Cyfrowy Procesor Dźwięku AVT-5082.pdf

Cyfrowy procesor dźwięku

AVT−5082

Jedn¹ z†najwiÍkszych

przyjemnoúci dla elektronikÛw

jest s³uchanie muzyki przez

samodzielnie wykonany

wzmacniacz. Bardziej

zaangaøowani buduj¹ sobie

takøe odtwarzacze CD (czÍsto

z†moøliwoúci¹ odtwarzania

plikÛw w†formacie MP3),

tunery, a†nawet magnetofony.

NajwiÍksz¹ trudnoúÊ sprawia³y

dotychczas procesory audio

umoøliwiaj¹ce kszta³towanie

przestrzeni düwiÍkowej oraz

prawdziwe dekodery surround.

Rozwi¹zanie pierwszego

problemu przedstawiamy

w†artykule. O†prawdziwym

dekoderze surround napiszemy

juø nied³ugo!

Rekomendacje: przede

wszystkim dla DJ-Ûw,

muzykÛw, i audiofili nie

stroni¹cych od prowadzenia

zaawansowanych

eksperymentÛw z düwiÍkiem.

nych przeznaczonych do stosowa-

nia w†profesjonalnym sprzÍcie au-

dio. Jednym z†tych uk³adÛw jest

AL3201, ktÛry jest ìmÛzgiemî

prezentowanego urz¹dzenia.

W†sierpniowym wydaniu EP

opisaliúmy procesor sygna³owy

produkowany przez amerykaÒsk¹

firmÍ Alesis. Firma ta jest legen-

darnym producentem studyjnego

sprzÍtu audio, w†tym przede

wszystkim rÛønego rodzaju proce-

sorÛw wykorzystywanych do mo-

dyfikacji düwiÍku. W†bliøej nie-

wyjaúnionych okolicznoúciach po-

wsta³a firma-cÛrka Alesis Semi-

conductors, ktÛra opracowa³a

i†produkuje kilka uk³adÛw scalo-

Tak proste jak DSP

AL3201 to prawdziwy procesor

DSP, ktÛrego architektura wewnÍt-

rzna zosta³a zoptymalizowana pod

k¹tem aplikacji audio. Do popra-

wnej pracy procesor wymaga za-

stosowania zewnÍtrznych, stereo-

fonicznych przetwornikÛw: A/C

i†C/A. Specjalnie do tego celu

firma opracowa³a w³asne uk³ady

(AL1201 i†AL1101), ale moøna

w†ich miejsce stosowaÊ takøe prze-

tworniki innych producentÛw.

Schemat blokowy uk³adu

AL3201 pokazano na rys. 1 . Jak

kaødy procesor jest on programo-

wany. Producent udostÍpni³ na

swojej stronie internetowej bez-

p³atny kompilator asemblera

(opublikowaliúmy go na CD-EP8/

2002B), ktÛry umoøliwia takøe

³adowanie przygotowanych pro-

gramÛw do pamiÍci programu

SRAM, w†ktÛr¹ wyposaøono

AL3201. Jej pojemnoúÊ wynosi

130 bajtÛw i†jest wystarczaj¹ca do

uzyskania bardzo zaawansowa-

nych efektÛw. Lista rozkazÛw za-

wiera kilkanaúcie poleceÒ, za po-

moc¹ ktÛrych moøna wp³ywaÊ na

Firma Alesis Semiconductors otworzyła niezwykle wygodną

drogę dla projektantów cyfrowych urządzeń audio. Opracowa−

li oni bowiem procesor efektów audio (oznaczony jako

AL3201), w pamięci którego znajduje się 16 gotowych

programów (opracowanych przez producenta i zapisanych

w pamięci typu ROM) realizujących mniej i bardziej

zaawansowane efekty audio. Jakość tych programów jest

bardzo wysoka, ponieważ projektowali je doświadczeni

elektroakustycy mający do dyspozycji doskonale wyposażone

laboratoria. Dzięki wbudowanemu w procesor interfejsowi

szeregowemu, do dodatkowej pamięci programu typu SRAM

można wpisać dowolny własny program, realizujący

indywidualnie zaprojektowane efekty audio. Pomimo dużych

możliwości i zaawansowanej budowy wewnętrznej, układ

AL3201 zamknięto w niepozornej obudowie SOIC16.

Elektronika Praktyczna 9/2002

P R O J E K T Y

Cyfrowy procesor dźwięku

Rys. 1. Schemat blokowy układu AL3201

offsetu wbudowanych wzmacnia-

czy operacyjnych, ktÛry mÛg³by

ograniczaÊ rzeczywist¹ rozdziel-

czoúÊ prÛbek.

Przetworzone do postaci cyfro-

wej dane o†sygnale audio s¹ na-

stÍpnie wprowadzane do proceso-

ra sygna³owego IC1, ktÛry wyko-

nuje na nich operacje przewidzia-

ne programem. Jak wczeúniej

wspomniano, moøna korzystaÊ

z†programÛw predefiniowanych

(wtedy ich wybÛr umoøliwia bi-

narny nastawnik SW1), moøna

takøe ³adowaÊ do pamiÍci IC1

w³asne programy. W†takiej sytua-

cji konieczne jest prze³¹czenie

wyprowadzenia 2†IC1 do masy

(trzeba to zrobiÊ przecinaj¹c úcieø-

kÍ na p³ytce drukowanej), ko-

nieczne jest takøe wyprowadzenie

z³¹cza do wyprowadzeÒ 5†i†6†IC1,

ktÛre spe³niaj¹ rolÍ interfejsu wej-

úciowego.

Po poddaniu prÛbek sprzÍto-

wej obrÛbce s¹ one przesy³ane do

24-bitowego przetwornika

C/A IC4 (AL1201), na wyj-

úciu ktÛrego wystÍpuje ana-

logowy sygna³ rÛønicowy.

Zastosowanie takiego spo-

sobu transmisji sygna³u

analogowego minimalizuje

moøliwoúÊ powstawania

w†nim zak³ÛceÒ. Sygna³y te

s¹ poddawane filtrowaniu

dolnoprzepustowemu i†kon-

wertowane do postaci asy-

metrycznej. Obydwa zada-

nia s¹ realizowane przez

wzmacniacz IC8. Na jego wyj-

úciach wystÍpuj¹ sygna³y obydwu

modyfikacje (wprowadzane ca³ko-

wicie na drodze cyfrowej) kolej-

nych prÛbek düwiÍku, a†tym sa-

mym na koÒcowe brzmienie od-

twarzanego utworu. Naleøy pa-

miÍtaÊ o†tym, øe programy wpro-

wadzone do pamiÍci SRAM pro-

cesora zanikaj¹ po wy³¹czeniu

zasilania, tak wiÍc kaødorazowo

po w³¹czeniu zasilania trzeba je

ponownie ³adowaÊ. Wyboru pa-

miÍci programu dokonuje

siÍ za pomoc¹ wejúcia INT/

!EXT (widoczne na rys. 1).

Chc¹c u³atwiÊ samodzielne

eksperymenty akustyczne,

firma Alesis przygotowa³a

kilka przyk³adowych efek-

tÛw (z podanymi ürÛd³ami

programÛw), ktÛrych doúÊ

pobieøne opisy wraz z†ko-

dami ürÛd³owymi zosta³y

udostÍpnione w†Internecie

(opublikowaliúmy je takøe

na CD-EP8/2002B).

Problem z†³adowaniem progra-

mÛw moøe byÊ o†tyle nieistotny,

øe w†wiÍkszoúci przypadkÛw pro-

gramy przygotowane przez produ-

centa s¹ wystarczaj¹ce do wiÍk-

szoúci typowych aplikacji. Szcze-

rze mÛwi¹c, podjÍte przeze mnie

prÛby przygotowania w³asnych

efektÛw nie da³y zbyt dobrych

rezultatÛw. Wynika to przede

wszystkim z†faktu, øe do ich

projektowania niezbÍdna jest wie-

dza akustyka, a†nie elektronika...

W†pamiÍci programu ROM

uk³adu AL3201 przechowywane

s¹ programy realizuj¹ce efekty

audio przygotowane przez firmÍ

Alesis. Lista tych programÛw znaj-

duje siÍ w† tab. 1 . Cyfrowe dane

o†sygnale audio do i†z†procesora

s¹ przesy³ane szeregowo, w†zwi¹z-

ku z†czym aplikacjÍ uk³adu

AL3201 trzeba wzbogaciÊ o†stereo-

foniczne przetworniki A/C i†C/A,

ktÛre odpowiadaj¹ za konwersjÍ

sygna³Ûw do/z postaci cyfrowej na

analogow¹.

Opis uk³adu

Schemat elektryczny procesora

pokazano na rys. 2 . Jest to redak-

cyjna adaptacja standardowej apli-

kacji uk³adu AL3201, w†ktÛrej za-

stosowano przetworniki A/C i†C/A

firmy Alesis.

Układy firmy Alesis wykorzystywane

w prezentowanym projekcie można kupić za

ok. 16,49 EUR w sklepie internetowym

brytyjskiej firmy Profusion ( www.profu−

sionplc.com ). Możliwe jest wiele sposobów

płacenia za zamówione podzespoły, w tym

np. za pomocą kart lub przelewem.

Warto wiedzieć, że niektóre banki (m.in.

www.mbank.com.pl ) oferują specjalne karty

przeznaczone do realizacji płatności drogą

elektroniczną.

Stereofoniczny sygna³ audio

jest podawany na wejúcia JP1

i†JP2. WtÛrniki napiÍciowe wyko-

nane na wzmacniaczach IC7A

i†IC7B zapewniaj¹ dopasowanie

impedancji ürÛd³a sygna³u do im-

pedancji wejúciowej kolejnego

stopnia - wzmacniacza konwertu-

j¹cego sygna³ asymetryczny na

sygna³ rÛønicowy. RolÍ wzmacnia-

czy-konwerterÛw spe³niaj¹ uk³ady

IC5 i†IC6. Sygna³ z†ich wyjúÊ (o

amplitudzie ok. 4V pp ) jest podda-

wany konwersji A/C przez uk³ad

IC3 (AL1101), na wyjúciu ktÛrego

pojawia siÍ sprÛbkowany sygna³

stereofoniczny. PrÛbki maj¹ roz-

dzielczoúÊ 24 bitÛw, a†dynamika

zapewniana przez przetwornik jest

nie mniejsza niø 107dB. Przetwor-

nik wyposaøono w†cyfrowy filtr

gÛrnoprzepustowy o†czÍstotliwoú-

ci granicznej 2,5 Hz, ktÛrego

zadaniem jest likwidacja napiÍcia

Tab. 1. Predefiniowane programy

procesora AL3201

Numer

Nazwa

programu

Delay 1

Chorus/Room 2

Hall 2

Vocal Cancel

Delay 2

Chorus/Room 1

Hall 1

Rotary speaker

Flange

Plate 2

Room 1

Plate 1

Chorus

Plate 3

Room 2

Room 3

Elektronika Praktyczna 9/2002

Cyfrowy procesor dźwięku

przetworzonych kana³Ûw, ktÛre s¹

poddawane mieszaniu z†sygna³em

oryginalnym. Do tego celu s³uø¹

liniowe potencjometry P1 i†P2 -

w†zaleønoúci od po³oøenia suwaka

zmieniaj¹ udzia³y w†sygnale wyj-

úciowym sygna³Ûw: oryginalnego

i†przetworzonego. Suwaki poten-

cjometrÛw do³¹czono do wejúÊ

nieodwracaj¹cych wtÛrnikÛw IC9A

i†IC9B, ktÛrych zadaniem jest od-

separowanie potencjometrÛw od

obwodÛw wejúciowych wzmacnia-

cza do³¹czonego do wyjúÊ proce-

sora düwiÍku. Uk³ad IC2 odpo-

wiada za prawid³owe wyzerowa-

nie procesora IC1 po w³¹czeniu

zasilania.

Jak ³atwo zauwaøyÊ, ca³a czÍúÊ

analogowa procesora düwiÍku jest

zasilana napiÍciem symetrycznym

±12V. Standardowo do wytworze-

nia takiego napiÍcia s¹ stosowane

transformatory z†symetrycznym

uzwojeniem. Poniewaø znacznie

³atwiej jest zdobyÊ transformatory

z†pojedynczym uzwojeniem, zasi-

lacz zosta³ zaprojektowany w†taki

sposÛb, aby moøliwe by³o uzys-

kanie napiÍcia symetrycznego

±12V oraz +5V do zasilania czÍúci

cyfrowej. W†tym celu zastosowano

diodowy podwajacz napiÍcia sk³a-

daj¹cy siÍ z†elementÛw: D2...D5

oraz C5...C8, z†wyjúcia ktÛrego s¹

zasilane klasyczne stabilizatory li-

niowe IC11 i†IC12. NapiÍcie +5V

jest uzyskiwane z†wyjúcia stabili-

zatora IC10, na wejúciu ktÛrego

napiÍcie zmienne jest prostowane

jednopo³Ûwkowo (st¹d koniecz-

noúÊ zastosowania kondensatora

filtruj¹cego C1 o†relatywnie duøej

pojemnoúci).

Rys. 2. Schemat elektryczny cyfrowego procesora dźwięku

Montaø i†uruchomienie

Pomimo znacznego stopnia

skomplikowania, uruchomienie

procesora jest doúÊ proste, w†wiÍk-

szoúci przypadkÛw polega na w³¹-

czeniu zasilania. Nieco gorzej, lecz

wcale nieüle, wygl¹da montaø uk³a-

dÛw IC1, IC3 i†IC4. Alesis produ-

kuje te uk³ady wy³¹cznie w†obu-

dowach SMD, ale szczÍúliwie od-

stÍpy pomiÍdzy ich wyprowadze-

niami s¹ doúÊ duøe. Montaø urz¹-

dzenia warto rozpocz¹Ê od tych

w³aúnie uk³adÛw. Najprostszym

sposobem ich przylutowania jest

pozycjonowanie uk³adu za pomoc¹

pensety i, po u³oøeniu uk³adu

w†odpowiednim miejscu p³ytki

drukowanej, przygrzanie jego skraj-

Elektronika Praktyczna 9/2002

Cyfrowy procesor dźwięku

nych wyprowadzeÒ do cyny znaj-

duj¹cej siÍ na polu lutowniczym.

Dopiero teraz moøna rozpocz¹Ê

lutowanie wszystkich wyprowa-

dzeÒ. Konieczne jest delikatne po-

stÍpowanie z†uk³adem tak, aby go

zbyt mocno nie poruszyÊ, naleøy

takøe zwrÛciÊ uwagÍ na moøliwoúÊ

przegrzania struktury pÛ³przewod-

nikowej, w†zwi¹zku z†czym czas

lutowania naleøy ograniczyÊ do

minimum.

Inn¹ moøliwoúci¹ jest przykle-

jenie obudowy uk³adu do p³ytki

za pomoc¹ niewielkiej kropli kle-

ju (jak np. butapren) i†lutowanie

wyprowadzeÒ po jego zaschniÍ-

ciu. Utrudnia to jednak ewentu-

alny demontaø uk³adu.

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R2, R3: zwory

R4: 10

Ω

R6...R8, R14, R15: 220

Ω

R9...R12, R16...R19: 2,2k

Ω

R13, R20...R22, R25, R26, R33, R34:

4,7k

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej

Ω

R23, R24, R27, R28: 11k

Po przylutowaniu uk³adÛw IC1,

IC3 i†IC4 moøna rozpocz¹Ê mon-

taø pozosta³ych elementÛw, zgod-

nie ze schematem montaøowym

pokazanym na rys. 3 .

Do zasilania procesora düwiÍ-

ku konieczny bÍdzie transforma-

tor o†napiÍciu wyjúciowym 8...9

VAC i†mocy co najmniej 5†W.

Przy wyøszych napiÍciach na

wtÛrnym uzwojeniu transformato-

ra moøe okazaÊ siÍ konieczne

przykrÍcenie do obudÛw stabili-

zatorÛw IC10...IC12 radiatora (lub

radiatorÛw). W†przypadku zamon-

towania pojedynczego radiatora

trzeba odizolowaÊ elektrycznie od

niego IC12!

Potencjometry P1 i†P2 s¹ mon-

towane poza p³ytk¹. Po³¹czenia

moøna dokonaÊ za pomoc¹ zwyk-

³ego przewodu nieekranowanego

pod warunkiem zminimalizowa-

nia d³ugoúci po³¹czenia i†zmaksy-

malizowania odleg³oúci pomiÍdzy

przewodami i†transformatorem za-

silaj¹cym.

pokusiÊ o†zastosowanie elektro-

nicznego lub mechanicznego na-

stawnika binarnego. Konfiguracja

stanÛw logicznych na wejúciach

wyboru programu uk³adu IC1

jest taka, øe zwarcie stykÛw

nastawnika powoduje podanie na

jego odpowiednie wejúcie logicz-

nej ì1î.

RolÍ stykÛw wejúciowych

i†wyjúciowych spe³niaj¹ bardzo

wygodne w†praktyce, klasyczne

Cinche montowane bezpoúrednio

na p³ytce drukowanej. Na p³ytÍ

czo³ow¹ obudowy naleøy wypro-

wadziÊ takøe obydwa potencjo-

metry.

Andrzej Gawryluk, AVT

R29...R32: 10k

Kondensatory

C1: 2200

F/16V

C2, C4, C9...C12, C15...C18, C22,

C26...C28, C39...C48: 100nF

C3, C19, C20, C23, C24, C30,

C31, C34, C35: 10

F/10V

C5...C8: 1000

F/25V

F/16V

C21, C25: 4,7nF

C29, C32, C33, C38: 220pF

C36, C37: 470pF

Półprzewodniki

IC1: AL3201

IC2: DS1813

IC3: AL1101

IC4: AL1201

IC5...IC9: NE5532

IC10: 7805

IC11: 7812

IC12: 7912

Różne

X1: 12,28MHz

JP1, JP2, JP3, JP5: pojedyncze

gniazda Cinch do druku

SW1: DIP−switch 4

Opcjonalnie: radiator(y) do

stabilizatorów IC10...IC12,

podstawki DIP8 do układów

IC5...IC9, transformator 220/9VAC

o mocy ok. 5W

Dodatkowe informacje o†uk³a-

dzie AL3201 moøna znaleüÊ na

p³ycie CD-EP8/2002B oraz w†In-

ternecie pod adresami:

http://www.alesis-semi.com/da-

tasheets/3201Dev.zip - kompilator

asmeblera,

http://www.alesis-semi.com/Ap-

pnote3201.htm - link do doku-

mentacji i†not aplikacyjnych

uk³adu AL3201.

Obs³uga procesora...

...sprowadza siÍ do wyboru

rodzaju efektu za pomoc¹ na-

stawnika SW1. W†egzemplarzu

modelowym zastosowano niewy-

godny DIP-Switch, ale w†docelo-

wych rozwi¹zaniach warto siÍ

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

pod adresem: http://www.ep.com.pl/

?pdf/wrzesien02.htm .

Elektronika Praktyczna 9/2002

R5: 1k

P1, P2: 1k

C13, C14: 10

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: