Universidad San Martín De Porres
Facultad De Ingeniería y Arquitectura-FIA
Laboratorio de Circuitos Electrónicos III
Presentación de Proyecto
Titulo: Diseño de Ecualizador de 5 Bandas con Vumetro
Profesor: MESONES MALAGA, Gustavo
Integrantes:
ARRIETA GALLEGOS, Juan
NINANTAY COLLAVINO, Andre
MARCO TEORICO
El amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene capacidad
de manejo de señal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante; tiene además límites
de señal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio (especificación también
definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales se caracterizan por su entrada diferencial y
una ganancia muy alta, generalmente mayor que 105 equivalentes a 100dB
El A.O es un amplificador de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con
fuentes positivas y negativas, lo cual permite que tenga excursiones tanto por arriba como por debajo
de tierra (o el punto de referencia que se considere).
El nombre de Amplificador Operacional proviene de una de las utilidades básicas de este, como lo son
realizar operaciones matemáticas en computadores analógicos (características operativas).
El Amplificador Operacional ideal se caracteriza por:
Caracteristica Valor
Resistencia de Entrada Tiende a Infinito
Resisitecia de Salida Tiende a cero
Ganancia Tiende a infinito
Ancho de banda Tiende a infinito
Al ser la resistencia de entrada infinita, la corriente en cada entrada, inversora y no inversora,
es cero. Además el hecho de que la ganancia de lazo abierto sea infinita hace que la tensión entre las
dos terminales sea cero.
Filtros Activos
Es aquel que puede presentar ganancia en toda o parte de la señal de salida respecto a la de
entrada. En su implementación se combinan elementos activos y pasivos. Siendo frecuente el uso de
amplificadores operacionales, que permite obtener resonancia y un elevado factor Q sin el empleo de
bobinas.
Un filtro eléctrico o electrónico es un elemento que discrimina una determinada frecuencia o
gama de frecuencias de una señal eléctrica que pasa a través de él, pudiendo modificar tanto su
amplitud como su fase.
Función De Transferencia.
Ésta determina la forma en que la señal que aplicamos cambia en amplitud y en fase al atravesar el
filtro. La función de transferencia elegida tipifica el filtro. Algunos filtros habituales son:
Filtro de Butterworth, con una banda de paso suave y un corte agudo
Filtro de Tschebyschef, con un corte agudo pero con una banda de paso con ondulaciones
Filtros elípticos o de Cauer, que consiguen una zona de transición más abrupta que los anteriores a
costa de oscilaciones en todas sus bandas
Filtro de Bessel, que, en el caso de ser analógico, aseguran una variación de fase constante
Orden
El orden de un filtro describe el grado de aceptación o rechazo de frecuencias por arriba o por debajo,
de la respectiva frecuencia de corte. Un filtro de primer orden, cuya frecuencia de corte sea igual a (F)
presentará una atenuación de 6dB a la primera octava (2F), 12dB a la segunda octava (4F), 18dB a la
tercer octava (8F) y así sucesivamente. Uno de segundo orden tendría el doble de pendiente
(representado en escala logarítmica).
Esto se relaciona con los polos y ceros: los polos hacen que la pendiente suba con 20dB y los ceros que
baje, de esta forma los polos y ceros pueden compensar su efecto.
Para realizar filtros analógicos de órdenes más altos se suele realizar una conexión en serie de filtros de
1º o 2º orden debido a que a mayor orden el filtro se hace más complejo. Sin embargo en el caso de
filtros digitales es habitual obtener órdenes superiores a 100.
Tipos de filtro
Atendiendo a sus componentes constitutivos, naturaleza de las señales que tratan, respuesta en
frecuencia y método de diseño los filtros se clasifican en los distintos grupos que a continuación se
indica.
Según respuesta frecuencia
Filtro paso bajo: Es aquel que permite el paso de frecuencias bajas, desde frecuencia 0 o continua hasta
una determinada. Presentan ceros a alta frecuencia y polos a bajas frecuencia.
Filtro pasó alto: Es el que permite el paso de frecuencias desde una frecuencia de corte determinada
hacia arriba, sin que exista un límite superior especificado. Presentan ceros a bajas frecuencias y polos a
altas frecuencias.
Filtro pasó banda: Son aquellos que permiten el paso de componentes frecuenciales contenidos en un
determinado rango de frecuencias, comprendido entre una frecuencia de corte superior y otra inferior.
Filtro elimina banda: Es el que dificulta el paso de componentes frecuenciales contenidos en un
determinado rango de frecuencias, comprendido entre una frecuencia de corte superior y otra inferior.
Filtro multibanda: Es que presenta varios rangos de frecuencias en los cuales hay un comportamiento
diferente
Filtro variable: Es aquel que puede cambiar sus márgenes de frecuencia
RESONANCIA
Fenómeno que se produce en un circuito en el que existen elementos reactivos (bobinas y
condensadores) cuando es recorrido por una corriente alterna de una frecuencia tal que hace que la
reactancia se anule, en caso de estar ambos en serie o se haga máxima si están en paralelo..
ECUALIZADOR
Un ecualizador es un dispositivo que procesa señales de audio.
Modifica el contenido en frecuencias de la señal que procesa. Para ello, cambia las amplitudes de sus
coeficientes de Fourier, lo que se traduce en diferentes volúmenes para cada frecuencia. Con esto se
puede variar de forma independiente la intensidad de los tonos básicos.
Ciertos modelos de ecualizadores gráficos actúan sobre la fase de las señales que procesan, en lugar de
actuar sobre la amplitud.
Foto de un ecualizador avanzado
De un modo doméstico generalmente se usa para reforzar ciertas bandas de frecuencias, ya sea para
compensar la respuesta del equipo de audio (amplificador + altavoces) o para ajustar el resultado a
gustos personales.
Los hay analógicos y digitales, activos o pasivos, paramétricos, gráficos y paragráficos. Los ecualizadores
profesionales suelen tener, al menos, 10 bandas. Las normas ISO establecen que las bandas de
frecuencia han de ser, al menos, 31, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 y 16 000 Hercios.
Estas bandas de frecuencias básicas son controladas por un fader (u otro potenciómetro o control
alternativo) que puede atenuar o introducir ganancia hasta en 12 dB, o aún más. Para evitar distorsión
por saturación ("clipping"), cada fader cuenta con un diodo LED, que se enciende justo antes de que se
recorte la señal.
Los ecualizadores están muy relacionados con los mezcladores ecualizadores y mezcladores.
Rangos de frecuencia de algunos sonidos:
Rango Frecuencia Sonido que destaca
Frecuencias
Bajas
63 Hz
Destaca los sonidos graves masivos como los de
tambores, órganos, etc. Da sensación de
grandiosidad
125 HzSubiendo da sensación de plenitud. Si bajas
aumenta la transparencia.
250Hz Bajando el mando disminuye posible eco.
500 HZAumenta la fuerza del sonido. Si se baja da la
sensación de que el sonido no es completo.
Frecuencias
Medias
1 KHZActúa sobre la voz del cantante. se puede dejar casi
inaudible
2 kHzEstimula el oído. Puede dar sensación metálica,
entonces hay que disminuirlo.
4 kHzSi está muy alto puede dar también sensación
metálica y dura.
Frecuencias
Altas
8 kHzAumenta la brillantez de instrumentos de cuerda y
viento.
16 kHzAumenta la presencia de sonidos sutiles, como
platillos, triángulos, etc.
DISEÑO
Para el diseño de este ecualizador decidimos Utilizar filtros pasa banda "angosta" activos, pues son los
que mejor se adecuan y nos permiten solucionar de una mejor forma el problema planteado.
La resistencia de entrada del filtro queda establecida con la resistencia, con la resistencia de
retroalimentación 2R se garantiza una ganancia máxima de 1 en la frecuencia de resonancia fc.
Ajustando Rf es posible cambiar o realizar ajustes finos a la frecuencia de resonancia, sin modificar la
ganancia o el ancho de banda.
FUNCIONAMIENTO
El funcionamiento de este filtro de banda angosta se caracteriza por las siguientes ecuaciones.
B=0.1591RC
B= FcQ
Fc=0.1125RC √1+ R
Rf
ESQUEMA GENERAL DEL ECUALIZADOR
Tanto en la entrada como el la salida el ecualizador tiene un sumador o mezclador de audio, para
garantizar la entrada y la salida de una única señal compuesta.
También cada banda cuenta con un seguidor de voltaje cuya función principal es la de aislar en cierto
modo la señal de entrada de la señal de salida.
VUMETRO
La unidad de volumen (VU) se define como: "El indicador de volumen marca 0 VU cuando se conecta a la salida una resistencia de 600 ohms, para una señal sinusoidal de 1000 Hz."
FUNCIONAMIENTO
Es intencionalmente "lento" en la medición, promediando máximos y mínimos de corta duración para reflejar el volumen percibido. Fue desarrollado originalmente en 1939 por el esfuerzo combinado de Bell Labs y los organismos de radiodifusión CBS y NBC para la medición y la normalización de los niveles en las líneas telefónicas.
Además del nivel actual, algunos vúmetros electrónicos también muestran los picos o máximos. Como regla general, los niveles de grabación deben ser tales que no superen el área roja más allá de 0 VU, o sólo en raras ocasiones. Si el volumen de grabación es demasiado alto, la calidad del sonido y respuesta en frecuencia es generalmente más pobre y los efectos de saturación recorte pueden ser especialmente problemáticos para un sistema de grabación digital. Por el contrario si el nivel es demasiado bajo, los niveles de ruido serán altos en relación al sonido principal que se está grabando. Algunos sistemas de grabación de voz a menudo controlan de nivel de grabación automáticamente, por lo general no anulable en los grabadores de bajo costo.
Un vúmetro analógico con indicador LED de saturación.
Un Vúmetro electrónico.
Un vúmetro se incluye a menudo en equipos de audio para mostrar un nivel de señal en unidades de volumen, el dispositivo es a veces también llamado indicador de volumen.
DISEÑO
FUNCION DE TRANSFERENCIA
CALCULOS DE LOS FILTROS PASA BANDA:
Primero
R= 20K
C= 100n FC= 97.427 Hz
Rf= 10K B= 79.55 Hz
Segundo
R= 20K
C= 22n FC= 442.85 Hz
Rf= 10K B= 361.590 Hz
Tercero
R= 10K
C= 10n FC= 1590.99 Hz
Rf= 10K B= 1591 Hz
Cuarto
R= 2K
C= 10n FC= 7954.9 Hz
Rf= 2K B= 7955 Hz
Quinto
R= 1K
C= 10n FC= 15909.902 Hz
Rf= 10K B= 15910Hz
ANEXOS
Respuesta del Primer filtro:
Respuesta del Segundo filtro:
Respuesta del Tercer filtro
Respuesta del Cuarto filtro
Respuesta del Quinto filtro
CONCLUSIONES
1. Gracias a los filtros activos la ganancia no se pierde y la señal luego de pasarla
por los filtros se mantiene.
2. La aplicación que realizamos uno todos los conceptos estudiados hasta el
momento.
3. Trabajamos todos los filtros, seguidores, sumadores e inversores con el CI
LM741 ya que al trabajar con pequeña señal no se requiere alguno que sea de
potencia.
4. Para los vúmetros se utilizo el comparador LM3915 para que nos grafique lo
que realmente estamos escuchando y poder observar las variaciones que
realizamos con cada uno de los filtros.
5. Los filtros a usar son de la célula tipo MFB ya que es más fácil la aplicación.
6. Este dispositivo implementado es de gran utilidad para analizar los conceptos
vistos en clase, sobre todo la parte de diseño de filtros.
BIBLIOGRAFIA
1. Robert F. Coughlin; Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales
2. Prentice Hall Hispanoamérica sa.; 1993
3. Richard C. Dorf; Circuitos Eléctricos Quinta Edición; Alfaomega; 2003
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