MEZCLADORA DE AUDIO CON ATENUADORES AUTOMATIZADOS POR UNA PC

 

AUTORES:

Gallo García Juan Carlos

Reyes Villegas José Guadalupe

Rubio Garay Fernando

Urenda Solis Federico Alejandro

RESUMEN

Este proyecto fue desarrollado para facilitar el trabajo en una mezcladora de audio en general, ya que nos permite registrar los niveles de ganancia óptimos deseados en cualquier evento desarrollado en esta mezcladora y así disponer de estos registros si se les requiere. Además la versatilidad de la PC incluye la opción de manejar el evento en forma automática o manual.

 

INTRODUCCIÓN

ASPECTOS GENERALES

En un evento como una grabación profesional de sonido o una presentación en vivo ya sea concierto o televisión, nos encontramos con el problema de ajustar de uno en uno los controles de ganancia para la mezcla, esto dificulta el trabajo del Ingeniero de sonido ya que cuenta con poco tiempo para el ajuste previo al evento. Nuestro diseño permite regular las ganacias prácticamente al mismo tiempo, puesto que la PC a su velocidad revisa y ajusta los canales de la mezcladora. Además se puede manejar los controles desde la mezcladora en caso de carecer de una PC.

 

FUNDAMENTACIÓN:

A niveles estándares de ganancia en una mezcladora se recomienda que una señal no pase de cero dB puesto que después de este parámetro se puede rebasar el voltaje permitido en un amplificador ocasionando la posible distorsión, entonces considerando la suma total de la mezcla si no se toman en cuenta las ganancias de mezcla

podríamos pasar los límites permitidos de ganancia en dB al final. Es aquí donde nuestro diseño tiene su mejor aplicación ya que la PC monitorea independientemente cada canal por medio de un ADC y toma lectura de las ganancias existentes, después si se encuentra un nivel no deseado maneja los controles involucrados en ese canal dejando un nivel apropiado.

 

DESARROLLO

TEORÍA BÁSICA UTILIZADA:

Ganancia en decibeles (dB)

Las consideraciones principales para un rango audible en los seres humanos de 20Hz a 20khz; teniendo lo anterior como fundamento para poder manejar el audio solo para ese ancho de banda. El valor nominal terminal del equipo electrónico de comunicaciones (amplificadores, micrófonos, etc), se especifica, por lo común en decibeles. Los niveles de potencia y audio operan en forma logarítmica en unidades llamadas decibeles (dB) que se definen como:

 

GdB = 10 log10 (P2/P1) = 10 log10 (V2/V1)2 (1)

 

Existe una segunda ecuación para los decibeles, que se aplica con frecuencia:

 

GdB = 10 log10 (V2/V1)2 = 20 log10 (V2/V1) (2)

 

Filtros:

Para la etapa de ecualización, se pensó en tres bandas a variar, para este fin se tuvo que tomar en cuenta la salida en forma lineal, es decir, que en todas las frecuencias despues de la etapa de suma de los filtros nos debe de dar la misma ganacia (fig. 5), entonces tenemos que tomar en cuenta las frecuencias de corte y el punto de suma de las bandas de cada filtro.

En nuestro caso usamos los filtros activos para la etapa de ecualización. Se utilizaron tres tipos de filtros: pasa bajas, pasa

bandas y pasa altas; pensamos en filtros de 40dB/dec, por la necesidad de poder aumentar y decrementar 20dB cada banda de frecuencia con esto mantenemos los filtros a la mitad de la ganancia y pudiendo así controlar la ganancia a un nivel deseado.

 

ASPECTOS MATEMÁTICOS DEL PROYECTO

Ecuaciones para el calculo de amplificadores operacionales:

Amplificador no inversor

 

(3)

Donde Av=Ganancia de voltaje, Vo=Voltaje de salida, Vi=Voltaje de entrada, Rf=Resistencia de retroalimentación, Ri=Resistencia de entrada.

 

Sumador no inversor con un amplificador operacional

 

R1=R2=R3 (4)

Donde Vt=Voltaje total, V1=Voltaje de entrada 1, V2=Voltaje de entrada 2, V3=Voltaje de entrada 3, R1=Resistencia de entrada 1, R2=Resistencia de entrada 2, R3=Resistencia de entrada 3.

 

Ecuaciones para los filtros pasa altas y pasa bajas.

(5)

 

Donde Fc=Frecuencia de corte, R=Las resistencias de entrada, C=Capacitores de entrada.

 

Ecuaciones para el filtro pasa banda.

 

(6)

 

(7)

 

Donde Rr=Resistencia de referencia, R=Resistencias de entrada, Q=Factor de calidad, B=Ancho de Banda, C=Capacitores, FL=Frecuencia de corte baja, FH=Frecuencia de corte alta y Fr=Frecuencia resonante.

 

Ecuaciones para la interface del DAC.

 

(8)

 

Donde Iout1=Corriente de salida 1, Iout2=Corriente de salida 2, VRef=Voltaje de referencia, Vout=Voltaje de salida, Ent.Dig.=Entrada digital, Rfb=Resistencia de retroalimentación.

 

Descripción del proyecto.

Para la prueba de la mezcladora se hizo necesario armar previamente un canal (fig. 1), en el cual se hicieron las pruebas requeridas en sus interfaces correspondientes. Las interfaces (DAC, ADC) se muestran en la figura 2. El preamplificador de entrada y el control VCA se muestran en la fig 3. Para el VCA (Voltage Control Audio) utilizamos el circuito ECG 1792 el cual es un doble atenuador electrónico que sirve para el control de las ganancias de las señales. Entonces, el DAC inyecta voltaje al VCA utilizando un rango de 0-10V para variar el atenuador. Para el diseño del ecualizador, se tomaron en cuenta tres

bandas, pasa bajas (20Hz-460Hz), pasa banda (780Hz-1.28KHz) y pasa altas (2KHz-20KHz),estos filtros se encuentran de forma general en la figura 4. La mezcla final se realiza en la parte del monitor el cual es la salida ya mezclada. La interface del ADC nos sirve para muestrear las señales hacia la PC, cabe mencionar que para este objetivo se hizo necesario convertir la señal de audio de CA a CD (fig 5.), que aparte nos sirve para los VUmetros incluidos en la mezcladora. El diseño del VUmetro muestra la ganancia de audio en decibeles ( dB ), que nos sirve para visualizarlo para su posterior ajuste.

RESULTADOS

CONCLUSIONES

Con el uso de nuestro proyecto el trabajo de realizar la mezcla de sonido en un evento se hace más agradable y menos problemático, ya que se pueden ajustar los niveles de ganancia con solo mandar la orden desde la computadora e incluso cargando ganancia previamente registradas de algún otro evento.

El software implementado en nuestro sistema para controlar y registrar los parámetros de nuestra consola mezcladora esta diseñado de tal forma que cualquier persona que conozca de audio puede usarlo; ya está hecho en lenguaje C en forma sencilla y fácil de accesar.

 

RECOMENDACIONES

recomendamos el uso de nuestra mezcladora automatizada en estudios de grabaciones profesionales ya que ahorra horas de trabajo al ingeniero de sonido. También en conciertos y programas de televisión ahorra tiempo ya que se ajusta de forma previa al evento en aproximadamente 2 o 3 minutos los niveles de ganancia requeridos.

Con una mezcladora común y corriente el operador aparte de tardar más tiempo puede cometer algunos errores; ya que con sus manos tiene que manipular decenas de botones en muy poco tiempo y solamente puede manejar un solo control simultaneamente.

 

BIBLIOGRAFÍA

1.- AUTOR: Robert F. Coughlin / Frederick F. Driscoll

TEXTO: Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales

EDITORIAL: Prentice Hall. 1993/ pags. 62 - 65, 67, 68, 196 - 198,

310, 311, 315 - 317, 320 - 322.

 

2- AUTOR: Robert Boylestad / Louis Nashelsky

TEXTO: Electrónica Teoría de circuitos

EDITORIAL: Prentice Hall. 1989/ pags. 468 - 470

 

3.- AUTOR: L. M. Faulkenberry

TEXTO: Introducción a los Amplificadores Operacionales con Aplicaciones a Circuitos Integrados Lineales

EDITORIAL: Limusa Noriega Editores. 1994 / pags. 243 - 251, 259 - 262.

 

4.- AUTOR: Barry B. Brey

TEXTO: Los Microprocesadores Intel Avanzados

EDITORIAL: Megabyte Noriega Editores. 1994 / pags. 426 - 429, 482,483.

 

5.- AUTOR: Herbet Schildt

TEXTO: C Guía de Autoenseñanza

EDITORIAL: McGraw Hill Osborne 1994

 

6.- AUTOR: Byron S. Gottfried

TEXTO: Programación en C

EDITORIAL: McGraw Hill 1991.

 

7.- AUTOR: National Semiconductor Corporation

TEXTO: Linear 1, Linear 2 and Linear 3. / 1990.

 

8.- AUTOR: Motorola

TEXTO: CMOS Logic Data. / 1991.

9.- AUTOR: Philips ECG

TEXTO: ECG Semiconductors Master Remplacement Guide. / 1991.

 

 

 

Figura 1. Diagrama General de un canal de audio

 

 

 

Figura 2. INTERFACES

 

 

 

FIGURA 3. PRE-AMPLIFICADOR PARA MICROFONO Y CONTROL VCA

 

FIGURA 4. ECUALIZADOR DE TRES BANDAS.

 

 

 

 

 

 

 

 

FIGURA 5. SUMA DE FRECUENCIAS EN LOS FILTROS.