11 Sinais e conceitos de sistemas usados ​​para projetar um áudio equalizador gráfico

Seguem-se onze sinais e sistemas conceitos que se aplicam para a concepção de um sistema de processamento de sinal conhecido como um equalizador gráfico de áudio

. Quando você ouvir música em um leitor de música portátil ou um computador, normalmente você pode personalizar o som que você pode re-forma o espectro do sinal de música subjacente frequência para satisfazer seus gostos usando um conjunto de dez controles de tom.

Estabelecer requisitos essenciais de um equalizador

Como os sinais e sistemas de engenheiro, você precisa de um melhor entendimento da resposta das salas de escuta direcionados para a lista de pré-ajustes de frequência. A forma da resposta de frequência que o empate deve representar dita os requisitos essenciais da arquitetura do equalizador.

Por exemplo, os extremos de resposta em frequência são de especial interesse, uma vez que irá ajudar a estabelecer a forma de resposta em frequência dos filtros individuais, os extremos de ganho necessários por filtro, e talvez a taxa de amostragem.

Selecione a taxa de amostragem do sistema

A pesquisa acústica revela informações sobre as formas de resposta de frequência que o sistema deve modelar. Para uma implementação em tempo discreto, você deve escolher a taxa de amostragem para capturar as faixas de frequências relevantes de interesse para sinais de áudio. A taxa de amostragem é mais provável ditada pela taxa de amostragem de reprodução de áudio.

Para equipamento de estúdio de grau, uma taxa de amostragem de 48, 96, ou 128 kSPS é apropriado. Para qualidade de som compact disc (CD), o padrão é de 44,1 kHz. taxa de amostragem em excesso eleva os requisitos de processamento de sinal como a soma total de amostras por segundo e filtragem requisitos de multiplica e adiciona por filtro vêm para suportar as necessidades de implementação do projeto.

Escolha um filtro protótipo

Você tem que olhar para o tipo de filtro básico para o projeto em conteúdo de muitos filtros agindo mais ou menos independentes uma da outra. Com cada slider, você quer a capacidade para levantar e abaixar o volume de apenas uma faixa de freqüências independentes das outras bandas, que você pode querer prender fixo, sem mudanças de nível.

Você deseja que o filtro a ser relativamente simples, porque você vai precisar de muitas bandas de filtro, mas o filtro precisa ser facilmente ajustado para as diferentes aplicações de banda. O filtro ideal é aquele que passa todas as faixas de frequências adjacentes com ganho de unidade ainda pode aumentar e diminuir o ganho sobre uma estreita faixa de frequências. O filtro de escolha é conhecido como o filtro de pico.

Decidir quantos filtros são necessários

As parcelas de resposta de frequência que você começa como parte da pesquisa acústica fornece informações sobre como muitas bandas de filtro são necessários. Praticidade também entra em jogo aqui como faz tradição. Tradição mostra que dez oitava filtros espaçadas de banda fazer um razoavelmente bom design equalizador de áudio. Em particular, frequências centrais de bandas oitava espalhar de 31,25 Hz a 16.000 Hz, razoavelmente cobrindo a 20 Hz a 20 kHz de espectro de áudio.

Nota arquitetura do sistema do equalizador

Uma abordagem sugestão de arquitetura para o equalizador de dez bandas é inserir uma cascata de dez filtros peaking digitais com função do sistema H_Eu(z), Eu = 0, 1,. . . , 9, entre a fonte de sinal e o conversor digital-para-analógico (DAC).

Idealmente, cada filtro tem uma magnitude de resposta de freqüência que proporciona ganho unitário (0 dB, porque 20 log₁₀[1] = 0) em todos os lugares, exceto em uma estreita faixa de frequências sobre a frequência central dado sob os controles deslizantes. As bandas de passagem dos filtros são contíguos para que os dez bandas em conjunto, cerca cobrir o espectro de áudio de 20 Hz a 20 kHz.

A magnitude da resposta de frequência idealizada da cascata é mostrado para definir um equalizador particular e taxa de amostragem f_s.

Caracterizar o filtro de pico

Um filtro de pico proporciona ganho ou perda (atenuação) a uma frequência centro específico f_c. Um filtro de pico tem magnitude frequência unidade resposta, ou ganho de 0 dB, em frequências muito distantes a frequência central. Na frequência central f_c, a magnitude de resposta em frequência em dB é G_dB, que é continuamente ajustável numa gama de, por exemplo, +/- 12 dB.

Antes de se comprometer com um projeto final, você precisa de caracterização adicional. Ao mesmo tempo, a complexidade do filtro é revelado, porque estudar a frequência de resposta significa que você provavelmente precisará trabalhar a partir do funcionamento do sistema. A partir do funcionamento do sistema, você também pode chegar à representação equação de diferenças, que está intimamente relacionado com um algoritmo de aplicação de filtro.

Escolha o filtro de pico Q-valor

o parâmetro Q é inversamente proporcional à largura de banda do filtro. Para uma fixa Q, 3,5 ondulações ocorrer entre as bandas de oitava. A capacidade de implementar picos e vales na resposta global frequência remonta à pesquisa acústica e também para a necessidade de cobrir dez oitavas de 31,25 Hz a 16 kHz.

E se Q é muito grande, as ondulações na resposta de frequência cascata significa que algumas frequências não pode ser ganho controlado em tudo, mas se Q é muito pequeno, as bandas de passagem individuais sangrar juntos, tornando mais difícil para representar detalhe resposta de frequência. UMA Q de 3,5 é escolhido para o restante desta análise cartão.

Considere gama de ajuste de ganho

A pesquisa acústica e equalizador necessidades predefinidos ditar a gama de valor do ganho necessário para cada slider. Como uma questão prática, muito larga uma gama de valores de ganho tornar os algoritmos de processamento mais complexas devido a considerações de gama dinâmica. Um ponto de partida razoável é +/- 12 dB.

Note-se que o áudio CD é gravado com 16-bits de gama dinâmica, o que corresponde a cerca de 96 dB de alcance total do sinal dinâmico. Permitindo um equalizador para aumentar e diminuir o ganho de bandas de frequências em +/- 12 dB adiciona um intervalo dinâmico adicional de 24 dB no sistema. Precisar de mais bits de precisão na corrente de sinal de saída para fazer este viável no sistema CAD.

Trabalhar a matemática algoritmo

Ao implementar sistemas de tempo discreto, você tem a opção de usar a aritmética de ponto flutuante ou aritmética de ponto fixo para as equações de diferenças filtro. -Ponto fixo matemática é geralmente mais eficaz, dependendo da arquitectura do processador. Se o processador suporta operações de ponto flutuante, de ponto flutuante é o caminho a percorrer. Mas, em dispositivos de energia da bateria de pequeno porte, de ponto flutuante pode não estar disponível.

Você precisa estudar os filtros peaking para ver se todos os dez oitavas pode ser facilmente construída usando matemática de ponto fixo, sem incorrer em penalidades de desempenho. Ao usar a matemática de ponto fixo, a largura bit é geralmente de 16 bits números assinado, enquanto o de ponto flutuante é geralmente 32 bits.

Exercer o equalizador com considerações test bed

Você precisa realizar uma chamada bit verdadeira cama de teste de aritmética de exercer plenamente o empate com sinais de teste reais de fontes de música padrão. A idéia com a cama de teste é para ser capaz de avaliar o desempenho do sistema completo com sinais reais e predefinições de equalização reais que o cliente pediu. Com a cama de teste, você deve ser capaz de exercer todos os requisitos críticos do design.

teste de desempenho

O negócio real com o equalizador de dez bandas é que você pode graficamente visualizar o espectro moldar você fornecer ao sinal que passa através do equalizador por apenas olhando para as posições dos controles de ganho slider.