Medidor de Correlação de Fase

Introdução

Este é um daqueles projetos que surgiram a partir de pergunta de um leitor, e isso despertou a minha curiosidade, na medida em que eu tinha que ver o que estava disponível (praticamente nada de DIY) e quanto existe interesse por algo assim. Há muitas, muitas perguntas colocadas em sites de fórum, e um esquema aparece algumas vezes. Este esquema é simples de SSL (Solid State Logic) e data de cerca de 1984 ou por aí. Ele usa um agora obsoleto Schmitt trigger CMOS IC (MC14583) e parece estar ligadas de tal forma a ser tão confuso quanto possível.

Só para você ter uma idéia do que estes medidores, como deve ser ver a foto abaixo. Idealmente, um sinal estéreo permanecerá na seção verde na maioria das vezes - isso indica que os canais esquerdo e direito são, basicamente, em fase. Como o conteúdo de áudio de dois canais podem ser muito diferentes, haverá inevitavelmente momentos em que a correlação dos dois canais é menor do que "perfeito", e isso é mostrado no medidor. Se o canal for invertido ou um par de microfones estéreo tem um microfone fora de fase, este irá aparecer com o ponteiro na área vermelha.



Fase Face Meter Correlação


Não muito fabricantes mixer muitos sequer se preocupou fazendo metros fase, e os estúdios de radiodifusão (rádio FM, TV, etc) mais comumente usam um "vector scope" - essencialmente um osciloscópio de dois canais ligado no modo XY para exibir um padrão de Lissajous. Um canal (esquerdo ou direito) é alimentado com uma entrada e outra para a segunda entrada. Não parece ser o argumento, entre engenheiros de estúdio como ao modo de visualização "melhor". Dependendo da forma como o circuito é configurado, a tela irá mudar.

A tela mais comum é de tal forma que um sinal mono - onde os canais esquerdo e direito são idênticos em todos os aspectos - vai mostrar uma linha vertical na tela do osciloscópio. Um sinal mono, mas com um canal de 90 ° fora de fase irá exibir um círculo, e se um canal invertido (180 mudança de fase °), a exposição é uma linha horizontal. A maioria (mas não todos) vectorescópios mostrar tanto a amplitude ea fase do sinal. O resultado pode ser confuso - especialmente para alguém novo para este tipo de exibição.

metros de correlação de fase são menos comuns, e não há dividiu opiniões sobre como eles devem apresentar os resultados. A partir de informações recolhidas a partir de posts, ofereço as seguintes informações. Esta é obviamente uma questão muito pessoal, e não há uma resposta dura e rápida "certo" ou "errado" ...

Sony (ex-MCI) tem um medidor de fase que não pode realmente funcionar como alegado. A escala é de -180 °, aparentemente marcado no lado esquerdo, 180 ° à direita, e zero (em fase) no meio. O problema é que 180 e -180 são efetivamente a mesma coisa para um tom firme, para a esquerda e da direita teve extremos da escala são os mesmos! O medidor também responde a amplitude, bem como fase e, portanto garimpar um sinal para a esquerda ou direita mostra uma mudança de fase que não existe. Algumas pessoas pensam que isto é completamente errado, e é muito difícil discordar,

Neve eo SSL utilizam uma abordagem diferente. Não tenho detalhes para o metro Neve, mas pelo que eu pude perceber o medidor SSL mostra escala completa, quando os sinais estão em fase - independentemente da amplitude (dentro da razão). Se os dois sinais são de 90 ° fora de fase, o medidor irá mostrar metade do tamanho, e mostra zero (sem deformação), se os sinais são de 180 ° fora de fase.

O rosto metros acima, é baseado em uma unidade que Canford Audio [ 1 ] no Reino Unido usado para vender, mas agora está indisponível. Esta parece ser sobre o medidor analógico-alone fase de ficar apenas que já foram vendidos. Há uma abundância de outros, mas eles são ou plugins para sistemas de áudio digital ou usar um LED bar-graph como a exposição.

Descrição

O medidor de fase descrito aqui é bastante simples, e usa amplificadores de alto ganho e Schmitt triggers para eliminar qualquer dependência nível. O contador responde às variações de fase, e não mudanças de amplitude. Isto é válido até uma tensão de entrada abaixo de 50mV - cerca-26dBV. Supõe-se que o metro vai ser operado a partir de uma "linha" nível de sinal de pelo menos 1V nível médio. Para um sinal mono, o medidor irá ler escala (correlação máxima), e se os dois sinais são 180 ° fora de fase se lê zero (sem correlação). sinais do mundo real de áudio estéreo será algures no meio.

O primeiro estágio é um amplificador e um aparador. O sinal de entrada é muito recortado, deixando as transições de positivo para negativo (e vice-versa, claro). Estas transições conter os dados necessários para extrair as informações de fase. A forma de onda fortemente cortada de cada canal é então aplicado a um disparador Schmitt (4584 hex do CMOS Schmitt trigger ou 4093 quad Schmitt NAND são ideais). Estes asseguram as transições são rápidos e confiáveis.

Os sinais processados ​​são então somados e, se houver alguma diferença de tempo entre os sinais da somatória de saída será menor que o máximo. O compósito onda final é retificado. Se ambos os sinais são idênticos (mono), o resultado é uma leitura da escala completa no medidor (ajustado pelo VR1). Se os dois canais estão em anti-fase (180 °), a soma de sinais cancelar, não há tensão a rectificar, e a leitura for zero (-1, não correlacionadas). Na realidade, o metro nunca mais vai ler exatamente zero, porque vai haver uma pequena quantidade de deslocamento, e sinais de igual e oposta nunca será perfeitamente igual e oposta. Este pequeno deslocamento é mais facilmente removido usando o ajuste de zero mecânico no movimento do medidor.





Figura 1 - Medidor de correlação de fase esquemático


O circuito é bastante simples, e usa o barato e alegre opamps TL072. Como nenhum dos circuitos está no caminho do sinal não há razão para usar alta opamps grau. Muito cuidado é necessário, porém - o recorte e circuitos Schmitt trigger criar um sinal altamente distorcido com a ascensão muito rápida e os tempos de queda, eo componente de alta freqüência pode ser facilmente apanhada por circuitos sensíveis. O medidor inteiro deve estar em seu próprio compartimento blindado, com especial atenção para garantir que o ruído de alta freqüência não pode escapar ao longo da entrada conduz. As entradas devem estar devidamente protegido para minimizar o ruído irradiado. Isto também se aplica ao fornecimento de energia.

O CMOS ICs disparador de Schmitt não pode usar a ± 15V completo que é usado para o opamps, por isso se reduz a dois resistores e diodos zener de ± 5.6V. Esta fonte é ignorada separadamente por 100uF caps como mostrado no desenho da fonte de alimentação (Figura 4). Embora não seja mostrado, 100nF cerâmico deverá ser colocado o mais próximo possível para os pinos de CMOS. seções não usadas (se você usa o feitiço do inversor Schmitt 4584) têm seus insumos vinculados ao fornecimento CMOS negativo ou a outra entrada. Pode ser necessário adicionar tampões 100nF cerâmico nos pinos do fornecimento dos amplificadores operacionais para reduzir o ruído da fonte muito alta frequência que podem causar leituras incorrectas com algum material de origem.




Figura 2 - Fase de onda medidor de correlação (90 Phase Shift °)


A forma de onda fundamental para uma diferença de fase de 90 ° entre os canais é mostrado acima. Quando o sinal é totalmente coerente (correlatos), a saída fica em 1.4V DC, com apenas um pequeno componente ondulação causada pela velocidade finita do retificador de onda completa. Se os sinais são exatamente 180 ° entre si, a saída é zero volts. Com 90 ° fase de diferença (que é quase completamente não afetada pela amplitude), a saída retificada é uma onda quadrada, como mostrado acima, eo valor médio é de 700mV - exatamente a metade do valor da escala completa.

A partir daí, você pode facilmente determinar as formas de onda para ângulos de outra fase. O medidor de corrente, como mostrado é 0-100uA, mas isso é facilmente alterado para se adequar ao movimento que você tem. Você vai notar que não há nenhum capacitor através do metro - isso é proposital, porque, se incluídas, o limite será cobrado o valor de pico que o contador não irá mostrar a média como é exigido. metros bobina analógica movimento mostra o valor médio de qualquer forma de onda aplicada, por isso são perfeitamente adequados para essa tarefa. Sabendo que a tensão disponível (que pode ser ligeiramente diferente do que já referi) também permite que você escolha a resistência em série para o movimento do medidor que deseja usar. Os valores apresentados para acomodar metros mais comumente disponíveis.

Favor notar que este metro fase experimental, em que eu não tenha construído e testado. Foi simulada, porém, e ele faz o que se pretende. No entanto, ele não replica a ação de um medidor de correlação de fase SSL perfeitamente. Sem nenhum sinal de canais ou de ambos, a leitura de saída é imprevisível. Isso pode ser corrigido aplicando apenas o suficiente para o viés de Schmitt triggers para garantir que seus resultados são positivos - isso é mostrado no diagrama de circuito. Pode ser necessário reduzir o valor da R6 (L e R) para obter uma operação confiável.

Infelizmente eu não tenho nada para comparar este medidor contra - Eu não tenho qualquer fase metros, porque eles não são necessários para o projeto de circuito. Eles são utilizados principalmente na masterização e estúdios de radiodifusão. O sinal de áudio que eu tenho na minha oficina é mono, por isso mesmo executar testes básicos da vida real é cansativo.

Eu também simulada a versão SSL, e apesar de um pouco mais complexo, os dois circuitos parecem ter um desempenho mais ou menos idêntica. A principal diferença é que o medidor SSL usa um centro de movimento do medidor de zero, e estes já não estão prontamente disponíveis.

Um sinal totalmente coerente ou correlacionados entre si (em fase) vai balançar o aparelho para a plena escala positiva (+1, de centro-direita), enquanto uma totalmente incoerente (fora de fase) do sinal irá causar deflexão da escala completa de centro-esquerda (- 1). Embora o disparador Schmitt IC original já não está disponível para o medidor de SSL, um par de 4584 inversores Schmitt hexa ou 4093 quad ICs NAND Schmitt trigger vai funcionar muito bem. O SSL modificada esquemático é mostrado na Figura 3, utilizando os CIs 4093.



Figura 3 - Modificação do medidor de correlação SSL Fase



Como você pode ver, é mais complexa do que a versão mostrada na Figura 1, e há pouca diferença real na operação. Em ambos os casos, um único sinal garimpada fuly esquerda ou direita ainda lê escala média.

Há uma diferença, porém, e isso é sem sinal de entrada em tudo. A Figura 1 (simples), versão não mostra nenhum sinal de como (escala) correlacionadas, mas o circuito SSL mostra nenhum sinal de como a escala centro - de acordo com o simulador e que pouca informação que eu tenho sido capaz de encontrar na internet. A este respeito, o circuito SSL base é a mais precisas, pois o sinal é zero não correlacionadas ou não correlacionadas. sinal de zero nunca pode ser fora de fase ou, então, a este respeito a versão mais simples está correto. Vou deixar para o leitor decidir.

De maior interesse é o comportamento com um canal dirigido, e zero de sinal, por outro. Ambos os circuitos de mostrar um único canal de zero (escala de centro). A diferença é que para o circuito SSL baseada isto significa zero de corrente (que utiliza um medidor de zero ao centro) e para a versão simplificada, que oferece metade dos atuais - isto também dá uma escala de leitura centro.




Figura 4 - Detalhes da Fonte de Alimentação


O regime de alimentação são mostrados acima. Uma fonte de 15V ± é necessária, e esta é dada alguma filtragem (para evitar ruídos de ficar fora do circuito e também reduziu para 5,1 ± 4.584 para o circuito integrado CMOS. A tensão máxima permitida é de 18V, mas é muito mais comuns para reduzir isso para entre 10V e 12V para permitir uma margem de segurança. Novamente, não há filtragem para assegurar o abastecimento estável e para reduzir o ruído no DC.

O contrato de fornecimento de energia mesmo é usado para ambos os circuitos.

Calibração
A versão simples (Figura 1) é muito fácil de calibrar - basta aplicar um sinal para os dois canais ao mesmo tempo, e ajustar VR1 para obter escala. Agora, se você desligar um canal, o medidor deve ler-se perto da metade da escala. Aplicar uma invertida (180 ° "mudança de fase"), versão do sinal para um canal, bem como o original para o outro. O medidor deve ler-se próxima de zero (-1). Qualquer pequena variação pode ser ignorado.

A Figura 3 circuito é simplificada a partir do original, que usou dois trimpots para calibração. Não há nenhuma razão para o fazer que não seja para corrigir diferenças muito pequenas entre as tensões regulador zener, eo erro assim causada é desprezível. Quando um medidor de fase está em uso, a leitura indicada é nem constante, nem destinados a medição de alta precisão. Sendo este o caso, pequenos erros são de nenhuma conseqüência e pode ser ignorado.

O processo de calibração é o mesmo que para a versão Figura 1. Aplique o mesmo sinal para ambos os canais, e ajustar VR1 até que o medidor lê escala completa para a direita (+1). Com nenhum sinal (curto as entradas), o medidor deve indicar zero (escala de centro) e com um canal invertido deve ler-se escala esquerda (-1).

Em ambos os casos, pequenos erros podem ser ignorados, porque a medição de fase de áudio está longe de ser uma ciência exata em estúdios de gravação ou de radiodifusão.

Conclusão
Eu não tenho idéia de quantas pessoas estarão interessadas neste projecto, mas foi como um projeto muito interessante e exercício de análise quanto qualquer outra coisa para mim. Como tal, vale a pena mostrar os resultados e fornecer informação que parece não estar disponíveis em outros lugares. Os circuitos são mostrados a ser considerado experimental - Eu não construí ou circuito, e não sei ao certo como cada um vai funcionar na realidade. O simulador que eu uso não é projetado para ser capaz de misturar dispositivos digitais e analógicos no modo como são utilizados (eu não sei de nenhum simulador que pode lidar com esquisitices como essa). Como resultado, alguns "batota" era necessário - mas eu estou razoavelmente confiante de que os circuitos tanto funcionar como previsto.

Embora o medidor de correlação original SSL fase é mostrada em um par de sites e em um número de páginas do fórum, todos esses casos estão em violação de direitos autorais porque a documentação de propriedade tenha sido publicada sem a autorização dos proprietários. Meu desenho é, pelo menos, completamente novo e utiliza um dispositivo CMOS prontamente disponíveis ao invés de um CI obsoleto. Embora possa ser possível a obtenção de um casal - com alguns problemas e, provavelmente, em algum gasto - Eu prefiro não publicar os circuitos que usam peças que são difíceis de obter.

Espero que algumas pessoas se beneficiam deste projecto. Eu certamente não, porque eu aprendi a fazer um medidor de fase simples - algo que eu não sabia antes de começar.



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