Circuit de ligne de retard audio - Pour les effets d'écho, de réverbération

Une ligne à retard audio est une technique dans laquelle un signal audio donné passe à travers une série d'étages de stockage numérique, jusqu'à ce que la sortie audio finale soit retardée d'une certaine période (généralement en millisecondes). Lorsque cette sortie audio retardée est renvoyée à l'audio d'origine, il en résulte un son incroyablement amélioré, qui est plus riche, plus volumineux et bourré de fonctionnalités telles que l'écho et la réverbération.

Aperçu

L'expérience d'écoute d'une musique jouée à l'intérieur d'une pièce dépend fortement de l'intérieur de la pièce.

Si l'intérieur de la pièce est rempli de nombreux décors modernes et de fenêtres en verre, cela pourrait créer trop d'effet d'écho sur la musique.

D'un autre côté, si la pièce comprend de nombreux éléments à base de tissu comme des rideaux épais, des meubles rembourrés, etc., la musique aura tendance à perdre tous les effets d'écho et de réverbération, et pourrait sembler assez terne et inintéressante.

Pour ce dernier cas, vous pouvez probablement choisir de jeter et jeter tous les rideaux, oreillers, coussins, ensemble de canapé, ou opter pour le circuit de ligne à retard audio proposé, qui vous aidera à restaurer l'ambiance de la musique naturellement sans sacrifier votre favori. intérieurs.

Grâce à ce circuit, vous pouvez en fait générer un écho (retard du signal audio) et une réverbération (après les réflexions) et obtenir un son beaucoup plus riche.

Jusqu'à il n'y a pas si longtemps, la seule technique d'acquisition d'un retard de signal audio consistait à utiliser des appareils électroniques très coûteux. Aujourd'hui, nous avons une toute nouvelle forme de circuit intégré, appelée «bucket-brigade», qui vous permet de construire votre système de retard personnel à très bas prix.

Attaché entre la source audio et le préampli, ou entre le préampli et l'amplificateur de puissance, le concept offre un écho de signal variable, qui pourrait enrichir le son de la plupart des systèmes de musique à domicile.

Avec de petites modifications du circuit, l'idée pourrait en outre être appliquée en tant que phaseur / flanger, permettant à l'utilisateur d'obtenir des effets sonores pour les applications d'enregistrement et pour les guitares électriques utilisées par les spécialistes.

Le circuit intégré bucket-brigade est un registre à décalage de type MOS composé de deux registres à 512 étages dans un boîtier solitaire à 14 broches.

Si un signal audio est envoyé à l'entrée de la conception de la brigade à godets, et que les circuits intégrés concernés sont pilotés par un générateur d'horloge, le signal audio se déplace par étapes, étape par étape, jusqu'à ce que finalement le signal arrive à la sortie avec le retard prévu.

Le schéma fonctionnel du circuit de ligne à retard est illustré ci-dessous:

Lorsque ce signal retardé est renvoyé (recirculé) dans le signal d'origine, un effet de réverbération est simulé.

En plus de fournir une ambiance en temps réel, le circuit bucket-brigade pourrait être implémenté avec n'importe quel système audio pour produire un son stéréo synthétique à partir de sources audio mono, une option utile pour le `` double voicing '' et le `` phaseur / flanging ''.

Qu'est-ce que Bucket Brigade

Le terme «brigade de seaux» nous rappelle une file d'hommes qui remettent des seaux d'eau pour lutter contre un risque d'incendie.

Le registre à décalage analogique bucket-brigade fonctionne de manière identique, d'où son nom.

Avec les registres à décalage, par contre, les condensateurs représentent les «godets» connectés directement sur le circuit intégré PMOS. Il peut y avoir plus de 1000 condensateurs de ce type sur chaque puce (un seul condensateur et quelques transistors MOS par étage).

L'élément qui est transmis sont en fait les paquets de charge électrique d'un étage à l'autre. Nous savons qu'il n'est pas facile de mettre de l'eau uniformément dans et à partir d'un seau simultanément.

De la même manière, il n'est pas facile de charger et de décharger simultanément un condensateur. Ce problème est résolu par les registres à décalage et par une paire de fréquences d'horloges déphasées.

Pendant la période où la première horloge est haute, les seaux avec les chiffres «impairs» sont jetés dans les seaux suivants avec des chiffres «pairs». Dès que la deuxième horloge haute arrive, les seaux pairs sont jetés dans les seaux impairs successifs suivants.

De cette façon, les charges individuelles sont déplacées à travers la ligne d'une étape à la fois.

L'image ci-dessus est une représentation schématique de 4 étages standard du registre à décalage analogique MN3001.

Chaque circuit intégré MN3001 se compose de deux registres à décalage de 512 étages. N'oubliez pas que les étages A et C sont liés à une horloge particulière, tandis que les étages B et D sont couplés à l'autre horloge pour fournir la relation pair / impair.

Comment fonctionne le circuit de ligne de retard

Le schéma suivant montre le schéma complet de la ligne de retard audio.

Lorsque vous créez réellement un retard dans un signal audio, vous générez une variété d'effets audio intéressants. Le plus notable est la simulation de l'effet d'écho.

Cependant, les retards créés par la brigade seau sont généralement très faibles pour être reconnus comme des échos discrets.

La répétition du signal retardé avec un gain diminué pourrait imiter la décroissance saine des échos dans un espace réverbérant.

En introduisant un certain gain tout au long de la recirculation du signal retardé, il peut être possible de générer un résultat de «ressort de porte» non naturel pour la musique.

Le fait de retarder un signal instrumental ou une piste vocale de 30 ou 40 ms et de repousser le signal retardé vers le signal d'origine produira le son de sortie plus volumineux et lui donnera l'impression d'avoir plus que la quantité initiale de voix ou de profondeur musicale.

Ce type d'approche populaire est appelé «double voix». Un autre effet de délai court bien connu peut être sous la forme d'un son particulier qui résulte d'une technique appelée «phasing» ou «reel-flanging».

Le titre vient de son expérimentation originale dans laquelle un magnétophone avait été utilisé pour générer le retard, et le frottement d'une main expérimentée sur le côté extérieur de la bobine d'avance de bande a modifié le retard pour générer l'effet acoustique.

Aujourd'hui, cet effet pourrait être entièrement développé grâce à la technologie numérique, en retardant le signal de 0,5 à 5 ms tout en ajoutant ou en soustrayant le signal retardé du signal d'origine.

Dans le réglage phaseur / flanger, la fréquence et ses harmoniques dont les longueurs d'onde sont identiques à la temporisation se trouvent être complètement terminées, tandis que toutes les autres fréquences sont renforcées.

De cette manière, un filtre en peigne ayant une fréquence entre les encoches est modifié en changeant la fréquence d'horloge, comme illustré ci-dessous.

Le résultat est une amélioration tonale introduite dans un son non tonal, par exemple des tambours, des cymbales, ainsi que des fréquences vocales.

Le mode phaseur / flanger vous permet de reproduire des signaux stéréophoniques d'origine monophonique. Pour ce faire, la sortie phasée extraite en introduisant le signal retardé est envoyée à un canal, tandis que la sortie extraite en soustrayant le signal retardé est envoyée à l'opposé.

Pour le public, l'effet de phasage s'annule, permettant un bon effet stéréo synthétique à leurs oreilles.

Les principaux éléments de la conception, sans aucun doute, sont les circuits intégrés de la brigade à godets, capables de synthétiser directement les signaux analogiques. Les circuits n'impliquent pas de convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique coûteux.

Dès que l'impulsion d'horloge de la bascule est envoyée au circuit intégré de la brigade à godets, l'alimentation en courant continu existant à l'entrée est transférée dans le registre. Les bits discrets sont décalés étape par étape par des impulsions d'horloge séquentielles jusqu'à ce que finalement, après 256 impulsions, ils arrivent à la fin de la ligne et délivrent le signal de sortie.

La forme d'onde de sortie est nettoyée avec un filtre passe-bas et quel que soit le signal dupliqué existant à l'entrée mais retardé de 256 fois la période de la fréquence d'horloge.

Par exemple, lorsque la fréquence d'horloge est de 100 kHz, le retard peut être de 256 x 1/100 000 = 2,56 ms. Considérant que la fréquence d'échantillonnage du signal musical sur l'entrée dépend de la fréquence d'horloge, une limite supposée de 50% de fréquence d'horloge inférieure pourrait être la fréquence audio maximale qui peut être effectivement transférée.

Néanmoins, en raison des contraintes de la vie réelle, 1/3 de la fréquence d'horloge peut apparaître comme un objectif de conception plus réaliste. Les circuits pourraient être connectés séquentiellement ou en cascade pour offrir des retards plus longs à des fréquences d'horloge accrues, bien que le bruit plus élevé dans les circuits connectés en série puisse éventuellement surpasser l'augmentation de la bande passante.

En mode retard, les 2 registres à décalage sont connectés en série, ce qui permet d'utiliser des fréquences d'horloge deux fois plus élevées.

Cela permet de programmer deux fois la bande passante pour chaque registre à décalage pour le même retard temporel. Même dans ce mode à double bande passante, la fréquence d'horloge nécessaire pour un retard de 40 ms, limite la bande passante à un signal d'entrée maximal de 3750 Hz, ce qui semble assez pour la fréquence vocale, bien que pas assez pour la plupart des équipements musicaux.

Dans de nombreuses applications dans lesquelles la transmission retardée est mise en œuvre sur le signal d'origine, la diminution de la bande passante peut être masquée en raison des signaux haute fréquence contenus dans l'entrée de signal d'origine. Pour compenser l'atténuation normale du signal, un amplificateur de 8,5 dB est utilisé entre les registres à décalage.

En mode phaseur / flanger, le délai le plus élevé nécessaire est d'environ 5 ms, ce qui est suffisamment petit pour l'utilisation d'un seul registre à décalage sans sacrifier la bande passante.

Le deuxième registre à décalage est par conséquent attaché en parallèle avec le premier pour améliorer le rapport S / N. Les fréquences du signal sont appliquées en phase, tandis que les signaux de bruit sont ajoutés et déduits au hasard.

Le Phasor / Flanger

Le schéma fonctionnel des conceptions de phaseur / flanger est illustré dans le diagramme suivant.

Le schéma de principe du phaseur / flanger est donné ci-dessous:

Dans chaque scénario, la porte quad NOR IC4 est montée comme un multivibrateur astable fonctionnant à deux fois la fréquence d'horloge spécifiée.

La sortie IC4 se connecte à la bascule IC5, qui offre un couple de signaux d'horloge de sortie contributifs (déphasés de 180 ° les uns avec les autres) avec des cycles de service de CINQUANTE POUR CENT.

Ces impulsions agissent alors comme des entrées d'horloge pour les registres à décalage dans IC2. La résistance R16 détermine la fréquence et est une vitesse fixe dans le circuit de retard.

La fréquence d'horloge peut être modifiée à volonté en ajoutant plus de résistances en parallèle à travers les connecteurs donnés dans le phaseur / flanger.

Le signal d'entrée audio est traité par sept pôles d'étages de filtre passe-bas, où IC3 et 1/2 IC1 sont utilisés. Les filtres assurent une atténuation globale de 42 dB / octave sur une fréquence accordée.

À titre d'illustration, lorsque le filtre est réglé sur 5 000 Hz, un signal de 10 000 Hz est atténué de plus de 100: 1.

Alors que les filtres fonctionnent avec des amplis op à gain élevé, vous pouvez maximiser leurs sorties avant de descendre à un débit de 6 dB / octave par pôle. Ce type de filtre est appelé «sous amorti».

Grâce à une sélection appropriée de l'équilibre des étages de filtre sous-amorti et suramorti (RC), il est facile de configurer un filtre ayant une réponse plate dans la bande passante prévue, afin d'obtenir 3 dB de moins sur la fréquence d'accord, et un taux d'atténuation de 6 dB fois la quantité de pôles.

C'est exactement ce qui est implémenté dans les conceptions de ligne à retard et de phaseur / flanger présentées dans cet article. Un travail statistique substantiel est généralement nécessaire pour identifier les valeurs de résistance des filtres.

Pour faciliter les choses, vous pouvez choisir les valeurs de résistance appropriées dans le tableau des valeurs de résistance de filtre.

Profitez de ce tableau pour choisir les valeurs de résistance spécifiquement pour le circuit de ligne à retard. (Les valeurs de résistance de filtre données dans la Fig.4 et sa nomenclature associée vous donneront un retard amélioré de 5 ms, avec la sortie de 3 dB vers le bas à 15 kHz pour le phaseur / flanger.)

Source de courant

Liste des pièces

C12 - 470 µF, 35 V
Condensateur à disque C13, C15, C16 - 0,01 uF, condensateur à disque C14 -100 pF
C17 - 33 µF, 25 V

D1, D2 - IN4007
Diode Zener D3 -1N968 (20 V)
Fusible F1 -1/10 ampères
Régulateur de tension de précision IC6 -723

Toutes les résistances ont une tolérance I / 4 watts de 5%:

R17-1k
R18 - 1M

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

Le circuit d'alimentation de la ligne à retard audio est illustré dans l'image ci-dessus. Il est construit autour d'un régulateur de tension, IC6, pour déclencher la sortie d'alimentation primaire de 15 volts. Le registre à décalage implique des sources de chaque +1 et +20 volts.

Le rail +20 volts est acquis en utilisant la diode Zener D3, et la ligne +1 volt provient du diviseur de tension configuré autour de R22 et R23.

Comme les amplificateurs opérationnels sont alimentés par une alimentation asymétrique, il devient essentiel que la ligne de tension de 10,5 volts serve de référence dans le circuit pour ces appareils.

Construction

Le manuel de gravure et de perçage aux dimensions réelles, et le même pour les deux schémas de circuit, mais câblé d'une manière différente si nécessaire, est illustré dans les figures ci-dessous.

Avant de monter des pièces sur le PCB, vous devez insérer et souder les différents liens de cavaliers dans les fentes. Ensuite, connectez la carte comme indiqué ci-dessus, selon le mode de fonctionnement préféré.

Faites attention à l'orientation des broches de tous les dispositifs à semi-conducteurs et condensateurs électrolytiques, et insérez-les correctement.

Assurez-vous de tenir et d'assembler les appareils MOS avec précaution car ils sont sensibles aux charges électrostatiques et peuvent être endommagés par la charge statique développée sur vos doigts. Vous pouvez insérer les circuits intégrés directement sur le circuit imprimé ou également utiliser des prises IC.

Spécifications principales du circuit de ligne de retard audio proposé