خوب، پس از سرگرم شدن با نسخه استریو متر VU که در پست وبلاگ قبلی خود توضیح دادم، اکنون زمان انجام یک کار جدی است. VU متر درجه استودیو !!! 24 مرحله ، با فواصل مساوی در هر 3 دسی بل ، محدوده دینامیکی بسیار گسترده از -63 تا +6 دسی بل را پوشش می دهد. این بار تک کانال (مونو)، بدون مزاحمت، دقت مطلق در خطر است. به علاوه، پاسخ فرکانسی خطی کاملاً Top-Flat را از 40 هرتز تا 20 کیلوهرتز (*) حفظ می کند.
من وارد جزئیات صفحه نمایش LED های RGB نمی شوم، که از زمان پروژه "اشک های رنگین کمان" هیچ تغییری نداشته است، فقط صفحات نصب شده در یک خط، یک نمودار میله ای GIGANTIC را تشکیل می دهند. برخی تغییرات جزئی در ترکیب جداول داده رنگ وجود دارد، اما به طور مستقیم قابل درک است. مهمترین ویژگی در این پروژه مقیاس پذیری خودکار است. همانطور که احتمالا می دانید، آردوینو دارای ADC 10 بیتی است. فقط نمی تواند نیم موج منفی را پردازش کند و به همین دلیل فقط 9 بیت برای اندازه گیری AC در دسترس دارد. طبق تئوری DSP حداکثر محدوده دینامیکی عبارت است از:
DR = 1.77 + 6.02 x B = 1.77 + 6.02 x 9 = 55.95 دسی بل.
از آنجایی که شکل موج صوتی ورودی چیزی جز موج سینوسی 5 ولت پیک به پیک کامل را نشان می دهد، محدوده دینامیکی واقعی کمتر خواهد بود. چقدر؟ در ابتدا، محدودیت های سخت افزاری وجود دارد. OPA (NE5532)، که عبارت است از:
- صدای بسیار کم!!!
- قابلیت درایو خروجی بالا؛
- پهنای باند با افزایش واحد و حداکثر خروجی نوسان.
- اعوجاج کم؛
- نرخ کشت بالا؛
- دیودهای محافظ ورودی و حفاظت از اتصال کوتاه خروجی
اما متأسفانه از نوع ریل به ریل نیست. نتایج آزمایش نشان میدهد که فشردهسازی زمانی قابل توجه میشود (~1 دسیبل) هنگامی که بزرگی مقیاسبندی نشده به سطح حدود 50 دسیبل نزدیک میشود. که مطابقت خوبی با انحراف مشاهده شده در اسیلوسکوپ بدون انحراف اوج به پیک 2.5 ولت است. یا فقط نیمی از محدوده کامل 5 ولت. و همانطور که تئوری می گوید، نصف یک بیت کمتر است و DR واقعی = 1.77 + 6.02 x 8 = 49.93 (~50 dB). در مرحله دوم، داده های صوتی بر اساس ساختار "بلوک" پردازش می شوند. این بدان معناست که داشتن میانگین بلوک 50 دسی بل، به این معنی نیست که هیچ سنبله ای در کشش نمونه وجود ندارد، که بدیهی است که بریده شده و خطا در نتایج اندازه گیری ایجاد می شود. این پدیده به عنوان Crest Factor تعریف می شود. منابع مختلف ضریب تاج محتوای موسیقی را بین 10 تا 20 دسی بل تخمین می زنند. بنابراین، با رویکرد مستقیم، آردوینو با OPA که در بالا به عنوان فرانتاند ذکر شد، میتواند تنها 50 – 20 = 30 دسیبل را با دقت پوشش دهد. برای به دست آوردن محدوده دینامیکی گسترده تر، من باید بهره تقویت کننده ورودی را مقیاس کنم، و این دقیقاً همان کاری است که انجام دادم، تقویت کننده را در دو مرحله ساختم و یک آبشار (با عبور از دومی) یا دو آبشار با استفاده از مالتی پلکسر ADC داخلی انتخاب کردم. از آنجایی که هیچ آی سی سوئیچینگ در مسیر سیگنال آنالوگ درگیر نیست، بهره با پایداری بالا تعریف می شود، می تواند یک بار دقیقاً اندازه گیری شود - از طریق ضریب ذخیره شده در EEPROM (ویژگی خوب برای افزودن) کالیبره شود.
در سمت راست نقشه های الکتریکی کیت "کمی اصلاح شده" وجود دارد که در آن تقویت کننده استریو به نسخه مونو دو مرحله ای تبدیل شده است. مرحله اول، با بهره حدود G1 = 1 + 10 k / 1 k = 11 برای ایجاد سیگنال در سطح خط، برای ایجاد بایاس DC مورد نیاز برای عملکرد صحیح ADC، و همچنین به عنوان بافر برای سیگنال پایین تر عمل می کند، لازم است. امپدانس منبع، همانطور که توسط ورودی ADC مشاهده می شود. من یک بهره تقویت کننده مرحله دوم را روی 40 دسی بل تنظیم کردم: 20 x Log_10 (G2)، که در آن G2 = 1 + 100 k / 1 k = 101 .
IMHO، همانطور که از پاراگراف بالا بر میآید، محدودیت بهره را برای تنها 30 دسیبل در هر مرحله تعیین میکند، بسیار زیاد است و برای پخش رادیویی «زمان واقعی» یا پردازش صوتی برای رسانه ذخیرهسازی، زمانی که باید وفاداری بالای برنامه صوتی باید حفظ شود، قابل توجیه است. برای نمایش بصری، "بریده شدن" انفجارهای سیگنال به دلیل نرخ تازه سازی بالای نمایشگر، 78 هرتز، به هیچ وجه قابل توجه نیست. اگر LED با چنین سرعتی روشن شود، انسان نمی تواند ببیند. برای اندازه گیری دامنه AC ثابت (حالت میکرو ولت متر) این به هیچ وجه مشکلی نیست و فضای سر به کوچکی 3 دسی بل کافی است و 47 دسی بل عریض در هر مرحله باقی می ماند.
برای جزئیات بیشتر: VU متر صوتی با محدوده دینامیکی بسیار گسترده 69 دسی بل با استفاده از آردوینو
در ادامه، متن انگلیسی این مطلب را میتوانید مشاهده نمایید:
O’K, after having some fun with stereo version of the VU meter I described in my previous blog-post, now it’s time to do a serious stuff. Studio grade VU meter !!! 24 steps, equally spaced every 3 dB, covering Extra wide Dynamic Range from -63 up to +6 dB. Single (mono) channel this time, no messing around, absolute precision at the stake. Plus, it keeps absolutely Top-Flat linear frequency response from 40 Hz up to 20 kHz(*).