ऑडियो ग्राफिक इक्वलाइज़र डिजाइन करने के लिए प्रयुक्त 11 सिग्नल और सिस्टम अवधारणाएं

मार्क विकर्ट द्वारा

निम्नलिखित ग्यारह सिग्नल और सिस्टम अवधारणाएं हैं जो सिग्नल प्रोसेसिंग सिस्टम के डिजाइन पर लागू होती हैं जिसे ए के रूप में जाना जाता है: ऑडियो ग्राफिक तुल्यकारक . जब आप पोर्टेबल म्यूजिक प्लेयर या कंप्यूटर पर संगीत सुनते हैं, तो आप आमतौर पर ध्वनि को अनुकूलित कर सकते हैं- आप दस टोन नियंत्रणों के सेट का उपयोग करके अपने स्वाद के अनुरूप अंतर्निहित संगीत सिग्नल के आवृत्ति स्पेक्ट्रम को फिर से आकार दे सकते हैं।



एक तुल्यकारक की मुख्य आवश्यकताओं को स्थापित करें

सिग्नल और सिस्टम इंजीनियर के रूप में, आपको प्रीसेट सूची के लिए लक्षित श्रवण कक्षों की आवृत्ति प्रतिक्रिया की बेहतर समझ की आवश्यकता है। आवृत्ति प्रतिक्रिया का आकार जो तुल्यकारक का प्रतिनिधित्व करना चाहिए, तुल्यकारक वास्तुकला की मुख्य आवश्यकताओं को निर्धारित करता है।



उदाहरण के लिए, फ़्रीक्वेंसी रिस्पॉन्स एक्सट्रीम विशेष रुचि रखते हैं, क्योंकि वे अलग-अलग फ़िल्टर की फ़्रीक्वेंसी रिस्पॉन्स शेप, प्रति फ़िल्टर आवश्यक गेन एक्सट्रीम और शायद सैंपलिंग दर को स्थापित करने में मदद करेंगे।

सिस्टम नमूनाकरण दर का चयन करें

ध्वनिकी अनुसंधान आवृत्ति प्रतिक्रिया आकृतियों के बारे में जानकारी प्रकट करता है जो सिस्टम को मॉडल करना चाहिए। असतत-समय के कार्यान्वयन के लिए, आपको ऑडियो सिग्नल के लिए प्रासंगिक आवृत्ति बैंड ऑफ इंटरेस्ट को कैप्चर करने के लिए नमूना दर का चयन करना होगा। नमूनाकरण दर सबसे अधिक संभावना ऑडियो प्लेबैक नमूनाकरण दर से निर्धारित होती है।



स्टूडियो ग्रेड उपकरण के लिए, 48, 96, या 128 kSPS की नमूना दर उपयुक्त है। कॉम्पैक्ट डिस्क (सीडी) गुणवत्ता ध्वनि के लिए, मानक 44.1 kHz है। अतिरिक्त सैंपलिंग दर सिग्नल प्रोसेसिंग आवश्यकताओं को बढ़ाती है क्योंकि प्रति सेकंड नमूनों का कुल योग और गुणन की फ़िल्टरिंग आवश्यकताओं और प्रति फ़िल्टर को डिज़ाइन की कार्यान्वयन आवश्यकताओं पर वहन करने के लिए आते हैं।

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एक प्रोटोटाइप फ़िल्टर चुनें

आपको कई फ़िल्टरों की सामग्री में डिज़ाइन के लिए मूल फ़िल्टर प्रकार को देखना होगा जो लगभग एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से कार्य कर रहे हों। प्रत्येक स्लाइडर के साथ, आप अन्य बैंडों से स्वतंत्र आवृत्तियों के केवल एक बैंड की मात्रा को बढ़ाने और कम करने की क्षमता चाहते हैं, जिसे आप बिना किसी स्तर परिवर्तन के स्थिर रखना चाहते हैं।

आप चाहते हैं कि फ़िल्टर अपेक्षाकृत सरल हो क्योंकि आपको कई फ़िल्टर बैंड की आवश्यकता होगी, लेकिन विभिन्न बैंड अनुप्रयोगों के लिए फ़िल्टर को आसानी से ट्यून करने की आवश्यकता है। आदर्श फिल्टर वह है जो सभी आसन्न आवृत्ति बैंड को एकता लाभ के साथ पास करता है फिर भी आवृत्तियों के एक संकीर्ण बैंड पर लाभ बढ़ा और कम कर सकता है। पसंद के फ़िल्टर को के रूप में जाना जाता है पीकिंग फ़िल्टर .



तय करें कि कितने फिल्टर की जरूरत है

ध्वनिकी अनुसंधान के हिस्से के रूप में आपको मिलने वाले आवृत्ति प्रतिक्रिया प्लॉट इस बारे में जानकारी प्रदान करते हैं कि कितने फ़िल्टर बैंड की आवश्यकता है। परंपरा की तरह यहां व्यावहारिकता भी काम आती है। परंपरा से पता चलता है कि दस ऑक्टेव बैंड-स्पेस फिल्टर एक काफी अच्छा ऑडियो इक्वलाइज़र डिज़ाइन बनाते हैं। विशेष रूप से, ऑक्टेव बैंड केंद्र आवृत्तियां 31.25 हर्ट्ज से 16,000 हर्ट्ज तक फैलती हैं, जो उचित रूप से 20 हर्ट्ज से 20 किलोहर्ट्ज़ ऑडियो स्पेक्ट्रम को कवर करती हैं।

इक्वलाइज़र के सिस्टम आर्किटेक्चर पर ध्यान दें

दस-बैंड इक्वलाइज़र के लिए एक उम्मीदवार वास्तुकला दृष्टिकोण सिस्टम फ़ंक्शन वाले दस डिजिटल पीकिंग फ़िल्टर का एक कैस्केड सम्मिलित करना है एच मैं ( साथ से ), मैं = 0, 1,। . . , 9, सिग्नल स्रोत और डिजिटल-से-एनालॉग कनवर्टर (DAC) के बीच।

[क्रेडिट: मार्क विकर्ट, पीएचडी द्वारा चित्रण]क्रेडिट: मार्क विकर्ट द्वारा चित्रण, पीएचडी

आदर्श रूप से, प्रत्येक फ़िल्टर में आवृत्ति प्रतिक्रिया परिमाण होता है जो एकता लाभ प्रदान करता है (0 डीबी क्योंकि 20 लॉग10[१] = ०) स्लाइडर के नीचे दी गई केंद्र आवृत्ति के बारे में आवृत्तियों के एक संकीर्ण बैंड को छोड़कर हर जगह। फिल्टर के पास बैंड सन्निहित हैं ताकि दस बैंड एक साथ लगभग 20 हर्ट्ज से 20 किलोहर्ट्ज़ तक के ऑडियो स्पेक्ट्रम को कवर कर सकें।

कैस्केड की आदर्श आवृत्ति प्रतिक्रिया परिमाण एक विशेष तुल्यकारक सेटिंग और नमूना दर के लिए दिखाया गया है एफ रों .

[क्रेडिट: मार्क विकर्ट, पीएचडी द्वारा चित्रण]क्रेडिट: मार्क विकर्ट द्वारा चित्रण, पीएचडी

पीकिंग फ़िल्टर को चिह्नित करें

एक पीकिंग फ़िल्टर एक विशिष्ट केंद्र आवृत्ति पर लाभ या हानि (क्षीणन) प्रदान करता है एफ सी . एक पीकिंग फ़िल्टर में एकता आवृत्ति प्रतिक्रिया परिमाण, या 0 डीबी लाभ होता है, जो केंद्र आवृत्ति से दूर आवृत्तियों पर होता है। केंद्र आवृत्ति पर एफ सी , डीबी में आवृत्ति प्रतिक्रिया परिमाण है जी डीबी, जो कि, +/–12 dB की सीमा पर लगातार समायोज्य है।

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अंतिम डिजाइन करने से पहले, आपको अतिरिक्त लक्षण वर्णन की आवश्यकता है। उसी समय, फ़िल्टर जटिलता का पता चलता है, क्योंकि आवृत्ति प्रतिक्रिया का अध्ययन करने का मतलब है कि आपको सिस्टम फ़ंक्शन से काम करने की आवश्यकता होगी। सिस्टम फ़ंक्शन से, आप अंतर समीकरण प्रतिनिधित्व पर भी पहुंच सकते हैं, जो फ़िल्टर कार्यान्वयन एल्गोरिदम से निकटता से संबंधित है।

पीकिंग फ़िल्टर चुनें क्यू -मूल्य

पैरामीटर क्यू फिल्टर बैंडविड्थ के विपरीत आनुपातिक है। एक निश्चित . के लिए क्यू , ऑक्टेव बैंड के बीच 3.5 तरंगें होती हैं। समग्र आवृत्ति प्रतिक्रिया में चोटियों और घाटियों को लागू करने की क्षमता ध्वनिकी अनुसंधान पर वापस आती है और साथ ही 31.25 हर्ट्ज से 16 किलोहर्ट्ज़ तक दस सप्तक को कवर करने की आवश्यकता है।

अगर क्यू बहुत बड़ा है, कैस्केड आवृत्ति प्रतिक्रिया में तरंगों का अर्थ है कि कुछ आवृत्तियों को बिल्कुल भी नियंत्रित नहीं किया जा सकता है, लेकिन यदि क्यू बहुत छोटा है, अलग-अलग पास बैंड एक साथ ब्लीड करते हैं, जिससे आवृत्ति प्रतिक्रिया विवरण का प्रतिनिधित्व करना अधिक कठिन हो जाता है। ए क्यू इस डिज़ाइन विश्लेषण के शेष भाग के लिए 3.5 का चयन किया गया है।

लाभ समायोजन सीमा पर विचार करें

ध्वनिकी अनुसंधान और तुल्यकारक प्रीसेट की जरूरत प्रत्येक स्लाइडर के लिए आवश्यक लाभ मूल्य की सीमा को निर्धारित करती है। एक व्यावहारिक मामले के रूप में, बहुत व्यापक लाभ मूल्य प्रसंस्करण एल्गोरिदम को गतिशील श्रेणी के विचारों के कारण अधिक जटिल बनाते हैं। एक उचित प्रारंभिक बिंदु +/–12 डीबी है।

ध्यान दें कि सीडी ऑडियो 16-बिट डायनेमिक रेंज के साथ रिकॉर्ड किया गया है, जो कुल सिग्नल डायनेमिक रेंज के लगभग 96 डीबी से मेल खाता है। इक्वलाइज़र को व्यक्तिगत आवृत्ति बैंड के लाभ को +/–12 डीबी तक बढ़ाने और कम करने की अनुमति देने से सिस्टम पर अतिरिक्त 24-डीबी गतिशील रेंज जुड़ जाती है। सिस्टम DAC में इसे व्यवहार्य बनाने के लिए आपको आउटपुट सिग्नल स्ट्रीम में अधिक सटीकता की आवश्यकता है।

एल्गोरिथम गणित का काम करें

असतत-समय प्रणालियों को लागू करते समय, आपके पास फ़िल्टर अंतर समीकरणों के लिए फ़्लोटिंग-पॉइंट अंकगणित या निश्चित-बिंदु अंकगणित का उपयोग करने का विकल्प होता है। प्रोसेसर आर्किटेक्चर के आधार पर फिक्स्ड-पॉइंट गणित आमतौर पर अधिक कुशल होता है। यदि प्रोसेसर फ़्लोटिंग-पॉइंट ऑपरेशंस का समर्थन करता है, तो फ़्लोटिंग-पॉइंट जाने का रास्ता है। लेकिन छोटे बैटरी पावर उपकरणों में फ्लोटिंग-पॉइंट उपलब्ध नहीं हो सकता है।

आपको यह देखने के लिए पीकिंग फिल्टर का अध्ययन करने की आवश्यकता है कि क्या सभी दस सप्तक को बिना किसी प्रदर्शन दंड के निश्चित-बिंदु गणित का उपयोग करके आसानी से बनाया जा सकता है। फिक्स्ड-पॉइंट गणित का उपयोग करते समय, बिट चौड़ाई आमतौर पर 16-बिट हस्ताक्षरित संख्या होती है, जबकि फ्लोटिंग-पॉइंट आमतौर पर 32 बिट्स होती है।

परीक्षण बिस्तर के विचारों के साथ तुल्यकारक का प्रयोग करें

आपको एक तथाकथित का संचालन करने की आवश्यकता है थोड़ा सच मानक संगीत स्रोतों से वास्तविक परीक्षण संकेतों के साथ तुल्यकारक का पूरी तरह से अभ्यास करने के लिए अंकगणितीय परीक्षण बिस्तर। परीक्षण बिस्तर के साथ विचार वास्तविक संकेतों और वास्तविक तुल्यकारक प्रीसेट के साथ संपूर्ण सिस्टम प्रदर्शन का मूल्यांकन करने में सक्षम होना है जिसे ग्राहक ने मांगा है। परीक्षण बिस्तर के साथ, आप डिजाइन की सभी महत्वपूर्ण आवश्यकताओं को पूरा करने में सक्षम होना चाहिए।

परीक्षण प्रदर्शन

दस-बैंड इक्वलाइज़र के साथ वास्तविक सौदा यह है कि आप स्लाइडर गेन कंट्रोल की स्थिति को देखकर इक्वलाइज़र से गुजरने वाले सिग्नल को आपके द्वारा प्रदान किए जाने वाले वर्णक्रमीय आकार को ग्राफिक रूप से कल्पना कर सकते हैं।

[क्रेडिट: मार्क विकर, पीएचडी द्वारा चित्रण]क्रेडिट: मार्क विकर, पीएचडी द्वारा चित्रण

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