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Efeitos de Áudio

Analógicos

Dois grandes grupos de efeitos

Sons de voz ou de instrumentos musicais

são processados por um circuito e têm os

seus parâmetros, tais como amplitude, fase

e conteúdo espectral, variados.

Sons dos mais diversos são produzidos

por sintetizadores e, neste caso, não há

necessidade de um instrumento musical.

Diversas são as formas de se produzir um efeito

São vários os diagramas de blocos

Várias formas de implementá-los.

Várias formas de controle das características

Existe uma infinidade de soluções

apresentadas na literatura.

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Vibrato

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Vibrato

Efeito que soa ao ouvido como uma modulação nas

freqüências do sinal.

Modulação da fase de um filtro passa-tudo de primeira ordem

ou com a cascata de dois deles.

O sinal de um LFO altera o valor da resistência responsável

pela característica de fase do circuito passa-tudo.

CONTROLES

Rate, altera a fLFO, (velocidade com que as semitonações

ocorrem)

Depth, altera a amp. na saída do LFO (quanto varia o atraso)

fLFO na faixa 1 a 11 Hz.

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Tremolo

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Tremolo

Corresponde a uma modulação da amplitude de um sinal.

Para as variações obtidas com um LFO. podem ser usados

i) OTAs ou amplificador (amp. op.) mais resistor controlado

implementado com foto-acoplador

ii) JFETs.

iii) VCA (amp. controlado por tensão) disponível na forma

integrada

CONTROLES

Rate, altera a fLFO, (velocidade com que o volume varia)

Depth, comanda o ganho de qualquer um dos tipos de

estágios mostrados.


DIAGRAMAS DE BLOCOS

Phaser

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Phaser

O diagrama da Fig. (a) é semelhante ao diagrama

de blocos do vibrato

Diferenças em relação ao Vibrato:

i) Efeitos mais significativos são obtidos com

quatro a doze estágios.

ii) Efeitos mais significativos são obtidos quando

se soma o sinal atrasado com o sinal puro.

iii) Efeitos mais significativos são obtidos com

realimentação

(não necessariamente no primeiro estágio).

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Phaser

CONTROLES

Rate, altera fLFO e, conseqüentemente, a

velocidade com que ocorrem as variações de fase.

Depth, que altera a amplitude na saída do LFO e,

conseqüentemente, o quanto variam os atrasos

Mixer, “dosa” o quanto de sinal defasado é

misturado com o sinal original.


DIAGRAMAS DE BLOCOS

Chorus

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Chorus O chorus é obtido com a soma de um sinal que foi

semitonado com o sinal puro usando um BBD

Blocos “COMP.” (compressão) e “EXP. ”(expansão)

são opcionais (faixa dinâmica do sistema)

CONTROLES

Rate comanda a fLFO, ( velocidade das variações

do atraso)

Depth comanda o quanto varia o atraso do BBD

Mixer, “dosa” a mistura do sinal atrasado c/ o sinal

original.

Tempos de atraso entre a entrada e a saída: 10 a 30 ms.

fLFO - 1 Hz ou menor

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Flanger

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Flanger Soma de um sinal que foi semitonado por um BBD

com o sinal puro.

As diferenças em relação ao efeito chorus são:

O sinal semitonado é realimentado ao BBD.

Os tempos de atrasos são menores

CONTROLES

Rate, que é o controle da freqüência do LFO,

Depth, controla o quanto varia o atraso do BBD.

Mixer, “dosa” o quanto de sinal atrasado X sinal

original.

Tempos de atraso de 0,1 a 10 ms.

fLFO - 2 Hz ou menor

Comentários sobre phaser, chorus e flanger

O diagrama de blocos do Chorus é semelhante ao

diagrama do Phaser da Fig. a

O diagrama de blocos do Flanger é semelhante ao

diagrama do Phaser da Fig. b

Phaser usa circuito analógico contínuo que proporciona

atrasos variam com a freqüência (fase não-linear)

Chorus e Flanger usam BBD que proporciona atrasos

independentes da freqüência (fase linear) para fclock

constante. No entanto, nos circuitos chorus e flanger, a

freqüência do clock é variável.

Devido as diferentes características de fase, os efeitos

obtidos soam diferentes. Por operar com sinais

analógicos contínuos, os circuitos do Phaser

dispensam filtros anti-recobrimento e de reconstrução.

DIAGRAMAS DE BLOCOS DOS EFEITOS

ANALÓGICOS

ECO

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Eco O efeito eco simula as repetições do som, qdo. existe

um refletor a uma distância de pelo menos 8,5 m

(atraso de 50 ms) entre o som original e o refletido.

Mas esse é aproximadamente o tempo mínimo

Efeitos mais significativos c/ atrasos maiores

Semelhante ao do Flanger. Porém, os tempos de

atraso são mto. diferentes e aqui a fclock =constante

CONTROLES

Delay time, que é o tempo entre uma amostra e outra

Feedback, que controla a quantidade de sinal que é

realimentada número de repetições

Mixer, que dosa a quantidade do eco em relação ao

sinal original

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Reverber Inúmeras reflexões devem ocorrer em diferentes

instantes de tempo de tal forma que não é percebido

um tempo de atraso entre o som original e os vários

sons refletidos.

O som persiste, diminuindo de amplitude até se

extinguir.

Mas devido ao grande número de reflexões e

inúmeros tempos de atraso, não é prático obter o

efeito reverber com circuitos eletrônicos analógicos.

Efeitos interessantes são obtidos com

processadores digitais ou com transdutores

eletromecânicos e molas, por exemplo.

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Wah-Wah O efeito wah-wah tenta imitar o som feito pela boca

quando seu nome é pronunciado.

Obtido qdo. o conteúdo espectral é variado, com o

uso de um filtro com características iguais ou

semelhantes a um filtro passa-faixa

A freqüência no pico varia para cima e para baixo

com um pedal ou um detector de envelope

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Wah-Wah

Filtro seletor PF ( zero na orig .e zero no )

Filtro passa-baixa com fator de qualidade Q >> 0,707

Equalizador bump (ou “peaking filter”)

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Wah-Wah Variação do efeito Wah-Wah é obtida usando filtros em

paralelo que operam com freqüências centrais diferentes

(Formant Filter).

Usando o detetor de envelope, a quantidade de efeito vai

depender do desempenho (dinâmica) do músico.

(Auto Wah-Wah )

Essa idéia, a princípio, poderia ser tentada em outros tipos

de efeitos.

CONTROLES

Fator de qualidade Q

As fmín e fmáx onde ocorrem os picos de amplitude e quanto o

Q varia quando as freqüências de pico são variadas (largura

de banda).

Mixer, que dosa a quantidade do sinal filtrado e do sinal

original.

Variações típicas da freq. de pico variam de 300 Hz a 3 kHz.

DIAGRAMAS DE BLOCOS

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Efeito Leslie O nome Efeito Leslie homenageia Donald Leslie,

que criou os gabinetes conhecidos como Leslie

Speakers (1937)

O Efeito Leslie é obtido quando um ou mais alto-

falantes são continuamente girados em um

gabinete, geralmente de madeira. A rotação do

alto-falante gera dois efeitos principais no som

percebido pelo ouvinte: alteração periódica na

intensidade, devida à alteração da distância entre

a fonte e o ouvinte; e alteração na frequência,

devida ao efeito Doppler, pelo fato de a fonte

afastar-se e aproximar-se do ouvinte

CornetaContrapeso

MotorFalante p/ agudos

Falante p/ graves

Motor

Rampa de madeira

Amplificador

Tambor

Máxima distânciaMínima amplitude

Mínima distância

Máxima amplitude

Máximo afastamentoMínima frequência

Máxima aproximaçãoMáxima frequência

Ouvinte

Quatro controles são disponibilizados

i) Controle da frequência (rate) que é comum ao circuito do

Vibrato e do Tremolo.

ii) Controle da excursão da frequência (depth) no Vibrato.

iii) Controle da excursão da amplitude (depth) no Tremolo.

iv) Volume geral.

DIAGRAMAS DE BLOCOS

LFO

All-Pass

1

All-Pass

2In OutVCA

Oitavador Efeito que soa ao ouvido como se junto com um guitarrista

(ou baixista) um outro músico está solando simultaneamente.

A frequência fundamental do sinal gerado pelo oitavador

pode estar em uma oitava acima ou uma oitava abaixo (sub-

oitavador).

O sinal gerado não possui o mesmo timbre do sinal da

guitarra (ou do Baixo) o que ressalta a impressão de que

outro músico está solando simultaneamente.

CONTROLE

Mixer, “dosa” a mistura do sinal oitavado.

DIAGRAMAS DE BLOCOS

FREQUÊNCIAS ENVOLVIDAS (CONSIDERANDO UMA GUITARRA E UM SUB-OITAVADOR)

A freq. fund. produzida pela 6a corda (guit.)=

82,4Hz e pela 1a corda=329,63Hz.

A frequência mais baixa produzida será:

Se o 24o traste da 1a corda é percutido, a Max.

Freq. fundamental está duas oitavas acima de

329,63Hz, ou seja, 1318,52Hz.

a frequência mais alta produzida será

DIAGRAMAS DE BLOCOS

DIAGRAMAS EM BLOCOS SIMPLIFICADO DE UMA FORMA

POSSÍVEL DE FAZER UM OITAVADOR

Comentários sobre o Oitavador

Conversão Sen. Quad.-- circuito de ganho alto c/ saturação.

Conversão Sinal Guit. Quad. não é trivial. Dentro de um

período ocorrem vários cruzamentos por zero (harmônicos)

Circuitos Complexos.

i) A quadrada é aplicada em um CFT com saída DC, e em um

filtro PB de 2a ordem cuja f c dependente da tensão de controle.

ii) O modificador de nível soma a tensão com outra tensão

contínua produzindo o sinal de que controla f c do filtro PB

iii) O PB é excitado pela quadrada com freq. fundamental

controlada a frequência de corte. Os sinais harmônicos de ordem

ímpar são filtrados.

iv) O sinal filtrado e o sinal da guitarra são misturados no último

bloco somador.

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Distorção Distorção é obtida qdo. uma saturação é forçada de um ou

mais estágios do circuito criação de harmônicos.

Em todos os outros tipos de efeitos as saturações não são

desejadas, aqui elas são propositadamente produzidas.

Na literatura, esse é provavelmente o efeito que apresenta o

maior número de variações em termos de circuitos. A

quantidade e a proporção de harmônicos pares e ímpares

dependem da topologia e, principalmente, se as saturações

são obtidas com:

Amplificadores Operacionais

Transistores bipolares

JFET

MOSFET

Válvulas.

Diodos (usados em conjunto c/ todos esses dispositivos)

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Distorção

Três dos mais conhecidos tipos de pedais:

Overdrive: Tenta simular as distorções que ocorrem em

amplificadores valvulados saturados. Um forte componente

desses sinais são harmônicos de ordem par, que soam mais

suaves ao ouvido humano.

Distortion: harmônicos pares e ímpares são obtidos. Logo,

em relação ao overdrive, tal efeito soa menos suave ao

ouvido humano.

Fuzz: procura-se realçar os harmônicos ímpares, que

aparecem naturalmente quando os sinais são aproximados a

ondas quadradas. Por isso, dentre os três efeitos de

distorção, este soa o menos suave.

CONTROLES

Quantidade de distorção (nível de saturação)

Nível do sinal na saída

Alguns pedais possibilitam alguma forma de equalização,

para ressaltar e/ou atenuar certas faixas de freqüência

DIAGRAMAS DE BLOCOS

Resistores Variáveis – Aspectos Práticos

LDR

O LDR (ligth dependent resistor) é um resistor construído

com CdS que apresenta uma resistência que varia com a

intensidade de luz

Encontram-se no comércio LDRs com as mais variadas

características: Resistência na ausência de Luz ,Resistência no

claro, Potência máxima, Tensão máxima, Tipo de material

fotossensível usado, Diâmetro do LDR, Tipo de geometria

(espessura e do comprimento das trilhas).

CIRCUITOS AUXILIARES


Foto-acoplador: LDR+ LED.

Uma curva típica de resposta espectral de um LDR e da

intensidade luminosa relativa de um LED verde são

mostradas ( o LED pode ser branco, verde, amarelo ou

laranja)

O “λ” onde ocorre a sensibilidade máxima do LDR depende

do fabricante.



Resistores Baseados em OTA

Os OTA são fontes de corrente controladas por tensão.

Esses dispositivos apresentam a possibilidade de controle

da transcondutância gm por meio da corrente de polarização

IB [gm = f (IB)]

Normalmente, a relação entre gm e IB é descrita na folha de

dados do fabricante, assim como aquela entre VB, RB e IB



Resistores Baseados em JFET


Ondas quadradas, triangulares e senoidais são

úteis em vários tipos de pedais como phaser,

chorus, flanging, vibrato, tremolo, wah-wah, etc.

Interessam somente os osciladores cuja variação

da freqüência é obtida com a variação de um único

resistor.

Tipo simples de oscilador não-linear é formado

pelo laço de um integrador e um biestável.

São obtidas simultaneamente uma onda quadrada e

outra triangular

OSCILADORES


CIRCUITOS AUXILIARES PARA EFEITOS ANALÓGICOS

OSCILADORES

CIRCUITOS AUXILIARES PARA EFEITOS ANALÓGICOS

O Dispositivo Bucket-Brigade (BBD)

O BBD é um registrador de deslocamento analógico que

opera como uma linha de atraso

Ele tem aplicações em pedais de eco, chorus e flanger.

O nome é uma analogia com o transporte de água por meio

de uma brigada de pessoas transferindo água de um balde

para outro subseqüente.

No BBD, as cargas dos capacitores são transferidas para os

capacitores subseqüentes.

O tempo de atraso do sinal de saída depende do número de

capacitores e do período de clock T.

O Dispositivo Bucket-Brigade (BBD)

Por exemplo, p/ 1024 estágios e T = 0,1 ms ( fs= 10 kHz),

o tempo de atraso de uma amostra na saída é de

1024× (0,1ms / 2)=51,2ms

A divisão por dois é necessária porque cada amostra é

processada na metade do período.

Por serem sistemas analógicos amostrados, os BBD

necessitam de filtros anti-recobrimento e de reconstrução, na

entrada e na saída, respectivamente.


FILTROS [Ativos-RC (vantagens)]

Dispensam o uso de indutores.

Os componentes são facilmente disponíveis.

Em grande parte dos casos, o projeto é simples (sem

influência da impedância do alto-falante no caso de

crossovers ativos).

Estágios podem ser cascateados sem alteração das FT

individuais. Assim, funções de ordem maior do que dois

podem ser obtidas a partir do projeto de redes de segunda e

primeira ordem.

Em relação aos filtros passivos, a montagem pode ser mais

compacta, especialmente no caso de filtros para freqüências

mais baixas.

Em relação aos crossovers passivos, filtros ativos com três

amplificadores possibilitam a utilização de amplificadores

com menor potência.


FILTROS PASSA-BAIXA PRINCIPAIS APLICAÇÕES

Célula base de um equalizador shelving para reforço e atenuação

de graves (nesse caso, também podem ser utilizadas estruturas

mais simples de primeira ordem).

Filtros anti-recobrimento e de reconstrução em pedais de eco,

flanger e chorus implementados com BBD e circuitos digitais.

Filtros para eliminação de eventuais ruídos e/ou interferências

eletromagnéticas de altas freqüências em todos os tipos de pedais.

Proteção para os drivers de alta freqüência (filtro ultra-sônico).

Crossovers.


FILTROS PASSA-BAIXA CIRCUITOS


FILTROS PASSA-ALTA PRINCIPAIS APLICAÇÕES

Célula base de um equalizador shelving para reforço e atenuação

de agudos (nesse caso, podem ser utilizadas estruturas mais

simples de primeira ordem).

Proteção para os alto-falantes de baixa freqüência (filtro subsônico).

Desacoplamento DC. Permite que estágios sejam acoplados sem

que as polarizações sejam afetadas.

Crossovers.


FILTROS PASSA-ALTA CIRCUITOS


FILTROS PASSA-FAIXA PRINCIPAIS APLICAÇÕES

Célula base em pedal de efeito wah-wah.

Célula base de equalizadores gráficos,

paramétricos e paragráficos.

Crossovers.


FILTROS PASSA-FAIXA CIRCUITOS


FILTROS PASSA-TUDO PRINCIPAIS APLICAÇÕES

Em células básicas em pedais de vibrato e de phaser.

Na linearização da fase (minimização na distorção de

imagens e de interferência intersimbólica).

Na obtenção de atrasos da ordem de milissegundos

na faixa de áudio, necessários, por exemplo, no

alinhamento mecânico de alto-falantes.


FILTROS PASSA-TUDO CIRCUITOS

O circuito de ordem 1 com resistor aterrado é preferido

O circuito de ordem 2 não é usado em pedais de Vibrato e

Phaser porque a variação de um único resistor faz com que

ele deixe de ser passa-tudo.


EXEMPLOS PRÁTICOS

Com um filtro UP PB de ordem 10 foi obtido um atraso

com uma queda de 200 dB/dec na banda de rejeição.

Com o filtro UP Passa-tudo foi obtido um atraso de 0,3696

ms (o dobro) agora com a magnitude da resposta plana

Para se obter um atraso de 50,26 ms em uma faixa de

10 kHz, seriam necessários 136 estágios iguais ao projetado.

A ordem total do sistema analógico seria igual a 1360.

Não é prático obter os atrasos necessários em efeitos de

eco (ou de reverberação) com sistemas analógicos

contínuos.

ATRASOS COM FILTROS ANALÓGICOS CONTÍNUOS

(0) (@10kHz)=0,1848ms


EXEMPLOS PRÁTICOS CONTROLE INDEPENDENTE DO GANHO

C/ estruturas SAB “K”, “0“ e “Q” não podem ser

independentemente variados quando se varia o valor de um

único componente.

Mas a diminuição de “K” pode ser obtida independentemente

por meio de um divisor de tensão na entrada, mantendo

constante a impedância vista pelo nó (i). (SUPOR YX)

.

Z Z Z 0( ) ( )

( ) ( )

O

I I

V s Z V s

V s Z Z V s

( / )R Y X R

/ ( )R RR R R

( / )C X Y C

C C C


EQUALIZADORES DE ÁUDIO ANALÓGICOS

Exemplos de Aplicações

Correção da resposta em frequência

de ambientes

Ajuste do som ao gosto do ouvinte

Aplicações com parâmetros fixos,

como em próteses auditivas

Equalizadores de Áudio

Ajustáveis

Ganho na faixa de interesse

Valor da frequência central

Largura de banda (fator de qualidade)

Função de Transferência

Controle de Graves

Em altas frequências:

Em baixas frequências:

CG ( )s a

T ss b

CG ( jω) 20log( / )T a b

Mag

nit

ud

e (d

B)

Freqüência (Hz)

Amplificação de 12 dB

Atenuação de 12 dB

-110 210 310 410010 110-15

-10

-5

0

10

15

5CG ( jω) 0 dBT

Função de Transferência

Controle de Agudos



CA( jω) 20log( / )T c d

CA( jω) 0 dBT

CA

1 (1/ )( )

1 (1/ )

cs c s cT s

ds d s d


Mag

nit

ud

e (d

B)

Freqüência (Hz)


-110 210 310 410010 110-15

-10

-5

0

10

15

5

Função de Transferência Bump

Em baixas e altas

frequências:

Na frequência 0 :

bump P Z( jω) 20log( / )T Q Q

bump( jω) 0 dBT

2 2

0 Z 0bump 2 2

0 P 0

(ω / ) ω( )

(ω / ) ω

s Q sT s

s Q s


Freqüência (Hz)


210 310 410

Mag

nit

ude

(dB

)

-15

-10

-5

0

10

15

5

Equalizador Controle de

Tonalidade

Uma seção do tipo controle de graves

e outra do tipo controle de agudos

Resposta plana nas altas e nas baixas

frequências

Também chamados shelving

(prateleira)

Seção Controle de Graves

Mag

nit

ud

e (d

B)

Freqüência (Hz)



-110 210 310 410010 110-15

-10

-5

0

10

15

5

Amplificação (boost) ou atenuação (cut)

nas baixas frequências

Seção Controle de Agudos

Ganho (boost) ou atenuação (cut)

nas baixas frequências


Mag

nit

ud

e (d

B)

Freqüência (Hz)


-110 210 310 410010 110-15

-10

-5

0

10

15

5

Exemplo: Equalizador Grafico de

1/3 de oitava (31 bandas)

3 1/3

0 02 2 1,2599.k f f k

Possui três frequências centrais f0 em

cada oitava:

Equalizador Paramétrico

Várias seções do tipo bump

Controle sobre todos os parâmetros

da função bump:

Ganho

Frequência central

Fator de qualidade

Controle Sobre a Frequência

Central

Freqüência (Hz)

210 310 410

Mag

nit

ude

(dB

)

0

4

6

8

12

14

10

2

Controle Sobre o Fator de

Qualidade

Freqüência (Hz)

210 310 410

Mag

nit

ude

(dB

)

0

4

6

8

12

14

10

2

Diagrama de Blocos Geral

FS( )T s

IV OV

K

K

Atenuação ( )cut Amplificação ( )boost

S

OFS

I

( )( ) 1 ( )

( )

V sT s KT s

V s O

I FS

( ) 1( )

( ) 1 ( )

V sT s

V s KT s

Possibilidades

Filtro passa-baixa: seção controle de

graves

Filtro passa-alta: seção controle de

agudos

Filtro passa-faixa: seção bump

FS( )T s

IV OV

K

K

Atenuação ( )cut Amplificação ( )boost

S

Possíveis Redes

IV

OVRC

IV

OVR C

IV

OV

C

1PRC

2R1SR

Rede passa-baixa Rede passa-alta

Rede passa-faixa

Exemplo Prático: Reforço de

Graves e Agudos

+12 dB

+9 dB

+6 dB

+3 dB

0 dB

Controles do equalizador

gráfico

Controles do equalizador

controle de tonalidade

GRAVES

+12 dB +12 dB

AGUDOS

Freqüência (Hz)

Mag

nit

ude

(dB

)

110 310 510210 410-2

4

6

8

12

16

10

2

14

0

71,13 Hz 7 kHz

3 dB

Shelving

Gráfico

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