Thread Rating:
  • 1 Vote(s) - 5 Average
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Equalizer CONSTANT-Q
#1
Poslije dužeg vremena odlučio sam se za tutorial designa equalizera N-BANDi konstantnog Q
Potrebno je usvojiti nekoliko termina, najlakše iz ovih RANE dokumenta:

-RANE note 101+117

-RANE note 115

-RANE note 122

Note 122, pogledajmo si pobliže slike 22, 23, što če nam biti i koncept equalizera, inače patent RANE, Dennis Bohn,

[Image: attachment.php?aid=33796]

Equalizer Constant-Q sastoji se iz prvog sumatora, koji ima u svojoj NFB signale iz n-BandPass Filtera,
signali su u feed-back konfiguraciji i kao takvi če se oduzimati ili pravit čemo CUT dotične bande njegovim potenciometrom,
drugi sumator je "čisti" sumator, signal prima kao dodavanje originalnom signalu ili pravit čemo BOOST dotične bande njegovim potenciometrom
Kad su svi potenciometri u samom centru, nemamo ni CUT ni BOOST,
signal prolazi kroz oba INVERT sumatora, tako da na izlazu imamo signal "u fazi"!

Opampove za ova dva sumatora trebamo naravno odabrati što kvalitetnije!   :-)
ulazni šum, SNR, SR, THD, BW, OLG, offset...itd, trebaju biti što precizniji,
ili pak se odlučimo za naš omiljeni opamp, takav koji nam najbolje zvuči!

Sledeči po vrsti je MultiFeedback aktiv BandPassFilter

[Image: attachment.php?aid=33797]

MultipleFeedback BandPass filter je složen sklop sa svojom prenosnom funkcijom, iz koje onda determinišemo:
-resonantnu frekvenciju Fo
-BW(-3dB) ili njegov faktor Q
-pojačanje sklopa Ao u centru resonantne frekvenije ili centra frekvencije BandPass filtra

Imamo pet pasivnih elementa sa kojima se ova tri gornja faktora izmedjusobno promenjuju.
U 80tih, u "doba dinozavra" kad se nije imalo PCja, ni Interneta.... (pa baš lepa vremena, mogu da se podsetim)
te filtre smo peške računali "Digitronom" i to u par navrata,
da smo dobili što bliže vrednostima standardnim vrednostima otpornika i kondova, koje se moglo nabaviti.
Sad je to "šala mala", pa i vrednosti pasivnih elemenata ima se u više paleta toleranci!


Attached Files Thumbnail(s)

LP
Dragan
Reply
#2
Nastavak: MultipleFeedback BandPass filter

Da bi počeli sa designom filtra trebamo determinisati
koliko bandi neka ima equalizer i
njegove Fo, Ao i Q

Za kučnu upotrebu zadovoljiče nas več 10Band-ni equalizer, može naravno i manje kao i više bandi.
Profi uredjaji ide i sa 1/3 OCTAVE što znači da imamo 30Band-ni equilaizer,
i sa njim naravno tačnije popravljamo/ispravljamo zvučne "anomalije" u samom odzivu prostora!

Sa manje Band-i pokrit čemo više oktava u audio području, time i teže izlivelirati one "anomalije" prostora od prije! :-)

Odlučili smo se za 10Band-ni EQ const-Q, tako čemo i raditi izračune po koracima, kasnije ako se neko odluči za manje/više bandi
imat če "mušter" pa če lako kasnije sebi izračunati potrebno!

Kako determinirati faktor Q?

Audio opseg ima 10 oktava, kako su podeljene, koje su nam freq...itd, možete si pogledati TU

Negdje na sredini stranice pronadjemo :

Standard frequencies for acoustic measurements according to EN ISO 266

gdje nadjemo 1st octave cycles 

i ispišemo centralnu freq Fo svake BANDe {31,5, 63, 125, 250,500,1K,2K,4K,8K,16K}
koje su i centralne freq OCTAVA, zato je 10Bandni EQ zapravo Oktave EQ.

Iz ovoga možemo nači broj N, kojeg zatrebamo za definisanje Q

N = (broj OKTAVA u audiu) / (broj BANDi EQja)  = 10 Oktava / 10 Bandi = 1.0

Na netu si možete nači kako se determiniše Q na bazi BW, BANDi... TU je podosta lepo obrazloženo,
inače:

Q = {SQRT (2^N) / (2^N - 1)}

N smo prije dobili 1.0, znači Q nam je 1,4142 (ili kvadrat.koren od 2)

Sad smo definisali za 10BAND-ni EQ: Fo i Q

Ao pojačanje filtra odabrat čemo 1V/V ili 1X, a pošto je konfiguracija filtra zapravo INVERTING, zatrebamo prije n-filtra i dodatan INVERTER.
Ovaj DRIVER inverter polja filtra može imati i svoje pojačanje, tim pojačanjem možemo definirati, za koliko čemo imati CUT/BOOST potiskivanja/izdizanja bandi.

DRIVER inverter ima još jednu mnogo važnu zadaču, a to je, da se bori sa ukupnom ulaznom impedancijom svih filtra u polju.
Ulazna impedanca je posledica odabira pasivnih elementa samog filtra, manje vrednosti otpornika viši SNR filtra, na kraju i bolji SNR cijelog EQja.

Za driver trebamo odabrati opamp koji može dati više izlazne struje, to jest da mu je THD još uvijek dobar sa niskom impedancom opterečenja.
OPA1654
je odličan kandidat za ovaj posao, pa i 1/f kriva šuma zadovoljava, pošto je dual, raspolovit čemo DRIVE i tako "ganjati" po 5BANDi svaki

Ukupna ulazna impedanca 5 filtra neka nam ne padne ispod nekih 500R, sa napajanjem +/-15VDC i očekivanih max +/-10Vpeak izlaznim amplitudama
tada očekujemo još uvijek dobar THD (po DS). manjim izlaznim amplitudama DRIVA naravno još bolji THD.
Znači ako držimo ulaznu impedanciju po filterima podjednaku (koliko se da), onda jedan filter neka ima ranga 2K5(min) ulaznu impedancu!

OK!
sad imamo sve potrebne podatke za konstrukciju/design takvog filtra!
LP
Dragan
Reply
#3
Nastavak:  Design MultipleFeedback BandPass filter

[Image: attachment.php?aid=33799]

Pripremio sam Excell tabelu po kojoj čemo odraditi filtre za Constant-Q EQ

Žuta polja su ona u koje čemo upisati potrebno:

-centar freq bande Fo { rekli smo 10BANDa : 31,5Hz, 63Hz, 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1KHz, 2KHz, 4KHz, 8KHz, 16KHz}
-pojačanje filtra u centru Fo : odabrali smo pojačanje 1 (minus ne pišemo!!!)
-koliko BAND-ni EQ želimo imati: odlučili smo se za 10BAND-ni

Pošto je najteže pronači adekvatan C filtra, krenut čemo od njega! ...
-i upišemo neku standardnu vrednost za C, u obliku recimo : 1E-06, što je 1uF ili 22E-09 što je 22nF...itd
zašto u tom obliku? ...pa da ne brojimo 0,0000001F (što je inače 100nF)  :-)

Na listu excella imate i osnovnu shemu MultipleFeedback BandPass filtra,
graf - nekakav tipičan freq odziv i definisan Fo, F_lo, F_HI, BW i
prenosnu karakteristiku filtra
Na kraju i postupak izračuna zadatog filtra.
Detaljno možete pogledati i MiniTutorial Analog

Excell sam stavio staru verziju, da možete svi lako otvarati ...

Otvorit če vam se izračun za Fo=250Hz, odabran kond je C=330nF (filter zatreba dva takva-ista)
BAND = 10, Ao=1
Dobivamo:
R1 je 2K7, več je standardna vrednost
R2 je 900R, odabrat čemo 910R standardnu vrednost
R5 je 5K5, ovog čemo sastavit iz (5K1 + 390R)

i aproksimativna vrednost IN_inpedance nam j eoko 2K5, minimalna u okolini Fo

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

Ove vrednosti sad možemo postaviti u simulator i pogledati odziv takvog filtra.
Pogledat čemo šta kaže TINA-TI


Attached Files Thumbnail(s)


.xls   Band-Pass Filter MFB.xls (Size: 155,5 KB / Downloads: 4)
.pdf   MT-220.pdf (Size: 99,05 KB / Downloads: 3)
LP
Dragan
Reply
#4
Nastavak: Šta kaže simulator!

Sa obzirom da čemo raditi pojačanjima filtra sa 0dB ili 1V/V ili 1X,
Gain-Bandwidth Produkt odabranog opampa za filtar nam nije kritičan, što veči-to bolji naravno :-) 10MHz+ @ Ao=1 zadovoljava!
recimo OPA1602/1604  price/performance

-napajanje +/-15VDC, decoupling stavimo na nožice napajanja 1uF/50V (što bliže ICju)
-pasivne elemente zgusnemo oko (+) i (-) ulaza, izlaz opampa je niske impedance, pa može duži vodovi!
-Dodao sam još jedan otpornik na (+) ulaz, ovaj definira izlazni offset, kojeg trebamo držati niskog,
jer čemo sa izlaza iči prema potenciometru, a ovaj nevoli baš puno struje! :-)
(Ovo čemo detaljno kasnije!)

[Image: attachment.php?aid=33801]

Na ulaz sam dodao Amper-metar, da si možemo pogledati ulaznu impedancu filtra/freq

IN_impedance(freq) = U_in(freq)/I_in(freq)

i vidimo da je najniža oko Fo, to jest nešto više, iznosi 2K38 i blizu smo aproksimaciji iz Excell tabele

Iz grafa odziva odčitamo Fo=251Hz, F_lo=175Hz i F_hi=355Hz. pojačanje filtra u centru Fo nam je 0,141dB (1,013X)

BW = F_hi - F_lo = (355-175)Hz = 180Hz

Q= Fo / BW = 250Hz / 180Hz = 1,39

Vidimo da sa minimalnim odstupanjem vrednostima pasive imamo i minimalno odstupanje faktora filtra!
Izlazni offset probamo držati ispod +/-10mV, simulacijski imamo -4uV!

Nastavak: Excell + Simulator (II)

Odraditi po tri (ili sve) bliske BANDe filtra i pregledati kako se poklapaju vrednosti Fo, BW, F_lo, F_hi, pojačanja Ao filtara!


Attached Files Thumbnail(s)


.tsc   MFB BP filter.TSC (Size: 47,99 KB / Downloads: 0)
LP
Dragan
Reply
#5
Pošto je najteže pronači odgovarajuči potenciometar

https://eu.mouser.com/ProductDetail/Bour...6fMA%3D%3D

Bourns 50KB2 (linearna B2 kriva, vidi DS)
LEDica
Central detent, klik na sredini pota
60mm hoda

ništa lepše za pravi Octave Graphic Equalizer 10L+10R Band = 20pota
LP
Dragan
Reply
#6
Nastavak: Excell + Simulator (II)

[Image: attachment.php?aid=33805]

Ovako izgleda 5 Band filtra {32, 64, 125, 250 i 500}Hz
-prepletanje BANDi se dešava na (-3dB),
-32Hz je najdelikatnija, male promene/odstupanja pasive jeste mala odstupanja faktora filtra,
ali smo tu i na malim freq, pa se odmah zapazi "netačno" preklapanje 32 i 64 BANDe
(jeste vrlo mala odstupanja)
-probao sam zadržati podjednake vrednosti otpornika, kondove sastavljamo.
Može i standardne vrednosti kondova, otpornici se onda potraže najbliži standardnim otpornicima, sastave se otpornici...itd
Ali mala odstupanja čemo uvijek imati, to po vrednostima koje uzimamao, to tolerancije elementa koje čemo staviti...itd.
Mala odstupanja nisu drastična!

No, vidimo barem kako se ponaša po simulatoru sa malim devijacijama, pa možemo slično očekivati i od uradjenog prototipa/uradka!


Attached Files Thumbnail(s)


.tsc   MFB BP filter V.TSC (Size: 139,37 KB / Downloads: 0)
LP
Dragan
Reply
#7
Nastavak: Excell + Simulator (III)

Popravio sam malo prvih 5BANDi, sad se bolje poklapaju na (-3dB) nivou
Dodano imate i drugih 5BANDi.
Kondovi se sastavljaju, standardne su vrednosti,
izračunate vrednosti iz Excell tabele daju po simulaciji očekivan odziv!

prvih 5BANDi {31,5Hz, 63Hz, 125Hz, 250Hz i 500Hz}

[Image: attachment.php?aid=33813]

drugih5BANDi {1KHz, 2KHz, 4KHz, 8KHz, 16KHz}

[Image: attachment.php?aid=33812]


Attached Files Thumbnail(s)

LP
Dragan
Reply
#8
10Band Constant-Q Octave Graphic Equalizer



.tsc   CONSTANT-Q 10BAND EQ.TSC (Size: 445,53 KB / Downloads: 4)
LP
Dragan
Reply
#9
hvala hvala hvala Dragane....
"Pretpostavka je majka zajeba..." : D.V. - Dude
Reply
#10
Dragane, uhvatio si se lepe rabote i kao i obično pošteno to radiš.

Bilo bi super kada bi odradio proračune i za 1/2 i 1/3 oktave. Interesuje
me da li bi moguće odraditi filtere sa nekoliko vrednosti kondenzatora,
a menjati otpornike u band pas filteru. Otpornik je lakše naći nego gomilu
raznoraznih kondenzatora.
СЛОБОДА НАРОДУ
セルビアhttps://www.youtube.com/watch?v=6PaEAcosPqg
Reply
#11
(07-16-2020, 05:24 AM)HomeMadeAudioProject Wrote: hvala hvala hvala Dragane....

Hvala HMAP!
Ma nema na čemu! :-)

Više puta se pričalo o equalizerima, 
TU : https://forum.yu3ma.net/thread-1504-post...l#pid71470
sam počeo nešto rezimirati kako smo to radili krajem 80tih, početkom 90tih (kasnije nisam bio više u tom štosu - pro audio)

Mile je ponudio več gotova rešenja sa PCBjem, sa equalizerima različitih BANDi, ima i Constant-Q APEX CQ-8,

[Image: attachment.php?aid=23303]
prve 4BANDe imaju klasičnu poraspodjelu po Oktavama {63,125,250,500}Hz najnižu 32Hz se sa 8Bandi ne upotrebljava,
1KHz je malo razvučen, prilagodjen situaciji (niža 500Hz a viša 3KHz, kdje se očekuje dupliranje freq, 2K)
a zadnje 3Bande {3K, 6K i 12K}Hz imaju dupliranje freq, znači isti Q, kao kod prvih 4Bandi.
Odlično razvučenih 8BANDi!

Zanimljivost:
Skale za freq se uobičajeno koriste logaritamske, linearne bi bile previše razvučene.
"Sredina" po log skali dviju freq, 
recimo 3KHz i 6KHz nije = (3K+6K)/2= 4K5Hz
nego malo složenije:
F1=3K, F2=6K, F_midle(F1,F2)=?

F_midle = F1*{10^{(logF2 - logF1)/2} = 3K*{10^{(log6K - log3K)/2} = 4243Hz

i F_midle izmedju 6K i 12K dobivamo =8485Hz

BW(-3dB) = (8485 - 4243) = 4242Hz

[Image: attachment.php?aid=33817]
Znači tu očekujemo prepletanje Bandi 3K i 6K na -3dB livelu! 

Q = Fo / BW(-3dB) = 6K/4242Hz = 1,4142

(07-16-2020, 08:53 AM)branko tod Wrote: Dragane, uhvatio si se lepe rabote i kao i obično pošteno to radiš.

Bilo bi super kada bi odradio proračune i za 1/2 i 1/3 oktave. Interesuje
me da li bi moguće odraditi filtere sa nekoliko vrednosti kondenzatora,
a menjati otpornike u band pas filteru. Otpornik je lakše naći nego gomilu
raznoraznih kondenzatora.

Hvala Branko,
dokumnta za equalizere dobijemo po netu, informacija malo tu, nešto tamo,
ali nisam pronašao dokument gdje je po koracima sve sažeto
podupreno formulama po koracima i tako to!
Najviše posla je oko MFB BP filtara, optimalni izračun za neke standardne vrednosti pasive,
da se održi visok SNR i da ne preopteretimo DRIVE preniskom ulaznom impedancom polja filtara!

U Excell tabelu stavljamo 1/2 OKTAVE = 20 BANDi
Potražimo sada freq za 1/2 octave cycle {31,5 , 45, 63, 90, 125, 180, 250 ....11K2, 16K, 22K4}Hz
vidi: http://www.sengpielaudio.com/calculator-octave.htm

Ubacujemo u Excell vrednost odabranog konda,
...još bolje izmerenu vrednost tog konda! (trebaju biti par za jedan filter, mala odstupanja su OK)
Fo=250Hz, Ao=1, BAND=20, C_measured=335nF
R1=5K46
R2=350R
R5=10K91
i pronadjemo najbližu standardnu vrednost ili jih sastavljamo:
Odličan kalkulator Serijal - Parallel, odabere se tolerantna serija (E12, 24, 96)
https://www.qsl.net/in3otd/parallr.html

Za svaki filter onda sa par odabranih vrednosti konda odradimo kalkulaciju za otpornike.

Pošto imamo sada 20 filtara, neka jim je ulazna impedanca ne manja od 5K, da nebi 10 filtara preopteretilo jedan DRIVE!!!
Rekli smo da nam je 500R minimum za jedan DRIVE (imamo dva opampa OPA1656 - dual IC)


Attached Files Thumbnail(s)

LP
Dragan
Reply
#12
Svaka čast za temu!
Devojka me vara sa rođenim mužem!
Reply


Forum Jump:


Users browsing this thread: 1 Guest(s)