Перейти в чат!
| Предыдущая тема :: Следующая тема |
| Автор |
Сообщение |
Брат Пилот
Член Рок-Клуба, музыкант
Зарегистрирован: 12.06.2003
Сообщения: 3269
Откуда: Север, Хайфа, Акко
|
 Добавлено: Пт Апр 15, 2011 11:10 am Заголовок сообщения: Аналоговый мульти-эффект процессор |
 |
|
И так наконец то я закончил важный этап в моей жизни.... я стал инженером! 8)))
хочу представить на обозрение и на ваш суд фрагменты моей дипломной работы. т.к. музыка играет важную роль в моей жизни, то и дипломный проект был на соответствующую тему.
| Цитата: |
Предложенная система состоит из 5 параллельно коммутируемых преампа\дисторшена . и 4 последовательно коммутируемые модуля обработки.
2 из 5 параллельных и один из последовательных являются опциональными. Их коммутация реализована и в железе и программно, но физически модули не существуют.
В качестве преампов были выбраны Ламповый преамп на базе двойного триода 12АХ7 преамп на полевом транзисторе J201 и известная схема Сансампа ГТ-2 которая построена на базе операционных усилителей и по заявлению авторов эмитирует ламповое звучание.
Последовательные модули состоят из спикер симулятора, тембр блока и регулятора громкости.
Все модули управляются «платой управления» состоящей из дигитальных свитчей (CD4066) и дигитальных потенциометров (X9C104) . «плата управления» получает цифровые сигналы от программного процессора Ниос 2 реализованного на платформе FPGA DE-2. Программная часть проекта написана на ясыке С++ для процессора NIOS II.
Для всех модулей (кроме GT-2 – модернизирован) рассчитан и разработан дизайн схемы. Сделаны дизайны PCB и вытравлены готовые платы и спаянны .
1 Вводная
Проект представляет собой мульти эффект процессор для гитары. Построенный на аналоговой базе и управляемый программируемой системой.
Педал борды музыкантов представляют собой набор отдельных эффектов реализованных в отдельных корпусах, с отдельным питанием и обычно подключаемые последовательно.
Музыкант заранее настраивает каждый сомпбокс используя элементы управления такие как потенциометры и переключатели. Во время выступления или репетиции он может лишь включить или выключить его используя кнопку для нажатия ногой. Если музыканту требуется один и тот же эффект но с разными настройками он вынужден приобрести еще один и настроить его иначе.
Плюсы аналоговых стомпбоксов:
*оригинальное аналоговое звучание
* возможен Натуральный Байпас
Минусы:
*Дороговизна полноценного набора эффектов. А так же его вес и мобильность.
*затруднительная перенастройка во время живой игры.
*невозможность возврата к определенным настройкам (невозможно точно выставить потенциометры в выбранные положения.
Мульти эффект или «все в одном» является замечательным решением для начинающих музыкантов. Потому что покупая одно устройство музыкант получает широкий диапазон доступных виртуальных устройств. Так же Мульти-эффекты гораздо проще и гибче в настройках. Все звуки настраиваются заранее. В живом выступлении музыканту достаточно лишь переключать сохраненные звуки. Однако все эффекты реализованы с использованием математических моделей реальных устройств. Сигнал на входе проходит аналогово - дигитальное преобразование. Обрабатывается одним или более ядер ДСП. И на выходе дигитальный сигнал снова преобразуется в аналоговый. Все эти преобразования вносят свои искажения в начальный сигнал.
Плюсы Мультиэффекта:
* «все в одном» дешевизна относительно аналогичному набору аналоговых примочек
* гибкость коммутации и управления – возможность использовать одни и те же эффекты с разными настройками.
Минусы:
* качество эффектов порой сильно уступает аналоговым эффектам.
* нет натурального байпаса.
Суть представленного проекта в возможности объединить плюсы обеих представленных систем. Линия обработки сигнала остается аналоговой, но все управление и коммутация возложена на дигитальную систему. Используя дигитальные свичи , дигитальные потенциометры и управляющий процессор возможно любой набор аналоговых примочек превратить в мульти эффект процессор.
Перед вами пример реализации Аналогового мульти эффект процессора.
|
описание программных продуктов использованных опустим
| Цитата: |
2 Описание системы (общее)
Создание рабочей системы включает в себя разработку железных модулей и програмной прошивки, которая обеспечит управление системой.
2.1 Программа
Программа реализует интерфейс пользователя и генерирует управляющие сигналы. На ножном контроллере 3 пары кнопок необходимых для контроля. Одна пара – для управления отдельно взятым параметром, вторая – переключение между изменяемым параметром, третья переключение между заранее сохраненными настройками звука. Сохраненный звук представляет собой строку из 16 элементов, которые являются настройками для для системы. Каждая из настроек представляет собой бинарное число определяющее состояние для определенной группы электронных переключателей, или десятичное число определяющее положение средней ноги дигитального потенциометра. Программа работает по принципу слежения за изменением в контрольном регистре. Кнопки управления изменяют данные в контрольном регистре, как следствие система генерирует управляющие сигналы для модуля управления и сохраняет в текущем банке полученные изменения. Переключаясь между банками в контрольный регистр копируются новые данные. Если будут обнаружены изменения то система отреагирует на них.
2.2 Железо
Железная часть проекта состоит из 5 модулей сделанных отдельно. Каждый имеет свой уникальный дизайн схемы и платы. Три параллельных модуля формирования звука - преампа каждый из которых основан на разной элементарной базе, обладающие различными звукообразующими характеристиками. В качестве усиляющего элемента были выбраны триод, JFET, и операционный усилитель. После параллельных модулей в цепи стоят последовательные модули призванные корректировать звук. Спикерсимулятор, Тембр Блок и модуль громкости. Так как модуль громкости состоит лишь из потенциометра , он реализован на модуле управления. Вся коммутация и управление выполняются на модуле управления. Модуль управления получает логические сигналы с DE-2. Так же есть ножной контроллер и блок питания.
3 требования для системы
Проектируемая система должна обладать плюсами систем описанные в вводной. Дать возможность использовать аналоговые устройства как мульти эффект . запоминать настройки и быстро во время живого выступления переключать и перенастраивать аналоговые модули. Предоставить необходимую функциональность аналогицных устройств.
3.1 перечень поставленных задач
1 Выяснение актуальности данной системы на рынке
2 Проектирование системы
3 Проектирование Схем модулей
4 Проектирование PCB
5 Создание PCB
6 Заказ деталей
7 Пайка плат
8 Написание Программной части проекта
9 Тестирование Модулей
10 конечная сборка
11 тестирование системы
3.2 выполнение поставленных задач
3.2.1 Выяснение актуальности данной системы на рынке
Прежде чем начинать разрабатывать систему необходимо выяснить актуальность данной системы на рынке . Полагаясь на свой опыт музыканта (Гитариста и Басиста) и посоветовавшись со знакомыми гитаристами. В результате родилась идея сделать гибридное устройство, которое сочетало бы в себе плюсы различных устройств. Система привлекательна тем, что не требует значительной модернизации готовых устройств. Можно взять любой набор эффектов от известных производителей, заменить переключатели и потенциометры и интегрировать в предложенную систему. Элементарная база необходимая для модернизации эффектов и создания модуля управления для них имеет низкую стоимость. Чип FPGA можно заменить любым контроллером поддерживающий прошивку на языке С+ и имеющий достаточно логических входов \ выходов. Недостаток входов \ выходов можно компенсировать мультиплексерами.
3.2.2 Проектирование системы
В качестве примера реализации системы было принято решение сделать несколько модулей аналоговой обработки звука. Сделанные на отдельных платах. Фактически любой модуль можно собрать в отдельный корпус со стандартным управлением и отличие от серийно выпускаемых эффектов сведется к минимуму. Таким образом появилась возможность напомнить о существовании такого электронного элемента как триод и дать возможность сравнить звук лампы и транзистора. Преамп – как ключевой элемент формирующий АЧХ усилителей являлся отличным способом для реализации сравнения технологий. Были выбраны 3 ключевые технологии использующиеся в усилении звука. Транзистор, Дифференциальный усилитель и триод. Так же в качестве дополнительных модулей были выбраны устройства корректирующие звук. Спикер симулятор и тембр блок. Спикерсимулятор - электронное устройство имитирующее влияние гитарного динамика на звук. Как известно , звук электро гитары в отличии от классической , формируется не только декой инструмента . Совокупность динамика, усилителя и гитары являются полноценным инструментом. Не всегда есть возможность использовать полноценный электрогитарный тракт, например играя дома напрямую в линейный усилитель. В таких случаях эмуляторы гитарных динамиков не заменимы. Тембр блок необходим для коррекции выходного сигнала. Разные стили, технические приемы игры требуют различного звучания одного и того же инструмента. Для подстройки окраса звучания используется тембр блок.
Управляющий модуль представляет собой набор дигитальных переключателей и дигитальных потенциометров. Количество элементов зависит от количества используемых аналоговых модулей, каждый из которых требует коммутацию, переключатели, потенциометры в том или ином количестве.
3.2.3 Проектирование Схем модулей
Преамп на операционном усилителе
Модуль преампа основанный на операционных усилителях взят из известного устройства фирмы Tech21 SanSamp GT-2 . из которого был убран встроенный спикерсимулятор (IC3a и IC3b) и тембр блок (IC4a и IC4b). Так же была модернизирована схема:
Переключатели S3A S3B S2A и потенциометр на 100к регулирующий входной сигнал в IC2a вынесены на модуль управления.
Преамп на триоде.
Преамп на триоде из двух усилительных каскадов класса А с автоматическим смещением. Сигнал усиливаясь первым каскадом через разделительный конденсатор С2 подается на плечо А потенциометра (второе В закреплено на земле) . поделенный сигнал снимается со средней точки потенциометра W и подается на сетку второго каскада . Конденсатор С6 необходим для пропускания высокочастотной составляющей сигнала, для придачи звучанию большей яркости.
Преамп на транзисторах JFET
Так же как и преамп на триодах состоит из двух каскадов с управлением уровня усиления между каскадами. Переменный резистор RV1 расположен на плате, и нужен для тонкой корректировки характера звука. Выход первого каскада подается на плечо А дигитального резистора (плечо В на земле) сигнал на следующий каскад снимается со средней точки W. Так же в эту схему добавлены два переключателя: ULTRA_BASS & ULTRA_HIGH добавляющие в звучание верхней и нижней составляющей. ULTRA HIGH соединяет плечи A и W потенциометра через конденсатор (для уменьшения количества проводов в системе он расположен на плате управления) который пропускает высокочастотную составляющую не взирая на уровень усиления в модуле. Переключатель ULTRA BASS закорачивает R7 тем самым образуя R6C4 фильтр низких частот. Второй каскад усиляет уже сформированный сигнал.
Спикер-Симулятор
Для разработки спикерсимулятора необходимо рассмотреть физические процессы происходящие в колонке. Какие нелинейные искажения вносит в звук динамик. Какие резонансы имеет коробка для динамика. Для анализа характеристик была выбранна классическая модель динамика Celestion Vintage 30 , широко применяемых динамиков в гитарных комбоусилителях фирмы Marshall . из даташита взята АЧХ динамика
Из графика можно отметить характерный подъем от 1.5кГц до 4.5кГц, провалы на 7.5кГц и 12кГц. Так же спектр обрезан снизу примерно на 120Гц . Так же необходимо учесть резонансы коробки для динамика. Стандартная коробка для одного динамика на 12инч имеет резонансный подъем на 80-130Гц и провал от 500Гц до 1.8кГц. остальные резонансные частоты не значительны и ими можно пренебречь. Исходя из этих данных был спроектирован спикер симулятор состоящий из одного фильтра высоких частот , одного низких частот , и трех полосных фильтров. Все фильтры второго порядка. Для корректировки крутизны спада АЧХ были добавлены два бустера. Срез фильтра низких частот равен 3.4кГц , высоких 90Гц . заградительные фильры имеют разную добротность и частоты заграждения в 1.7кГц, 7.5кГц и в 19кГц.
Точный расчет фильтров пользы не принес. симуляции в Multysim показали, что воздействие каскадов отрицательно влияют друг на друга. И для получения максимально приближенного к желаемому результату необходимо брать во внимание результаты симуляций, а не исходные данные о пиках и провалах в АЧХ. В результате номиналы фильтров были подобранны так, чтоб график в симуляции соответствовал желаемому.
На графике видны все характерные детали АЧХ спикерсимулятора : Характерный подъем от 0 до 100Гц (40Дб на декаду), Пик на 80-120Гц (+6Дб), провал от 500Гц до 2.4кГц (-3.5Дб) , пик от 2.4кГц до 4.1кГц (до +8Дб) с последующим спадом (-100Дб на декаду), провал 7.5кГц (-30Дб), небольшой горб на 12 кГц (-23Дб). После тщательной подгонки графика к желаемому результату номиналы элементов фильтра был признанны оптимальными.
Тембр Блок
Для реализации модуля тембр блока была выбрана стандартная схема Ее преимущество в том, что в нейтральном положении потенциометров схема никак не влияет на АЧХ входного сигнала. Для корректировки звука в средней полосе так же был выбран активный фильтр полосный фильтр так же не влияющий на АЧХ в среднем положении потенциометра. Номиналы подобранны так, чтоб полосный фильтр имел широкую добротность с основной частотой 600Гц . Фильтры низких и высоких частот имеют пологую атаку, что благоприятно сказывается на восприятии его действия на слух. Все 3 фильтра имеют отрицательную обратную связь и способны усиливать сигнал до 16-18Дб. Полученная в результате схема приведена ниже.
Модуль управления
Определившись с количеством используемых модулей, и необходимых им элементов управления стало возможным спроэктировать модуль управления. Фактически на него вынесены все потенциометры , переключатели и коммутация модулей. В случае с преампом на JFET так же был вынесен один конденсатор для уменьшения количества проводов в системе. Подключение потенциометров и переключателей аналогично их подключению если бы они находились на аналоговых модулях, т.е. если изначально предпологалось, что потенциометр одним плечом соединен с землей, то и в данном случае это выполняется, земля у вей системы общая. Распиновка Разъема для подключения DE-2 взята из даташита . Модуль управления в отличии от других модулей получает питание от DE-2. Модуль громкости состоит из самого потенциометра и расположен на модуле управления.
3.2.4 Проектирование PCB
Для разработки PCB был использован программный пакет Proteus 7 ARES. При разведении плат были поставлены несколько задач.
1) минимальная площадь плат
2) необходимость учитывать габариты деталей
3) группирование (по возможности) выводов
полученный результат предоставлен ниже:
3.2.5 Изготовление PCB
Для изготовления PCB была применена лазерно-утюжная технология. Зеркальное отображение дорожек печатается на специально подобранной бумаге. Бумага подбирается опытным путем. И с помощью утюга переносится на подготовленный текстолит. От нагрева тонер прилипает к меди. Затем бумагу размачивают и удаляют с текстолита. Тонер химически нейтрален к веществам используемых для травления плат. Подготовленный текстолит помещают в раствор для травления (хлорное железо, медный купорос) . после травления необходимо покрыть оловом все дорожки для защиты от коррозии и просверлить отверстия. Диаметр которых подбирается в зависимости от величины ножек деталей \ проводов. После сверления плата готова для дальнейшей работы.
3.2.6 Заказ деталей
Подбор деталей производился полагаясь на личный опыт. Есть некоторые общепринятые предпочтения при изготовлении аудио устройств. Например очень не желательно использовать керамические и электролитные конденсаторы в сигнальных цепях. Пленочные конденсаторы вносят меньше искажений. Не «мылят» звук. Почти все конденсаторы в проекте пленочные WIMA , есть несколько высоковольтных и несколько электролитных (пленочных таких емкостей не производят). Необходимо так же учитывать габариты элементов. библиотеки элементов программы Proteus не всегда соответствуют реальным деталям. Сопротивления все на 0.25W металло-пленочные . металло-пленочные резисторы обладают меньшим уровнем собственных шумов по отношению к карбоновым. Для предохранения от статического напряжения и перегрева при пайке, всем силиконовым элементам на плату припаян сокет. Использование сокета так же облегчает замену элемента, чем сильно упрощает поиск неисправности. После подбора деталей заказ был сделан в интернет магазине.
3.2.7 Пайка плат
Во время пайки использовался не кислотный флюс и паяльный жир. Припой маркирован как ROHS-5. При установке деталей в отверстия на платах и пайке соблюдались общепринятые технологические стандарты.
3.2.8 Написание Программной части проекта
Перед написанием необходимо определить задачи стоящие перед программой прошиваемой в FPGA. Программа должна обеспечивать работу интерфейса. Обслуживать нажатие кнопок управления и производить непрерывный мониторинг статуса системы на семи сегментные индикаторы. Обнаружив изменения вызванные пользователем необходимо сохранить эти изменения , а так же отреагировать в зависимости от характера изменений. Программа работает в режиме бесконечного цикла , в котором происходит слежения за изменениями ключевых индексов и регистров. изменения сохраняются в основном регистре и в банке пресетов соответственно активному индексу пресета. Параллельно слежению происходит непрерывное сравнения временных регистров и эталонных, при не соответствии генерируется необходимый сигнал на соответствующем выходе и изменяется состояние временного регистра и так до тех пор , пока временный регистр не будет равен эталонному. При переключении между пресетами, программа извлекает из флеш памяти «образ» звука и копирует его в основной регистр.
программа пишется на языке С++ и загружается в процессор NIOS II
|
дальше идут результаты тестирования.... графики и прочее.. если интересно опубликую....
| Цитата: |
3.2.10 Футсич
Для управления системой был собран интерфейс. Музыканты используют разные звуки во время одной композиции, по этому переключение между зарание записанными звуками должно быть с помощью ножного контроллера. Две большие кнопки внизу контроллера выполняют функцию переключения между заготовленными звуками (комбинациями настроек).
две кнопки расположенные на верхней левой части контроллера выбирают какой именно параметр в данный момент будет меняться. А меняется он с помощью двух кнопок расположенных в верхней части справа.
На электронной схеме ножного контроллера видно, что каждая кнопка имеет свой пулап и зашунтирована
конденсатором для уменьшения влияния шумов при нажатии.
|
остальные главы я думаю мало интересны....
если кому интересны графики спектрального анализа модулей - я добавлю.
если кого интересуют семплы я конечно могу сделать, но суть проекта не в звучании а в функциональности. семплы заказывать сразу. потому как FPGA мне на сл неделе надо вернуть. проект разобрать и существовать он будет дальше в виде отдельных модулей.
ЗЫ: на днях будет опубликован отчет о ламповом преампе для баса на котором я сейчас играю. |
|
| Вернуться к началу |
|
 |
Мясоруб
Гость: Подполковник
Зарегистрирован: 05.07.2003
Сообщения: 746
Откуда: Центр-Восток, Иерусалим
|
| Добавлено: Пт Апр 15, 2011 11:53 am Заголовок сообщения: вау |
|
|
| КОПАТЬ! |
|
| Вернуться к началу |
|
|
Ебурашка
Член Рок-Клуба, музыкант
Зарегистрирован: 23.07.2004
Сообщения: 1142
Откуда: Юг, Беер-Шева
|
| Добавлено: Пт Апр 15, 2011 12:25 pm Заголовок сообщения: |
|
|
респектище блеать ! \m/
но сид говорит что ты все равно паяешь хуево уахаха   |
|
| Вернуться к началу |
|
|
d0c
Создатель Рок-Клуба
Зарегистрирован: 17.02.2003
Сообщения: 11119
Откуда: Haifa
|
| Добавлено: Пт Апр 15, 2011 3:35 pm Заголовок сообщения: |
|
|
а где ты это опубликовал?  |
|
| Вернуться к началу |
|
|
Брат Пилот
Член Рок-Клуба, музыкант
Зарегистрирован: 12.06.2003
Сообщения: 3269
Откуда: Север, Хайфа, Акко
|
| Добавлено: Пт Апр 15, 2011 6:39 pm Заголовок сообщения: |
|
|
Масоруб коментарий не понят. 8)))))
Ебурашка сид видел девайсы полутора годовалой давности.. тут даж моя жена не прикопалась... по поводу пайки... 8)))
dOc вопроса не понял.. всмысле?
_________________
Приходите к нам засранцы, ждут вас выпивка и танцы! |
|
| Вернуться к началу |
|
|
d0c
Создатель Рок-Клуба
Зарегистрирован: 17.02.2003
Сообщения: 11119
Откуда: Haifa
|
| Добавлено: Пт Апр 15, 2011 6:50 pm Заголовок сообщения: |
|
|
ну ты цитировал откуда-то;)
ты не выкладывал в интернет? только здесь? |
|
| Вернуться к началу |
|
|
Вадим
Гость: Капитан
Зарегистрирован: 02.07.2004
Сообщения: 375
Откуда: T-A
|
| Добавлено: Сб Апр 16, 2011 2:59 am Заголовок сообщения: |
|
|
ебанаврот....снимаю перд тобой шляпу хотя бы только за порядок и распределение глав проэкта:)) работы проделано я вижу, немало..
круть!!!! |
|
| Вернуться к началу |
|
|
dave
Гость: Майор
Зарегистрирован: 07.03.2007
Сообщения: 400
|
| Добавлено: Сб Апр 16, 2011 10:28 am Заголовок сообщения: Re: Аналоговый мульти-эффект процессор |
|
|
| Брат Пилот писал(а): | | описание программных продуктов опустим |
а зря! |
|
| Вернуться к началу |
|
|
sumoelevator
Гость: Подполковник
Зарегистрирован: 02.02.2009
Сообщения: 821
Откуда: Петах Тиква
|
| Добавлено: Сб Апр 16, 2011 10:36 am Заголовок сообщения: |
|
|
супер!
выставь фото самого девайса, плиз:) |
|
| Вернуться к началу |
|
|
Брат Пилот
Член Рок-Клуба, музыкант
Зарегистрирован: 12.06.2003
Сообщения: 3269
Откуда: Север, Хайфа, Акко
|
| Добавлено: Сб Апр 16, 2011 1:11 pm Заголовок сообщения: |
|
|
d0c цитата из дипломного проекта. нигде больше пока не публиковал.
sumoelevator будет тебе фото самого девайса, ток зачем?!
все модули которые ты видел + лампа + сверху стоит ирка FPGA (здоровая такая) которую по идее можно заменить маленьким контроллером.
dave
Quartus II 9.0
Nios II IDE 9.0
Proteus 7 (ISIS and ARES)
MultySim 9
Right Mark Audio Analyzer 6.2.3
описание программ я писать не буду... сорри.
_________________
Приходите к нам засранцы, ждут вас выпивка и танцы! |
|
| Вернуться к началу |
|
|
|
|
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
|
Error: Cache dir: Permission denied!
Warning: fopen(/home/www/web10/web/setlinks_22c00/cache/rock-club.org.links): failed to open stream: Permission denied in /home/www/web10/web/setlinks_22c00/slclient.php on line 163
Powered by phpBB © 2001, 2005 phpBB Group
|
Альбом
FAQ 
Поиск
Пользователи
Группы
Регистрация
Профиль
Войти и проверить личные сообщения
Вход
