Lista przedmiotów z materiałami udostępnionymi dla studentów

Dla_studentów
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Krzysztof Lusztak

Projekt i realizacja systemu audio opartego o procesor sygnałowy oraz dwudrożne kolumny głośnikowe w koncepcji linii transmisyjnej


Design and assembly of an audio system based on a digital signal processor and two-way loudspeaker transmission line


Opiekun pracy dyplomowej: dr inż. Michał Bujacz
Praca dyplomowa magisterska obroniona 2012-09-12
Streszczenie pracy dyplomowej:
W poniższej pracy podjęto próbę przeniesienia aktywnych zestawów audio z filtrami cyfrowymi, zwyczajowo stosowanych w profesjonalnych rozwiązaniach studyjnych, do świata home audio. Celem pracy było zbudowanie i przebadanie prototypowego zestawu składającego się z: przedwzmacniacza wraz ze zintegrowanym zestawem cyfrowych filtrów, bloku wzmacniaczy mocy oraz trójdrożnych kolumn głośnikowych. Z racji na poznawczy charakter pracy zdecydowano się na wykonanie kolumn głośnikowych w mało popularnej i trudnej w realizacji koncepcji obudowy typu linia transmisyjna. Przeprowadzono szereg badań nad konfiguracją obudowy oraz wytłumienia, w celu maksymalnego odzyskania mocy z tunelu kolumny przy jednoczesnym najmniejszym zniekształceniu widma dźwięku. Praca zawiera również przegląd zagadnień teoretycznych związanych ze zrealizowanym projektem, w tym: omówienie konstrukcji przedwzmacniaczy audio z podziałem na bloki funkcyjne, przedstawienie teorii filtrów akustycznych, zarówno pasywnych jak i aktywnych, omówienie klas pracy akustycznych wzmacniaczy mocy oraz ich parametrów, omówienie typów obudów głośnikowych ze szczególnym uwzględnieniem obudowy typu linia transmisyjna. W ramach realizacji praktycznej wykonano badania dotyczące przydatności materiałów tłumiących w obudowach głośnikowych typu linia transmisyjna oraz badania wpływu geometrii tunelu, na podstawie których zaprojektowano i wykonano kolumny. Kolumny zostały rozdzielone na moduły niskotonowe oraz dwa średnio-wysokotonowe. Ponadto wykonano blok wzmacniaczy mocy składający się z trzech stereofonicznych końcówek mocy wraz ze specjalnie zaprojektowanymi oraz wykonanymi modułem zabezpieczeń przed napięciem stałym na wyjściu wzmacniaczy oraz układem sterującym. Układ sterujący został oparty o mikrokontroler ATmega8, do którego napisano program sterujący pracą wzmacniaczy. Wykonano także przedwzmacniacz ze zintegrowaną cyfrową zwrotnicą, na który składa się szereg specjalnie zaprojektowanych oraz wykonanych modułów: podwójnie stabilizowany zasilacz części analogowej, zwrotnica cyfrowa wraz z selektorem wejść oparta o dwa procesory sygnałowe ADAU1701 służąca do realizacji zestawu filtrów, sterownik centralny oparty o mikrokontroler ATmega128 zarządzający pracą całego urządzenia oraz dwa moduły impulsatorów inkrementalnych służących użytkownikowi do wygodnej obsługi urządzenia. Większość modułów przedwzmacniacza została wykonana z myślą o późniejszym rozszerzeniu funkcjonalności urządzenia. Zaprojektowano i napisano program dla mikrokontrolera sterownika centralnego, w którym została zaimplementowana obsługa wszystkich modułów tak, aby funkcje użytkowe były dostępne dla użytkownika sposób prosty i intuicyjny. Dodatkowo wykonano szereg pomiarów oraz odsłuchów na podstawie których zaprojektowano zestaw filtrów cyfrowych oraz oddzielnie zestaw filtrów analogowych. Wszystkie wykonane komponenty zostały połączone w aktywny system audio odznaczający się wysoką jakością emitowanego dźwięku.
Abstract:
The presented thesis attempts to bring active audio systems with digital filters, commonly used in professional studio solutions, into the world of home audio. The aim of the project was to build and test a prototype system consisting of: a preamplifier with a set of digital filters, power amplifiers and three-way speaker enclosures. Because of the exploratory nature of the work a decision was made to design the speaker enclosures in an uncommon and difficult to implement transmission line concept. A number of tests on the configuration of the housing and the damping materials were conducted in order to maximize the recovered energy of the enclosure tunnel while introducing the least distortion to the sound spectrum. The thesis also contains a review of the theoretical issues related to the completed project, including: discussion of audio preamplifiers and their functional blocks, theory of acoustic filters, both passive and active, classes of acoustic power amplifiers and their parameters, types of speaker enclosures with particular emphasis on transmission line housings. Practical tests were performed on the damping materials used in the speaker cabinets and the geometry of the transmission line, the results of which determined the design and construction of the enclosures. The speaker columns are separated into modules: a woofer and two medium tweeters. In addition, a power amplifier block consisting of three stereo amplifiers was designed and constructed along with a DC voltage tamper module and a control system. The control system is based on an ATmega8 microcontroller, on which a program that controls the amplifiers was implemented. A preamp with an integrated digital crossover was also developed. It consists of a series of specially designed modules: a double-stabilized power supply of the analog section, a digital crossover with an input selector based on two ADAU1701 signal processors used to implement a set of filters, a central controller based on the ATmega128 microcontroller managing the operation of the entire system and two modules for incremental encoders for a user-friendly interface of the device. Most preamp modules were designed with foresight for future extensions of the device’s functionality. The designed program for the central driver microcontroller implemented support for all the modules, with emphasis on providing user-friendly intuitive access to all functionalities. In addition, a series of measurements and listening tests were performed for the designed set of digital filters and separately for the analog filter set. All manufactured components are combined in an active sound system distinguished by its high quality sound output.