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