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

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Los siguientes son 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 se escucha música en un reproductor de música portátil o un ordenador, podrá personalizar de la del sonido se puede volver a dar forma al espectro de frecuencia de la señal de música de fondo para adaptarse a sus preferencias a través de un conjunto de diez controles de tono.

Establecer requisitos básicos de un ecualizador

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

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

Seleccionar la velocidad de muestreo del sistema

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

Para equipos de estudio grado, una velocidad de muestreo de 48, 96, o 128 KSPS es apropiado. Para compacta 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 requisitos de filtrado del multiplica y se añade por filtro a apoyarse en las necesidades de implementación del diseño.

Elegir un filtro prototipo

Usted tiene que mirar el tipo de filtro básico para el diseño de contenido de muchos filtros que actúan más o menos independientes entre sí. Con cada deslizador, 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.

Desea que el filtro sea relativamente sencilla, dado que tiene muchas bandas de filtro, pero el filtro tiene que ser sintonizado con facilidad para las diferentes aplicaciones de banda. El filtro ideal es el que pasa todas las bandas de frecuencia adyacentes con ganancia unidad aún puede subir y bajar la ganancia sobre una banda estrecha de frecuencias. El filtro de elección es conocida como la filtro corrector.

Decidir el número de filtros necesarios

Las tramas de respuesta de frecuencia que se obtiene como parte de la investigación acústica proporciona información acerca de 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 los filtros de banda de octava a espacio de diez hacen un razonable buen diseño de ecualizador de audio. En particular, las frecuencias centrales de la 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 diez horas pico filtros digitales que tienen la función del sistema MARIDO_yo(z), yo = 0, 1,. . . , 9, entre la fuente de señal y el convertidor de digital a analógico (DAC).

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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 aproximadamente cubren 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 corrector

Un filtro de pico proporciona una ganancia o pérdida (atenuación) a una frecuencia central específica F_do. Un filtro corrector tiene magnitud de frecuencia unidad respuesta, o 0 dB de ganancia, a frecuencias alejadas de la frecuencia central. En la frecuencia central F_do, la magnitud de la respuesta de frecuencia en dB es GRAMO_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 es probable que tengas que trabajar desde la función del sistema. A partir de la función del sistema, también se puede llegar a la representación ecuación en diferencias, que está estrechamente relacionada con la aplicación de un algoritmo de filtro.

Elegir el filtro corrector Q-valor

el parámetro Q es inversamente proporcional al ancho de banda del filtro. Para un fijo Q, 3,5 ondulaciones se producen entre las bandas de octava. La capacidad de implementar 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 ondas en cascada de la respuesta de frecuencia 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, lo que hace más difícil representar los detalles de respuesta de frecuencia. UN Q de 3,5 se elige para el resto de este análisis de diseño.

Considere rango de ajuste de ganancia

La investigación de la acústica y el ecualizador preestablecidos necesidades dictan el rango de valor de la ganancia necesaria para cada deslizador. Como 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.

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Tenga en cuenta que audio CD se graba con 16 bits de rango dinámico, lo que corresponde a alrededor de 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 el flujo de señal de salida para hacer de este viables en el sistema CAD.

El trabajo del algoritmo matemático

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

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

Ejercer el ecualizador con las consideraciones del banco de pruebas

Es necesario llevar a cabo una llamada poco cierto banco de pruebas 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, debe ser capaz de ejercer todos los requisitos críticos del diseño.

rendimiento de la prueba

El verdadero negocio con el ecualizador de diez bandas es que se puede visualizar gráficamente la conformación espectral que proporcione a la señal que pasa a través del ecualizador con sólo mirar las posiciones de los controles de ganancia deslizante.