Цифровой ревербератор. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Цифровая техника

 Комментарии к статье

В последние годы благодаря появлению необходимой элементной базы стало возможным реализовать эффект реверберации электронным способом, позволяющим существенно повысить качественные и эксплуатационные характеристики ревербератора, уменьшить его габариты и потребляемую мощность.

Как известно, ревербератор представляет собой устройство задержки аналогового звукового сигнала. В электронных ревербераторах функции линии задержки выполняет N-разрядный сдвиговый регистр, на вход которого подают цифровой эквивалент входного аналогового сигнала, преобразованного аналого-цифровым преобразователем (АЦП), а к выходу подключают аналоговый преобразователь (ЦАП), восстанавливающий вновь аналоговый сигнал из цифрового эквивалента.

Выходной код АЦП может быть как параллельным, так и последовательным. При параллельном коде необходимо предусматривать задержку сигналов каждого разряда, что приводит к увеличению числа регистров сдвига в К раз, где К - число разрядов АЦП. При последовательном коде линию задержки выполняют на одном регистре сдвига, однако на его выходе необходимо включать преобразователь последовательного кода в параллельный, если выходной ЦАП обрабатывает параллельный кол. Время задержки в первом случае будет определяться отношением числа разрядов регистра сдвига к тактовой частоте, а во втором - произведением числа разрядов регистра на время формирования К-разрядного последовательного кода. Оба эти метода сравнительно сложны в реализации, так как для получения хорошего качества задержанного сигнала необходимо сравнительно большое число разрядов цифровых кодов, а это требует применения сложных АЦП, ЦАП и фильтров НЧ высоких порядков на входе и выходе устройства.

Более простым способом получения из аналогового сигнала цифровой последовательности, которая может быть задержана регистром сдвига, является дельта-модуляция, позволяющая преобразовывать в цифровую форму не значение сигнала в текущий момент, а его изменение по отношению к предыдущему.

Структурная схема дельта-модулятора показана на рис. 1, а. ФНЧ ограничивает спектр входного аналогового сигнала перед подачей на вход модулятора. Сумматор формирует разность двух сигналов: входного и восстановленного выходного. В зависимости от знака мгновенного значения этой разности компаратор выдает либо логический уровень 0, либо 1, т. е. выходной сигнал модулятора представляет собой последовательность импульсов с непостоянными длительностью и скважностью. Для подачи на вход сумматора эту последовательность пропускают через канал восстановления, содержащий формирователь импульсов и интегратор.

Рис. 1 (нажмите для увеличения)

Демодулятор (рис. 1, б) представляет собой по сути аналог канала восстановления модулятора. Важной особенностью системы дельта-модулятор - демодулятор является обязательность идентичности каналов восстановления.

На рис. 2 показана в упрощенном виде форма сигналов в характерных точках модулятора: А - входной сигнал u(t) и восстановленный u*(t), подводимые к сумматору, Б - разностный выходной сигнал сумматора, В - сигнал с выхода компаратора, Г - сигнал, поступающий на вход интегратора. Из рис. 2 видно, что для улучшения аппроксимации входного сигнала необходимо увеличить тактовую частоту. Однако в ревербераторе для того же времени задержки это потребовало бы увеличения "длины" регистра сдвига, включенного между модулятором и демодулятором, а также применения более быстродействующих элементов.

Рис. 2

Вместе с этим анализ показывает, что улучшения аппроксимации можно добиться и не изменяя тактовой частоты. Необходимо лишь в зависимости от крутизны кривой сигнала в какой-либо точке (а значит, и от ширины его спектра) соответственно изменять величину Д. т. е. изменять крутизну аппроксимирующего сигнала. Изменять А можно изменением либо постоянной интегрирования интегратора, либо амплитуды импульсов, подводимых к нему.

В описываемом ниже ревербераторе использовано изменение постоянной интегрирования. В качестве переменного резистора применен полевой транзистор, управляемый напряжением, поступающим с пассивной интегрирующей цепи, на которую подан сигнал с элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ". Иными словами, дельта-модулятор преобразует в цифровую последовательность не сам сигнал, а его производную, из которой интегрированием на выходе можно восстанавливать исходный сигнал. О дельта-модуляции и ее применении можно прочитать в [I, 2, 3].

Описанный ниже цифровой ревербератор основан на принципе адаптивной дельта-модуляции и может быть применен как в виде функционального узла ЭМИ и ЭМС, так и самостоятельного устройства для реализации эффектов реверберации и эха в любительских ансамблях. Интересно его применение и в бытовом радиокомплексе для имитации большого помещения.

Структурная схема ревербератора показана на рис.3. Входной сумматор складывает входной сигнал с частью задержанного, что позволяет получить эффект многократного отражения звука. Модулятор преобразует его в цифровую последовательность, которую М-разрядный регистр сдвига задерживает на время Тз. Это время, а значит, и время реверберации (эха) можно определить по формуле: Тз=N/4, где fi - тактовая частота. Демодулятор восстанавливает из цифровой последовательности исходный аналоговый сигнал.

Рис. 3 (нажмите для увеличения)

Выходной сумматор служит для сложения задержанного сигнала с входным, причем уровень задержанного сигнала можно регулировать, что позволяет плавно изменять глубину реверберации от нулевой до максимальной.

Основные технические характеристики.

• Номинальная полоса частот, Гц, при неравномерности АЧХ не более 3 дБ . . . 20...14 000
• Номинальное входное напряжение, мВ ...... 100
• Номинальное выходное напряжение. нВ ..... 200
• Входное сопротивление, кОм 50
• Выходное сопротивление, кОм 2
• Коэффициент гармоник, %, на частоте 1000 Гц ... 0,5
• Динамический диапазон, дБ, не хуже ....... 60
• Пределы изменения тактовой частоты, кГц ..... 100...500
• Пределы изменения времени задержки, с ...... 0.033...0.66

Принципиальная схема ревербератора показана на рис. 4. Входной сумматор выполнен на ОУ DA1, который одновременно выполняет функции фильтра НЧ первого порядка, ограничивающего спектр суммарного сигнала.

Рис. 4. Принципиальная схема ревербератора (нажмите для увеличения)

В модулятор входят микросхемы DA2, DA3, DD1, логический элемент DD4.1 и полевой транзистор VT1.1. Работает модулятор следующим образом. Компаратор DA2 сравнивает напряжение сигнала, поступающего с выхода сумматора, с напряжением на интеграторе DA3 и в зависимости от того, какое из них больше, формирует сигнал 0 или 1 соответственно. Этот сигнал поступает на информационный вход триггера DD1.1, выполняющего функции цифрового устройства выборки - хранения. Импульсная последовательность с выхода триггера передается на вход регистра сдвига и на устройство преобразования однополярных импульсов в симметричные двуполярные, выполненное на резисторах R5-R7. Симметрии импульсов добиваются подстроечным резистором R5.

Далее импульсы поступают на интегратор, постоянную интегрирования которого изменяют посредством полевого транзистора VT1.1, управляемого сигналом с элемента DD4.1. Полевой транзистор VT1.1, элемент DD4.1 и триггеры микросхемы DD1 составляют узел адаптации. Этот узел изменяет постоянную интегрирования, а значит, и ^крутизну выходного сигнала интегратора в зависимости от амплитуды и частоты входного сигнала, что позволяет получать линейную АЧХ в широкой полосе частот при хорошем отношении сигнал/шум.

Если в цифровой последовательности в соседних тактах логические уровни различны, что соответствует малому изменению входного сигнала, то на выходе элемента "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" DD4.1 формируется уровень 1. Это приводит к увеличению напряжения на затворе полевого транзистора VT1.1 и увеличению сопротивления его канала. В результате увеличится постоянная времени интегратора и соответственно уменьшится наклон его выходного напряжения.

При сильном изменении входного сигнала крутизна напряжения на выходе интегратора соответственно увеличится.

Регистр сдвига выполнен на микросхемах DD10-DD13. представляющих собой динамические ОЗУ емкостью 16 К с организацией в одни разряд. Микросхемы DD2, DD3 выполняют функции адресного счетчика, а микросхемы DD5, DD8 .- переключателя адреса строк и адреса столбцов ОЗУ. От устройства регенерации оказалось возможным отказаться, так как при тактовой частоте 100 кГц время обращения всех строк ОЗУ менее 2 мс.

Демодулятор, собранный на ОУ DA5, двух триггерах DD9.1 и DD9.2 и полевом транзисторе VT1.2, должен быть идентичен модулятору (если из него условно изъять компаратор). На ОУ DA4 выполнен выходной сумматор, который так же, как и входной сумматор, одновременно выполняет функции фильтра НЧ первого порядка. Переменный резистор R31 позволяет изменять длительность (глубину) реверберации, a R32 - уровень задержанного сигнала. Тактовый генератор собран на элементах DD6.4-DD6.6 по схеме интегратора-компаратора, частоту которого можно плавно изменять переменным резистором R16, что приводит к плавному изменению времени задержки (времени реверберации).

На элементах DD6.1-DD6.3 и транзисторе VT2 собран генератор синусоидальных колебаний инфразвуковой частоты, позволяющий модулировать частоту тактового генератора при реализации эффекта "хорус". Переключатель SA1 служит для ступенчатого изменения частоты генератора. Глубину модуляции устанавливают переменным резистором R19.

Налаживание ревербератора начинают с проверки работы тактового генератора. Подключают к выходу элемента DD6.4 вход осциллографа и наблюдают на экране прямоугольные импульсы, длительность которых должна быть равна примерно 1 мкс, а частота повторения - изменяться переменным резистором R16 (при установке движка переменного резистора R19 в нижнее по схеме положение) от 100 до 500 кГц. В генераторе синусоидальных колебаний подборкой резисторов R24 и R29 добиваются синусоидальной формы сигнала (вход осциллографа при этом подключают к минусовой обкладке конденсатора С8).

После проверки работоспособности тактового генератора и генератора синусоидальных колебаний приступают к налаживанию модулятора. Его вход соединяют с общим проводом, а к выходу ОУ DA3 подключают осциллограф. На экране наблюдают импульсы треугольной формы, симметричность которых устанавливают подстроечным резистором R5. Амплитуда импульсов. должна быть не более 5 мВ, а частота в два раза меньше тактовой. После проведенных операций отключают вход модулятора от общего провода и подключают к выходу входного сумматора, на вход которого подают со звукового генератора сигнал амплитудой 140 мВ и частотой 20 Гц. На выходе ОУ DA3 должен быть сигнал той же частоты, но с амплитудой в 10 раз большей, и сдвинутый на 180° относительно входного. Изменяя частоту входного сигнала от 20 Гц до 14 кГц, добиваются линейности АЧХ модулятора подборкой резистора R8.

Демодулятор налаживают в том же порядке, что и модулятор. Сначала отключают D-вход триггера DD9.1 от переключателя SA3 и соединяют с прямым выходом триггера DDI.I. Соединяют с общим проводом вход ревербератора, подключают к выходу ОУ DA5 осциллограф и подстроечным резистором R38 симметрируют сигнал треугольной формы. Затем подают со звукового генератора сигнал амплитудой 140 мВ и частотой от 20 Гц до 14 кГц и подборкой резистора R41 добиваются идентичности параметров модулятора и демодулятора. После этого D-вход триггера DD9.1 снова подключают к переключателю SA3.

Сигнал на выходе демодулятора должен быть задержан относительно входного, что проверяют (при минимальной тактовой частоте) быстрым снятием сигнала со входа ревербератора. На выходе сигнал должен пропадать через некоторое время, равное времени задержки.

Выходной сумматор особенностей не имеет и, как правило, начинает работать сразу.

Подборкой резистора R14 устанавливают максимальное время реверберации (число повторов эха) при верхнем по схеме положении движка переменного резистора R3). Подбирая резистор R34, устанавливают максимальный уровень задержанного сигнала в выходном.

Для питания ревербератора необходим маломощный стабилизированный источник с выходными напряжениями 12 В и 2Х5 В. Потребляемый от каждого источника ток не превышает 30 мА. Для исключения помех необходимо линии литания зашунтировать оксидными конденсаторами емкостью не менее 10 мкФ с параллельно включенными керамическими емкостью 0,1 мкФ. Вблизи каждого плюсового вывода микросхем DD10-DD13 необходимо также включить шунтирующие керамические конденсаторы емкостью 0,22 мкФ.

Подстроечные резисторы, использованные в устройстве,- СП5-3, переменные - СП-1. Конденсаторы: керамические - КМ-5 и КМ-6, оксидные -- К50-6. Вместо ОУ К140УД7 могут быть применены К140УД6, К544УД1, К140УД8. Компаратор К554СА1 может быть заменен на К554СА2, К554САЗ, К521СА1-K52ICA3 с учетом особенностей их включения. Микросхемы серии К561 могут быть заменены соответствующими из серий К164 или К176.

При разработке ревербератора была поставлена цель создать как можно более простое устройство при относительно высоких значениях качественных и эксплуатационных характеристик. Дальнейшее повышение качества может быть достигнуто применением в модуляторе и демодуляторе более сложных узлов адаптации. Уменьшение объема памяти за счет ступенчатого уменьшения "длины" адресного счетчика (например, введением переключателя на 14 положений, общий вывод направления которого подключен к объединенным R-входам микросхем DD2, DD3, выводы положений - к разрядам счетчика) даст возможность последовательно переходить от эффекта эхо" к реверберации, "флэнжеру", "фэйзеру" и так далее до полного исключения задержки. Но все это приводит к усложнению схемы, которое опытный радиолюбитель вполне может при желании реализовать самостоятельно.

Литература:

1. Венедиктов М. Д., Женевский Ю. П., Марков В. В., Эйдус Г. С. Дельта-модуляция. Теория и применение. - М.: Связь. 1976.
2. Стил Р. Принципы дельта-модуляции. - М.: Связь, 1979.
3. Прагер Э., Шимек Б., Дмитриев В. П. Цифровая техника в связи. Под ред. В. В. Маркова. - М.: Радио и связь, Прага, 1981.

Автор: В. Барчуков, г. Москва; Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Цифровая техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Освещение на основе OLED 09.06.2017 Китайская компания Yeolight Technology, образованная в 2015 году отделением от компании Visionox, специализирующейся на технологии OLED, представила прототипы двух новых изделий. Первый прототип - осветительная панель OLED. Панель размерами 85 x 85 мм c активной областью размерами 76,5 x 76,5 мм излучает свет с цветовой температурой 2000K-2600K. Эффективность панели превышает 70 лм/Вт, а яркость достигает 2000 кд/м?. Срок службы "лампочки" производитель оценивает не менее чем в 20 000 ч. Как утверждается, изделие готово к серийному выпуску на линии 2,5G, принадлежащей Yeolight. Второй прототип - модуль заднего фонаря для автомобилей. В нем используются полупрозрачные панели OLED, светящиеся красным цветом. Они разработаны совместно с автопроизводителем Yanfeng для прототипа YF17, который был продемонстрирован на автошоу в Шанхае в апреле этого года. Модуль образован 36 частично перекрывающимися треугольными панелями. Возможность независимого управления панелями позволяет получать визуальный эффект бегущей волны. Толщина каждой панели равна 1,6 мм, яркость - 1000 кд/м2, светопропускание - 40%. По словам производителя, серийный выпуск таких модулей тоже должен начаться в недалеком будущем.

Другие интересные новости:

▪ Новый полимер ускорит передачу данных

▪ Новый процессор Intel Celeron D351

▪ Контакты между корабелами древнего Рима и Вьетнама

▪ Революционное открытие для производства пива

▪ Шампанское для астронавтов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Дозиметры. Подборка статей

▪ статья Марс. Сын Марса. Марсово поле. Крылатое выражение

▪ статья Когда наступает бабье лето и долго ли оно длится? Подробный ответ

▪ статья Боярышник однопестичный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Праздничные гирлянды. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Приспособление для намотки статорных катушек. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025