オーディオディレイライン回路–エコー、リバーブエフェクト用

オーディオ遅延ラインは、最終的なオーディオ出力が特定の期間（通常はミリ秒単位）遅延するまで、特定のオーディオ信号が一連のデジタルストレージステージを通過する手法です。この遅延オーディオ出力が元のオーディオにフィードバックされると、驚くほど強化されたオーディオが得られます。このオーディオは、より豊かでボリュームがあり、エコーやリバーブなどの機能が満載です。

概要概要

部屋の中で演奏される音楽のリスニング体験は、部屋のインテリアに大きく依存します。

部屋のインテリアが多くのモダンな装飾やガラス窓で満たされている場合、それは音楽に過度のエコー効果を生み出す可能性があります。

一方、部屋に重いカーテンやクッション付きの家具などのファブリックベースの要素がたくさん含まれている場合、音楽はすべてのエコーとリバーブの効果を失う傾向があり、非常に鈍くて面白くないように聞こえるかもしれません。

後者の場合、カーテン、枕、クッション、ソファセットをすべて廃棄して廃棄するか、提案されたオーディオディレイライン回路を選択することができます。これにより、お気に入りを犠牲にすることなく、音楽の雰囲気を自然に復元できます。インテリア。

この回路を介して、実際にエコー（オーディオ信号の時間遅延）と残響（反射後）を生成し、はるかに豊かなオーディオを実現できます。

少し前まで、オーディオ信号の遅延を取得する唯一の手法は、非常に高価な電子機器を使用することでした。今日、私たちは「バケツリレー」と呼ばれるまったく新しい形のICを手に入れました。これにより、個人の遅延システムを非常に安価に構築できます。

オーディオソースとプリアンプの間、またはプリアンプとパワーアンプの間に取り付けられたこのコンセプトは、ほとんどの家庭用音楽システムからのサウンドを豊かにすることができる可変信号エコーを提供します。

回路を少し変更するだけで、このアイデアをフェーザ/フランジャーとして追加で適用できるため、ユーザーは録音アプリケーションやスペシャリストが使用するエレキギターの効果音を得ることができます。

バケツリレーICは、単独の14ピンパッケージに2つの512ステージレジスタで構成されるMOStypeシフトレジスタです。

オーディオ信号がバケツリレー設計の入力に供給され、関連するICがクロックジェネレーターで駆動されると、オーディオ信号は段階的に移動し、最終的に信号が出力に到達します。意図した遅延。

遅延線回路のブロック図を以下に示します。

この遅延信号が元の信号にフィードバック（再循環）されると、残響効果がシミュレートされます。

リアルタイムの雰囲気を提供することに加えて、バケツリレー回路を任意のオーディオシステムに実装して、モノラルオーディオソースから合成ステレオサウンドを生成できます。これは、「ダブルボイシング」および「フェーザ/フランジング」の便利なオプションです。

バケツリレーとは

「バケツリレー」という用語は、火災の危険と戦うためにバケツの水を手渡す男性の列を思い出させます。

バケツリレーのアナログシフトレジスタは同じように機能するため、この名前が付けられています。

一方、シフトレジスタでは、コンデンサはPMOSICに直接接続された「バケット」を表します。すべてのシングルチップに1000を超えるそのようなコンデンサが存在する可能性があります（ステージごとに1つのコンデンサと2つのMOSトランジスタ）。

渡される要素は、実際には、あるステージから次のステージに渡る電荷のパケットです。バケツに水を均等に出し入れするのは簡単ではないことを私たちは知っています。

同様に、コンデンサの充電と放電を同時に行うことは容易ではありません。この問題は、シフトレジスタと、位相がずれたクロック周波数のペアによって解決されます。

最初のクロックがハイの期間中、「奇数」の数字のバケットは「偶数」の数字の後続のバケットにスローされます。 2番目の高クロックが到着するとすぐに、偶数のバケットが次の連続する奇数のバケットにスローされます。

このようにして、個々の料金は、一度に1つのステージからライン全体にシフトされます。

上の画像は、MN3001アナログシフトレジスタの4つの標準ステージの概略図です。

各MN3001ICは、2つの512段シフトレジスタで構成されています。ステージAとCは1つの特定のクロックにリンクされ、ステージBとDは他のクロックに結合されて、奇数/偶数の関係を提供することに注意してください。

遅延線回路のしくみ

次の回路図は、オーディオ遅延ラインの完全な回路図を示しています。

実際にオーディオ信号に遅延を作成すると、さまざまな興味深いオーディオ効果が生成されます。最も目立つのは、エコー効果のシミュレーションです。

ただし、バケツリレーによって作成される遅延は通常、離散エコーとして認識されるために非常に小さいです。

ゲインを下げて遅延信号を繰り返すと、残響空間でのエコーの健全な減衰を模倣できます。

遅延信号の再循環全体に特定のゲインを導入することにより、音楽に不自然な「ドアスプリング」の結果を生成する可能性があります。

インストルメンタル信号またはスピーチトラックに30または40ミリ秒の遅延を引き起こし、遅延信号を元の信号に戻すと、出力オーディオがよりボリュームになり、初期の音声量または音楽の深さよりも多い印象を与えます。

この種の一般的なアプローチは「ダブルボイシング」と呼ばれます。もう1つのよく知られている短い遅延効果は、「フェージング」または「リールフランジング」と呼ばれる手法によって発生する独特の音の形をとることができます。

タイトルは、テープレコーダーを使用して時間遅延を生成し、テープフィードリールの外側を熟練した手でこすることで遅延を変更して音響効果を生成するという当初の実験に由来しています。

今日、この効果は、元の信号から遅延信号を加算または減算しながら、信号を0.5〜5ミリ秒遅延させることにより、完全にデジタル技術によって開発することができます。

フェーザ/フランジャーの設定では、波長が時間遅延と同じ周波数とその高調波が完全に終了し、他のすべての周波数が強化されます。

このように、ノッチ間の周波数を有するコムフィルタは、以下に示すように、クロック周波数を変更することによって変更される。

その結果、ドラム、シンバルなどの非調性オーディオ、およびボーカル周波数に調性の改善が導入されます。

フェーザ/フランジャーモードを使用すると、モノフォニックオリジンからのステレオ信号を複製できます。これを実現するために、遅延信号を導入して抽出された位相出力は一方のチャネルに送信され、遅延信号を差し引いて抽出された出力は反対側に送信されます。

聴衆にとっては、フェージング効果が相殺され、耳に優れた合成ステレオ効果がもたらされます。

設計の主な要素は、間違いなく、アナログ信号を直接合成できるバケツリレーICです。回路には、高価なアナログ-デジタルおよびデジタル-アナログコンバーターは含まれていません。

フリップフロップからのクロックパルスがバケツリレーICに供給されるとすぐに、入力に存在するDC電源がレジスタに転送されます。ディスクリートビットは、順次クロックパルスを介して段階的にシフトされ、最終的に256パルスの後、ラインの最後に到達して出力信号を供給します。

出力波形は、ローパスフィルターと、入力に存在していたがクロック周波数の周期の256倍遅延した重複信号でクリーンアップされます。

たとえば、クロック周波数が100 kHzの場合、遅延は256 x 1 / 100,000 = 2.56msになります。入力の音楽信号のサンプリングレートがクロック周波数に依存していることを考慮すると、50％低いクロック周波数の想定限界は、効果的に転送できる最大オーディオ周波数である可能性があります。

それでも、実際の制約により、クロック周波数の3分の1がより現実的な設計目標のように見える場合があります。回路を順次接続またはカスケード接続して、クロックレートを上げたときに時間遅延を長くすることができますが、直列接続された回路のノイズが大きいと、帯域幅の増加を上回る可能性があります。

遅延モードでは、2つのシフトレジスタが直列に接続されているため、2倍高いクロック周波数を使用できます。

これにより、各シフトレジスタの2倍の帯域幅を、まったく同じ時間遅延でプログラムすることができます。この倍帯域幅モードでも、40ミリ秒の遅延に必要なクロック周波数により、帯域幅が3750 Hzの最大入力信号に制限されます。これは、ほとんどの音楽機器には不十分ですが、音声周波数には十分に見えます。

遅延送信が元の信号に実装されている多くのアプリケーションでは、元の信号入力に含まれる高周波信号のために、帯域幅の減少が隠される可能性があります。通常の信号減衰を補償するために、シフトレジスタ間に8.5dBの増幅器が採用されています。

フェーザ/フランジャーモードでは、必要な最大遅延は約5ミリ秒です。これは、帯域幅を犠牲にすることなく単一のシフトレジスタを使用するのに十分小さい値です。

その結果、2番目のシフトレジスタが最初のシフトレジスタと並列に接続され、S / N比が向上します。信号周波数は同相で適用され、ノイズ信号はランダムに加算および減算されます。

フェーザ/フランジャー

フェーザ/フランジャー設計のブロック図を次の図に示します。

フェーザ/フランジャーの概略図を以下に示します。

各シナリオで、クアッドNORゲートIC4は、指定されたクロックレートの周波数の2倍で機能する非安定マルチバイブレータのように装備されています。

IC4出力はフリップフロップIC5に接続し、フリップフロップIC5は、50パーセントのデューティサイクルで2つの寄与（互いに180°位相がずれている）出力クロック信号を提供します。

これらのパルスは、IC2のシフトレジスタのクロック入力として機能します。抵抗R16は周波数を決定し、遅延回路の固定値です。

クロック周波数は、フェーザ/フランジャーの特定のコネクタを介して並列に抵抗を追加することにより、必要に応じて変更できます。

オーディオ入力信号は、IC3と1 / 2IC1が使用されるローパスフィルターステージの7つの極を介して処理されます。フィルタは、調整された周波数で42 dB /オクターブの全体的な減衰を保証します。

例として、フィルターが5000 Hzに調整されている場合、10,000 Hzの信号は100：1を超えて減衰します。

フィルタは高ゲインオペアンプで動作しますが、極あたり6 dB /オクターブレートでロールオフする前に出力を最大化することができます。この種のフィルターは「減衰不足」と呼ばれます。

アンダーダンピングとオーバーダンピング（RC）フィルターステージのバランスを適切に選択することにより、チューニング周波数を3 dB下げるために、目的の通過帯域でフラットな応答を持つフィルターを簡単に構成できます。極数の6dB倍のロールオフ率。

これはまさに、この記事で紹介する遅延線とフェーザ/フランジャーの設計に実装されているものです。フィルタの抵抗値を特定するには、通常、かなりの量の統計的計算が必要です。

物事を簡単にするために、フィルター抵抗値の表から適切な抵抗値を選ぶことができます。

この表を利用して、遅延線回路専用の抵抗値を選択してください。 （図4に示されているフィルター抵抗値とそれに関連する部品表により、フェーザ/フランジャーの出力が15kHzで3dB低下し、5ミリ秒の遅延が強化されます。）

電源

パーツリスト

C12-470 µF、35 V
C13、C15、C16-0.01 uFディスクコンデンサ、C14 -100pFディスクコンデンサ
C17-33 µF、25 V

D1、D2-IN4007
D3 -1N968（20 V）ツェナーダイオード
F1 -1 / 10-アンペアヒューズ
IC6-723高精度電圧レギュレータ

すべての抵抗器はI / 4ワット5％の許容誤差です。

R17-1k
R18-1M

RI9-10オーム
R20-8.2kオーム
R21-7.5kオーム
R22-33kオーム
R23-2.4k

オーディオディレイラインの電源回路を上の画像に示します。これは、電圧レギュレーターIC6を中心に構築されており、15ボルトのプライマリ電源出力をクランクアウトします。シフトレジスタには、各+1ボルトと+20ボルトのソースが含まれます。

+20ボルトのレールはツェナーダイオードD3を使用して取得され、+ 1ボルトのラインはR22とR23の周囲に構成された分圧器から供給されます。

オペアンプはシングルエンド電源で駆動されるため、これらのデバイスの回路のリファレンスとして10.5ボルトの電圧ラインを機能させることが不可欠になります。

建設

実寸法のエッチングと穴あけのマニュアルは、両方の回路レイアウトでまったく同じですが、必要に応じて異なる方法で配線されています。これを下の図に示します。

PCBに部品を取り付ける前に、さまざまなジャンパーリンクをスロットに挿入してはんだ付けする必要があります。その後、希望する動作モードに従って、上記のようにボードを接続します。

すべての半導体デバイスと電解コンデンサのピンの向きに注意し、正しく挿入してください。

MOSデバイスは静電気に敏感であり、指に発生した静電気によって損傷する可能性があるため、注意して保持および組み立ててください。 ICをPCBに直接挿入することも、ICソケットを利用することもできます。

提案されたオーディオ遅延線回路の主な仕様