Audio Signal Limiting in Audio
Her ses sistemi, çok kanallı bir kayıt konsoluna basit bir gitar amplitüdünün, sonlu dinamik bir aralıkta çalışır.Bu aralık sonuçları sinyal transistörleri veya [[Döncüleri:0) Özel bir sinyal limitleyicisi ile ilgili olarak kullanılan çözüm.
Pasif klipler, basit dirençsiz ağlardan inşa edilmiş, bir rudimentary form of protection but hurt from important dezavantajıs: they introduce addion lost, present a non-linear load to the source, and offer limited and type of limit.This is where the operational recovery circuit into a sensitive audio processing tool. by turnating a olama işlemi içinde bir amplifık kutusu oluşturabilirler.
Bu makale, diyot ve af seçiminin temel fiziklerini araştırmak için basit blok diyagramlarının ötesine geçeceğiz ve kondüktörlerden gelen uygulamalar için uygun birkaç kanıtlanmış devre topoloji inşa edeceğiz.
Videoping Fiziği: Hard vs. Soft Distortion
Etkili bir limitçi tasarlamak için, ilk önce, bir dalgaforma ne olduğunu anlamalıdır. Bir ses sinyali sonraki aşamanın gerilim eşini aştığında, sine dalgasının üst ve alt kısmı kesilmiştir.
Hard Clipping ve Harmonic Generation
Bir parçalı işlevi ile tarif edilir: 0,4|Dönetici: 0,2|Dönetici: 0,2|Düzeysel bölgedeki geçiş, karmaşık bir şekilde zengindir. - Abruli dalgalama, sert bir parçalama ile ilgilidir: 0,4,2.
Yumuşak Video ve Notual Kombinasyon
[FONT:0]Soft klipler[[Dönetici:0))[Dönder, dalgalama yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş
Symmetrical vs. Asimetrik Clipping
Başka bir kritik parametre, klibin simetrisidir.(0)Symmetrical klibi) (aynı şekilde pozitif ve negatif yarı döngüsü) sadece garip sipariş harmonikleri üretir. [Dönetici:2]Asimetrik klipler), yarı döngüsü diğerinden daha fazla çarpıktır, aksi takdirde harmonikleri (2., 4., 6.) başka bir şekilde ayarlamalar yapılır.
Op Clipping Devre Topolojileri
Aktif klipler elde etmek için çeşitli farklı devre mimarisi var. Seçim gerekli eşiğine bağlıdır, istenen giriş engellenir ve kliplerin unipolar veya bipolar olması gerekir.
Feedback Loop Clipping (Standart Konsiyon)
En yaygın topoloji, amplifiğin geri dönüş döngüsündeki elemanların bir çifte veya standart sinyal diyotlarına göre, geri dönüş geriliminin yüksek oranda 1N41 gibi bir silikon diyotunu aşarak veya birkaç volta kadar azalttığında, geri bildirimin geri kalanının geri kalanının geri kalanının geri kalanının geri kalanının geri kalanının geri kalanının geri kalanını engellediğini ve geri kalanının da engellemesini sağlar.
Bu yapılandırma önemli bir avantaj sunar: klipler eylem, af amp'in kendi çıkış saturasyon özelliklerinden son derece temiz ve bağımsızdır.Af amp, boru hattına kadar sinyalleri için lineer işletim bölgesinde kalır, kurtarma zamanlarından kaçınır ve geri dönüşümlü klipler geri döndürür.
// Example: Feedback Clipper
// R1 = Input Resistor, Rf = Feedback Resistor
// D1, D2 = Anti-parallel 1N4148 diodes across Rf
// V_clip = ±(V_f + (I_in * R_f)) // approximately ±0.7V for standard silicon
Shunt Zemine Video Ya da Referans Bir Gerilme
Bir alternatif, diyotların bir kartvizit konfigürasyonu, af amplitüdün çıktısında yer alır ve diyotlar, Texas Instruments gibi bir çift diyotun sık sık sık yüksek geçici yanıt ve lineerity üzerindeki geri bildirimde bulunması gerekir.
Zener Diode Precision Clipping
Çok spesifik olduğunda, stabil klipler gerilimler gereklidir, zener diyotlar tercih edilen çözümdür.Bu, 2.4V, 3.3V, 5.1V veya daha yüksek olan, amplifürücü gerilimine tam olarak ayarlandığında () artı karşıt diyot klipler standart bozulma özelliğinden çok daha sert bir diz sunar.
Yüksek çözünürlük uygulamaları için, bir pencere kompatörü devre hızlı bir analog geçiş sürüyor ( CD4066 veya özel bir VCA gibi) eşiğin altında sıfır bozulma ile bir "brick-wall" limiter sağlar. Ancak, bu makalenin kapsamı için, diyot temelli aktif klipler performans, basitlik ve sonlu karakterin en iyi dengesi sunar.
Optimal Performans için Bitirme Seçimi
Aktif bir klip devresinin performansı sadece seçmenlerin parçaları kadar güçlüdür. Doğru af amp, diyotlar ve pasif bileşenler tasarım hedefine ulaşmak için kritiktir.
Operasyonel Ampiksiyon
Artırılmış amp, devrenin kalbidir. Anahtar parametreleri şunları dikkate almak için:
- [FONT=0]Slew Rate (SR): Çıkış geriliminin 10kHz'nin üzerindeki ses uygulamaları, en az İLFLT'nin bir oranı (FONT) veya NE5532 (9 V/μs) mükemmel genel amaçlı seçimler için uygun olmayan.
- [FONT:0)Gain-Band genişlik Ürün (GBWP): ), Belirli bir frekansta mevcut maksimum kazançları belirler.Bir birlik için 3-10 MHz'in bir GBWP'si yeterli.Daha yüksek kazanç aşamalarında, OP275 veya LME49720'ye bakın.
- [FONT:0) Özellikleri: [Dönetici:[Dönetici: 0 3) Bir limitli genellikle hassas aşamalardan önce oturur. Düşük giriş gerilim gürültü yoğunluk ([DÜSÜSÜSÜSÜSÜŞÜN) ile Op ampsiyon, OPA2134 ([DÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜye:2) gibi, yüksek sadakat tasarımları için idealdir.
- [FONT:0)Output Drive:[Dönetici:[Dönetici:0) Af amplifikasyon olmadan gerekli yükün direncini sürebilir.
Diode Özellikleri ve Etkileri
diyot doğrudan klipler ve ses kalitesini dikte eder.
- Standart Silikon (1N4148, 1N914): Bunlar ses klibinin işhorları. Düşük seviyeli bir gerilim (~0.6V at 1 milyon), bu, düşük seviyeli limitler için harika (<4n) ve onların geçiş hızı hızlı (<4n), onları en hızlı geçiciler yapabilme yeteneğine sahip. simetrik 1N4148 çift klasik, crisp sert sert sert sert sert sert bir etki yaratır.
- [FONT:0]Schottky Diodes (BAT54, 1N5819): Schottky diyots'un çok daha düşük bir gerilime sahip olması (~0.3V) ve çoğunlukla sıfır kurtarma zamanı var, yani onları son derece hızlı ve temiz hale getirir.
- [FONT:0)Işık Eating Diodes (LEDler): ), Standart LED'lerin yüksek bir ileri gerilime sahip olması (1.7V to 2.5V, renke bağlı olarak) LED'ler ile videoların geniş, yumuşak-knee özelliği yaratır, çünkü bir LED'in mevcut gerilim ilişkisi bir sinyal diyotundan daha az bir hatadır.
- [FONT=0]Almanium Diodes (1N34A, OA95): Bunlar, antikacılık etkileri için kutsal bir graildir. Onlar son derece düşük ileri bir gerilim (0.2V) ve çok yumuşak, üst düzey bir dönüş özelliği vardır. Bu, kalın ve müzikal olan asimetrik bir klip yaratır.
Biasing ve AC Coupling
Devre tek bir tedarik demiryolundan işletilirse (örneğin, +9V bir gitar pedalı için), giriş sinyali, bir sanal zemine (tipik olarak tedarik gerilimine, 4.5V) Bu, 20 Hz'ye kadar bir gerilim bölmek için bir yükleyici ağı ve büyük bir kapasitör gerekir. 10 μF kapasiteli bir ses kaynağına 10 puan vermek için seçilir - tam bir basım işareti ile tam olarak 16.
Pratik Tasarım Örnekleri
Teoriyi üç farklı, hazır devre örneği ile uygulamaya çevirelim.
Proje 1: PA Koruma için Hassas Sert Limiter
[FONT:0)Goal:[Dönetici:[Dönetici: 0 3) Bir şeffaf, tuğla duvar limiti, konuşmacı hasarını maksimum baş odasını korurken engellemek için.
[FONT=0] Tasarım Seçenekleri:[Dönetici:[Dönetici] [FONT=0))[değiştir | kaynağı değiştir] Bu, sıfırdaki sabit bir şekilde sabitlenme işlemine devam eden 10 k / 10 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
[FONT:0)Enhancement:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)) Bir hızlı bir komplike (örneğin LM393 gibi) bir muting röleye, limitçi birkaç milisaniyeden daha aktif kalırsa, güvenli bir koruma sağlar.
Project 2: Soft Clipping Guitar Overdrive Stage
[FONT:0)Goal:[Dönetici:[Dönetici: 0 3) Bir ısı, müzik aşırı sürücüyü iten bir tüp yükselticisinin kompresyonuna benzetmiş.
[[Dönetici:0) Tasarım Seçenekleri:[Dönetici:[Dönetici:0) Bu devre, yüksek giriş için bir JFET-input a amplitüdasyonu (TL072) kullanarak yüksek giriş için 1N4148'in önemli bir kombinasyonudur ve geri bildirimde kırmızı LED'e kadar yumuşak bir ölçüm oluşturur.
[FONT:0)Tone Control:[Dönetici:[Dönetici][Dönlendirme aşamasının ardından, pasif Baxandall ton yığını baslar ve treble helving filtreler sunar, kullanıcının posta doldurma spektrumunu şekillendirmesine izin verir.
Project 3: Low-Voltage Microphone Limiter for Portable Recorders
[FONT:0)Goal:[Dönetici:[Dönetici:0) Aşırı geçici zirvelerden taşınabilir bir alan kaydının girişini korur (örneğin, bir kapı slam).
[FONT=0] Tasarım Seçenekleri:[Dönetici:[Dönetici:0) Tek bir 5V tedarikinden yapılan geri bildirimde Schottky diyotları korumak için çok düşük olması gerekir (BAT54), VCC/2'ye karşı çıkış noktasının düşük gürültüyü ve gecikmeden önce başarısız bir şekilde kurtarma aşamasının ardından sinyalin ±0.3V'ye kadar arttığını gösteriyor.
Simülasyon ve Test Yöntemleri
Simülasyon, satılandan önce bir klip devresini optimize etmek için vazgeçilmez bir araçtır. LTSpice veya Multisim, devrenin davranışını çeşitli sinyal koşulları altında doğrulamanıza izin verir.
Transient Analiz
5V zirve-to-peak'ın amplifına bir amplitüd dalgası ile 1 kHz sine dalga, daha düşük bir çizgiye kadar çıkmalıdır.Bir yumuşak klip için, sabit bir analiz değil, yuvarlanma veya osil geçiş dalga geçişleri üzerinde görünür olmalıdır.
FFT ve Harmonic Analiz
Bir klipper gerçek testi onun harmonik profilidir. FFT işlevini simülatörün içindeki kullanarak, çıktının frekansı içeriğini gözlemleyin.
- A simetrik sert bir klip güçlü bir 3rd harmonik (3 kHz) amplitüdde azalmak için bir dizi tuhaf harmonik göstermelidir.
- Yumuşak bir klip, 5., 7. ve 9. harmoniklerin önemli ölçüde bastırıldığı 3rd harmonik gösterecektir (-20 dB sert kliplerden daha düşük).
- Asimetrik bir klip, belirgin 2nd harmonic (2 kHz) gösterecektir.
Gerçek dünya testi bir ses arayüzü ve spektrum analizi yazılımı (örneğin REW veya SpectraPLUS gibi) simülasyon sonuçlarını doğrulayacaktır. İyi bir limitçinin,% 0.1 THD+N) eşiğin altında ve kontrol edilen, harmonik olarak hoş bir bozulmayı aşağıdan doğrulanması gerekir.
Gelişmiş Uygulamalar ve Sistem Entegrasyonu
Yukarıda açıklanan devreler, bir kontrol ağı kullanarak, her bir grup bağımsız olarak yapılır.Aurma veya "pumping" yüksek frekanslı limitli limitlerin ortak bir sanatçısı olan yüksek frekans içeriğine izin verir.
Bak-ahead limiters, geçici bir sinyal yolunu sadece geçici vuruşlardan önce elde etmek için paralel bir hızlı zarf dedektörleri kullanıyor ve bu gelişmiş sistemlerin inşa edildiği temelleri azaltır.DSP'de geleneksel olarak uygulananken, analog görünüm-ahead devreleri BBD gecikmeleri veya tüm geçit filtreleri kullanıyor olsa da, basit aktif klipler karmaşıktır.
Sonuç ve Ek Keşif
Aktif sinyal kırıcı devreleri operasyonel yükselteçleri kullanarak temel bir araçtır. Analog ses tasarımcısının aracıkit. pasif çözümlerin ötesine geçerek, mühendisler güvenilir ve tekrarlanabilir bir platform sağlayabilir ve son derece yönlü olarak kısıtlayıcı özellikler sağlar.Eğer koruma için sert bir klipte agresif bir simetriye ihtiyacınız varsa, müzik için yumuşak bir klipler asimetriklığı veya bir eşiğin hassaslığı, modern op amplifiğe dayalı bir eşiğin ötesinde, modern bir amplifiğe ve yüksek sadakat platformu sağlar.
Farklı diyotlarla deney, geri bildirime karşı değerlere göre değişir ve geçici cevabı şekillendirmek için küçük kapasiteliler tanıtılır.Bu devreleri ustalaştırmanın en iyi yolu onları inşa etmek ve eleştirel dinlemektir.
Onların anlayışını derinleştirmek isteyenler için, aşağıdaki kaynaklar son derece önerilir:
- [[Döneticileri:[[Döneticiler:)[Döneticileri:0)Analog Cihazları:[[Döneticileri:[Döneticileri: ) “Op Amp Applications Handbook” – amplifik teori ve gürültü analizi için temel bir referans.
- [[Dönetici:0)Texas Instruments:[Döneticileri ve Sınırlama Devreleri” (Uygulama Not AN-1731) - ayrıntılı devre analizi ve simülasyon verileri sağlar.
- [FONT:0] Sound üzerinde kesin: [Dönder: [Döncüm Hakkında Her Şey” – Dijital ve analog ses bağlamında nasıl klibin nasıl işlediğine dair erişilebilir bir gazeteci bakış.
- [FONT:0]Rod Elliott's ESP Audio Pages: [Dönetici: 0:1] Project 07 (Precision Audio Limiter) - Orta inşaatçılar için uygun bir pratik, iyi eğitimli proje.
- [FONT:0)Wikipedia - "Clipping (signal processing)": [Döneticileri için sağlam bir teknik referans.
Basit bir diyot klip tasarlamanın bir ustalık sınıfı multiband limiter oluşturmak için yolculuğu, ses mühendisliğindeki en ödüllendirici yollardan biridir.