Дослідження компонентів апаратної системи реверберації

Коваль, Владислав Вячеславович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6824

Title:	Дослідження компонентів апаратної системи реверберації
Authors:	Лукашенко, Валентина Максимівна Коваль, Владислав Вячеславович
Issue Date:	Jan-2025
Abstract:	Метою кваліфікаційної роботи магістра є підвищення ефективності ревербератора за рахунок компонентів з найкращими параметрами через порівняльний аналіз множини існуючих моделей операційного підсилювача та процесору. Об’єкт дослідження – процеси відомих ревербераторів. Предмет дослідження – ревербератор та його компоненти. У результаті виконання досліджень отримано наступні наукові і практичні результати: 1. Розроблено реляційну модель даних за основними параметрами ревербераторів, яка дозволяє структуровано зберігати інформацію про технічні характеристики різних типів ревербераторів, спрощуючи їх аналіз і порівняння. Описано сферу застосування різних типів ревербераторів та їх недоліки та переваги. Візуалізація результатів допомагає на 60% швидше визначити тип ревербератора залежно від його призначення, зокрема студійні, сценічні чи аматорські моделі. 2. Розроблені образно-знакові моделі для визначення найкращих компонентів ревербератора за основними параметрами. Візуалізація отриманих даних дала змогу обрати процесор (HT8970) враховуючи взаємозв’язки між багатьма ключовими параметрами, такими як динамічний діапазон, рівень шумів та частотна характеристика, та обрати оптимальний операційний підсилювач (LM358D), що найкраще відповідає вимогам проекту, зокрема за критеріями енергоефективності, стабільності роботи та низького рівня спотворень. Таким чином, дослідження сприяло вдосконаленню функціональних характеристик ревербератора та забезпечило оптимізацію його ключових компонентів. 3. Представлено образно-знакову модель ревербератора на базі процесора HT8970. Вона відображає ключові елементи конструкції та принципи роботи пристрою, що сприяє кращому розумінню його функціонування. 4. Спроектовано та досліджено електричну принципову схему ревербератора. Розробка відрізняється кількома ключовими особливостями, які підвищують її ефективність та зручність використання:  використання сучасних компонентів: Завдяки застосуванню сучасних елементів із високими технічними характеристиками, а також невеликій їх кількості, пристрій забезпечує високу надійність і довговічність;  універсальність: пристрій здатний адаптуватися до широкого спектра умов експлуатації;  вдосконалена схема підсилення: використання вдосконаленої схеми підсилення забезпечує низький рівень шумів, мінімальні спотворення та широкий динамічний діапазон сигналу.  перероблена схема живлення: стандартна двополярна схема живлення операційного підсилювача була перероблена на однополярну, що спрощує конструкцію, знижує енергоспоживання та спрощує сумісність із джерелами живлення. У результаті запропонований ревербератор поєднує в собі простоту конструкції, високу якість звуку та універсальність, що робить його конкурентоспроможним рішенням для різних застосувань в області обробки звуку.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6824
Appears in Collections:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
М_123_2024_Коваль+.pdf Restricted Access		3.32 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ
СИСТЕМ

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеню «магістр»

на тему: ДОСЛІДЖЕННЯ КОМПОНЕНТІВ АПАРАТНОЇ СИСТЕМИ
РЕВЕРБЕРАЦІЇ

Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу,
групи МАКІТ-2309
спеціальності 174 – Автоматизація,
комп’ютерно-інтегровані технології та
робототехніка, освітня програма
“Автоматизація комп'ютерно-інтегровані
технології та робототехніка”
Коваль Владислав Вячеславович
(Прізвище ім’я по-батькові)

Керівник Лукашенко Валентина Максимівна
(Прізвище ім’я по-батькові)

Рецензент _____________________________
(Прізвище ім’я по-батькові)

Черкаси 2024 року

ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ ТА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ................................. 4
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ ................................................... 5
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ МОДЕЛЕЙ РЕВЕРБЕРАТОРІВ ТА
ЇХ ПАРАМЕТРІВ ................................................................................................ 9
1.1 Основні визначення та поняття ................................................................ 9
1.2 Типи ревербераторів ................................................................................ 12
1.3 Основні параметри ревербераторів ........................................................ 17
1.4 Особливості основних компонентів АЦП ревербератора ................... 20
1.5 Аналіз існуючих цифрових ревербераторів .......................................... 27
1.5.1 Студійні моделі ревербераторів ....................................................... 27
1.5.2 Моделі педалей-ревербераторів(reverb pedals) ............................... 31
1.5.3 Звукові карти з вбудованим ревербератором ................................. 37
1.6 Порівняльний аналіз даних за параметрами існуючих ревербераторів.
.......................................................................................................................... 41
1.7 Сфера застосування та особливості ревербераторів. ........................... 42
Висновки до розділу ...................................................................................... 44
РОЗДІЛ 2. ВИЗНАЧЕННЯ НАЙКРАЩИХ КОМПОНЕНТІВ
РЕВЕРБЕРАТОРА ЗА ОСНОВНИМИ ПАРАМЕТРАМИ ........................... 46
2.1 Аналіз сучасних моделей процесорів ревербераторів ......................... 46
2.2 Аналіз сучасних моделей операційних підсилювачів .......................... 51
Висновки до розділу ...................................................................................... 69
РОЗДІЛ 3. ПОБУДОВА ВИСОКОЕФЕКТИВНОГО РЕВЕРБЕРАТОРА ... 70
3

3.1 Образно - знакова модель структури та електрична принципова схема
ревербератора. ................................................................................................ 70
3.2 Удосконалення режимів визначеного ребрбератора. ........................... 75
3.3 Дослідження амплітудно – частотних характеристик визначеного
операційного підсилювача LM358D. ........................................................... 77
Висновки до розділу ...................................................................................... 83
ВИСНОВКИ ....................................................................................................... 84
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ......................................................... 86

4

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ ТА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

MIDI Musical Instrument Digital Interface
SMD SurfaceMountedDevice
USB UniversalSerialBus
PCI PeripheralComponentInterconnect
PCI-E Peripheral Component Interconnect Express
ОП операційний підсилювач
ЦАП цифрово-аналоговий перетворювач
АЦП аналогово-цифровий перетворювач
КНС коефіцієнт нелінійних спотворень

5

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність
Ефект реверберації є важливою частиною обробки аудіосигналів в
звукорежисурі для кіноіндустрії, телебачення, та музиці. При розробці
моделі ревербератора найважливішим є параметри процесора, а саме
напруга живлення та робочий діапазон температур, при яких може
працювати надійно, параметр часу затримки–впливає на те, яким буде
вихідний сигнал, і КНС, що в свою чергу впливає на суму спектральних
компонентів сигналу на виході.
Зручний спосіб оцінити вплив цих параметрів на ефективність і
надійність приладу — це використання методів, які дозволяють аналізувати
кілька параметрів водночас. Крім того, через погіршення економічної
ситуації в країні, дороговартісні моделі різних типів ревербераторів стають
менш доступними.
В роботах, Бажинова А. В., Котова С. Т., Барчукова В. С.,
Рибакова О. С., Калінчука В. Г. та ін., Розглядаються методи покращення
якості проєктування ревербераторів. Однак недостатньо розкрито, як із
великої кількості моделей обрати оптимальну за багатьма параметрами
одночасно [18-21]. Оскільки такий підхід і його візуалізація сприяють
скороченню часу на розробку нових пристроїв, дослідження взаємозв’язків
визначених параметрів ревербераторів на їхній основі є актуальним і
важливим завданням.

6

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами
Напрямок дослідження магістерскої роботи пов'язаний з планом
науковиx досліджень Черкаського державного технологічного університета
у межах науково - дослідної роботи: «Методи, моделі при обробці
інтелектуальних, інформаційних технологій для високоефективних
обчислювальних та локальних підсистем управління в проблемно-
орієнтованих системах».
Мета і задачі дослідження
Метою дослідження в магістерській роботі є підвищення ефективності
ревербератора за рахунок компонентів з найкращими параметрами через
порівняльний аналіз множини існуючих моделей операційного підсилювача
та процесору.
Для досягнення цієї мети необхідно виконати наступні завдання:
− аналіз існуючих моделей ревербераторів та їх параметрів;
− визначення найкращих компонентів ревербератора за основними
параметрами;
− побудова високоефективного ревербератора.
Об’єкт дослідження – процеси відомих ревербераторів.
Предмет дослідження – ревербератор та його компоненти.
Методи дослідження базуються на теорії розмірностей, теорії
цифрових автоматів, теорії передачі сигналів.
Наукова новизна отриманих результатів
– запропоновано узагальнену математичну модель взаємозв’язків
визначених параметрів цифрових ревербераторів;
– розроблено умовні критерії теорії розмірностей по визначальним
величинам і надано їм фізичне тлумачення;
7

– побудувано знакову модель залежностей технічних компонентів
процессорів в безрозмірних координатах.
– синтезовано узагальнену математичну модель взаємозв’язків
визначених параметрів операційних підсилювачів;
– побудувано знакову модель залежностей технічних компонентів
операційних підсилювачів в безрозмірних координатах.
Практичне значення одержаних результатів
На основі запропонованих методів дослідження розроблено образно -
знакову модель і електричну принципову схему пристрою ревербератора.
Апробація результатів.
Основні положення дослідження доповідалися і обговорювалися на
конференціях:
- Міжнародна науково-практична інтернет-конференція «Інновації та
перспективні шляхи розвитку інформаційних технологій» ЧДТУ: 06
грудня 2023р.
- Студентська науково-практична конференція ЧДТУ: 23-24 квітня
2024р.
Публікації.
Коваль В.В. Інформаційно-логічна модель процесу формування
технічного завдання замовником та проектувальником / В. В. Коваль, В. М.
Лукашенко // Збірник тез доповідей студентської науково-практичної
конференції ЧДТУ: 23-24 квітня 2024 р. [Електронний ресурс] / [упоряд. :
Єгорова О. В., Захарова О. В., Тичков В. В. та ін.] ; М-во освіти і науки
України, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси : ЧДТУ, 2024. – С. 9.
Коваль В.В. Метод підвищення ефективності компонентів
автоматизованих локальних підсистем управління / В. В. Коваль, Г.А.
Лукашенко, В. М. Лукашенко // Збірник тез доповідей ІІ Міжнар. наук.-
8

практич. конфер. «Інновації та перспективні шляхи розвитку інформаційних
технологій» (06 груд. 2023 р., м. Черкаси) [Електронний ресурс] / упоряд. :
Т. О. Прокопенко, Я. В. Тарасенко ; М-во освіти і науки України, Черкас.
держ. технол. ун-т. – Черкаси : ЧДТУ, 2023. – С.33.
Структура магістерської випускної роботи. Магістерська випускна
робота складається із загальної характеристики роботи, трьох розділів,
висновків, списку використаних джерел. Загальний об’єм магістерської
випускної роботи складає 90 сторінок, 45 рисунків, 22 таблиць. Список
використаних джерел містить 50 найменувань.
9

РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ МОДЕЛЕЙ РЕВЕРБЕРАТОРІВ ТА
ЇХ ПАРАМЕТРІВ

1.1 Основні визначення та поняття

Реверберація залишкове відлуння у замкненних приміщеннях
(кімнатах), що утворюється за допомогою багатократного відбиття від
поверхонь та одночасного поглинання звукових хвиль. Реверберація
характеризується проміжком часу, протягом якого сила звуку зменшується
на 60 дБ.
Явище реверберації полягає у суперпозиції різних ехо сигналів від
одного джерела звуку. Ефект звукової реверберації можна відчувати в
закритих приміщеннях після вимкнення джерела звуку (рис.1.1).
2
4
1
3
Рис. 1.1. Образна модель розповсюдження звукового сигналу в концертному залі

1 – джерело звуку; 2 – прямий звук; 3 – перші відбиття; 4 – ранні відбиття.

10

Слухове враження, що створюється реверберацією, залежить від
контексту і визначається у відділах головного мозку. Зазвичай надлишкова
тривалість реверберації призводить до неприємного гулу, „порожнечі”
приміщення, а недостатня - до різкого уривчастого звучання. Штучно
створювана реверберація в певних межах сприяє поліпшенню якості
звучання, створюючи відчуття „резонансу” приміщення.
На рис.1.2 схематично показано рівень розповсюдження сигналу в
приміщенні після збудження звуковим імпульсом.

Рис. 1.2. Реверберація та її звукові компоненти

З рис.1.2 слідує, що імпульсна характеристика сигналу в приміщенні
після збудження звуковим імпульсом складається з чотирьох частин:

1. Прямий звук – перший звук, який потрапляє від джерела до слухача
і має найбільшу інтенсивність. Згідно з дослідженнями Хельмута Гааса,
11

суб'єктивна оцінка локалізації джерела звуку визначається саме прямим
звуком і відбиттями, що приходять протягом 1 мс.[48]
2. Час затримки першого відбиття, що позначають ITDG або t1 –
часовий інтервал між сприйнятим слухачем прямим звуком і його першим
відбиттям. Значення цього параметру визначає суб'єктивне враження
величини приміщення. З дослідів Лео Беранка випливає, що в кращих
концертних залах t1 для слухача, що сидить у центрі залу це значення
становить від 15 до 30 мс. Звідси випливає, шлях, який долає відбитий звук
має бути на 5 – 10 метрів довшим ніж шлях прямого звуку. Якщо значення t1 є
завеликим (від 50 до 70 мс), у слухача виникне враження перебування у
величезному просторі. Відбиття із запізненням понад 100 мс сприймається
як луна.[49]
3. Ранні відбиття – це відбиття, що приходять до слухача через 80 мс
після прямого звуку. Х. Гаас дослідив, що відбиття із часом затримки 20-50
мс справляють враження збільшення гучності прямого сигналу. Звуки, що
затримуються на 40 мс посилюють враження акустичної близькості. Для
досягнення повноти звучання, ранні відбиття повинні приходити з
якнайбільшої можливої кількості напрямків.
4. „Хвіст” реверберації – складається з великої кількості відбиттів
звуку. Інтервали між відбиттями сигналу настільки короткі, що „хвіст”
реверберації має характер поступово зникаючого продовження прямого
сигналу. У залежності від матералів, оздоблення приміщень, „хвіст” може
зникати повільно або раптово, що виражається у часі реверберації
приміщення.

12

1.2 Типи ревербераторів

Ревербератор – пристрій, необхідний для досягнення штучного ефекту
реверберації (прикладом природної реверберації може слугувати печера або
кільцеподібна система гір).
Типи ревербераторів:
1. Ревербераційна камера – винайдена в 1930-х роках. Фактично являє
собою кімнату, в якій звук, по можливості, повністю відбивається від
поверхонь.
Стіни таких кімнат виготовляють із залізобетону і цеглини, а
опорядження робиться за допомогою матеріалів з мінімальним
звукопоглинанням, наприклад мармур.
Дифузійність звукового поля досягається завдяки неправильності
форми ревербераційної камери:
• непаралельність поверхонь;
• спеціально створені нерівності.
Дифузійний звук визначає нерівномірність АЧХ ревербератора в
частотній полосі в 1 Гц. Чим більше нерівномірність АЧХ – тим більш
насиченим є ревербераційне відлуння і тим менш він тонально окрашений.
Тональна окраска – негативний фактор, який говорить про те, що
приміщення має своє інтонаційне забарвлення.
Приклад ревербераційної камери зображено на рис.1.3, де можна
побачити спеціально спроєктоване приміщення. Така конструкція дозволяє
створювати природний ефект реверберації, необхідний для акустичних тестів
або вивчення поведінки звуку в замкнутому просторі. Камери подібного типу
застосовуються в наукових дослідженнях, розробці аудіообладнання та
інших сферах, де важлива точність відтворення звукового середовища.
13

1
2

Рис. 1.3. Ревербераційна камера
1 – відбиваючі поверхні; 2 – стійки для мікрофонів.

Звук подається у камеру через гучномовець (рис.1.3), який стоїть в
одному кінці, де багаторазово відбивається від стін, і записується
мікрофоном, який розташований в іншому кінці.
2. Пластинчатий ревербератор (Plate Reverb).
В основі його конструкції уміщеній в сталеву раму електромеханічний
перетворювач, який прикріплений до металевої пластини. Він перетворює
звуковий сигнал на коливання пластини (як котушка в гучномовця).
Звукознімач фіксує збудження пластини, та перетворює у звуковий сигнал. В
пізніших конструкціях для отримання стерео-сигналу використовуються два
звукознімачі. Час реверберації регулюється в такій системі за допомогою
фільців – їх наближення до пластин зменшує час реверберації, але фільц
14

ніколи не доторкається до глушителя панелей. На рис. 1.4 зображено приклад
пластинчатого ревербератора.

Рисунок 1.4. Пластинчатий ревербератор

Пластинчатий ревербератор характеризується ясним, легким
металевим звучанням. Широко використовується в різних напрямках
музики. Частіше використовується для запису вокалу та ударних
інструментів. Але габаритні розміри (1200мм / 2400мм) дозволяли
використовувати його лише стаціонарно в студіях.

15

3. В основі пружинного ревербератора - пружина, яка коливається
завдяки електромагнітному перетворювачу (подібно як в пластинчатому
ревербераторі). На протилежному кінці пружини розташован звукознімач,
що перетворює коливання пружини у звуковий сигнал.

На рис. 1.5 зображено приклад пружинного ревербератора.

Рис. 1.5. Пружинний ревербератор
16

Завдяки низькій вартості пружинні ревербератори часто
використовувалися в напів-професійному звукозаписі. Також його
використовували для створення спецефектів за допомогою їх струшування
чи ударів по них.
4. Цифровий ревербератор – прилад, в основі якого лежить цифрова
обробка звуку.

На рис. 1.6 зображено приклад першого цифрового ревербератора.

Рис. 1.6. Цифровий ревербератор

17

Прості алгоритми реверберації використовують зворотний зв'язок для
розгалужених ліній затримки, завдяки чому генерується велика кількість
затухаючих повторень вихідного звуку. Складніші алгоритми емулюють
часову і частотну характеристики реальних приміщень (на підставі
вимірювань коефіцієнту поглинання і інших параметрів). [16]
Всі сучасні цифрові ревербератори можна умовно розділити на кілька
типів залежно від технології, якості та області застосування.
Найпростішу групу становлять пристрої реверберації, застосовувані в
мультимедійних звукових картах. Зазвичай, в даному випадку, можна
керувати лише глибиною ефекту, інші керовані параметри відсутні.
Професійні і напівпрофесійні звукові карти, музичні інструменти та
звукові модулі, як правило, мають вбудовані процесори ефектів, в яких
можна вибирати тип реверберації і управляти її параметрами. Вважається, що
найбільшу якість і гнучкість мають окремі модульні процесори ефектів.
Серед них є хороші універсальні, для яких реверберація - один з безлічі
доступних ефектів, і спеціалізовані студійні ревербератори.

1.3 Основні параметри ревербераторів

Найякісніші ревербератори дозволяють регулювати багато параметрів,
завдяки яким можна досягти заданий звуковий ефект.
Основні параметри:
1. Затухання. Якщо в приміщенні, в якому поширюється звук,
переважають тверді поверхні, "хвіст" реверберації буде звучати ясно і досить
жорстко. М'які об'єкти у приміщенні, такі, як килими, штори призводять до
поглинання високих частот, в результаті чого виникає кращий звук
реверберації.
18

2. Приглушення частот – параметри окреслюють смугу частот, що
проходять через реверберацію. Якщо ефект звучить занадто „металево”,
зменшують рівень високих тонів, починаючи від 4-8 кГц.
Приглушення низьких частот сприяє зменшенню бубнявого,
замуленого звуку. Наприклад, якщо у вихідному матеріалі є бас-гітара і
барабани, які призводять до неприємного ефекту реверберації звуків
низького регістру, можна виставити цей параметр на частоти 100-200 Гц для
пониження ефекту замулення.
3. Розсіяння ранніх відбиттів - регулює щільність появи перших
відбиттів. Збільшення „потовщує” звучання реверберації. Зменшення
розсіяння застосовують для вокалу і клавішних педалей. Відмінно підходить
для ударних. У деяких програмах є можливість незалежної регуляції
розсіяння для „хвоста” реверберації.
4. Величина приміщення. Коли реверберація починає резонувати на
звуках певної частоти, зміна цього параметра може поліпшити ситуацію.
5. Час згасання - визначає, як довго тривають відбиття, поки вони не
вичерпають своєї енергії.
6. Ранні затримки. Затримка, з якою реверберація накладається на
прямий звук. Деякі ревербератори надають можливість незалежно
встановити час затримки першого відбиття і „хвіст” реверберації. При
моделюванні реального простору, перше відбиття повинні бути коротшим,
ніж „хвіст”. Збільшення початкової затримки створює враження більшого
простору.
7. Згасання високих/низьких частот. Збільшення часу згасання
високочастотних звуків не має аналогів серед природних реверберацій, але
ефект може добре звучати, оскільки він підсилює читаність.
19

8. Час реверберації визначають як час, протягом якого гучність сигналу
зменшується на 60 дБ (або до 1/1000000 первісного значення). Такий час
позначають математичними символами T60.
Час затримки залежить від багатьох умов:
• геометрична форма приміщення
• опорядження приміщення
• частота звуку
• розташування джерела звуку
• кліматичні умови (вологість і температура)
Формула Себіна використовується для розрахунку часу реверберації:

, (1.1)

де V — це об'єм приміщення;
A — загальний фонд звукопоглинання.

В свою чергу, фонд звукопоглинання розраховується за формулою:

, (1.2)

де ai — коефіцієнт звукопоглинання (залежить від матеріалу, його
дисперсних, або фрикційних характеристик),
Si — площа кожної поверхні.[14, 15]
Враховючи що основновним компонентом ревербератора є АЦП, то нижче
розглядаються їх типи та особливості.

20

1.4 Особливості основних компонентів АЦП ревербератора

АЦП, аналого-цифровий перетворювач — пристрій, що перетворює
вхідний аналоговий сигнал в цифровий сигнал (дискретний код).[7, 8]
АЦП прямого перетворення, або паралельний АЦП, містить по
одному компаратору на кожен дискретний рівень вхідного сигналу. На рис.
1.7 зображена схема паралельного АЦП.

Рис. 1.7. Схема паралельного АЦП

де R,R/2 — резистори дільника;
К1…К7 — підсилювачі;
Т — тригери.
21

Паралельні АЦП дуже швидкі, але мають розрядність не більше 8 бітів
(256 компараторів), оскільки, мають велику і дорогу схему.
АЦП цього типу мають дуже великий розмір кристала мікросхеми,
високу вхідну ємність, і можуть видавати короткочасні помилки на виході.
Часто використовуються для відео або інших високочастотних сигналів.
АЦП послідовного наближення, або АЦП з порозрядним
врівноваженням, містить компаратор, допоміжний ЦАП і регістр
послідовного наближення. АЦП перетворить аналоговий сигнал в цифровий
за N кроків, де N — розрядність АЦП. На кожному кроці визначається по
одному біту шуканого цифрового значення, починаючи від СЗР і
закінчуючи МЗР.
На рис. 1.8 зображена схема АЦП послідовного наближення

Рис. 1.8. Схема АЦП послідовного наближення
22

АЦП цього типу одночасно мають високу швидкість і хорошу
розрядність.
АЦП диференціального кодування – містять реверсивний лічильник,
код з якого поступає на допоміжний ЦАП. Вхідний сигнал і сигнал з
допоміжного ЦАП порівнюються на компараторі. Завдяки негативному
зворотному зв'язку з компаратора на лічильник код на лічильнику постійно
міняється так, щоб сигнал з допоміжного ЦАП якомога менше відрізнявся
від вхідного сигналу. АЦП цього типу мають дуже великий діапазон
вхідного сигналу і високу розрядність, але час перетворення залежить від
вхідного сигналу, хоч і обмежено зверху. У деяких АЦП використовується
комбінований підхід: диференційне кодування і послідовне наближення; це
особливо добре працює у випадках, коли відомо, що високочастотні
компоненти в сигналі відносно невеликі.
АЦП порівняння з зубчастим сигналом містять генератор напруги
зубчастої форми, компаратор і лічильник часу. Зубчастий сигнал лінійно
наростає до деякого рівня, потім швидко спадає до нуля. Даний тип АЦП є
найпростішим за структурою і містить мінімальне число елементів. Разом з
тим прості АЦП цього типу володіють досить низькою точністю і чутливі
до температури і інших зовнішніх параметрів. Для збільшення точності
генератор пилоподібного сигналу може бути побудований на основі
лічильника і допоміжного ЦАП, проте така структура не має жодних
переваг в порівнянні з АЦП послідовного наближення і АЦП
диференціального кодування.
АЦП з урівноваженням заряду (до них відносяться АЦП з
двостадійною інтеграцією, АЦП з багатостадійною інтеграцією і деякі інші)
містять генератор стабільного струму, компаратор, інтегратор струму,
тактовий генератор і лічильник. Перетворення відбувається в два етапи
(двостадійне інтегрування). Типова розрядність АЦП цього типу складає від
23

10 до 18 двійкових розрядів. Додатковою гідністю є можливість побудови
перетворювачів, нечутливих до періодичних перешкод (наприклад,
перешкода від мережевого живлення) завдяки точній інтеграції вхідного
сигналу за фіксований часовий інтервал. Недоліком даного типа АЦП є
низька швидкість перетворення. АЦП з урівноваженням заряду
використовуються у вимірювальних приладах високої точності.
Конвеєрні АЦП використовують два або більше кроків -
піддіапазонів. На рис. 1.9 зображена схема конвеєрного АЦП.

Рис. 1.9. Схема конвеєрного АЦП

де ПВЗ1, ПВЗ2 - пристрій вибірки-зберігання;
МЗР - молодший значущий розряд;
СЗР – старший значущий розряд.

На першому кроці проводиться грубе перетворення (з низькою
розрядністю). Після цього визначається різниця між вхідним сигналом і
аналоговим сигналом, відповідним результату грубого перетворення (з
допоміжного ЦАП, на який подається грубий код). Далі знайдена різниця
піддається перетворенню, і отриманий код об'єднується з грубим кодом для
24

набуття повного вигідного цифрового значення. Такі АЦП швидкі, мають
високу розрядність і невеликий розмір.
Сигма-Дельта АЦП(рис. 1.10) - проводить аналого-цифрове
перетворення з частотою дискретизації, що у багато разів перевищує
потрібну і шляхом фільтрації залишає в сигналі тільки потрібну спектральну
смугу.

Рис. 1.10. Схема сигма-дельта АЦП

Більшість АЦП вважаються лінійними, хоча аналого-цифрове
перетворення по суті є нелінійним процесом (оскільки операція
перетворення безперервного простору в дискретне — операція необоротна
і, отже, нелінійна). Термін лінійний стосовно АЦП означає, що діапазон
вхідних значень, що відображається на вихідне цифрове значення, зв'язаний
за лінійним законом з цим вихідним значенням, тобто вихідне значення k
досягається при діапазоні вхідних значень від m(k + b) до
m(k + 1 + b), де m і b — деякі константи.
Константа b, як правило, має значення 0 або −0.5. Якщо b = 0, АЦП
називають mid-rise, якщо ж b = −0.5, то АЦП називають mid-tread.
Якби густина ймовірності амплітуди вхідного сигналу мала
рівномірний розподіл, то відношення сигнал/шум (стосовно шуму
квантування) було б максимально можливим. З цієї причини зазвичай перед
квантуванням за амплітудою сигнал пропускають через безінерційний
25

перетворювач, передавальна функція якого повторює функцію розподілу
самого сигналу. Це покращує достовірність передачі сигналу, оскільки
найбільш важливі області амплітуди сигналу квантуються з кращою
розрядністю. Відповідно, при цифро-аналоговому перетворенні потрібно
буде обробити сигнал функцією, зворотній функції розподілу початкового
сигналу.
Той самий принцип використовується в компандерах, які
застосовуються у магнітофонах і різних комунікаційних системах, він
направлений на максимізацію ентропії.
Голосовий сигнал має лапласовий розподіл амплітуди. Це означає, що
близько нуля, амплітуда несе більше інформації, аніж в області з більшою
амплітудою. Тому логарифмічні АЦП застосовуються в системах передачі
голосу для збільшення динамічного діапазону, що передаються без зміни
якості передачі сигналу в області малих амплітуд.
8-бітові логарифмічні АЦП за-законом або μ-законом забезпечують
широкий динамічний діапазон і мають високий дозвіл в найбільш
критичному діапазоні малих амплітуд; лінійний АЦП з подібною якістю
передачі повинен був би мати розрядність близько 12 біт.
Аналоговий сигнал є безперервною функцією часу, в АЦП він
перетвориться в послідовність цифрових значень. Отже, необхідно
визначити частоту вибірки цифрових значень з аналогового сигналу.
Частота, з якою проводяться цифрові значення, отримала назву частота
дискретизації (sampling rate) АЦП.
Безперервно змінний сигнал з обмеженою спектральною смугою
піддається оцифровці (тобто значення сигналу вимірюються через інтервал
часу T—період дискретизації) і початковий сигнал може бути точно
відновлений з дискретних в часі значень шляхом інтерполяції. Точність
відновлення обмежена помилкою квантування. Проте, відповідно
26

до теореми Котельникова-Шеннона точне відновлення можливе тільки
якщо частота дискретизації вища, ніж подвоєна максимальна частота в
спектрі сигналу.
Оскільки реальні АЦП не можуть провести аналого-цифрове
перетворення миттєво, вхідне аналогове значення повинне утримуватися
постійним принаймні від початку до кінця процесу перетворення, який
називають час перетворення. Це завдання вирішується шляхом
використання спеціальної схеми на вході АЦП — пристрій вибірки-
зберігання (ПВЗ). ПВЗ зберігає вхідну напругу в конденсаторі, сполученому
з входом через аналоговий ключ: при замиканні ключа відбувається вибірка
вхідного сигналу (конденсатор заряджає до вхідної напруги), при
розмиканні — зберігання. Багато АЦП, виконаних у вигляді інтегральних
мікросхем містять вбудовані ПВЗ.
АЦП є невід’ємною частиною сучасної звукозаписної апаратури;
навіть при використанні аналогового запису АЦП необхідний для
переведення сигналу в PCM-потік.
Сучасні АЦП, використовувані в звукозаписі, можуть працювати на
частотах дискретизації до 192 кГц. Поширена думка, що даний показник
надмірний і використовується з чисто маркетингових міркувань (про це
свідчить теорема Котельникова-Шеннона). Можна сказати, що звуковий
аналоговий сигнал не містить стільки інформації, скільки може бути
збережене в цифровому сигналі при такій високій частоті дискретизації, і
часто для hi-fi аудіотехніки використовується частота дискретизації 44.1
кГц (стандартна для CD) або 48 кГц (типова для представлення звуку в
комп'ютерах). Проте, широка смуга спрощує і здешевлює реалізацію
антиаліасингових фільтрів. [12, 28]

27

1.5 Аналіз існуючих цифрових ревербераторів

1.5.1 Студійні моделі ревербераторів

Ревербератор Alesis MIDIVERB 4
Пристрій видає щільну і природну реверберацію, об'ємний звук,
затримку і тональні ефекти. Частота семплювання 48 кГц, 18-бітові АЦП з
128-кратною сигма-дельта передискретизацією і 18-бітові ЦАП з 8-кратною
передискретизацією дозволяють застосовувати MidiVerb 4 в будь-яких
високоякісних трактах звукозапису.
На рис. 1.11. зображено ревербератор Alesis MIDIVERB 4.

Рис. 1.11. Ревербератор Alesis MIDIVERB 4

Програмований контролер і функція маршрутизації MIDI-
контролерів визначають його успішне використання при роботі з „live”
звуком.
Таблиця 1.1
Технічні характеристики Alesis MIDIVERB 4

Напруга живлення, В 9…12
Струм споживання, мА 21
КНС, % 0.009
Динамічний діапазон, дБ 90
Розміри пристрою, мм 45 х 483 х 178
Пам’ять, кБ 64
28

Ревербератор Phonic i7300

Пристрій має окремий регулятор і кнопки для швидкої установки
параметрів реверберації; Рідкокристалічний дисплей відображає установки
параметрів; 24х бітні АЦП і ЦАП і 32х бітний DSP для кращого звучання.

На рис. 1.12. зображено ревербератор Phonic i7300.

Рис. 1.12. Ревербератор Phonic i7300

Повна стерео обробка дозволяє розділяти лівий і правий канали для
поліпшення джерел звуку; 100 заводських а також 25
користувацькихналаштувань.
Пристрій має точний подвійний 10ти сегментний світлодіодний
індикатор рівня.
Таблиця 1.2

Технічні характеристики ревербератора Phonic i7300

Напруга живлення, В 230
Струм споживання, мА 23
КНС, % 0.003
Динамічний діапазон, дБ 96
Споживана потужність, Вт 20
Розміри пристрою, мм 44 х 483 х 208
Пам’ять, кБ 50
29

Ревербератор Lexicon MX200

MX200 – це подвійний ревербератор/процесор ефектів, який
зроблений як для концертного, так і студійного використання. MX200
використовує глибокі, багаті алгоритми ревербераторів і ефектів, а також
відрізняються простотою використання.

На рис. 1.13. зображено ревербератор Lexicon MX200.

Рис. 1.13. Ревербератор Lexicon MX200

При будь-якому використанні – концертному або студійному – існує
можливість вибрати одну з 4-х схем комбінування ефектів: подвійний моно
(послідовно), подвійний стерео (паралельно), розділений моно.
Два процесори ефектів можуть працювати як незалежно так і разом,
у різних конфігураціях, для отримання складних ефектів.
Таблиця 1.3
Технічні характеристики ревербератораLexicon MX200

Напруга живлення, В 9…12
Струм споживання, мА 21
КНС, % 0.007
Динамічний діапазон, дБ 107
Розміри пристрою, мм 45 х 483 х 121
Пам’ять, кБ 64

30

Ревербератор t.c.electronic M-ONE XL

Технологія за якою побудований M-ONE XL, дозволяє
використовувати одночасно два алгоритми з 25 можливих: це
найпопулярніші та найчастіше використовувані в студії та на концертах
ефекти.
На рис. 1.14. зображено ревербератор t.c.electronic M-ONE XL.

Рисунок 1.14. Ревербератор t.c.electronic M-ONE XL

Вдосконалені технології, в поєднанні з конекторами XLR, роблять
M-One XL особливо корисним для застосування живого звуку.
Таблиця 1.4
Технічні характеристики ревербератора t.c.electronic M-ONE XL

Напруга живлення, В 240
Струм споживання, мА 24
КНС, % 0.002
Динамічний діапазон, дБ 104
Споживана потужність, Вт 15
Розміри пристрою, мм 44 х 483 х 195
Пам’ять, кБ 64
31

1.5.2 Моделі педалей-ревербераторів(reverb pedals)

Electro-HarmonixCathedral
Таблиця 1.5
Технічні характеристики педалі Electro-HarmonixCathedral

Напруга живлення, В 9
Кількість режимів 8
Кількість налаштувань 7
Входи стерео
Виходи стерео
Конвертери 24 bit AD і DA

Педаль зроблена зі спеціального металевого сплаву, який виконує
додаткову функцію екранування аналогової схеми педалі, зводячи сторонні
шуми до мінімуму. Всі ручки зроблені з міцного пластику.
На рис. 1.15 зображено зовнішній вигляд педалі Electro-
HarmonixCathedral.

Рис. 1.15. Electro-HarmonixCathedral
32

BelcatDR-707
Таблиця 1.6
Технічні характеристики педалі BelcatDR-707

Напруга живлення, В 9
Вхідний опір, МОм 1
Кількість режимів 8
Кількість налаштувань 5
Входи моно/стерео
Виходи моно/стерео
Час затримки сигналу, мс 20 – 6500

Блок управління педалі виконаний з чотирьох ручок і спеціального
мікро перемикача, який дає можливість вибрати один з кількох можливих
варіантів обробки звучання.
На рис. 1.16 зображено зовнішній вигляд педалі BelcatDR-707.

Рис. 1.16. BelcatDR-707
33

RedPandaContext
Таблиця 1.7
Технічні характеристики педалі Red Panda Context

Напруга живлення, В 9
Кількість режимів 6
Кількість налаштувань 4
Входи моно
Виходи моно
Конвертери 24 bit AD і DA

Блок управління педалі виконаний з чотирьох ручок і спеціального
мікро перемикача, який дає можливість вибрати один з кількох можливих
варіантів обробки звучання. В даній моделі це 6 різних режимів роботи
педалі ефекту.
На рис. 1.17 зображено зовнішній вигляд педалі Red Panda Context.

Рис. 1.17. Red Panda Context

Педаль невеликого розміру. Містить оновлені різновиди ефектів,
включаючи Spring, Hall, Room, Cathedral і багато інших.
34

Behringer DR600
Таблиця 1.8
Технічні характеристики педалі Behringer DR600

Напруга живлення, В 9
Кількість режимів 6
Кількість налаштувань 3
Входи стерео
Виходи стерео
Конвертери 24 bit AD і DA

На рис. 1.18 зображено зовнішній вигляд педалі Behringer DR600.

Рис. 1.18. BehringerDR600

Педаль можна вільно закривати, не лякаючись вимкнути ефект, а
перемикач спрацьовує при різкому, сильному натисканні на передню
кромку. Такий підхід має ту перевагу, що не треба роботи зайвих рухів
ногою з педалі на кнопку і назад, тобто можна тримаючи ногу на педалі на
льоту включати і вимикати ефект.
35

BossDigitalReverbRV-5
Таблиця 1.9
Технічні характеристики педалі Boss Digital Reverb RV-5

Напруга живлення, В 9
Струм споживання, мА 50
Вхідний опір, МОм 1
Кількість режимів 6
Кількість налаштувань 3
Входи моно/стерео
Виходи моно/стерео
Час затримки сигналу, мс 20 – 6500

Блок управління педалі (рис. 1.19) виконаний з трьох ручок і
спеціального перемикача, який дає можливість вибрати один з кількох
можливих варіантів обробки звучання.

Рис. 1.19. Boss Digital Reverb RV-5
36

BossDigitalReverbRV-6
Таблиця 1.10
Технічні характеристики педалі Boss Digital Reverb RV-6

Напруга живлення, В 9
Струм споживання, мА 65
Вхідний опір, МОм 1
Кількість режимів 8
Кількість налаштувань 3
Входи моно/стерео
Виходи моно/стерео
Час затримки сигналу, мс 20 – 6500

Педаль являється покращеною версією педалі RV-5.
На рис. 1.20 зображено зовнішній вигляд педалі Boss Digital Reverb
RV-6.

Рис. 1.20. BossDigitalReverbRV-6
37

1.5.3 Звукові карти з вбудованим ревербератором
Creative Sound Blaster Audigy Rx
Таблиця 1.11
Технічні характеристики звукової карти
CreativeSoundBlasterAudigyRx

Інтерфейс PCI-E
Звуковий чіп Creative E-MU
Кількість каналів 7.1
Розрядність ЦАП, біт 24
Максимальна частота ЦАП в режимі
192
стерео, кГц
Співвідношення сигнал/шум, дБ 106

Sound Blaster Audigy Rx (рис. 1.21) являє собою звукову карту, яка
дозволяє здійснити перехід з вбудованої в системну плату карти на
неперевершене об'ємне звучання.

Рисунок 1.21. Creative SoundBlaster Audigy Rx

Завдяки чіпсету, призначеному для використання спільно з
технологією реверберації EAX, користувачі можуть насолодитися
унікальним 7.1- канальним звуком.
38

ASUSXonarD-Kara
Таблиця 1.12
Технічні характеристики звукової карти ASUSXonarD-Kara

Інтерфейс PCI
Звуковий чіп C-MediaCMI8786
Кількість каналів 5.1
Розрядність ЦАП, біт 24
Максимальна частота ЦАП в режимі
96
стерео, кГц
Співвідношення сигнал/шум, дБ 102

Звукова карта Asus Xonar D-Kara(рис. 1.22) націлена на онлайн
караоке і домашню студію звукозапису.

Рис. 1.22. ASUSXonarD-Kara

Xonar D-Kara використовує ексклюзивну технологію Asus Hyper
Grounding, при цьому співвідношення сигнал / шум досягає 106 дБ.
39

Creative Sound Blaster USB X-FI Surround 5.1 ProSBX
Таблиця 1.13
Технічні характеристики звукової карти Creative Sound Blaster
USB X-FI Surround 5.1 ProSBX

Інтерфейс USB
Звуковий чіп X-FI
Кількість каналів 5.1
Розрядність ЦАП, біт 24
Максимальна частота ЦАП в режимі
96
стерео, кГц
Співвідношення сигнал/шум, дБ 100

Звукова карта Sound Blaster X-Fi Surround 5.1 Pro SBX (рис. 1.23)
перетворює ПК або ноутбук в розважальну систему 5.1 з технологією SBX
Pro Studio і пультом дистанційного керування.
Значно менша кількість елементів на печатній платі, в порівнянні з
розглянутою Creative SoundBlaster Audigy Rx що підвищує надійність.

Рис. 1.23. Creative Sound Blaster USB X-FI Surround 5.1 Pro SBX
40

ASUS Xonar U7
Таблиця 1.14
Технічні характеристики звукової карти ASUS Xonar U7

Інтерфейс USB
Звуковий чіп Cirrus Logic CS4398 DAC
Кількість каналів 7.1
Розрядність ЦАП, біт 24
Максимальна частота ЦАП в режимі стерео, кГц 192
Співвідношення сигнал/шум, дБ 114

Xonar U7 USB (рис. 1.24) – це зовнішня звукова карта, яка забезпечує
потужне звучання і чистий звук з рівнем 114 дБ.

Рис. 1.24. ASUSXonarU7

При підключенні по USB не потрібне додаткове живлення та
налаштування.
Вбудований підсилювач для навушників дозволяє використовувати
самі різні навушники, уникаючи ситуації з слабким звуком, який часто
зустрічається на вбудованих звукових картах.
41

1.6 Порівняльний аналіз даних за параметрами існуючих
ревербераторів.

Для аналізу даних розроблена реляційна модель яка приведена в
таблиці 1.15.
Таблиця 1.15
Реляційна модель даних за основними параметрами ревербераторів
Параметри
Напруга Дінамічний ЦАП\
№ Модель КНС,
живлення, Розмір, мм діапазон, АЦП,
%
В дБ bit
Alesis
1 9…12 45х443х178 90 0,009 18
Midiverb4
2 Phonic i7300 230 44х483х208 96 0,003 24
3 Lexicon MX200 9…12 45х483х121 108 0,007 24
4 M-ONE XL 240 44х483х195 104 0,002 24
Electro-
5 Harmonics 9 12х145х65 96 - 24
Cahtedral
Belcat
6 9 125х55х95 96 - 24
DR-707
Red Panda
7 9 58х93х119 96 - 24
Context
8 Behringer DR600 9 54х70х123 90 - 24
9 Boss RV-5 9 73х129х59 93 - 16
10 Boss RV-6 9 73х129х59 93 - 24
Creative Audigy
11 5 120х145х12 110 0,004 24
RX
Asus Xonar D-
12 5 106x178x12 102 0,0013 24
Kara
Creative USB X-
13 5 203x51x152 100 0.001 24
FI ProSBX
14 Asus Sonar U7 5 80x25x130 114 0,0006 24
Звукові карти з функціею Reverb pedals Студійні Тип
ревербератора ревербератори
42

1.7 Сфера застосування та особливості ревербераторів.

Застосування ревербератора залежить від конкретних вимог
користувачів та галузей, де його використовують.
Розглянуті раніше ревербератори використовуються:
1. Музична індустрія. Ревербератори широко використовуються для
створення ефекту простору та глибини в записах. Використовуються як в
студійних записах, так і під час живих виступів.
2. Кіноіндустрія. У кіновиробництві ревербератори допомагають
створювати реалістичні звукові середовища. Вони використовуються для
симуляції акустики різних локацій (наприклад, великих залів або закритих
приміщень) і створення атмосфери для сцен.
3. Телекомунікації та радіо. Ревербератори застосовуються для
покращення якості передачі звуку та створення більш приємного звукового
середовища. На радіо реверберація допомагає покращити звучання голосу
ведучих, роблячи його більш теплим та об'ємним.
4. Наукові дослідження. У ревербераційних камерах проводяться
акустичні експерименти для тестування характеристик матеріалів,
дослідження звукових хвиль або тестування аудіообладнання.
5. Аудіообладнання та програмне забезпечення. Реверберація є
функцією в багатьох аудіопристроях. Вона також присутня у програмному
забезпеченні для звукової обробки.
Отже, ревербератори є невід'ємною частиною будь-якого звукового
виробництва, де важливо створювати і контролювати акустичні ефекти та
просторовість звуку.
Тому нижче наведено в табл. 1.16 сфера застосування, особливості,
переваги та недоліки. Це забезпечує визначення кращих типів
ревербераторів по призначенню.
43

Таблиця 1.16
Сфера застосування та особливості

№ Призначення Особливості Переваги Недолікі
Можливість
программування.
Для студійного
Найкраще звучання.
1 використання Великий розмір Дорогі
Можливість
(1, 2, 3, 4)
отримання складних
поєднанних ефектів.
Можливість
отримання
Наявність педалі одного з кількох
Для концертного
для швидкого Мобільність та режимів.
2 використання
вмикання або компактні розміри Більше
(5, 6, 7, 8, 9, 10)
вимиеання ефекту спотворень
вихідного
сигналу.
Для домашнього
мультимедійного
використання
Звукова карта з
Для (караоке, перегляд Спрощені
функцією
індивидуального фільмів, тощо). налаштування
3 ревербератора.
використання Для домашньої міні ефекту
Зовнішня USB або
(11, 12, 13, 14) студії звукозапису. реверберації
внутрішня PCI-E
Менший показник
нелінійних
спотворень.

Примітка: цифри 1-14 відповідають цифрам в табл. 1.15.

44

Отже, узагальнена образно – знакова модель ревербератора складається
з вхідного підсилювача, процесора та пристрою керування, що представлена
на рис. 1.25.

вхід
вихід
Вхідний Пристрій
Процесор
підсилювач керування
час затримки

Рисунок 1.25. Узагальнена образно-знакова модель ревербератора

Висновки до розділу

1. Розглянуто явище реверберації та вплив її на звучання.
2. Створена реляційна модель даних за основними параметрами
ревербераторів.
3. Наведена образно знакова модель розповсюдження звукового
сигналу. Візуально підтверджено рівень сигналу в приміщенні після
збудження звуковим імпульсом що прискорює освоєння впливу
інтенсивності на слухача.
4. Описана сфера застосування типів ревербераторів та їх особливості.
Візуалізація прискорює визначення кращих типів по призначенню.
5. Виявлено, що використання ревербератора обумовлюється
специфічними потребами користувачів і сферами застосування. Студійні
моделі мають найкращі технічні характеристики і використовуються при
45

професійній обробці звуку; моделі педалей ревербераторів більш
вузькоспеціалізовані і використовуються переважно на сцені; звукові карти
з функцією ревербератора використовуються шанолюбцями як
альтернатива студійним моделям.
6. Представлена узагальнена образно – знакова модель ревербератора.

46

РОЗДІЛ 2. ВИЗНАЧЕННЯ НАЙКРАЩИХ КОМПОНЕНТІВ
РЕВЕРБЕРАТОРА ЗА ОСНОВНИМИ ПАРАМЕТРАМИ

Відомо, що основними компонентами сучасних ревербераторів, які
визначають їх якісні характеристики, є процесор та операційні підсилювачі.
Процесор відповідає за цифрову обробку сигналу, реалізацію алгоритмів
реверберації та забезпечення високої точності відтворення ефектів.
Операційні підсилювачі, у свою чергу, впливають на рівень шумів,
динамічний діапазон і загальну якість обробки аналогових сигналів.
Взаємодія цих компонентів забезпечує стабільну роботу ревербератора та
його здатність адаптуватися до різних акустичних умов.

2.1 Аналіз сучасних моделей процесорів ревербераторів

Основними технічними параметрами процесорів ревербераторів, що
впливають на якість обробки звуку є:
− напруга живлення,
− температурний діапазон,
− час затримки,
− коефіцієнт нелінійних спотворень (КНС).
Для визначення найкращого процесора створена реляційна модель
сучасних фізичних моделей процесорів за допомогою визначених
параметрів, які представлені в табл. 2.1. [18, 22-26]

47

Таблиця 2.1
Реляційна модель сучасних моделей процесорів та їх основних
параметрів
Процесор
HT 8970 РТ 2399 MN 3005 MN 3007 MN 3011
Параметри
№ 1 2 3 4 5
Діапазон напруги
0,3…6 4,5…5,5 15…16 15…16 15…18
живлення, В
Діапазон
коефіцієнта
0,7…1,5 0,3…1 1…2,5 0,5…2,5 0,4…2,5
нелінійних
спотворень, %
Інтервал затримки
30…327 31…342 21…204 5…51 2…166
сигналу, мс
Діапазон робочих
o -20…70 -20…75 -20…60 -20…60 -20…70
температур, С

Синтезується узагальнена інформаційно-математична модель для
визначення взаємозв’язків між технічними параметрами, що наведені в
табл. 2.1, має вигляд:

F (Umin ,Umax ;Tmin , Tmax ; tздmin , tздmax ; KH min , KH max ), (2.1)

де Umin ,Umax – мінімальні і максимальні значення вхідної напруги;
Tmin ,Tmax – мінімальні і максимальні значення робочої температури;
tзд min , tзд max – мінімальні і максимальні значення часу затримки
сигналу;
KH min , KH max – мінімальні і максимальні значення показника
коефіцієнту нелінійних спотворень.
48

Аналіз формули (2.1) показав, що відсутнє аналітичне вираження
залежності між параметрами, які досліджуються в табл. 2.1. Тому для
вирішення поставленої задачі пропонується використати підходи фізичного
моделювання, теорії розмірностей та евристичний метод.
На основі умовних критеріїв створюється перелік величин з основних
параметрів процесора та критеріальне рівняння.
Умовними критеріями подібності називають прості безрозмірні
степеневі комплекси, утворені на основі визначальних величин, що
характеризують фізичні процеси.
Ці комплекси дозволяють узагальнити різні фізичні параметри у
вигляді безрозмірних співвідношень, які описують поведінку системи
незалежно від одиниць виміру.
Таким чином, умовні критерії подібності дають змогу узагальнити
поведінку складних фізичних процесів, спрощуючи їх аналіз і моделювання.
Тому, враховуючи вищевикладене, при застосуванні теорії
розмірностей, визначальних величин за даними таблиці 2.1, формули (2.1)
та використанні евристичного методу для визначення умовних критеріїв
подібності, рівняння набуває наступного вигляду:

 (Ku ;K f ;Kt ;K p )= 0, (2.2)

U
K = max −Umin
u (2.3)
Umax

T −T
K f =
max min (2.4)
Tmax

49

tзд max − tзд min
K = (2.5)
t
tзд max

KH max − KH min
K p = , (2.6)
KH max

де KU – величина, що характеризує діапазон вхідної напруги;
Kf - величина, що визначає температурний діапазон;
Kt - величина, що означує діапазон часу затримки сигналу;
Kр – величина діапазону КНС.

Результати розрахунків визначених критеріїв показані в таблиці 2.2.
Ці данні дають можливість порівняти технічні параметри пристроїв та
обрати що найкраще відповідає вимогам замовника. [4, 22-26].

Таблиця 2.2
Реляційна модель критеріїв якості для фізичних
моделей процесорів

Процессор
____ HT 8970 РТ 2399 MN 3005 MN 3007 MN 3011
Критерій
№ 1 2 3 4 5
KU 0,95 0,18 0,06 0,06 0,17
Kр 0,53 0,7 0,6 0,8 0,84
Kt 0,91 0,91 0,9 0,9 0,99
Kf 0,71 (1,3) 0,73 (1,27) 0,67 (1,33) 0,67 (1,33) 0,71 (1,29)

50

На основі властивостей теорії розмірностей будується графік
взаємозв'язків основних технічних параметрів в безрозмірних координатах.
Цей графік є інструментом для узагальнення результатів експериментів та
теоретичних розрахунків, що дозволяє виявити закономірності між різними
фізичними величинами та параметрами процесу.
Графік взаємозв`язків основних технічних параметрів у безрозмірних
координатах зображений на рис. 2.1.

КU

1 1,0 1

5 2 0,2 2
Kр 0,1 5 Kf
4 3 3;4
0
0,9 0,5 1,1 1,4

0,8
4 3 3;4
2 1 1
2
5 1,0
5
Kt
Рисунок 2.1. Взаємозв`язок технічних параметрів
фізичних моделей процесорів в безрозмірних координатах.
Примітка: цифри 1 – 5 відповідаоть цифрам в табл. 2.1 (2.2).

На рис. 2.1 представлений взаємозв`язок основних технічних
параметрів для моделей процесорів в безрозмірних координатах. Процесор
№ 1 має найкращі показники напруги живлення, робочої температури, КНС,
а також високий показник часу затримки. Процесор № 2 має високі
51

показники температурного діапазону та часу затримки. Процесор № 5 має
кращий показник часу затримки і гірший показник КНС серед усіх моделей.
Тож моделі мають високі показники часу затримки сигналу та діапазону
робочої температури і переважна більшість – це низькі показники напруги
живлення (моделі № 2, 3, 4, 5) та КНС (моделі № 2, 4, 5). Процесор № 1, а
саме модель HT8970 фірми Holtec, має найкращі показники серед
досліджених моделей, а процесор № 4 (модель MN3007 фірми Panasonic
Semiconductor), в свою чергу, найгірші.
Дану методологію також можна використати для порівняння інших
компонентів, наприклад, операційних підсилювачів.

2.2 Аналіз сучасних моделей операційних підсилювачів

Для визначення найкращого ОП створена реляційна модель даних
параметрів множин (табл. 2.3)
Таблиця 2.3
Реляційна модель даних параметрів множини операційних
підсилювачів
Тип
________
LM358D NE532D KIA358F TA75358CF UPC358G IL4558
пристрою
Параметри
№ 1 2 3 4 5 6
Діапазон напруги
3…32 3…30 4…35 3…36 4…30 16…18
живлення, В
Діапазон струму
0,7…3,0 0,5…1,2 0,7…3,2 0,7…1,2 0,75…1,1 0,8…5,6
споживання, мА
Діапазон
коефіцієнта 15…100 25…100 86…100 91…100 26…100 20…200
підсилення, дБ
Діапазон робочих
o 0…70 5…65 -30…80 -40…85 10…60 5…70
температур, С
52

При використанні теорії умовного моделювання на базі евристичного
методу створена множина яка наведена в табл. 2.3 створюються умовні
критерії та фізичне тлумачення
Узагальнена інформаційна модель операційних підсилювачів має
вигляд:
(Umax ;Umin ; Imax ; Imin ;Tmax ;Tmin ;Dmax ;Dmin ) (2.7)

U −U
K max min
U = (2.8)
Umax

Tmax −TK = min
T (2.9)
Tmax

Іmax − І
K = min
I (2.10)
І max

D max − D min
KD = , (2.11)
D max

де KU - безрозмірна величина, що характеризує діапазон вхідної напруги,
в якому може працювати операційний підсилювач;
KТ - безрозмірна величина, що характеризує температурний діапазон,
в якому може працювати операційний підсилювач;
KI - безрозмірна величина, що характеризує діапазон струму
споживання, в якому може працювати операційний підсилювач;
KD - безрозмірна величина, що характеризує діапазон коефіцієнта
підсилення, з яким може працювати операційний підсилювач;
53

Результати розрахунків визначених критеріїв показані в таблиці 2.4.
Таблиця 2.4
Реляційна модель критеріїв якості для фізичних
моделей операційних підсилювачів

Модель
LM358 NE532 KIA358 TA75358 UPC358
IL4558
D D F CF G
Критерій
№ 1 2 3 4 5 6
KU 0,91 0,9 0,89 0,92 0,87 0,11
KI 0,77 0,58 0,78 0,41 0,32 0,86
KD 0,85 0,75 0,14 0,09 0,74 0,9
KТ 1 0,92 1,35 1,47 0,83 0,93

Використовуючи теорію розмірностей будуються образно-знакові
моделі залежностей між визначеними умовними критеріями в безрозмірних
координатах.
Це надає можливість візуально порівняти технічні параметри та
визначити які найкраще відповідають вимогам замовника.[4, 34-39]
54

Графік знакової моделі залежності параметрів ОП KU і KТ в
безрозмірних координатах представлений на рис. 2.2.

1.0 KU
1 4

2
5 3
0.8

6
KТ

0
Т

0.8 1.1 1.5

Рисунок 2.2. Образно-знакова модель залежності параметрів KU і KТ фізичних
моделей операційних підсилювачів в безрозмірних координатах.
Примітка: цифри 1 – 6 відповідють цифрам в табл. 2.3(2.4).

На рис. 2.2 зображено образно-знакова модель залежності параметрів
KU і KТ для різних моделей ОП в безрозмірних координатах, де бачимо, що
переважна більшість (крім моделі № 6, яка має найнижчий показник)
розглянутих моделей ОП мають високі показники напруги живлення, а саме
модель № 4, також моделі № 1 і № 2.
В той же час модель № 4 має кращий показник температурного
діапазону, також високий показник даного параметру має модель № 3.
Інші ж моделі, а особливо модель № 5, мають значно нижчі показники
температурного діапазону.
55

З даної образно-знакової моделі слідує, що найкращою моделлю ОП,
серед розглянутих, є модель № 4, а саме TA75358CF.
Графік знакової моделі залежності параметрів ОП KD і KТ в
безрозмірних координатах зображений на рис. 2.3.

KD
1.0
6
1

0.7 5 2

3 KТ
0.1 4

0
0.8 1.1 1.5

Рисунок 2.3. Образно-знакова модель залежності параметрів KD і KТ фізичних
моделей операційних підсилювачів в безрозмірних координатах.
Примітка: цифри 1 – 6 відповідають цифрам в табл. 2.3(2.4).

На рис. 2.3 зображена образно- знакова модль залежності параметрів
KD і KТ для різних моделей підсилювачів в безрозмірних координатах, де
бачимо, що переважна більшість (крім моделей № 3 і № 4) розглянутих
моделей ОП мають високі показники коефіцієнта підсилення, особливо
модель № 6 і № 1.
В той же час модель № 4 має кращий показник робочих температур,
також високий показник даного параметру має модель № 3.
56

Інші ж моделі, а особливо модель № 5, мають значно нижчі показники
температурного діапазону.
З даної образно-знакової моделі слідує, що найкращими моделями ОП,
серед розглянутих, є модель № 1 і модель № 6, а саме LM358D і
IL4558відповідно.
Графік знакової моделі залежності параметрів ОП KI і KU безрозмірних
координатах зображено на рис. 2.4.

KU

1.0
4
2 1

3
5
0.8

6
0.1 KI

0
0.3 0.6 0.9
Рисунок 2.4. Образно-знакова модель залежності параметрів KI і KU
моделей операційних підсилювачів в безрозмірних координатах.
Примітка: цифри 1 – 6 відповідають цифрам в табп. 2.3 (2.4).

На рис. 2.4 представлена образно- знакова модель залежності
параметрів KI і KU для різних моделей ОП в безрозмірних координатах, де
бачимо, що переважна більшість (крім моделі № 6, яка має найнижчий
57

показник) розглянутих моделей ОП мають високі значення напруги
живлення, особливо модель № 4, а також моделі № 1 і № 2.
В той же час модель № 6 має кращий показник струму споживання,
також високий показник даного параметру мають моделі № 3 і № 1. Інші ж
моделі, а особливо модель № 5, мають значно нижчі показники струму
споживання.
З даної образно-знакової моделі слідує, що найкращими моделями ОП,
серед розглянутих, є модель № 1 і модель № 3, а саме LM358D і KIA358F.
Графік знакової моделі залежності параметрів ОП KI і KD в
безрозмірних координатах зображено на рис. 2.5.

KD

1.0
6
1
2

0.7 5

0.2
3
0.1 4 KI

0.3 0.5 0.7 0.9
Рисунок 2.5. Образно-знакова модель залежності параметрів KI i KD фізичних
моделей операційних підсилювачів в безрозмірних координатах.
Примітка: цифри 1 – 6 відповідають цифрам в табп. 2.3 (2.4).

На рис. 2.5 зображена образно-знакова модель залежності параметрів
KI і KD для різних моделей ОП в безрозмірних координатах, де можемо
58

помітити, що переважна більшість (крім моделей № 3 і № 4) розглянутих
моделей ОП мають високі показники коефіцієнта підсилення, особливо
модель № 6 і № 1.
В той же час модель № 6 має кращий показник струму споживання,
також високий показник даного параметру мають моделі № 3 і № 1. Інші ж
моделі, а особливо модель № 5, мають значно нижчі показники струму
споживання.
З даної образно-знакової моделі слідує, що найкращими моделями ОП,
серед розглянутих, є модель № 1 і модель № 3, а саме LM358D і KIA358F.
Для того щоб в повній мірі дослідити залежність основних технічних
параметрів ОП, необхідно об’єднати образно-знакові моделі розглянутих
параметрів(рис. 2.2 – 2.5) в одну загальну (рис. 2.6).

4 1,0
1 2 KU 1 4
3 2
5 3
0,8 5

0,2
6 6
KI
KT
0,1

0,9 0,7 0,5 0,2 0,8 1,0 1,5
4
3 3 4
0,2

5 0,7 5
2 2
1 1
6 6
1,0
KD

Рисунок 2.6. Образно-знакова модель взаємозв’язків залежностей технічних параметрів
сучасних моделей операційних підсилювачів в безрозмірних координатах.
Примітка: цифри 1 – 6відповідають цифрам в табл.2.3(2.4).

59

На рис. 2.6 зображена образно -знакова модель взаємозв’язків
залежностей основних технічних параметрів для моделей підсилювачів в
безрозмірних координатах.
Аналіз залежностей визначених параметрів ОП показав наступне:
- ОП № 1 має найкращі показники коефіцієнта підсилення, високі
показники струму споживання, діапазону робочих температур, напруги
живлення;
- ОП № 2 має високі показники у всіх діапазонах;
- ОП № 3 має кращий показник струму споживання, високий
показник робочих температур та гірший показник коефіцієнту підсилення;
- ОП № 4 має найкращі показники робочоі температури та часу
затримки сигналу, але і найгірший показник коефіцієнту підсилення серед
досліджених моделей ОП;
- ОП № 5 має високі показники, крім показника струму споживання,
який являється найгіршим;
- ОП № 6 має найкращі показники струму споживання і коефіцієнта
підсилення, також високий показник температурного діапазону, але в той
же час має найнижчий показник напруги живлення.
Практично всі розглянуті моделі ОП мають високі показники діапазону
робочої температури, напруги живлення та високі показники коефіцієнта
підсилення.
За результатами аналізу (рис.2.6) визначено, що ОП № 1, а саме
LM358D є найкращим, але доцільним є дослідження технічних параметрів
операційних підсилювачів в рамках фірми ONSemiconductors (табл. 2.5).

60

Таблиця 2.5
Реляційна модель основних технічних параметрів даних
операційних підсилювачів фірми ONSemiconductors

Параметри Діапазон Діапазон Діапазон
Вхідний
___ напруги Діапазоннапруги робочих коефіцієнта
№ струм,
живлення, зміщення, мВ температур, підсилення,
Тип нА
В oС дБ
пристрою
1 LM 358D 3…32 0,015 2…9 0…70 15…100
2 LMV 358 2,7…4,5 10 1,7…7 -39…80 10…100
3 LPV 358 2,9…5 2 1,2…7 -40…85 20…100
4 LMV 342 2,7…5 0,00002 0,5…4,95 -39…123 64…116
5 LMV 932 1,9…4,5 15 1…7,5 -40…125 75…100
6 LMV 982 1,8…5 15 1…5,35 -39…120 72…100
7 LM 2904 5…31 50 2,9…7 -37…81 19…100
8 LMV 822 2,5…5,5 30 1…3,5 -35…85 80…105
9 LM 8262 2,5…30 1200 0,7…5 -39…81 63…85
10 LMV 722 2,2…5 260 0,02…3,5 -35…83 60…94
11 LMV 712 2,8…4,75 0,0040 0,4…3,2 -37…83 76…130
12 LMV 422 2,75…5,2 0.0050 1,25…5,4 -35…81 54…102
61

Використовуючи теорію розмірностей, визначальних величин по
даним табл. 2.5, формули (2.1) та евристичного методу визначення умовних
критеріїв подібності, рівняння набуває наступний вигляд:

U −U T −T U −U K − K 
  max min max min З max З min П max П min
; ; ;  = 0, (2.12)
 U 
 max Tmax U З max KП max 

U −U
КU = max min (2.13)
Umax

Tmax −TKT =
min (2.14)
Tmax

UЗ max −U З min
K = (2.15)
f
U З max

KП max − KП min
KP = , (2.16)
KП max

де KU - величина, що вказує діапазон вхідної напруги, в якому може
працювати ОП;
KТ - величина, що визначає температурний діапазон, в якому може
працювати ОП;
Kf - величина, що вказує діапазон напруги зміщення, з яким може
працювати ОП;
Kр - величина, що встановлює діапазон коефіцієнта підсилення, з
яким може працювати ОП.
Всі ці величини являються безрозмірними.
62

Результати розрахунків визначених критеріїв показані в таблиці 2.6
Таблиця 2.6
Реляційна модель критеріїв якості для операційних підсилювачів
фірми ONSemiconductors

Критерій
№ KU Kf KТ Kр
Модель
ОП________
1 LM 358D 0,91 0,78 1 0,85
2 LMV 358 0,4 0,76 1,49 0,9
3 LPV 358 0,42 0,83 1,47 0,8
4 LMV 342 0,46 0,9 1,31 0,45
5 LMV 932 0,58 0,87 1,32 0,25
6 LMV 982 0,64 0,81 1,33 0,28
7 LM 2904 0,84 0,59 1,46 0,81
8 LMV 822 0,55 0,71 1,41 0,24
9 LM 8262 0,92 0,86 1,48 0,26
10 LMV 722 0,56 0,99 1,42 0,36
11 LMV 712 0,41 0,88 1,45 0,42
12 LMV 422 0,47 0,77 1,43 0,47

На базі критеріальних рівнянь та даних параметрів математичних
критеріїв побудованообразно-знакову модель залежності основних
параметрів операційних підсилювачів в безрозмірних координатах, яка
представлена на рис. 2.7.
63

1
2
0,9 II
1
3
0,8
7
III
0,7
0,6
0,5 12
11
4
0,4 10
0,3 I 5 9
8 6
0,2
0,1
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
KU

Рисунок 2.7 Образно-знакова модель залежностей Kр, KU в операційних
підсилювачах фірми ONSemiconductors
Примітка: цифри 1-12 відповідають цифрам в табл. 2.5(2.6).

З образно-знакової моделі (рис.2.7) бачимо, що множина ОП
розподіляється на три групи (І, ІІ, ІІІ), найкращою з них є група №І, об’єкти
дослідження якої мають найкращі показники вхідної напруги (моделі № 1,
№ 7, № 9) а також найкращі показники по коефіцієнту підсилення( моделі
№ 1 та № 7), не враховуючи модель № 2 з групи №ІІ, яка хоч і має кращий
показник по коефіцієнту підсилення, але,в свою чергу, має гірший показник
по вхідній напрузі серед усіх.
Образно-знакова модель залежності основних параметрів
операційних підсилювачів в безрозмірних координатах представлена на рис.
2.8.
Kp
64

1,6
2 3 12 10 7 9
1,4 8
11
5 6
4 І
1,2 ІІ
1
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
KU

Рисунок 2.8. Образно-знакова модель залежностей
KT, KU в операційних підсилювачах фірми ONSemiconductors
Примітка: цифри 1-12 відповідають цифрам в табл. 2.5(2.6).

З образно-знакової моделі рис. 2.8 видно, що множина ОП розподіляється
на дві групи (І, ІІ), найкращою з них є група №ІІ, об’єкти дослідження якої
мають найкращі показники вхідної напруги (модель №1, № 7, № 9) а також
найкращі показники по температурному діапазону( моделі №7 та № 9), не
враховуючи модель № 2 з групи №І, яка хоч і має один з найкращих
показників по температурному діапазону, але, в свою чергу, має найгірший
показник по вхідній напрузі серед усіх.
Образно-знакова модель залежності основних параметрів
операційних підсилювачів в безрозмірних координатах представлена на рис.
2.9.
KT
65

1,2
1
10
4
11
І 5
6 9
3
0,8
2 12 ІІ 1
8
7
0,6
0,4
0,2
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
KU

Рисунок 2.9. Образно-знакова модель залежностей
Kf, KU в операційних підсилювачах фірми ONSemiconductors
Примітка: цифри 1-12 відповідають цифрам в табл. 2.5(2.6).

З образно-знакової моделі рис. 2.9 видно, що множина ОП
розподіляється на дві групи (І, ІІ), найкращою з них є група №ІІ, об’єкти
дослідження якої мають найкращі показники вхідної напруги ( моделі №1,
№ 7, № 9) та показник по напрузі зміщення ( модель № 7).
Образно-знакова модель залежності основних параметрів
операційних підсилювачів в безрозмірних координатах представлена на рис.
2.10.
Kf
66

1,6
2 9
3 11
7 І 8 12 10
1,4
6 4
5
1,2
ІІ
1
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
Kf

Рисунок 2.10. Образно-знакова модель залежностей
KT, Kf в операційних підсилювачах фірми ONSemiconductors
Примітка: цифри 1-12 відповідають цифрам в табл. 2.5(2.6).

З образно-знакової моделі рис. 2.10 видно, що множина ОП розподіляється
на дві групи (І, ІІ), найкращою з них є група №І, об’єкти дослідження якої
мають найкращі показники температурного діапазону ( моделі № 2, № 3, №
7, № 8, № 9, № 10, № 11, № 12) та кращий показник по напрузі зміщення
(модель № 7).
Образно-знакова модель залежності основних параметрів
операційних підсилювачів в безрозмірних координатах представлена на рис.
2.11.
KT
67

1
2
0,9
І
1 3
0,8 7
0,7
0,6
0,5 12 4
11
0,4 ІІ 10
8 6
9
0,3 5
0,2
0,1
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1
Kf

Рисунок 2.11. Образно-знакова модель залежностей
Kp, Kf в операційних підсилювачах фірми ONSemiconductors
Примітка: цифри 1-12 відповідають цифрам в табл. 2.5(2.6).

З образно-знакової моделі рис. 2.11 видно, що множина ОП
розподіляється на дві групи (І, ІІ), найкращою з них є група №І, об’єкти
дослідження якої мають найкращі показники коефіцієнта підсилення (
моделі № 1, № 2, № 3, № 7) і показник по напрузі зміщення (модель № 7).
Образно-знакова модель залежності основних параметрів
операційних підсилювачів в безрозмірних координатах представлена на рис.
2.12.
Kp
68

1,6
9
11 3 2
10
8 12 7
1,4
5 І
6 4
ІІ
1,2
1
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Kp

Рисунок 2.12. Образно-знакова модель залежностей
KT, KP в операційних підсилювачахфірми ONSemiconductors
Примітка: цифри 1-12 відповідають цифрам в табл. 2.5(2.6).

З образно-знакової моделі рис. 2.12 видно, що множина ОП
розподіляється на дві групи (І, ІІ), найкращою з них є група №ІІ, об’єкти
дослідження якої мають найкращі показники коефіцієнта підсилення
(моделі № 1, № 2, № 3, № 7) а також найкращі показники по температурному
діапазону (моделі № 2, № 3, № 7), не враховуючи модель № 9 з групи №І,
яка хоч і має один з найкращих показників по температурному діапазону,
але, в свою чергу, має один з найгірших показників по коефіцієнту
підсилення серед усіх представлених моделей.
KT
69

Зважаючи на все вищесказане можна зробити висновок що найкращою
моделлю серед усіх піддослідних зразків є модель № 7, а саме LM 2904.
Моделі № 1, № 9, № 2 мають свої недоліки в порівнянні з моделлю №
7, але і вони мають хороші показники і знаходяться на високому рівні в
порівнянні з іншими розглянутими моделями.

Висновки до розділу

Дослідження проведено з використанням багатокритеріального методу
аналізу моделей компонентів, таких як операційні підсилювачі та
аудіопроцесори. Метод базується на властивостях теорії розмірностей та
фізичному моделюванні, що дозволяє швидко визначати компоненти з
найкращими технічними параметрами завдяки візуалізації результатів.
Відмінною особливістю такого підходу є його висока швидкість, яка значно
спрощує порівняння та вибір оптимального компонента.
Виділено операційні підсилювачі фірми ON Semiconductors.
Візуалізація отриманих результатів дозволила:
а) обрати_ та визначити напрям удосконалення необхідного процесора (НТ
8970) за показником КНС, де враховані взаємозв’язки між багатьма
параметрами;
б)_обрати_відповідний_операційний підсилювач (LM358D).

70

РОЗДІЛ 3. ПОБУДОВА ВИСОКОЕФЕКТИВНОГО
РЕВЕРБЕРАТОРА

3.1 Образно - знакова модель структури та електрична
принципова схема ревербератора.

На підставі досліджень в розділі 2 визначили спеціалізований
процесор HT – 8970 фірми Holtec як найкращий.
Особливістю цього процесора є:
- простота у використанні;
- невисока вартість.
Для забезпечення заданої чутливості з мікрофонного входу не гірше
10мВ схема пристрою доповнена вхідним підсилювачем.
Так як більшість сучасного електронного обладнання розробляється і
виготовляється з використанням SMD-конденсаторів, для розробки схеми
ревербератора обираються SMD-конденсатори з типорозмірами 0805; 1206.
У якості змінних опорів обираються резистори типу СПЗ-23.
Ці резистори є регулюючими елементами, виконаними в
прямокутному корпусі. Вони можуть бути движковими, з додатковими
відводами або без них, а також із фіксацією чи без фіксації рухомих частин
у середньому положенні.
Резистори призначені для роботи в електричних ланцюгах постійного
та змінного струму. Вони підтримують поверхневий або друкований
монтаж, що робить їх універсальними для застосування в різних
електронних пристроях, де необхідне точне регулювання опору.
Ревербератор має схему керування з застосуванням перемикачів та
змінних резисторів, що зручно у використанні.
71

Образно – знакова модель ревербератора на базі процесора HT8970
показана на рис.3.1.

Рисунок 3.1. Образно – знакова модель ревербератора на базі процесора HT8970

1 - Вхідний підсилювач.
2 - Суматор аналогових сигналів.
3 - Перший фільтр низьких частот.
4 - АЦП.
5 - Схема часової затримки.
6 - Генератор тактових імпульсів.
7 - Другий фільтр низьких частот.
8 - ЦАП.
9 - Схема керування.
Процесор HT8970 призначений для використання у різних типах
звукотехнічного обладнання. Використовується при створенні різних
аудіосистем, включаючи караоке, телевізори, відео і звукового обладнання.
72

Процесор HT8970 складається з :
- двох передпідсилювачів сигналів;
- дельта-модулятора/демодулятора;
- двох фільтрів низьких частот.
Даний процесор призначен для створення ефектів „ехо” та „об’ємного
звуку”.
На рис. 3.2 приведено образно – знакову модель внутрішніх зв`язків
складових процесора НТ8970.

Рисунок 3.2. Образно – знакова модель внутрішніх зв`язків складових процесора
НТ8970

Для живлення процесора HT8970 обирається мікросхема стабілізатора
напруги LM78L05 з вихідною напругою +5 В, максимальним струмом
навантаження 100 мА.
73

Для зміни режимів цифрового ревербератора застосовуються
перемикачі B3009 з однією групою контактів на перемикання та B3029 з
двома групами контактів на перемикання.
Для використання у вхідному каскаді за результатами досліджень в
розділі 2 обирається мікросхема операційного підсилювача LM358D, яка
має такі переваги :
- два незалежних підсилювача загального призначення;
- захист від короткого замикання;
- низька вартість;
- малий струм споживання: оскільки він має низьке
енергоспоживання, це ідеальний вибір для енергозберігаючих пристроїв;
- гнучкість у застосуванні: може використовуватись як у
схемах з одиничним, так і подвійним живленням
Широкий діапазон вхідної напруги в загальному режимі і відсутність
ефекту замикання роблять пристрій ідеальним для застосування в якості
повторювача напруги.
Отже, реалізація ревербератора базується на використанні процесора
HT8970, який здатний працювати в двох режимах:
- режим затримки сигналу. В цьому режимі процесор забезпечує
затримку вхідного сигналу на заданий інтервал часу, створюючи ефект
відлуння. Тривалість затримки регулюється зміною параметрів схеми, таких
як частота тактового генератора або рівень вхідного сигналу.
- режим реверберації. У цьому режимі HT8970 обробляє сигнал
таким чином, щоб імітувати акустичний ефект реверберації, характерний
для різних приміщень. Процесор додає до основного сигналу відлуння з
поступовим спаданням амплітуди, створюючи глибший та об'ємніший звук.
74

На рис. 3.3 наведена розроблена електрична принципова схема
ревербератора на базі процесора HT8970.

Рисунок 3.3. Електрична принципова схема ревербератора на базі процесора
HT8970
75

3.2 Удосконалення режимів визначеного ребрбератора.

Відомо що основним параметром для ревербератора є чутливість на
вході, яка впливає на коефіцієнт підсилення вхідного каскаду.
Амплітуда вхідної напруги мікросхеми дорівнює близько 5 В при
типовому коефіцієнті підсилення:

K = Uвих / Uвх = 15 (3.1)

Звідси знаходиться необхідна амплітуда вхідної напруги:

Uвх = Uвих / K = 5/15 = 0,33 В = 330 мВ (3.2)

Пристрій повинен забезпечувати чутливість з мікрофонного входу не
гірше як 10 мВ.
Визначається необхідний коефіцієнт підсилення вхідного каскаду:

Kвх = Uвх /Uчутл, (3.3)

де Uвх– необхідний рівень вхідної напруги мікросхеми НТ8970;
Uчутл– необхідний рівень чутливості пристрою з мікрофонного
входу.

330
Kвх ≥ = 33. (3.4)
10

Kвх, як правило, обирається з запасом
76

Kвх ≈ 1,5 Kвх, (3.5)

Kвх = 331,5  49 (3.6)

При застосуванні мікросхеми LM358D у схемі неінвертуючого
підсилювача її коефіцієнт підсилення визначається за формулою:

K = 1+(Rзз /Rі), (3.7)

де Rзз– величина опору зворотного зв’язку;
Rі – величина опору на інвертуючому вході.
При R1 = 1 кОм, знаходиться Rзз:

Rзз = R1(К-1) = 1(49-1) = 48 кОм. (3.8)

Обирається найближчий стандартний номінал Rзз = 47 кОм.
Крім того для забезпечення можливості живлення ревербератора від
одно полярного джерела застосовується відповідна схема ввімкнення
операційного підсилювача.
Це досягається використанням дільника напруги живлення R7 = R9 =
4,7 кОм. Половинний рівень напруги живлення через резистори R8,R10
подається на неінвертуючий вхід операційного підсилювача.
Разом з застосуванням конденсатора С10 така схема забезпечує одно
полярне живлення мікросхеми LM358D.

77

3.3 Дослідження амплітудно – частотних характеристик
визначеного операційного підсилювача LM358D.

Для перевірки параметрів вхідного підсилювача здійснюється
моделювання його роботи за допомогою програмного пакету „Multisim”, що
є потужним інструментом для симуляції електронних схем. Це дозволяє
аналізувати характеристики підсилювача, оцінювати його продуктивність
та виявляти можливі проблеми без необхідності фізичної збірки, а саме:
• Створення схеми. Користувач будуємо схему з використанням
операційного підсилювача, резисторів та інших необхідних
компонентів.
• Налаштування параметрів. Вибираються параметри компонентів
(значення резисторів, ємність конденсаторів) та робочі умови
(напруга живлення, вхідний сигнал).
• Запуск симуляції. Після збору схеми і налаштування параметрів
проводиться симуляція, під час якої можна бачити поведінку вхідного
сигналу та його перетворення підсилювачем.
• Аналіз результатів. Проводиться аналіз вихідних характеристик
(амплітуди, частоти, форми сигналу) за допомогою віртуальних
інструментів.
Таким чином, программа дозволяє точно моделювати роботу вхідного
підсилювача, аналізувати його параметри та оптимізувати схему ще до її
фізичного втілення, що значно спрощує процес розробки й тестування.
Амплітудно-частотні характеристики підсилювача показані на рис.
3.4 – 3.7.
78

а)
б)

Рисунок 3.4. Моделювання вхідного підсилювача при частоті 1 кГц
а) електрична принципова схема; б) результат моделювання вхідного
підсилювача при частоті 1 кГц

79

а)

б)

Рисунок 3.5. Моделювання вхідного підсилювача при частоті 20Гц
а) електрична принципова схема; б) результат моделювання вхідного
підсилювача при частоті 20 кГц

80

а)

б)

Рисунок 3.6. Моделювання вхідного підсилювача при частоті 16 кГц
а) електрична принципова схема; б) результат моделювання вхідного
підсилювача при частоті 16 кГц

81

а)
б)

Рисунок 3.7. Визначення коефіцієнту підсилення вхідного каскаду
а) електрична принципова схема; б) результат моделювання вхідного
підсилювача при вхідному сигналі 10мВ

82

Аналіз результатів показав що при моделюванні вхідного
підсилювача на частоті 1кГц (рис. 3.4) рівень сигналу дорівнює 31,8 Дб;
при частоті 20Гц (рис. 3.5) рівень сигналу дорівнює 28,8Дб Дб; при частоті
16 кГц (рис. 3.6) рівень сигналу дорівнює 28,8 Дб.
Смуга пропускання вхідного каскаду на рівні -3 Дб складає 20 Гц…16
кГц, при вхідному сигналі 10 мВ (рис. 3.7) амплітуда вихідного сигналу
дорівнює 524 мВ, що повністю відповідає вимогам роботи пристроя.
Зовнішній вигляд цифрового ревербератора показано на рис. 3.8.

Рисунок 3.8. Зовнішній вигляд ревербератора

На лицьовій панелі пристрою(рис. 3.8) розміщені органи керування з
відповідними надписами.
З’єднувачі входу, виходу та живлення розміщені на бокових
поверхнях корпуса ревербератора.
83

Висновки до розділу
Спроектовано та досліджено електричну принципову схему
ревербератора.
Було проведено верифікацію вхідного підсилювача, що є ключовим
елементом схеми ревербератора.
Важливими особливостями запропонованого пристрою є:
• Сучасні компоненти, а також не велика їх кількість, що підвищює
надійність;
• Універсальність пристрою;
• Якісна схема підсилення;
• Перероблена стандартна двополярна схема живлення операційного
підсилювача на однополярну;
• Мінімалістичний дизайн.

84

ВИСНОВКИ

У кваліфікаційній роботі розв’язано важливу науково-технічну
задачу підвищення ефективності ревербератора за рахунок компонентів з
найкращими параметрами через порівняльний аналіз множини існуючих
моделей операційного підсилювача та процесору. У результаті виконання
досліджень отримано наступні наукові і практичні результати:
1. Розроблено реляційну модель даних за основними параметрами
ревербераторів, яка дозволяє структуровано зберігати інформацію про
технічні характеристики різних типів ревербераторів, спрощуючи їх аналіз
і порівняння. Описано сферу застосування різних типів ревербераторів та
їх недоліки та переваги. Візуалізація результатів допомагає на 60%
швидше визначити тип ревербератора залежно від його призначення,
зокрема студійні, сценічні чи аматорські моделі.
2. Розроблені образно-знакові моделі для визначення найкращих
компонентів ревербератора за основними параметрами. Візуалізація
отриманих даних дала змогу обрати процесор (HT8970) враховуючи
взаємозв’язки між багатьма ключовими параметрами, такими як
динамічний діапазон, рівень шумів та частотна характеристика, та обрати
оптимальний операційний підсилювач (LM358D), що найкраще відповідає
вимогам проекту, зокрема за критеріями енергоефективності, стабільності
роботи та низького рівня спотворень. Таким чином, дослідження сприяло
вдосконаленню функціональних характеристик ревербератора та
забезпечило оптимізацію його ключових компонентів.
3. Представлено образно-знакову модель ревербератора на базі
процесора HT8970. Вона відображає ключові елементи конструкції та
принципи роботи пристрою, що сприяє кращому розумінню його
функціонування.
85

4. Спроектовано та досліджено електричну принципову схему
ревербератора. Розробка відрізняється кількома ключовими
особливостями, які підвищують її ефективність та зручність використання:
- Використання сучасних компонентів: Завдяки застосуванню
сучасних елементів із високими технічними характеристиками, а також
невеликій їх кількості, пристрій забезпечує високу надійність і
довговічність.
- Універсальність: Пристрій здатний адаптуватися до широкого
спектра умов експлуатації.
- Вдосконалена схема підсилення: Використання вдосконаленої
схеми підсилення забезпечує низький рівень шумів, мінімальні
спотворення та широкий динамічний діапазон сигналу.
- Перероблена схема живлення: Стандартна двополярна схема
живлення операційного підсилювача була перероблена на однополярну,
що спрощує конструкцію, знижує енергоспоживання та спрощує
сумісність із джерелами живлення.
У результаті запропонований ревербератор поєднує в собі простоту
конструкції, високу якість звуку та універсальність, що робить його
конкурентоспроможним рішенням для різних застосувань в області
обробки звуку.

86

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Абракітов В.Е. Багаторазові відбиття звуку в акустичних розрахунках:
Монографія, Харків, 2007. - 244-280c.
2. Терещук Р.М., Терещук К.М., Седов С.А. – Напівпровідникові приємно-
підсилювальні прилади: Довідник радіолюбителя: Изд. 2; Киев «Наукова
думка», 1982.659с.
3. Корякін О. Теоретико-методичні засади використання штучної
реверберації у сучасній звукорежисурі. Вісник Національної академії
керівних кадрів культури і мистецтв: науковий журнал. Київ: Міленіум,
2021. № 45. С. 291–297.
4. Ужинський М. Творче застосування процесорів ефектів у мистецькому
просторі. Вісник Харківської державної академії дизайну і мистецтв.
Мистецтвознавство. Архітектура: збірник наукових праць. Харків:
ХДАДМ, 2012. № 4. С. 127–130.
5. Юдова-Романова К., Стрельчук В., Чубукова Ю. Режисерські інновації у
використанні технічних засобів і технологій у сценічному мистецтві.
Вісник Київського національного університету культури і мистецтв.
Серія «Сценічне мистецтво». № 2 (1). 2019. С. 52–72.
6. Азаров О. Д., Коваленко О. О. А 35 Обчислювальні АЦП і ЦАП, що
самокалібруються, для систем цифрового обробляння аналогових
сигналів: Монографія. / Під заг. ред. О.Д.Азарова. – Вінниця:
УНІВЕРСУМ – Вінниця, 2006 – 147 с.
7. Азаров О. Д. Основи теорії аналого-цифрового перетворення на основі
надлишкових позиційних систем числення / О. Д. Азаров — Вінниця:
УНІВЕРСУМ–Вінниця, 2004. — 260 с. — ISBN 966-641-086-9.
8. Павлов С. М. Схемотехніка. Ч. 2. Аналогова техніка : навч. посіб. / С. М.
Павлов, А. В. Рудик, О. М. Возняк. – Вінниця : ВДТУ, 2000. – 144 с
87

9. Основи технічної електроніки: У 2 кн. Кн.2. Схемотехніка: Підручник/
Бойко В.І., Жуйков В.Я., Співак В.М. та ін. К.: Вища школа., 2007. 510 с
10. Лукашенко В. М. Критериальные зависимости для выбора оптимальных
параметров коммутаторов / В. М. Лукашенко // Вісник ЧІТІ. – 2000. - №
3. – С. 65-70.
11. Лукашенко А. Г. Эффективный метода анализа сложных моделей и их
компонентов для специального лазерного технологического комплекса /
А. Г. Лукашенко, И. А. Зубко, В. М. Лукашенко и др. // Вісник ЧДТУ. –
2011. - №4. – С. 42-47.
12. Метод вибору системних плат для лазерного технологічного обладнання
/ А. Г. Лукашенко // Вісник ЧДТУ. – 2013 . - №3. – С. 37-41.
13. Трьохкординатна знакова модель для визначення перспективних
мікропроцесорних компонентів за багатьма параметрами / К. С. Рудаков,
А. Г. Лукашенко, В. А. Лукашенко та ін. // Вісник ЧДТУ. – 2012. - № 1. –
С. 28-31.
14. Эффективный метод анализа сложных моделей и их компонентов для
специализированного лазерного технологического комплекса
/ А. Г. Лукашенко, В. М. Лукашенко, И. А. Зубко та ін. // Вісник ЧДТУ. –
2011. – № 4. – С. 42–47.
15. Критериальная оценка лазерных излучателей на основе теории неполного
подобия и размерностей / А. Г. Лукашенко, В. М. Лукашенко,
М. В. Чичужко и др. // Бъдещите изследвания – 2013 : матеріали
IX Международна научна практична конференция : (17 – 25
февруари 2013, София, Болгария). – София : «Бял ГРАД-БГ» ООД,
2013. – Т. 28. – C. 24–28.
16. Лукашенко А. Г. Виявлення резерву предмета дослідження на основі
теорії неповної подібності та розмірностей [Текст] / А. Г. Лукашенко,
88

О. А. Кулигін, В. М. Лукашенко // Вісник Хмельницького національного
університету. – 2009. – № 3. – C. 184–187.
17. Швидкодіючий метод візуалізації вибору сучасних мікроконтролерів
[Текст] / А. Г. Лукашенко, К. С. Рудаков, Р. Є. Юпин, Д. А. Лукашенко
// Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2011. –
№ 4/9 (52). – C. 63–65.
18.К.М.Ткачук Довідник по охороні праці на промисловому підприємстві.
Київ: Техніка, 1991.369с.
19.Kantorik S. Convolution reverb & impulse responses. Capstone Projects and
Master’s Theses. 365, 2014. Pohl I. et al. Spatial room acoustic visualization
using virtual reality. Applied Sciences, 9 (18), 3823, 2019. Young O. Creating
a Convolution Reverberation Effect from Impulse Responses in Physical
Spaces, 2020.
20. H. Haas. The Influence of a Single Echo on the Audibility of Speech. „Journal
of the Audio Engineering Society”. 20 (2), ss. 146-159, 1972
21. Leo Beranek: Concert and Opera Halls – How They Sound. USA: Acoustical
Society of America, 1996.
22. Kester Walt. Data Conversion Handbook / Walt Kester. – USA:Newnes, 2004.
– 953c. - IBSN 0-916550-27-3.
23. Brown G.A. History of Reverb in Music Production by, iZotope Content Team
May 1, 2020.
24. L. Cremer, H.A. Müller: Principles and Applications of Room Acoustics -
Londyn: Applied Science, 1982. – 100p.
25. Tomasz Hajduk. IK Multimedia Classik Studio Reverb – zestaw wtyczek
pogłosowych. „Estrada i Studio”, czerwiec 2006. [dostęp 21 czerwca 2010]. –
115p.
26. http://vozom.ho.ua/Adc/adc.html
89

27. Zoom sound laboratory [Електронний ресурс]. – Режим
доступу: http://www.zoom.co.jp/english/products/
28. http://www.experimentalistsanonymous.com/diy/Datasheets/HT8970.pdf
29. http://sound.westhost.com/pt2399.pdf
30. http://www.experimentalistsanonymous.com/diy/Datasheets/MN3005.pdf
31. http://www.experimentalistsanonymous.com/diy/Datasheets/MN3007.pdf
32. http://www.experimentalistsanonymous.com/diy/Datasheets/MN3011.pdf
33. http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/toshiba/4119.pdf
34. http://www.datasheetarchive.com/dlmain/Datasheets-22/DSA-434720.pdf
35. http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-
pdf/view/17969/PHILIPS/NE532D.html
36. http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/69351/KEC/KIA358F
37. http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-
pdf/view/536401/IKSEMICON/IL4558.html
38. http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-
pdf/view/3072/MOTOROLA/LM358D.html
39. http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/9177/NSC/LMV358.html
40. http://pdf.dzsc.com/LMV/LMV712_1233756.pdf
41. http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/9179/NSC/LMV722.html
42. http://213.114.140.60/_pdf/LM/LM8262.pdf
43. http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/9187/NSC/LMV822.html
44. http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-
pdf/view/53574/FAIRCHILD/LM2904.html
45. http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/9177/NSC/LMV342.html
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-
pdf/view/352849/ONSEMI/LMV932.html

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets