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Ecualizador de audio

Enviado por rinconsebastian



  1. Objetivos
  2. Marco teórico
  3. Filtros
  4. Resonancia
  5. Ecualizador
  6. Funcionamiento
  7. Función de transferencia
  8. Circuito impreso
  9. Bibliografía

OBJETIVOS

Diseñar un ecualizador por medio del cual lograremos dar una verdadera utilidad a los conocimientos obtenidos en el presente curso.

Ser capaces de filtrar 5 rangos de frecuencias distintas de una señal compuesta por gran cantidad de las mismas, como lo es el sonido.

Desarrollar habilidades para la elaboración de circuitos electrónicos que funcionen con señales alternas.

MARCO TEORICO

El amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene capacidad de manejo de señal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante; tiene además límites de señal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio (especificación también definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales se caracterizan por su entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente mayor que 105 equivalentes a 100dB

El A.O es un amplificador de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con fuentes positivas y negativas, lo cual permite que tenga excursiones tanto por arriba como por debajo de tierra (o el punto de referencia que se considere).

El nombre de Amplificador Operacional proviene de una de las utilidades básicas de este, como lo son realizar operaciones matemáticas en computadores analógicos (características operativas).

El Amplificador Operacional ideal se caracteriza por:

  1. Resistencia de entrada,(Ren), tiende a infinito.
  2. Resistencia de salida, (Ro), tiende a cero.
  3. Ganancia de tensión de lazo abierto, (A), tiende a infinito
  4. Ancho de banda (BW) tiende a infinito.
  5. vo = 0 cuando v+ = v-

Ya que la resistencia de entrada, Ren, es infinita, la corriente en cada entrada, inversora y no inversora, es cero. Además el hecho de que la ganancia de lazo abierto sea infinita hace que la tensión entre las dos terminales sea cero, como se muestra a continuación:

 

FILTROS

Un filtro eléctrico o electrónico es un elemento que discrimina una determinada frecuencia o gama de frecuencias de una señal eléctrica que pasa a través de él, pudiendo modificar tanto su amplitud como su fase.

Función De Transferencia.

Ésta determina la forma en que la señal que aplicamos cambia en amplitud y en fase al atravesar el filtro. La función de transferencia elegida tipifica el filtro. Algunos filtros habituales son:

  • Filtro de Butterworth, con una banda de paso suave y un corte agudo
  • Filtro de Tschebyschef, con un corte agudo pero con una banda de paso con ondulaciones
  • Filtros elípticos o de Cauer, que consiguen una zona de transición más abrupta que los anteriores a costa de oscilaciones en todas sus bandas
  • Filtro de Bessel, que, en el caso de ser analógico, aseguran una variación de fase constante

Se puede llegar a expresar matemáticamente la función de transferencia en forma de fracción mediante las transformaciones en frecuencia adecuadas. Se dice que los valores que hacen nulo el numerador son los ceros y los que hacen nulo el denominador son polos.

El número de polos y ceros indica el orden del filtro y su valor determina las características del filtro, como su respuesta en frecuencia y su estabilidad.

Orden

El orden de un filtro describe el grado de aceptación o rechazo de frecuencias por arriba o por debajo, de la respectiva frecuencia de corte. Un filtro de primer orden, cuya frecuencia de corte sea igual a (F) presentará una atenuación de 6dB a la primera octava (2F), 12dB a la segunda octava (4F), 18dB a la tercer octava (8F) y así sucesivamente. Uno de segundo orden tendría el doble de pendiente (representado en escala logarítmica).

Esto se relaciona con los polos y ceros: los polos hacen que la pendiente suba con 20dB y los ceros que baje, de esta forma los polos y ceros pueden compensar su efecto.

Para realizar filtros analógicos de órdenes más altos se suele realizar una conexión en serie de filtros de 1º o 2º orden debido a que a mayor orden el filtro se hace más complejo. Sin embargo en el caso de filtros digitales es habitual obtener órdenes superiores a 100.

Tipos de filtro

Atendiendo a sus componentes constitutivos, naturaleza de las señales que tratan, respuesta en frecuencia y método de diseño los filtros se clasifican en los distintos grupos que a continuación se indica.

Según respuesta frecuencia

Filtro paso bajo: Es aquel que permite el paso de frecuencias bajas, desde frecuencia 0 o continua hasta una determinada. Presentan ceros a alta frecuencia y polos a bajas frecuencia.

Filtro pasó alto Es el que permite el paso de frecuencias desde una frecuencia de corte determinada hacia arriba, sin que exista un límite superior especificado. Presentan ceros a bajas frecuencias y polos a altas frecuencias.

Filtro pasó banda: Son aquellos que permiten el paso de componentes frecuenciales contenidos en un determinado rango de frecuencias, comprendido entre una frecuencia de corte superior y otra inferior.

Filtro elimina banda: Es el que dificulta el paso de componentes frecuenciales contenidos en un determinado rango de frecuencias, comprendido entre una frecuencia de corte superior y otra inferior.

Filtro multibanda: Es que presenta varios rangos de frecuencias en los cuales hay un comportamiento diferente

Filtro variable: Es aquel que puede cambiar sus márgenes de frecuencia

Filtros activos y pasivos

Filtro pasivo: Es el constituido únicamente por componentes pasivos como condensadores, bobinas y resistencias.

Filtros activos: Es aquel que puede presentar ganancia en toda o parte de la señal de salida respecto a la de entrada. En su implementación se combinan elementos activos y pasivos. Siendo frecuente el uso de amplificadores operacionales, que permite obtener resonancia y un elevado factor Q sin el empleo de bobinas.

Filtros analógicos o digitales

Atendiendo a la naturaleza de las señales tratadas los filtros pueden ser:

Filtro analógico: Diseñado para el tratamiento de señales analógicas

Filtro digital: Diseñado para el tratamiento de señales digitales.

RESONANCIA

fenómeno que se produce en un circuito en el que existen elementos reactivos (bobinas y condensadores) cuando es recorrido por una corriente alterna de una frecuencia tal que hace que la reactancia se anule, en caso de estar ambos en serie o se haga máxima si están en paralelo..

ECUALIZADOR

Es un dispositivo que modifica el contenido en frecuencias de la señal que procesa (por ejemplo una canción). Es decir, cambia las amplitudes de sus coeficientes de Furrier lo que se traduce en diferentes volúmenes para cada frecuencia.

De un modo doméstico generalmente se usa para reforzar ciertas bandas de frecuencias, ya sea para compensar la respuesta del equipo de audio (amplificador + parlantes) o para ajustar el resultado a gustos personales.

"explicación de los sonidos que se encuentran en cada rango de frecuencias"

63 Hz

Destaca los sonidos graves masivos como los de tambores, órganos, etc. Da sensación de grandiosidad

125 Hz

Subiendo da sensación de plenitud. Si bajas aumenta la transparencia.

250Hz

Bajando el mando disminuye posible eco.

500 HZ

Aumenta la fuerza del sonido. Si se baja da la sensación de que el sonido no es completo.

1 KHZ

Actúa sobre la voz del cantante. se puede dejar casi inaudible

2 kHz

Estimula el oído. Puede dar sensación metálica, entonces hay que disminuirlo.

4 kHz

Si está muy alto puede dar también sensación metálica y dura.

8 kHz

Aumenta la brillantez de instrumentos de cuerda y viento.

16 kHz

Aumenta la presencia de sonidos sutiles, como platillos, triángulos, etc.

DISEÑO

Para el diseño de este ecualizador decidimos Utilizar filtros pasa banda "angosta" activos, pues son los que mejor se adecuan y nos permiten solucionar de una mejor forma el problema planteado.

La resistencia de entrada del filtro queda establecida con la resistencia, con la resistencia de retroalimentación 2R se garantiza una ganancia máxima de 1 en la frecuencia de resonancia fc.

Ajustando Rf es posible cambiar o realizar ajustes finos a la frecuencia de resonancia, sin modificar la ganancia o el ancho de banda.

FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento de este filtro de banda angosta se caracteriza por las siguientes ecuaciones.

B = (0.1591)/(RC) B= Fc/Q

ESQUEMA GENERAL DEL ECUALIZADOR.

Tanto en la entrada como el la salida el ecualizador tiene un sumador o mezclador de audio, para garantizar la entrada y la salida de una única señal compuesta.

También cada banda cuenta con un seguidor de voltaje cuya función principal es la de aislar en cierto modo la señal de entrada de la señal de salida.

FUNCION DE TRANSFERENCIA

CALCULOS DE LOS FILTROS PASA BANDA:

Primero

R= 20K

C= 100n FC= 97.427 Hz

Rf= 10K B= 79.55 Hz

Segundo

R= 20K

C= 22n FC= 442.85 Hz

Rf= 10K B= 361.590 Hz

Tercero

R= 10K

C= 10n FC= 1590.99 Hz

Rf= 10K B= 1591 Hz

Cuarto

R= 2K

C= 10n FC= 7954.9 Hz

Rf= 2K B= 7955 Hz

Quinto

R= 1K

C= 10n FC= 15909.902 Hz

Rf= 10K B= 15910Hz

CIRCUITO IMPRESO

BIBLIOGRAFIA

http://www.uv.es/~marinjl/electro/ao.htm Tomado 30 de noviembre de 2005

http://64.233.187.104/search?q=cache:s1qs466xMjgJ:perso.wanadoo.es/chyryes/circuitos/ecual.htm+ECUALIZADOR&hl=es Tomado 30 de noviembre de 2005

http://rt001w60.eresmas.net/optimizando_el_sistema.htm Tomado 30 de noviembre de 2005

http://es.wikipedia.org Tomado 30 de noviembre de 2005

Robert F. Coughlin; Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales;

Prentice Hall Hispanoamérica sa.; 1993

Richard C. Dorf; Circuitos Eléctricos Quinta Edición; Alfaomega; 2003

 

 

FELIX SEBASTIAN RINCON TOBO

NATALIA MOLANO

CIRCUITOS 2

BOGOTA

2005


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