Delay - efekt do instrumentu muzycznego

Schemat ideowy efektu pokazano na rysunku 1. Stopień wejściowy wykonano na jednym z dwóch wzmacniaczy operacyjnych mieszczących się w układzie TL072 oraz rezystorach R1, R2, R3, R4 i kondensatorach C1, C2. Zadaniem tego stopnia jest dopasowanie sygnału wejściowego do stopnia wykonawczego. Obwody wejściowe pracują jako wzmacniacz o wzmocnieniu równym „1”, który odwraca sygnał w fazie. Sygnał wyjściowy z tego stopnia jest rozdzielony na dwa bloki: cyfrową linię opóźniającą PT2399 oraz sumator sygnałów – opóźnionego i wejściowego.

Rysunek 1. Schemat ideowy efektu „Delay”

Stopień wejściowy układu PT2399 zawiera filtr dolnoprzepustowy, który zrealizowano z użyciem kondensatorów C7, C8, C9, C10 i rezystorów R9, R10, R11, R12. Wyjście filtru jest dołączone do wyprowadzeń 15 i 16 układu PT2399. Nóżka 16 jest wejściem, a nóżka 15 wyjściem filtru dolnoprzepustowego. Jego zadaniem jest ograniczenie pasma przenoszenia. W standardowej, „katalogowej” aplikacji układu pasmo sygnału wejściowego sięga 16 kHz, jednak w moim projekcie ograniczyłem je do ok. 10 kHz. To ograniczenie jest zamierzone i ma na celu zmniejszenia zniekształceń w zakresie górnych częstotliwości przy maksymalnym opóźnieniu sygnału (500 ms), przy którym to przetwornik układ PT 2399 nie funkcjonuje zbyt dobrze.

Standardowa aplikacja układu pozwala na wprowadzenie opóźnienia maksymalnego rzędu 300 ms w paśmie do 16 kHz, ale – jak to w elektronice – coś dzieje się kosztem czegoś i aby uzyskać dłuższy czas opóźnienia zdecydowałem się przekonstruować filtry wejściowy oraz wyjściowy, ograniczając pasmo przenoszenia „od góry”. Ograniczenie pasma nieco pogorszyło jakość sygnału opóźnionego, ale brzmienie zbliżyło się do „klasycznych”, firmowych, analogowych linii opóźniających o podobnych parametrach.

Dalej, sygnał po przejściu przez filtr trafia na przetwornik A/C, który przetwarza sygnał analogowy na cyfrowy i zapisuje go w pamięci RAM o pojemności 44 kB. Pamięć funkcjonuje jak bufor kołowy. Oczywiście, jej zawartość raczej nie jest przesuwana, ale buforowanie jest realizowane za pomocą wskaźników adresowych. Odczytanie próbki z pamięci i jej przesłanie do przetwornika C/A w celu zamiany na sygnał analogowy jest opóźniane o czas wynikający z pojemności pamięci oraz częstotliwości próbkowania.

Jako efekt uboczny przetwarzania C/A na analogowy sygnał wyjściowy zostaje nałożona częstotliwość przebiegu taktującego, którego nie chcemy w naszym opóźnionym sygnale audio. Z tego powodu do wyjścia układu opóźniającego (nóżki 13 i 14) dołączono filtr dolnoprzepustowy ograniczający pasmo do około 3 kHz. Zbudowany go z użyciem kondensatorów C12, C13, C14, C15 oraz rezystorów R14, R15, R16, R17.

Za pasmo odpowiadają też kondensatory C25 i C26 – im większa jest ich pojemność, tym barwa sygnału opóźnionego staje się bardziej matowa. Z reguły zakres tych pojemności mieści się w przedziale 10…220 nF. W tym projekcie zastosowano kondensatory o pojemności 150 nF. Jest to wartość optymalna, wyznaczona eksperymentalnie dla instrumentów strunowych i klawiszowych.

Sygnał z filtru wyjściowego jest kierowany na dwa potencjometry: VR3 „Feedback” (sprzężenie) oraz „Effect” (poziom efektu delay). Potencjometr „Feedback” wraz z rezystorem R13 i kondensatorem C11 tworzą układ sprzęgający wyjście z wejściem. Oznacza to, że sygnał wyjściowy ponownie zastaje wysłany na wejście układu PT2399. W ten sposób jest ustalany czas zaniku echa. Potencjometrem VR2 „Effect” ustalamy poziom sygnału wyjściowego opóźnionego, który zostaje wysłany do bloku sumującego sygnał podstawowy z opóźnionym zbudowanym z użyciem wzmacniacza TL072B oraz rezystorów R4, R8, R5, R6, kondensatorów C3, C4, C6 i potencjometru VR1. Za pomocą potencjometru VR1 regulujemy poziom sumy sygnałów na wyjściu urządzenia. Potencjometrem VR4 ustalamy opóźnienie sygnału. Mieści się ono w granicach około 30…500 ms.

Dla prawidłowej pracy układu PT2399 jest wymagane napięcie stabilizowane +5 V, które w tym urządzeniu uzyskujemy za pomocą stabilizatora scalonego Q1 (LM78L05). Napięcie wyższe niż 6,5 V spowoduje uszkodzenie cyfrowego układu PT2399. Efekt „Delay” powinien być zasilany napięciem stałym 9…12 V. Dioda prostownicza włączona szeregowo pełni rolę zabezpieczenie przed odwrotnym dołączeniem napięcia zasilania, co chroni urządzenie przed uszkodzeniem. Przy napięciu zasilającym wynoszącym 9 V, napięcie za diodą prostowniczą D1 jest rzędu 8,4 V, co jest wystarczające do zasilania stabilizatora i prawidłowej pracy urządzenia. Dioda D2 jest spolaryzowana zaporowo względem napięcia zasilania, włączona za stabilizatorem Q1, chroni układ PT2399 przed ewentualnymi przepięciami, które mogą pojawić się w czasie stanów nieustalonych.

Rysunek 2. Schemat montażowy efektu „Delay”

Schemat montażowy efektu pokazano na rysunku 2. Układ zmontowany ze sprawdzonych elementów działa od razu i nie wymaga żadnych regulacji. Montaż jest wykonywano typowo, od najmniejszych do największych elementów.

Piotr Łuciuk
piotras84@o2.pl