Эта статья содержит краткую информацию о разработке 5-полосного звукового эквалайзера, который был сделан мной вместе с моими коллегами в рамках завершения модуля лабораторной практики EN 2091 на факультете электроники и телекоммуникаций Университета Моратува, Шри-Ланка.
Итак, нам нужно было выбрать несколько проектов, и я выбрал именно этот проект эквалайзера, так как меня интересуют обработка звука и акустика. Прежде всего, что такое эквалайзер? Эквалайзер — это устройство, которое может регулировать выход различных частотных диапазонов для данного сигнала. Они широко используются в аудиосистемах Hi-Fi для получения превосходного качества звука. Нас попросили разработать пятиполосный эквалайзер, используя только аналоговые электронные компоненты. Кроме того, были некоторые задачи или подобные функции, которые должны присутствовать в нашем эквалайзере.
Такое, как наше устройство, должно быть способно управлять усилением частот в следующих диапазонах частот.
- 20 Hz to 300 Hz
- 300 Hz to 1000 Hz
- от 1 кГц до 4 кГц
- от 4 кГц до 10 кГц
- от 10 кГц до 20 кГц
А также после разделения соответствующих частотных диапазонов наше устройство должно быть способно обеспечивать индивидуальное усиление для каждого диапазона, а также предоставлять пользовательский интерфейс для демонстрации усиления каждого частотного диапазона. Итак, в этой статье я собираюсь провести вас с нуля до полностью функционирующего пятиполосного эквалайзера.
Планирование и схематический дизайн
Поэтому изначально в наших головах было много мыслей. Поскольку в моей команде было еще 3 человека, у каждого из нас были разные идеи. Поэтому мы провели мозговой штурм в поисках начала нашего дизайна. У нас было много вариантов, какие типы фильтров мы можем использовать: Активные фильтры? или еще пассивные фильтры? . Каков должен быть порядок фильтров? какие другие параметры мы должны учитывать? Как мы можем реализовать их, как насчет пользовательского интерфейса и источника питания? Как мы можем контролировать усиление каждой полосы частот? На все наши вопросы мы нашли решения.
В конце концов мы решили использовать активные фильтры, так как пассивные фильтры взаимодействуют с катушками индуктивности, что может усложнить нашу конструкцию. Кроме того, эти фильтры ненадежны, так как их центральная частота и частота среза со временем меняются. Поэтому мы планировали исключить эти фильтры и сосредоточились на активных фильтрах. Точно так же после выбора активных фильтров стало доступно множество видов фильтров (например, Sallen-Key, множественная обратная связь). В любом случае мы должны отфильтровать частоты от 20 Гц до 20 кГц в 5 полос. Поэтому для этого нам нужен фильтр с более высоким спадом. Следовательно, мы должны увеличить порядок фильтра. Но, с другой стороны, если мы увеличим порядок фильтра, наша схема может стать слишком сложной, и требуемый результат может не быть достигнут из-за этой сложности. Наконец, мы сузили свой выбор, так как решили использовать фильтр 4-го порядка, каскадно соединив 2 фильтра множественной обратной связи.
После выбора фильтров мы позаботились о других дополнительных схемах, таких как буферные схемы (для преодоления проблемы с нагрузкой), сумматорные схемы и схемы усилителей и т. д. Несмотря на то, что мы выбрали фильтры и другие функциональные блоки, мы столкнулись с еще одним препятствием при выборе правильного операционного блока. -амп. Было так много операционных усилителей, которые были специально разработаны для таких целей обработки звука, например, LM4562NA, NE5532, TL072. Однако мы обнаружили, чтоLM4562NA — наиболее подходящий операционный усилитель. Поэтому мы использовали LM4562 и для других дополнительных цепей.
Изначально у нас была следующая блок-схема, описывающая функциональность нашего эквалайзера.
Взяв эту схему за основу, мы разработали нашу схему. Мы включили буферные схемы, усилительные схемы для каждой полосы, сумматорные схемы, токоограничивающие резисторы (обычно около 1 кОм), конденсаторы связи (для уменьшения смещения постоянного тока предпочтительнее использовать поляризованные конденсаторы 10 мкФ 25 В). И во время проектирования и после проектирования время от времени мы проверяли и обеспечивали наш прогресс с помощью программного обеспечения для моделирования (мы просто использовали для этого LTSpice, NI Multisim также предпочтительнее, в любом случае не используйте моделирование Proteus, поскольку оно не может моделировать в реальном времени). И, наконец, схема готова и работает!!
Схемы блока питания и пользовательского интерфейса
Кроме основного контура фильтрации нам нужны и другие дополнительные контуры. Первая — это схема питания, которая должна была питать все устройство. И следующей была схема, которая предоставит пользовательский интерфейс, соответствующий ступеням усиления каждой полосы. Для энергоснабжения мы решили получить питание от национальной сети переменного тока. Например, мы понизили напряжение с помощью трансформаторов с центральной ловушкой (мы использовали трансформаторы с центральной ловушкой, поскольку нам нужно подавать как + 9 В, так и -9 В на операционные усилители), затем преобразовали его в постоянный ток с помощью двухполупериодного выпрямительного моста, сгладили его и отрегулируйте требуемое напряжение с помощью соответствующих регуляторов напряжения (7809 для +9В и 7909 для -9В).
А для схемы пользовательского интерфейса мы планировали использовать светодиодные ленты, чтобы выразить каскадирование усиления для каждого диапазона. мы также использовали для этого точечный драйвер дисплея LM3914.
Разработка печатных плат и корпусов
После окончательной доработки схем и моделирования мы продолжили движение к следующему шагу. Мы запланировали 3 разных типа печатных плат
- Плата фильтра (основная плата)
- Плата питания (обеспечивает питание всей схемы)
- Пользовательская плата вывода (обеспечивает пользовательский интерфейс)
И мы разработали печатные платы с помощью программного обеспечения Altium Designer. Все печатные платы являются двухслойными печатными платами, и вот соответствующие изображения печатных плат.
Изначально мы планировали получить все печатные платы из-за границы (от JLCPCB), но не смогли разместить заказ в нужное время. Итак, мы напечатали печатные платы на месте (даже если печатные платы, напечатанные на месте, не работают, поскольку через несколько дней они могут перестать работать…).
А ниже изображения нашего вольера (довольно большой, не правда ли 🤣😁)
И ниже приведены некоторые изображения нашего прогресса.
Подтверждение
Так много людей участвовали, убеждали и работали вместе со мной в рамках этого проекта. Во-первых, мои товарищи по группе, которые были со мной с самого начала… Нируштихан, Нуван и Калинга. Мы работали как команда, добились успеха как команда. И наши супервайзеры Пахан Мендис айе и Асири Сиритунга Айе за то, что направляли нас на протяжении всего этого проекта, и, наконец, уважаемые лекторы ENTC, которые указали на проблемы и модификации, которые можно внести в наше устройство.
Подробные другие файлы (файлы дизайна Altium и Solidworks, файлы моделирования LTspice и другие файлы документации можно найти на моем сайте GitHub)
Моя учетная запись Github: https://github.com/Vgr20/EN-2091-Laboratory-Practices-Five-band-Audio-Equalizer.git
