По принципу действия дилэй(delay) схож с ревербератором и отличается от него лишь временем задержки, которое должно быть не менее 50-60 мс. Дилэй — звуковой эффект, основанный на однократной задержке сигнала, а эффект «эхо»(echo) — на многократных повторах. Время задержки delay и echo больше времени начала и концевого затухания звука, поэтому на слух эффект воспринимается как чёткие затухающие повторы (эхо). Искусственная реверберация, дилэй и эхо — самые необходимые эффекты, без них звук воспринимается как приглушённый и с пониженной разборчивостью.
Звуковые эффекты реверберация, дилэй и эхо — это ещё и инструменты для исполнительского искусствадинамического наслоениязвуков [#1], основанного на использовании приёмов бенд, портаме́нто, глиссандо, пиццикато, тремоло, арпеджио и т. д., что позволяет резко обострить ощущение диссонансов и консонансов. Например, если на гитаре после возбуждения струн привести в действие механический вибратор, то на изменяющийся по частоте прямой звук станет наслаиваться дилэевский (задержанный, ещё не успевший измениться) и возникнет сочное унисонное звучание. Основное условие — время задержки должно быть согласовано с темпом музыкального произведения. Самый красивый эффект возникает если воспользоваться не электрическим суммированием прямого и задержанных сигналов, а акустическим суммированием прямого и задержанных звуков. Для этого задержанные сигналы необходимо подать на отдельный усилитель, подключенный к специальной линии громкоговорителей, разнесённых в пространстве, что добавит ещё и естественную реверберацию.
Электронный дилэй и эхо открывают перед вокалистами новую возможность — петь лёгко и уверенно. Первым на это обратил внимание польский физик Б. Адамчик в 1959 году и создал медицинский прибор для лечения заикания. В настоящее время доступен прибор SpeechEasy, который выглядит как слуховой аппарат и готов к работе, как только пользователь вставляет его в ухо. С помощью встроенного микрофона, усилителя, устройства задержки и громкоговорителя прибор доставляет заикающемуся отсроченный и изменённый след его собственного голоса, таким образом обманывая мозг и заставляя его воспринимать эту речь как речь другого человека. Этот процесс называется biofeedback (обратной связью). В 90 % случаев достигается успех. Прибор SpeechEasy дорог – около 4000 долларов, и питается батареями CIC или ITC, которые стоят около доллара за штуку, и их хватает на 4 дня работы.
Наиболее просто линию задержки для различных временныхэффектов(флэнжер, реверберация и т. п.) можно реализовать на основе дискретно-аналоговых приборовс переносом заряда (ППЗ), обозначаемых в зарубежной литературе как CCD (charge-coupled device) или BBD (bucket-brigade device). При этом не требуются АЦП и ЦАП, ведь принцип действия приборов с переносом заряда (ещё их называют ПЗС — приборы с зарядовой связью) основан на дискретизации непрерывного входного сигнала с частотой тактового генератора и сдвиге заряда, пропорционального выборкам входного сигнала, по аналоговому регистру — цепочке элементов аналоговой памяти (конденсаторы, потенциальные ямы). Перетекание заряда из элемента в элемент сопровождается погрешностью, накопление которой к концу цепочки из сотен-тысяч элементов приводит к "размыванию” сигнала, что ограничивает предел времени задержки в 100...300 мс. Очевидно, что последовательное соединение таких цепочек невозможно из-за резкого возрастания искажений; кольцо обратной связи также неэффективно — с каждым повтором задержанный сигнал будет становиться всё более «грязным». Таким образом, в настоящее время осуществить длительную задержку (дилэй, эхо) и получить при этом качественный звук можно только с помощью цифровой линии задержки.
Прототипом предлагаемого вниманию дилэя (эха) послужил цифровой ревербератор[#2] , у которого были выявленны следующие недостатки:
Синхрогенератор не обеспечивает необходимых для динамического ОЗУ (DRAM) временных соотношений между сигналами.
Адресный счётчик представляет собой четыре синхронных 4-разрядных счётчика, соединённых асинхронно. В результате, тетрады адреса на мультиплексор поступают с разными задержками. Для тетрады младшего счётчика — 400 нс, более старшего — 800 нс, следующего — 1,2 мкс, и самого старшего — 1,6 мкс. Очевидно, что при этом нельзя достичь необходимой синхронизации загрузки младшего и старшего байта адреса в DRAM. Ситуация усугубляется неудовлетворительными временными соотношениями сигналов синхрогенератора, что ведёт к неопределённости в работе устройства — искажениям и шуму.
Использованный способ адаптации крутизны аппроксимируещего сигнала действительно позволяет «расширить» динамический диапазон ревербератора, но... только на лабораторном стенде со статичным сигналом звукового генератора. С реальным музыкальным сигналом при изменении амплитудной огибающей сигнала в сторону уменьшения (паузы), из-за инерционности цепи регулирования возникает чётко слышимый угасающий шум. Этот шум «плавает», непрерывно следуя за изменениями огибающей, чем напоминает работу известной системы АРУ (автоматического регулирования усиления). Вместе с шумом «плавает» и уровень задержанного сигнала, что искажает динамику звуковых сигналов и раздражает.
Фундаментально-упорядовающий синтез организации дилэя на основе линейной дельта-модуляции:
Адресный счётчик — стал полностью синхронным. Его состояния инкрементируются положительным перепадом импульсов C (см. временную диаграмму). При этом все четыре 4-разрядных счётчика DD4-DD7 переключаются синхронно, а значит, тетрады адресов имеют одну ту же — групповую задержку не более 400 нс. Для увеличения крутизны положительного перепада импульсов C использовано параллельное соединение КМОП инверторов DD9.3, DD9.4, DD9.5, что увеличило суммарную нагрузочную способность, а значит, и быстродействие — способность работать на ёмкостную нагрузку.
Сигнал A управления мультиплексором получается путём искусственной задержки сигнала C на время, равное групповой задержке адресного счётчика DD4-DD7, с помощью интегрирующей цепи — резистора R45 + ёмкость входа инвертора DD8.5. Импульсный усилитель DD8.5, DD8.6 регенерирует форму импульсов A до прямоугольной. В результате, на адресные входы A0-А7 микросхем динамической памяти (DRAM) DD14, DD15 младший и старший байты адреса поступают в соответствии с временной диаграммой (Если это не так, то необходимо подобрать величину резистора R45. Когда величина R45 больше или меньше оптимальной, то на диаграмме A0-А7 возникает лишняя манипуляция адресов — как это всегда имеет место в [#2]).
Таким образом, мультиплексор DD10, DD11 подключает младший байт AR0-AR7 адреса к адресным входам DRAM DD14 и DD15 — перед моментом отрицательного перепада сигнала -RAS, а старший байт адреса AC0-AC7 — перед моментом отрицательного перепада сигнала -CAS. Длительность отрицательных импульсов -RAS и -CAS зависит от тактовой частоты, и при её уменьшении, как и в [#2], возрастает.
Тактовый генератор, инфранизкочастотный генератор и модулятор хоруса (chorus) (Хорус позволяет как-бы имитировать дилэй на магнитной ленте, где всегда имеет место неравномерность скорости движения ленты) остались без изменений — как и в цифровом ревербераторе [#2]. Однако тактовый генератор DD3.2, DD3.4, DD3.6 дополнен инвертором DD8.4, на выходе которого формируются узкие отрицательные импульсы G (от узких положительных импульсов счётчики не работают). Из них одновибратор на D-триггере DD12.1 формирует вершины нормированной длительности (время определяется перезарядкой ёмкости входа R через резистор R46) между отрицательными импульсами -RAS.
Формирование вершины нормированной длительности между импульсами -CAS начинается почти одновременно с формированием вершины между импульсами -RAS. Триггер DD12.2 устанавливается по входу S, затем спустя время перезарядки интегрирующей цепи (резистор R47 + ёмкость входа инвертора DD9.2) и задержки инвертора DD9.2 триггер DD12.2 сбрасывается (запись со входа D по положительному перепаду на входе C). При этом формирование нормированной вершины заканчивается — начинается отрицательный импульс -CAS. Его длительность зависит от тактовой частоты, и при её уменьшении возрастает. Инвертор DD9.2 является регенератором прямоугольной формы импульсов. По фронту импульса -CAS спустя время задержки интегрирующей цепи (резистор R48 + ёмкость входа инвертора DD9.6) и задержки инвертора DD9.6 формируется основание импульса RD (чтение DRAM) нормированной длительности. По положительному перепаду импульса RD устанавливается одновибратор на основе триггера DD13.2, на инверсном выходе которого формируется отрицательный импульс -WE (запись DRAM) нормированной длительности.
В дилэе используется принцип перестановки адресов, основанный на заложенном вDRAM алгоритме: чтение — модификация — запись. При этом основной цикл работы дилэя состоит из инкрементирования адресного счётчика в состояние N+1, чтения задержанных данных из ячейки N+1 DRAM и записи в неё новых (модифицированных) данных — сигнала DI с выхода дельта-модулятора.
Все каскады дилэя хорошо согласованы по динамическому диапазону — ограничение в каждом из них наступает практически одновременно, что позволило резко снизить уровень шума и применить линейную дельта-модуляцию. Диоды VD1 – VD4 защищают вход и выход дилэя от статического электричества.
Настройка:
Пиковый светодиодный индикатор[#3] на микросхеме DD2 и светодиодах HL1 и HL2 должен отображать состояние, когда величина входного сигнала на выходе нормирующего усилителя DA1 оптимально согласована с каналом дельта-модуляции по динамическому диапазону.
На вход дилэя подать синус 440 Гц. Наблюдая осциллографом форму сигнала на выв. 6 ОУ DA1, с помощью потенциометра R5 добиться максимального размаха (от -14 В до +14 В) — когда только-только начинает появляться ограничение по максимуму.
Подобрать величину резистора R29 так, чтобы поймать начальный момент зажигания красного светодиода HL2. Немного убавить потенциометром R5 величину сигнала. При этом красный светодиод HL2 должен угаснуть (Если не гаснет — точнее подобрать R29).
Потенциометром R5 убавить величину сигнала примерно на 20%. Подобрать величину резистора R27 так, чтобы поймать начальный момент свечения зелёного светодиода HL1.
Подбором резисторов R28 и R30 можно сбалансировать яркость свечения светодиодов HL1 и HL2.
При работе от реального источника музыкального сигнала потенциометр R5 следует устанавливать в положение, когда зелёный светодиод загорается часто, а красный — иногда.
Тактовый генератор. Переместить движок потенциометра R31 «Хорус» в нижнее (по схеме) положение, когда хорус отключен, и проверить работу тактового генератора DD3.2, DD3.4, DD3.6. Его максимальная частота (переменный резистор R43 «Время» имеет минимум величины) не должна быть более 600 кГц. Установить значение тактовой частоты в 500 кГц.
Сквозная проверка адресного счётчика DD4-DD7 и мультиплексора DD10,DD11. Установить перемычку SW1, после чего сигналы младшего байта адреса (счётчик DD4-DD5) можно наблюдать на адресных входах микросхем DRAM. Затем перемычку SW1 снять, а SW2 — установить. Теперь на адресных входах микросхем DRAM можно наблюдать сигналы старшего байта адреса (счётчик DD6-DD7). Перемычку SW2 снять.
Проверка временных диаграмм. Осциллограф перевести в режим ждущей развёртки с запуском по положительному перепаду. Вход синхронизации ждущей развёртки подсоединить к специально предусмотренному для этого выходу сигнала С (вентили DD9.3-DD9.5). После этого можно приступить к проверке сигналов на соответствие временным диаграммам.
Сквозная проверка тракта дельта-демодуляции. Суть проверки — минуя сдвигающий регистр (DRAM DD14 и DD15) создать сквозной тракт дельта-модулятор — дельта-демодулятор и проверить его. Для этого надо вход дельта-демодулятора (выв. 9 DD1.2) отсоединить от подвижного контакта переключателя SA2 и присоединить к выходу дельта-модулятора выв. 1 DD1.1. (сигнал C). После этого на вход дилэя подать музыкальный сигнал и потенциометром R5 отнормировать его по индикатору — чтобы зелёный светодиод загорался часто, а красный — иногда. Проконтролировать осциллографом сигнал на выв. 6 DA3. Он должен практически не отличаться от нормализованного входного (выв. 6 DA1). Если это так, то дельта-модулятор работает нормально. Проконтролировать осциллографом сигнал на выходе дельта-демодулятора (выв. 9 DD1.2), а затем на ёмкости С10 низкочастотного фильтра R20, C10. На ёмкости С10 выходной сигнал дельта-демодулятора должен быть почти без ВЧ-размытости и не отличаться от входного (выв. 6 DA1, или выв. 6 DA3). Если это так, то дельта-демодулятор работает нормально. На этом проверка сквозного тракта дельта-демодуляции завершена. Восстановить штатную схему.
Проверка дилэя в целом. Потенциометр R21 установить на максимум и проверить задержанный сигнал на выходе дилэя. Далее следует установить нуль на выходе. Для этого, во-первых, замкнуть вход дилэя. Во-вторых, подключить осциллограф с открытым входом к ёмкости С10. Чувствительность осциллографа должна быть единицы-десятки милливольт. Подстроечным резистором R14 установить нуль. При этом сигнала шума почти не должно быть видно. (Внимание!!! Напряжение питания +5V должно быть стабилизированным, иначе возможен шум.)
Потенциометром R22 проверить эхо — циркуляцию задержанного сигнала по цепи обратной связи.
Звуковой эффект хорус (chorus) — получается в результате частотной модуляции частоты тактового генератора DD3.2, DD3.4, DD3.6 колебаниями инфранизкочастотного генератора DD3.1, DD3.3, DD3.5. Роль управителя частоты исполняет управляемое сопротивления канала полевого транзистора VT2, включённое параллельно потенциометру R31. Настройка заключается в достижении эффекта имитации исполнения «хором» одного и того же звука или мелодии, например, звучания нескольких гитар при игре одного музыканта. Посторонних стуков, шумов и т. п. быть не должно. Эффект весьма специфичен.
На этом настройку можно считать законченной.
Для электрического суммирования прямого и задержанных сигналов необходимо установить перемычку SW3, а для акустического — снять. В последнем случае на выходе дилэя будут лишь задержанные сигналы, которые можно подать на отдельный усилитель со специальной линией громкоговорителей, а прямой сигнал можно взять с нижнего контакта джампера SW3.
Задержку можно нарастить. Для этого необходимо добавить микросхем DRAM и триггеров чтения по образу и подобию схемы соединений DD14 с DD13.1. Такие дополнения памяти следует включить в разрыв цепи между выв. 1 DD13.1 и выв. 2 DD15.
P.S. Настоящий дилэй — одно из моих любимых достижений начала 90-х. По мнению музыкантов он звучал очень чисто — как фирменный, дорогой: прямой и задержанный звуки были почти не отличимы по качеству.
Совет!!! В настоящее время проще купить готовый дилэй, чем делать самому. Очень хороший выбор — цифровая линия задержки Delay DM-6 (цена около 2300 руб.) на основе двух специализированных микросхем цифровой задержки типа PT2399.
Источники информации:
Володин Андрей Александрович. Электронные музыкальные инструменты. М., «Энергия», 1970. (Массовая радиобиблиотека, вып. 740), с. 111.
В. Барчуков. Цифровой ревербератор. Радио № 1, 1986, с. 45-48.
Ю. Усков. Пиковый индикатор. Радио № 7, 1985, с. 26.
zip/156,98 кБ
