Il trattamento dei segnali audio con il DSP – 2

Il trattamento dei segnali audio con il DSP

La frequenza con cui i campioni si susseguono si chiama FREQUENZA DI CAMPIONAMENTO (Fs) e deve essere, secondo il teorema di SHANNON (noto anche come teorema di Nquist, anche se tale dizione non è proprio esatta), almeno di un valore (in Hertz) doppio della massima frequenza che dobbiamo convertire; in altre parole dobbiamo avere almeno due campioni per descrivere il nostro segnale quando raggiunge la frequenza massima (la metà di Fs).

Per questo motivo occorre dotare il convertitore A/D di un filtro passabasso che lasci passare tute le frequenze che ci interessano tranne quelle superiori alla metà di Fs. Questo filtro, si chiama FILTRO ANTI-ALEA (ANTI ALIAS o ANTI FOLDING). Se, ad esempio, vogliamo costruire un apparecchio con caratteristiche HI-FI la nostra frequenza massima (Fmax) sarà di 20KHz e di conseguenza dovremo prevedere un filtro passa-basso da 20KHz e scegliere un valore di Fs pari a 20KHz moltiplicato due, cioè 40KHz (non a caso i compact-disc utilizzano una Fs pari a 44.1 KHz).

Dovendo poi riconvertire il segnale alla fine del trattamento digitale nuovamente in forma analogica, ricordiamoci di far seguire al convertitore D/A un ulteriore filtro, sempre posizionato a 20KHz, in modo da “smussare” il segnale stesso, che qui troviamo in forma di gradini, e ricondurlo ad un aspetto il più simile possibile al segnale originale. Questo filtro si chiama FILTRO DI RICOSTRUZIONE ed elimina tutto ciò che è indesiderato oltre i 20KHz garantendo l’assenza, nel nostro segnale di uscita, di componenti ad alta frequenza che possano danneggiare alcune parti del sistema audio, ad esempio gli altoparlanti.

In elettronica esistono vari circuiti che ci permettono di realizzare delle funzioni per il trattamento del segnale; tali blocchi sono, ad esempio, gli amplificatori, i miscelatori, gli equalizzatori, le linee di ritardo, eccetera.

Se, ad esempio, dobbiamo realizzare un amplificatore, occorrerà un qualcosa che ingrandisca il nostro segnale, ovvero che moltiplichi il segnale per un certo numero fisso che esprime il guadagno dell’amplificatore stesso. In tecnica digitale lo stadio di amplificazione equivale ad una moltiplicazione del segnale per il numero che esprime il guadagno. Se invece intendiamo attenuare il segnale dovremo eseguire una divisione, dividere cioè il segnale per un numero che esprime il coefficiente di attenuazione. Ad esempio, possiamo realizzare un controllo di volume usando proprio una divisione poiché il potenziometro di volume di un qualsiasi apparato audio funziona come un attenuatore variabile, quindi divide il segnale in ingresso per il valore selezionato ruotando la manopola del volume. Da notare che se si vuole amplificare od attenuare per una quantità fissa di 6dB, corrispondente al raddoppio o al dimezzamento del segnale, è sufficiente spostare il nostro campione, espresso da un numero binario, a destra oppure a sinistra di una posizione.

Ad esempio, se il nostro campione rappresenta il numero 2 (0010), spostandolo a sinistra otterremo il numero 4 (0100): il segnale viene così amplificato per 2 ovvero di 6dB. Se, invece, spostiamo il campione verso destra otteniamo il numero 1 (0001) e il segnale risulta attenuato di 6dB. Con questo semplice trucco possiamo amplificare o attenuare il nostro segnale rispettivamente di 6dB, 12dB, 18dB, 24dB, eccetera.

Il kit è disponibile da Futura Elettronica

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