Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gyurász Gábor Tamás Elektromos nagybıgı megvalósítása DSP-vel MSc. Önálló laboratórium II. beszámoló Konzulensek: dr. Bank Balázs Lajos Orosz György
Problémafelvetés A nagybıgı nehezen szállítható, törékeny, érzékeny hangszer Létezik alternatívája: Az elektromos nagybıgı Elınyei Könnyen hordozható, masszív A könnyő zenében új felhasználási lehetıségei lehetnek (effektek) Nehezebben gerjed, könnyebben hangosítható Hátrányai A hangjuk nem közelíti kellı mértékben akusztikus megfelelıjüket Ez egy hangmérnöki illetve villamosmérnöki feladat.
Probléma modellezése H Piezoelektromos jelátalakító elektromos nagybıgın Mikrofon által mért hangnyomásszint az akusztikus nagybıgı elıtt piezo-pickup jele mikrofon által mért jel H e -1 A húrok gyakorlatilag azonos módon gerjesztik a bıgık testét a húrlábon keresztül, ezért H átviteli karakterisztika az alábbi módon adódik: H=H e -1 * H a H a
Gerjesztési mód megválasztása, mérési pontok BJ4399 mágneses hangszedı piezo-hangszedı BJ4182 gerjesztı kalapácsok 5 BJ4399-5 BJ4399-1 1 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5
A mérés során felhasznált eszközök Roland UA 11 USB hangkártya USB Behringer ECM8 Mérımikrofon, piezo- és mágneses hangszedı BRUEL & KJAER 4374 ill. 4399 gyorsulásmérı BRUEL & KJAER 2646 töltéserısítı BRUEL & KJAER NEXUS 269 2693 jel kondícionáló erısítı
Az akusztikus nagybıgı átviteli függvényének mérése gyorsulás a húrlábon mikrofon gyorsulás a kalapácson piezo-pickup
Az elektromos nagybıgı átviteli függvényének mérése mágneses pickup gyorsulás a húrlábon gyorsulás a kalapácson piezo-pickup
A felvételek feldolgozása I. 1. Ablakozás Hann-ablakkal, minta bıvítése nullákkal Ok: -ne legyen ugrás a mintában vágás miatt 2. FFT -nagy pontszámú FFT => IFFT után az impulzusválasz ne lapolódjon át idıtartományban 3. Regularizáció frekvenciafüggı simítással 4 2-2 -4 1-5 1 1 5 5 X1 X1 simított -5 Y1 Y1 simított -1 1-5 1 1 5 5-5 X2 X2 simított -1 1-5 1 1 5 5-5 Y2-1 1-5 1 1 5 1 5 H nem regularizált H regulaizált -5.5 1 1.5 2 2.5 x 1 4
A felvételek feldolgozása II. 1. Átviteli függvény számítása 2. Impulzusválasz számítás H = X1 Y1 Y 2 X 2 2 3. Impulzusválasz csonkítása Impulzusválasz 15 1 4 5 3-5 2.5 2 1.5 1 Impulzusválasz 2 1-1.5-1 -15 -.5-1 -1.5-2 -2-3 csonkított átviteli függvény eredeti átviteli függvény.2.4.6.8 1 1.2 Idı[s] -2.5 1.26 1.27 1.28 1.29 1.3 1.31 1.32 1.33 1.34 1.35 1.36 Idı[s] 1 1 1 2 1 3 1 4
Digitális szőrırendszer felépítése 5 Hangszer átvitelének modellezése párhuzamos másodfokú IIR szőrıkkel, frekvenciatartományban logaritmikusan elosztott pólusokkal Megvalósítandó átviteli függvény Megvalósítandó átviteli függvény -5 1-1 1 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5
Együtthatók meghatározása Tervezés frekvenciatartományban 4 2 Specifikált átviteli függvény pólusok helye -2 1 2 1 3 1 4 A mért és megtervezett szőrık összehasonlítása 1.5 -.5-1 -1 -.5.5 1 Amplitúdó [db] 4 2-2 -4 H H-Am-Bm 1 2 1 3 1 4 Frekvencia [Hz]
A szőrı struktúra megvalósítása digitális jelfeldolgozó processzoron ADSP-21262 SHARC Mintavételi frekvencia: 48 khz Bitmélység: 24 bit Algoritmus: II-típusú direkt struktúra
On-line tesztek, eredmény minısítése DSP átviteli függvénye és a Matlabban számolt átviteli függvény összehasonlítása Amplitúdó [db] A mért és megtervezett szőrık összehasonlítása 2 4-2 H -4 2 4 6 8 1 Frekvencia [Hz] Amplitúdó [db] A mért és megtervezett szőrık összehasonlítása 5 H -5.5 1 1.5 2 Frekvencia [Hz] x 1 4
Ellenırzés kalapáccsal gerjesztett jelekkel A teljes rendszer ellenırzése: DSP PC kalapácsütés(mikrofon) ábra H két gerjesztés hányadosa kalapácsütés(piezo) 4 2-2 -4-6 eredeti Y2 Y1 megszőrve a DSP-vel -8 1 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5
Összefoglaló Az elért hangzás eltér még az akusztikus nagybıgı hangjától, de sokat javult, kicsit sok a mély és lehetne nagyobb közép frekvenciás átvitel. Feltehetıleg a környezet, azaz a falak és az asztal, nagyon kiemelték a mély hangokat a középsı frekvenciasávot pedig kevésbé, ennek ellenére sokkal inkább hasonlít az akusztikus bıgı hangjára, mint azelıtt. A mérési elrendezésen még annyiban lehet finomítani, hogy a gerjesztést shakerrel végezzük és végigpásztázzuk az egész hallható frekvenciasávot, illetve a húrlábon oldalirányban gerjesztünk, mert a húrok is ilyen irányú mozgást végeznek. Amennyiben rendelkezésre áll kellı tőrıképességő piezo kristály, érdemes lenne a húrláb alá helyezni azt. A húrláb alatt nagyon nagy erık hatnak, ezért nem állt módomban kipróbálni.
Képek NS CR4 NXT Elektromos bıgı ~1. Ft
Köszönöm a figyelmet!