Blackmer RMS detektor - Blackmer RMS detector

The Blackmer RMS detektor je elektronická true RMS převodník vynalezl David E. Blackmer v roce 1971. Blackmerův detektor spojený s Černější zisková buňka, tvoří jádro dbx redukce šumu systém a různé profesionální audio signálové procesory vyvinutý uživatelem dbx, Inc.

Na rozdíl od dřívějších detektorů RMS časově zprůměrováno algebraické náměstí vstupního signálu provádí detektor Blackmer průměrování času na logaritmus vstupu, což je první úspěšná komercializovaná instance filtr log-domena.[1] Okruh, který vytvořil pokus omyl, počítá kořenová střední hodnota na druhou různých vlnových tvarů s vysokou přesností, ačkoli vynálezci nebyla známa přesná povaha jeho provozu. za prvé matematická analýza filtrování domén a domén matematický důkaz Blackmerova vynálezu byly navrženy Robert Adams v roce 1979; obecnou teorii syntézy filtrů log-doména vyvinul Douglas Frey v roce 1993.[2]

Úkon

Vývojová cesta od tradičního detektoru log-antilog RMS (nahoře)[3] k detektoru Blackmer RMS (dole) v patentované konfiguraci z roku 1971.[4] Symboly diod označují diodové tranzistory; vlastní diody mají horší logaritmické vlastnosti a v přesných obvodech se jim vyhýbá.[5]

Střední kvadratická (RMS), definované jako odmocnina z střední čtverec vstupního signálu v čase, je užitečná metrika střídavé proudy. Na rozdíl od špičkové nebo průměrné hodnoty RMS přímo souvisí energie, což je ekvivalentní s stejnosměrný proud to by bylo nutné pro dosažení stejného topného efektu. V zvukových aplikacích je RMS jedinou metrikou přímo související s vnímanou hlasitost, necitlivý na fázi harmonické v komplexu křivky.[6] Magnetický záznam a přehrávání se nevyhnutelně posune fáze harmonických; A true RMS převodník nebude reagovat na takový fázový posun. Jednodušší špičkové detektory nebo průměrné detektory naopak reagují na změny fáze změnou výstupních hodnot, i když úroveň energie a hlasitost zůstávají nezměněny. Z tohoto důvodu David Blackmer, návrhář dbx redukce šumu vyžadoval nákladově efektivní přesný detektor RMS kompatibilní s Černější zisková buňka.[6] Ten měl exponenciální řídicí charakteristiku, takže musel mít vhodný detektor logaritmický výstup.[1]

Současné elektronické detektory RMS měly „normální“ lineární výstupy a byly postaveny přesně podle definice RMS. Detektor by vypočítal druhou mocninu vstupního signálu, časově průměroval druhou mocninu pomocí a dolní propust nebo integrátor, a poté vypočítat druhou odmocninu tohoto průměru, aby se vytvořil lineární, ne logaritmický výstup. Analogový výpočet čtverců a odmocnin byl proveden buď pomocí drahé proměnné transkonduktance analogové multiplikátory (které zůstávají v 21. století drahé[7]) nebo jednodušší a levnější logaritmické převodníky zaměstnává exponenciální charakteristika proudového napětí a bipolární tranzistor.[1] Tepelná konverze RMS byl příliš pomalý pro zvukové účely; elektronické detektory RMS fungovaly dobře v měřicích přístrojích, ale jejich dynamický rozsah byl příliš úzký pro profesionální audio - právě proto, že fungovaly čtverce vstupního signálu, který zabírá dvojnásobek jeho dynamického rozsahu.[1][7]

Blackmer usoudil, že detektor log-antilog lze zjednodušit převzetím zpracování do logovací domény, vynecháním fyzického kvadratury vstupních signálů a tím zachováním jeho plného dynamického rozsahu.[3] Srovnání a odvození druhé odmocniny v doméně protokolu je velmi levné, protože jde o jednoduché škálování faktorem 2 nebo 1/2.[7] Nicméně jednoduché lineární filtry nepracují v doméně protokolu, produkují nesprávný irelevantní výstup. Vyžaduje se správné průměrování času nelineární filtry dosud neznámé topologie. Blackmer navrhl jednoduchou náhradu a odpor v RC síť s křemíkem dioda předpojatý s pevným volnoběžným proudem. Protože malý signál impedance taková dioda je řízena lineárně proudem, měnící tento proud řídí dobu usazení detektoru.[3] Mezní frekvence tohoto filtru prvního řádu se rovná

,[5]

kde je tepelné napětí (proto se frekvence mění s teplotou). Rovnice platí pro celou řadu volnoběžných proudů 60 dB, což umožňuje široké možnosti ladění.[4][8] Okruh má rychlý útok a pomalý rozpad, které jsou vzájemně uzamčeny a nelze je samostatně upravit.[9] Logaritmické výstupní napětí je úměrné střední hodnotě čtverce rychlostí přibližně 3 mV / dB a úměrné RMS přibližně 6 mV / dB.[9]

Když byl postaven surový testovací obvod, Blackmer a jeho spolupracovníci neočekávali, že bude fungovat jako skutečný detektor RMS, ale bylo to tak. Podle Roberta Adamse se „zdálo, že se chová ideálně“,[4] a přísné testy s různými průběhy potvrdily ideální výkon RMS. Obvod byl naprosto necitlivý na fázové posuny vstupního signálu. To bylo okamžitě patentováno a zaměstnáno v dbx, Inc.. profesionální audio procesory. Nikdo ve společnosti, včetně Blackmera, nedokázal vysvětlit, proč to vůbec funguje, a to až do roku 1977, kdy Robert Adams začal pracovat na správné práci matematický důkaz dodržování RMS.[4] Adams se pokusil rozšířit koncept log-domény na Sallen – klíčová topologie a selhal.[4] Svou práci publikoval v roce 1979 a později byl považován za vynálezce konceptu filtru log-doména,[10] ale myšlenka zůstala neznámá pro širokou veřejnost až do průkopnické práce roku 1993 Douglas Frey.[11][2]

Reference

  1. ^ A b C d Adams 2006, str. xii.
  2. ^ A b Roberts & Leung 2006, str. 11.
  3. ^ A b C Adams 2006, str. xiii.
  4. ^ A b C d E Adams 2006, str. xiv.
  5. ^ A b Roberts & Leung 2006, str. 10.
  6. ^ A b Adams 2006, str. xi.
  7. ^ A b C Tyler & Kirkwood 2008, str. 346.
  8. ^ Roberts & Leung 2006, str. xv.
  9. ^ A b Tyler & Kirkwood 2008, str. 348.
  10. ^ Roberts & Leung 2006, str. 6.
  11. ^ Adams 2006, str. xv.

Bibliografie

  • Adams, Robert (2006). "Úvodní slovo". V Gordon W. Roberts, Vincent W. Leung (ed.). Návrh a analýza obvodů filtru log-domény založených na integrátoru. Springer Science & Business Media. ISBN  9780306470547.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Roberts, Gordon; Leung, Vincent (2006). Gordon W. Roberts, Vincent W. Leung (ed.). Návrh a analýza obvodů filtru log-domény založených na integrátoru. Springer Science & Business Media. ISBN  9780306470547.CS1 maint: ref = harv (odkaz)
  • Tyler, Les; Kirkwood, Wayne (2008). "12.3.4 Vyhrazené analogové integrované obvody pro zvukové aplikace". V Glen Ballou (ed.). Příručka pro zvukové inženýry. Čtvrté vydání. Focal / Elsevier. ISBN  978-0-240-80969-4.