Устройство для оцифровки аналоговых звуковых сигналов

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: для компьютера

Опубликовано: 18.06.2017 17:57

Просмотров: 2410

А.Л. Бутов, с. Курба, Ярославской обл.
Предлагаемое для повторения компактное устройство предназначено для высококачественной оцифровки звуковых фонограмм с помощью звуковой компьютерной карты. Устройство представляет собой нормирующий стерео-усилитель со светодиодным индикатором уровня выходных сигналов. Интенсивное развитие современных компьютерных технологий позволяет переводить домашние архивы звукозаписей, сделанных аналоговым способом, в какой-либо из цифровых форматов, например в популярный а настоящее время МРЗ или более качественный WMA. После оцифровки и компрессии, всю накопленную за многие годы на виниловых грампластинках и магнитной пленке фонотеку, нередко достигающую сотен и тысяч часов, можно сохранить на жестком диске компьютера и/ или дисках CD и DVD. При всей кажущейся простоте процесса оцифровки, заключающегося в смене виниловых пластинок или магнитофонных кассет, катушек и манипуляциях с компьютерной «мышью», можно неожиданно натолкнуться на проблемы, создаваемые как компьютерным «железом», так и установленным программным обеспечением, что может значительно ухудшить качество оцифрованного звука.

При работе с пакетом программ «HyCD Piay&Record + HyCD UDF», демонстрационную версию которого можно скачать по адресу http://www.hycd.com/ html/download2.html, при использовании утилиты «HyCD Fx» (рис.1), которая считывает информацию с входа звуковой карты и сохраняет ее в виде несжатого файла с расширением .wav, было замечено, что качество оцифрованного звука оказывается заметно хуже, чем исходного аналогового. Первоначально была выдвинута версия о взаимной несовместимости программы, установленной операционной системы и компьютерного «железа». Но похожая ситуация возникла и при использовании популярного пакета программ «Ahead Nero», утилита «Nero Wave Editor», http://www.nero.com. Те же проблемы с качеством оцифрованного звука проявили себя и при попытке использования свободно распространяемой программы «CDex» версии 1.70, http://cdexos.sourceforge.net. Разобраться в сути проблемы помог случай, когда компьютер понадобилось использовать в качестве запоминающего осциллографа. Было сразу замечено, что фронты сигнала, поданного на линейный вход звуковой карты, сильно искажены. По их характерной форме и при последующих измерениях было определено, что как линейный, так и микрофонный входы интегрированного в материнскую плату популярного звукового кодека «Realtek AC97 Audio» имеют низкое входное сопротивление и большую входную емкость. Кроме того, при уровне входного музыкального сигнала всего в 0,3...0,5 В (действующее значение) наблюдалась не устраняемая регуляторами громкости
«Recording Control» и другими виртуальными «переменными резисторами» перегрузка линейного входа. Возникло впечатление, что вход звуковой карты рассчитан не на подключение к линейному выходу звуковоспроизводящих аппаратов, а на подключение к выходам их усилителей мощности. Низкое входное сопротивление и высокую входную емкость аудиовходов звуковой карты можно объяснить вынужденной необходимостью минимизации наводок со стороны компьютерного оборудования.
Для согласования имеющей низкое входное сопротивление звуковой карты с высоким выходным сопротивлением линейных выходов звуковоспроизводящих устройств было изготовлено несложное двухканальное устройство, принципиальная схема которого показана на рис.2.

Назначение устройства предопределило выбор микросхем операционных усилителей, в качестве которых используются КР140УД18. Этот ОУ во многом похож на популярные, но морально устаревшие К140УД6, К140УД7, превосходя их по ряду параметров, например по входному сопротивлению и быстродействию. Коэффициент передачи по напряжению определяется отношением сопротивлений резисторов R12/R10 и R13/R5 и составляет около семи.
Сдвоенным переменным резистором R1 можно уменьшить чувствительность усилителя, тем самым, устраняя перегрузку входа звуковой карты. Для удобства использования предварительного усилителя он оснащен несложным 4-пороговым логарифмическим индикатором уровня выходного сигнала. Узел индикатора собран на счетверенном компараторе типа LM339N. Подробно о работе такого индикатора можно прочитать в [1 ]. Номинальный уровень входного синусоидального сигнала для используемой системной платы компьютера составил около 0,2 8. При большем уровне сигнала наблюдается резкий рост искажений и появляется паразитная генерация.
Можно задаться вопросом, почему бы вместо сборки предварительного усилителя с низким выходным сопротивлением не уменьшить емкость конденсаторов, шунтирующих вход звуковой карты.
Во-первых, пропадает гарантия на системную плату, если таковая еще не истекла,
Во-вторых, отслеживание электрических путей и отпаивание от многослойной печатной платы двухмиллиметровых SMD конденсаторов может представлять некоторую трудность, хотя
эти конденсаторы и расположены рядом с разъемом.
В-третьих, и это главное, при снижении емкости этих конденсаторов или при их устранении резко возрастает уровень шумов, наведенных на вход звуковой карты другими узлами современного компьютера.
Конструкция it детали
Операционные усилители типа КР140УД18 при изменении схемы включения и коррекции рисунка печатной платы можно заменить сдвоенными К157УД2, К157УДЗ, а при очень низком входном сопротивлении звуковой карты - двумя К157УД1. Если это устройство будет детектировать сигналы мощных радиостанций, то между выводами 3 обеих микросхем и общим проводом следует подключить блокировочные конденсаторы емкостью в несколько десятков-сотен пикофарад. Вместо 4-ка-нального компаратора LM339N можно применить аналогичные LM339AN, LM239AN, LM239A, MC3302N, LM139N, К1401СА1. Вместо транзистора КТ3102В подойдет любой из серий КТ6111, КТ315, SS9014. Защитный диод 1N4001 можно заменить любым из серий КД243, КД247, КД226. Вместо диодов 1N4148 подойдут 1N914, любые из серий КД521, КД522. Оксидные конденсаторы - импортные аналоги К50-35. Неполярные конденсаторы - «73-17, К73-24, К10-17, К10-50. Переменный резистор R1 использован сдвоенный импортный, вместо такого резистора подойдет отечественный СПЗ-33-23 сопротивлением 47... 100 кОм.
Вид на монтаж устройства показан на рис.3.

Усилитель питается стабилизированным постоянным напряжением 12... 18 В, Можно использовать источник питания компьютера. Из-за больших емкостей некоторых конденсаторов питание на устройство желательно подавать не позднее, чем за 20 с до начала записи звука. В перерывах между записями отключение автономного источника питания нежелательно. Если усилитель собран из исправных деталей и без ошибок, то на выводах 6 DA1 и DA2 постоянное напряжение должно составлять половину напряжения питания. Устройство допускает «горячее» подключение, как к источнику сигнала, так и к компьютеру. Для настройки чувствительности светодиодного индикатора на вход устройства подают синусоидальный сигнал частотой около 1000 Гц, к выходу подключают осциллограф, регулятором R1 устанавливают амплитуду выходного сигнала около 2 В. Затем подстроечный резистор R21 устанавливают в такое положение, при котором будут светиться все светодиоды, кроме красного HL4.
Несколько слов об оцифровке фонограмм. Если не требуется редактировать создаваемые звуковые файлы, то весьма удобно пользоваться бесплатным аудио проигрывателем AIMP2 http://www.aimp.ru. Для этого нужно открыть главное окно программы, нажать на кнопку «Утилиты», где выбрать «Звукозапись», после чего попадете в окно выбора параметров, показанное на рис.4.

Эта программа позволяет кодировать звуковой поток в форматы МРЗ, WMA, WAV, FLAG «на лету», без промежуточных стадий. Чтобы записанный в компьютер звук был без «заиканий», следует воздержаться от запуска других приложений вo время оцифровки звука. Не следует запускать и любые из установленных проигрывателей, так как воспроизводимая, например, с помощью QMР фонограмма может микшироваться на создаваемую запись.
Сжимать живой звук сразу в формат МРЗ или любой другой, вами любимый, кодек которого установлен на вашем компьютере, целесообразно при дефиците свободной памяти на жестком диске, нехватке свободного времени или если не предполагается его редактировать. Если же вы хотите подойти к процессу оцифровки творчески, то записывайте файлы в виде аудиообраза (несжатый формат - Wav). При качестве звука 1411 кБ/с, стерео, 16 бит, одна композиция длительностью в 5 минут займет около 60 Мбайт. Соответственно, одна аудиокассета с длительностью записи 90 мин займет на жестком диске немногим более 1 Гб, что по современным меркам очень немного. После того, как вы в любом хорошем, доступном Wav-редакторе исправите все дефекты оцифрованной записи, уберете шорохи от каждой пылинки, непрошено прилипшей к дорогой сердцу виниловой пластинке, устраните шумы и другие дефекты, можно конвертировать файл аудиообраза в любой удобный формат. Это при сохранении высокого качества уменьшит размер фонограммы в 5-10 раз. Фонограммы невысокого качества звучания, монофонические записи можно сжать в 15-30 раз и более. При выборе формата сохранения следует учитывать не только степень компрессии при равном качестве, но и популярность формата, его поддержку «некомпьютерными» звуковыми аппаратами. На настоящий момент широко используются морально устаревший формат МРЗ и технологически превосходящий его формат WMA, разрабатываемый и поддерживаемый фирмой Microsoft.
Устройство было смонтировано в корпусе «дорожной мыльницы» (см. фото).
Если сигнал на вход звуковой
карты поступает, но вы ничего не слышите и создается «пустой» файл или слышите, но фонограмма не записывается, или ничего не слышите во время записи, но фонограмма записывается, то снимите или установите соответствующие флажки в «Volume Control» и в «Recording Control»,
Литература
1. Бутов А.Л. Логарифмический индикатор на счетверенном компараторе // Радиоаматор. -2008. - №9. - С.4-5.
РА11'2009