор: В. Барчуков, м. Москва; Публікація: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Дивіться інші статті розділу Цифрова техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Біонічний орган зору 07.04.2013

Професор біоінженерії Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі (UCLA) Вентаї Лю (Wentai Liu), який протягом двох десятиліть займається дослідженнями в цій галузі, створив прилад, який сам винахідник називає "першим біонічним оком для сліпих".

Офіційна назва виробу, що є протезом сітківки, - Argus II Retinal Prosthesis System. Група фахівців, що беруть участь у проекті під керівництвом професора, сподівається, що їхня робота допоможе людям похилого віку, які втратили зір внаслідок вікових змін або захворювань, що викликають руйнування світлочутливих рецепторів сітківки ока.

Центральним компонентом протеза є мініатюрний, але досить продуктивний чіп, що імплантується в сітківку і заміщає сигнали пошкоджених фоторецепторів власними. Відеосигнали Argus II отримує від мініатюрної камери, вбудованої в окуляри. Точніше кажучи, спочатку дані камери надходять на мікрокомп'ютер, закріплений на зап'ястя пацієнта, а після необхідної обробки вони бездротовим каналом зв'язку передаються в чіп, вживлюваний в око. Завдання чіпа - стимулювати нервові закінчення електричними імпульсами, які по очному нерву надходять у зорову ділянку кори головного мозку.

Як стверджується, пацієнти з протезом Argus II набувають здатності читати тексти, набрані великим шрифтом, розрізняти об'єкти та їх рух, навіть бачити контури та деякі деталі осіб. Поки картинка далека від досконалості, оскільки штучна сітківка має роздільну здатність всього 60 точок, мізерну порівняно з роздільною здатністю здорового ока, але для людей, позбавлених зору, це неймовірний прорив. Першим пацієнтом, який взяв участь у клінічних випробуваннях, став сімдесятирічний чоловік, який у двадцятирічному віці повністю втратив зір внаслідок хвороби.

В даний час команда дослідників UCLA тестує ще два прототипи, які мають роздільну здатність 256 і 1026 пікселів, сподіваючись вмістити їх у ті ж габарити, які має перший варіант протезу. Згодом вчені розраховують додати можливість кольорового зору та перенести камеру безпосередньо в око.

Інші цікаві новини:

▪ NASA зазнало космічного ядерного реактора

▪ Розшифрований помідор

▪ Новий спосіб визначення відстаней у космосі

▪ Новий рекорд тривалості термоядерного синтезу

▪ Розумний будильник EzLarm

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Основи безпечної життєдіяльності (ОБЖД). Добірка статей

▪ стаття Літак Вояджер. Історія винаходу та виробництва

▪ стаття Чому чистки гаїтян у Домініканській Республіці назвали різьбленням петрушки? Детальна відповідь

▪ стаття Лікар-статистик. Посадова інструкція