11 señales y sistemas conceptos utilizados para diseñar un ecualizador gráfico de audio

A continuación se presentan señales y sistemas once conceptos que se aplican al diseño de un sistema de procesamiento de señal conocida como una ecualizador gráfico de audio

. Cuando usted escucha la música en un reproductor de música portátil o un ordenador, normalmente se puede personalizar el aisladores del sonido puede volver a la forma del espectro de frecuencia de la señal de música de fondo para adaptarse a sus gustos utilizando un conjunto de diez controles de tono.

Establecer requisitos básicos de un ecualizador

Como las señales y sistemas de ingeniería, se necesita una mejor comprensión de la respuesta de frecuencia de las salas de escucha dirigidos para la lista de presets. La forma de la respuesta de frecuencia que el ecualizador debe representar dicta los requisitos básicos de la arquitectura ecualizador.

Por ejemplo, la respuesta de frecuencia extremos son de especial interés, ya que le ayudará a establecer la forma de respuesta de frecuencia de los filtros individuales, la ganancia extremos necesarios por filtro, y tal vez la frecuencia de muestreo.

Seleccione la frecuencia de muestreo del sistema

La investigación acústica revela información sobre las formas de respuesta de frecuencia que el sistema debe modelar. Para una implementación en tiempo discreto, debe elegir la frecuencia de muestreo para capturar las bandas de frecuencias pertinentes de interés para señales de audio. La frecuencia de muestreo es más probable dictada por la velocidad de muestreo de reproducción de audio.

Para el equipo de estudio de grado, una frecuencia de muestreo de 48, 96 o 128 kSPS es apropiado. Para compacto sonido con calidad de disco (CD), el estándar es de 44,1 kHz. El exceso de velocidad de muestreo eleva los requisitos de procesamiento de la señal como la suma total de muestras por segundo y los requisitos de filtrado de multiplica y se suma por filtro llegado a influir en las necesidades de implementación del diseño.

Elija un filtro prototipo

Usted tiene que mirar el tipo de filtro básico para el diseño en el contenido de muchos filtros que actúan más o menos independientes entre sí. Con cada regulador, desea que la capacidad de subir y bajar el volumen de una sola banda de frecuencias independientes de las otras bandas, que es posible que desee mantener fijo, sin cambios de nivel.

Usted desea que el filtro sea relativamente sencillo, ya que necesitará muchas bandas de filtro, pero el filtro tiene que ser fácilmente ajustado para las diferentes aplicaciones de banda. El filtro ideal es aquel que pasa todas las bandas de frecuencia adyacentes con ganancia unidad aún puede subir y bajar la ganancia en una banda estrecha de frecuencias. El filtro de elección es conocida como la filtro en horas pico.

Decidir cuántos filtros son necesarios

Las parcelas de respuesta de frecuencia que recibe como parte de la investigación acústica proporciona información sobre cómo se necesitan muchas bandas de filtro. Aplicación en la práctica también entra en juego aquí como lo hace la tradición. La tradición indica que filtros de banda espaciados de diez octavas hacen un razonablemente buen diseño ecualizador de audio. En particular, las frecuencias centrales de banda de octava propagan de 31,25 Hz a 16.000 Hz, que cubre razonablemente el espectro de audio 20 Hz a 20 kHz.

Nota arquitectura del sistema del ecualizador

Un enfoque de arquitectura candidato para el ecualizador de diez bandas es insertar una cascada de filtros de diez horas pico digitales que tienen la función del sistema H_yo(z), yo = 0, 1,. . . , 9, entre la fuente de señal y el convertidor de digital a analógico (DAC).

Idealmente, cada filtro tiene una magnitud de respuesta de frecuencia que proporciona la ganancia unitaria (0 dB porque 20 log₁₀[1] = 0) en todas partes excepto en una banda estrecha de frecuencias alrededor de la frecuencia central dado bajo los deslizadores. Las bandas de paso de los filtros son contiguos de manera que las diez bandas juntos cubren aproximadamente el espectro de audio de 20 Hz a 20 kHz.

La magnitud de respuesta de frecuencia idealizada de la cascada se muestra para el establecimiento de un ecualizador en particular y la frecuencia de muestreo F_s.

Caracterizar el filtro en horas pico

Un filtro corrector proporciona ganancia o pérdida (atenuación) a una frecuencia central específica F_c. Un filtro de pico tiene magnitud de frecuencia unidad respuesta, o 0 dB de ganancia, a frecuencias muy alejadas de la frecuencia central. En la frecuencia central F_c, la magnitud de respuesta de frecuencia en dB es G_dB, que es continuamente ajustable en un rango de, por ejemplo, +/- 12 dB.

Antes de comprometerse con un diseño final, necesita caracterización adicional. Al mismo tiempo, la complejidad del filtro se revela, pues el estudio de la respuesta de frecuencia significa que probablemente tendrá que trabajar a partir de la función del sistema. De la función del sistema, también puede llegar a la representación ecuación en diferencias, que está estrechamente relacionado con un algoritmo de aplicación del filtro.

Elija el filtro corrector Q-valor

El parámetro Q es inversamente proporcional al ancho de banda del filtro. Para una fija Q, 3,5 ondas se producen entre las bandas de octava. La capacidad para aplicar picos y valles en la respuesta de frecuencia general se remonta a la investigación acústica y también a la necesidad de cubrir diez octavas de 31,25 Hz a 16 kHz.

Si Q es demasiado grande, las ondulaciones en la respuesta de frecuencia en cascada significan que algunas frecuencias no se pueden controlar la ganancia en absoluto, pero si Q es demasiado pequeño, las bandas de paso individuales sangran juntos, haciendo que sea más difícil para representar detalle respuesta de frecuencia. LA Q de 3,5 se elige para el resto de este análisis de diseño.

Considere rango de ajuste de ganancia

La investigación acústica y ecualizador necesidades preestablecidos determinan el rango de valor de ganancia necesaria para cada control deslizante. Como una cuestión práctica, una gama demasiado amplia de valores de ganancia hacen los algoritmos de procesamiento más complejo debido a consideraciones de rango dinámico. Un punto de partida razonable es de +/- 12 dB.

Tenga en cuenta que el CD de audio se graba con 16 bits de rango dinámico, lo que corresponde a aproximadamente 96 dB de rango dinámico total de la señal. Permitir que un ecualizador para subir y bajar la ganancia de las bandas de frecuencia individuales en +/- 12 dB añade un rango dinámico adicional de 24 dB en el sistema. Es necesario más bits de precisión en la corriente de señal de salida para hacer de este viable en el sistema de DAC.

Trabajar las matemáticas algoritmo

En la aplicación de sistemas de tiempo discreto, usted tiene la opción de usar aritmética de punto flotante o aritmética de punto fijo para las ecuaciones en diferencias filtro. Matemáticas de punto fijo es generalmente más eficiente, dependiendo de la arquitectura del procesador. Si el procesador es compatible con operaciones de punto flotante, de punto flotante es el camino a seguir. Pero en los pequeños dispositivos de energía de la batería, de punto flotante puede no estar disponible.

Es necesario estudiar los filtros en horas pico para ver si los diez octavas se pueden construir fácilmente mediante el uso de punto fijo de matemáticas sin incurrir en penalizaciones de rendimiento. Cuando se utiliza de punto fijo de matemáticas, el número de bits es generalmente de 16 bits números firmado, mientras que de punto flotante es generalmente de 32 bits.

Ejercer el ecualizador con consideraciones banco de pruebas

Es necesario llevar a cabo una llamada poco cierto banco de pruebas de aritmética para ejercer plenamente el ecualizador con señales de prueba real de fuentes de música estándar. La idea con el banco de pruebas es ser capaz de evaluar el rendimiento del sistema completo con señales reales y los preajustes de ecualizador reales que el cliente ha solicitado. Con el banco de pruebas, usted debería ser capaz de ejercer todos los requisitos críticos del diseño.

Eficacia de la prueba

El verdadero negocio con el ecualizador de diez bandas es que se puede visualizar gráficamente la conformación espectral que usted proporciona a la señal que pasa por el empate con sólo mirar las posiciones de los controles de ganancia control deslizante.