Аналитический обзор технических решений

   Национальный  Технический Университет

   “Харьковский  Политехнический Институт”

   кафедра “Автоматизированные электромеханические системы” 
 
 
 
 
 
 
 

   ОТЧЕТ 

по ИДЗ

по курсу  «Электронные и микропроцессорные  устройства в электробытовой технике»

   на  тему «Аналитический обзор технических решений» 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнили:                                                                                    гр. ЭМС-57а            

 Автомонова А.О.

                          

 

Проверил:                                                                                       Котляров В.О. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Харьков 2011

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

          1. Краткое описание проектируемого технического устройства;

           2. Принцип работы эквалайзера и его основные элементы;

3. Основные характеристики и параметры;
4. Основные цели, задачи и проблемы проектирования;
5. Типичные технические решения, обеспечивающие требуемые показатели качества.
6. Содержание

 

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

     ВВЕДЕНИЕ

       Эквала́йзер (англ. equalize — «выравнивать», общее сокращение — «EQ»), темброблок — устройство или компьютерная программа, позволяющая выравнивать амплитудно-частотную характеристику звукового сигнала, то есть корректировать его (сигнала) амплитуду избирательно, в зависимости от частоты.

         Впервые необходимость в применении эквалайзеров возникла в ходе опытов по передаче телефонных сигналов на значительные расстояния. При передаче сигнала по длинному участку провода высокие частоты имеют тенденцию ослабляться сильнее, чем низкие, и для восстановления естественного тембра голоса на приемном конце необходимо соответствующим образом корректировать амплитудно-частотную характеристику. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

1. Краткое описание проектируемого технического устройства.

 

      Эквалайзеры характеризуются количеством регулируемых по уровню частотных фильтров (полос). На сегодняшний день эквалайзер — это мощное средство для получения разнообразных тембров звука.

         Процесс обработки звукового  сигнала посредством эквалайзера  называется «эквализацией» (Equalization).

          Эквалайзеры включены во многие компьютерные программы, связанные с воспроизведением и/или обработкой звука — различные аудио- и видеопроигрыватели, редакторы и т. д. Многие электромузыкальные инструменты, инструментальные комбоусилители и педали эффектов также оснащаются эквалайзерами, хоть и менее функциональными.

     Существует  два основных типа многополосных  эквалайзеров: графический и параметрический.

     Графические эквалайзеры

         Графические эквалайзеры представляют собой существенный шаг вперед по сравнению с регуляторами тембра с точки зрения гибкости и возможностей, хотя их конструкция и не содержит ничего принципиально нового. Графический эквалайзер - это просто набор полосовых фильтров с фиксированными срединными частотами и переменным коэффициентом усиления, которым можно управлять при помощи ползунка. В качестве регуляторов принято использовать именно ползунки, так как положение их ручек представляет собой некое подобие создаваемой эквалайзером АЧХ. Именно поэтому такие эквалайзеры принято называть "графическими" - пользователь рисует ползунками необходимую ему кривую АЧХ.

     Графические эквалайзеры можно встретить  в бытовых системах Hi-Fi, однако основные области их применения - это звукозапись, звуковоспроизведение и акустическая коррекция помещений. При выступлении группы или воспроизведении звука в некотором помещении необходимо достичь как можно более плоской АЧХ этого помещения, устраняя при помощи графического эквалайзера резонансные частоты, на которых помещение и громкоговорители имеют тенденцию "заводиться". Индивидуальные эквалайзеры в "комбиках" и инструментах удобно использовать для оперативного изменения характера звучания - например, при солировании.   

     

     Рисунок 1 – АЧХ идеального полосового фильтра 

     Графический эквалайзер несколько отличается от регулятора тембра. Как уже говорилось выше, графический эквалайзер - это набор полосовых фильтров, которые полностью изолируют друг от друга определенные полосы частот. АЧХ идеального полосового фильтра показан на рисунке 1. Для того, чтобы иметь возможность управлять частотной характеристикой во всем звуковом спектре, такие фильтры необходимо соединить параллельно (рисунок 2). На вход всех фильтров подается один и тот же сигнал, и задача каждого фильтра состоит лишь в том, чтобы усилить или ослабить "свой" участок спектра в соответствии с положением регулятора коэффициента усиления (ползунка).  

     

     Рисунок 2 – Параллельное соединение фильтров 

     Параллельное  соединение фильтров в графическом  эквалайзере, в отличие от последовательного соединения в регуляторе тембра, позволяет также уменьшить фазовые искажения, вносимые эквалайзером в сигнал. Дело в том, что помимо амплитудно-частотной характеристики любой фильтр вносит в сигнал определенную фазовую задержку, и в случае последовательного соединения фильтров эти фазовые искажения суммируются. В ряде случаев (например, при создании эффекта фазера) это приемлемо, но в большинстве случаев нам необходимо, чтобы сигнал воспроизводился как можно точнее. Если при соединении двух-трех фильтров суммарные фазовые искажения незначительны, то для 15 или 31 полосы графического эквалайзера приемлемым оказывается только параллельное соединение.

            Срединные частоты полосовых  фильтров графического эквалайзера  обычно "равномерно" распределены  по октавным интервалам. Существуют эквалайзеры с "шагом" в одну треть или одну шестую октавы. Каждая октава соответствует степени двойки, поэтому шаг в октаву со срединной частоты 100 Гц будет выглядеть следующим образом: 200 Гц. 400 Гц. 800 Гц и т.д. Для шага в 1/3 октавы коэффициент умножения будет равен 2 в степени 1/3, что примерно равно 1.26. При первой срединной частоте в 100 Гц следующие частоты будут равны 126 Гц, 159 Гц, 200 Гц и т.д. Предпочтительные для использования в эквалайзерах частоты фильтров описаны в специальном стандарте ISO.

     Параметрические эквалайзеры

            Параметрические эквалайзеры обладают  наибольшей среди своих собратьев  гибкостью, однако для работы  с ними необходим определенный  опыт и знания. Параметрический  эквалайзер позволяет управлять не только коэффициентом усиления фильтра, но и его срединной частотой, а также добротностью (шириной регулируемой полосы). При наличии некоторого опыта вы сможете точно устанавливать значения этих параметров таким образом, чтобы подчеркнуть звук отдельного инструмента или удалить нежелательную помеху (например, фон 50 Гц или частоту "завода" комнаты) с минимальным воздействием на остальные элементы звуковой картины. На рисунке 3 показаны несколько вариантов АЧХ однополосного параметрического эквалайзера.   

     

     Рисунок 3 – Варианты АЧХ параметрического эквалайзера

    Параметрический  эквалайзер дает большие возможности  корректировки частотной характеристики  сигнала. Каждая его полоса  имеет три основных регулируемых  параметра:

• Центральная (или рабочая) частота в герцах (Гц);
• Добротность (ширина рабочей полосы вокруг центральной частоты, обозначается буквой «Q») — безразмерная величина;
• Добротность (ширина рабочей полосы вокруг центральной частоты, обозначается буквой «Q») — безразмерная величина;

 

     Применение эквалайзеров

             Эквалайзеры можно встретить  как в бытовой, так и в  профессиональной аудиотехнике.

            Эквалайзер можно использовать  практически на любом этапе  любого процесса обработки звука  - от записи "живого" концерта  до сведения многоканальной студийной записи и даже до составления сигнала-"посыла" на процессор эффектов. В подавляющем большинстве случаев эквалайзеры применяют для того, чтобы исправить звуковой сигнал, который не соответствует определенным требованиям.

       Нередко эквалайзеры применяются в линиях сценических мониторов, основная проблема которых заключается в возникновении эффекта «обратной связи». В этом случае звукооператор использует многополосный графический эквалайзер для поиска резонансной частоты и её ослабления. Кроме того, с помощью эквалайзера можно ограничить частотный диапазон воспроизведения звука. Однако не все специалисты пользуются графическими эквалайзерами для устранения обратной связи, так как для этого существуют специальные приборы — цифровые автоматические подавители обратной связи, которые, по сути, представляют собой параметрический эквалайзер с автоматическим подбором резонансной частоты, а их фильтры имеют очень высокую добротность. 

2. Принцип работы с эквалайзером и основные элементы

     При работе с эквалайзером очень важно понимать, что усиление какой-либо частотной полосы приводит к усилению общего уровня аудиосигнала, и чрезмерное усиление полос может зачастую привести к искажениям звукового сигнала. В связи с этим ослабление «ненужных» частот зачастую дает более качественный результат, нежели усиление «нужных».

    Простейший пример эквалайзера - это всем хорошо известные регуляторы тембра (высоких и низких, иногда - средних частот), которые есть почти в каждом бытовом и автомобильном усилителе, приемнике или магнитофоне. С их помощью можно отрегулировать звучание системы таким образом, чтобы оно соответствовало вашим вкусам и - в некоторой степени - особенностям помещения, в котором вы находитесь. Регуляторы низких (Bass) и высоких (Treble) частот управляют двумя пороговыми фильтрами, АЧХ которых показана на рисунке 4. Как видите, коэффициент усиления порогового фильтра зависит от частоты сигнала.     

Рисунок 4 – АЧХ фильтров

 

       Частота, на которой происходит  изменение коэффициента усиления  фильтра (это изменение может  быть плавным!), называется порогом  или частотой среза. По идее, можно создать регулятор тембра, который позволит управлять не только уровнем усиления сигнала на определенной частоте, но и этой частотой, но на практике пороговые частоты регуляторов тембра обычно жестко настраиваются производителем оборудования.

       Помимо регуляторов тембра НЧ  и ВЧ во многих усилителях  и других системах встречается  также регулятор тембра средних  частот. Фильтр, которым управляет  этот регулятор, принято называть  полосовым. Он предназначен для  усиления или ослабления сравнительно узкой полосы частот звукового спектра. Параметры полосового фильтра определяются двумя характеристиками - срединной частотой и шириной полосы (добротностью). В бытовых системах обычно можно управлять только коэффициентом усиления полосового фильтра, а частота и добротность фиксированы. На рисунке 5 показан АЧХ полосового фильтра.      

Рисунок 5– АЧХ полосового фильтра 

       Регуляторы тембра - крайне примитивный  вид эквалайзера, так как состоят  лишь из двух или трех управляемых  фильтров. В связи с высокой простотой конструкции фильтры, входящие в состав регуляторов тембра, обычно соединяют между собой последовательно. 

    Основным элементом графического  эквалайзера – это регуляторы  усиления каждой полосы. Над каждым  регулятором – значение центральной частоты его фильтра. Два крайних регулятора действуют не как полосовые фильтры, а как ФНЧ и ФВЧ с частотой среза 31 Гц и 22 кГц.