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In der Arbeitskammer tritt ein echter Nachhall auf, wenn der erzeugte Schall von Wänden, Möbeln, Personen oder anderen Objekten in einem komplexen dreidimensionalen Raum reflektiert wird. Der natürliche Hallprozess ist in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1. Hall in einer realen Situation.
In der guten alten Zeit ist die einzige Möglichkeit, den Hall-Effekt zu reproduzieren, die Verwendung einer echten Hall-Kamera - ein großer Raum mit komplexer Geometrie und sorgfältig ausgewähltem Material für die Wände, mit Lautsprechern und einem Mikrofon, das an bestimmten Stellen in der Kamera installiert ist. Der erste Versuch, den Nachhall in einem Raum ohne echte Nachhallkammer zu simulieren, wurde mit einem Hallreservoir mit Feder durchgeführt (siehe Link [1]). Das grundlegende Design des Federhalls ist in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2. Design des Federhallreservoirs
Das Audiosignal regt die Eingangsspule an, die mechanische Schwingungen zum nächsten Ende der Feder und dann zum anderen Ende der Feder überträgt und mit abnehmender Amplitude zurückkehrt. Innerhalb der Feder werden komplexe Wellen sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung erzeugt. Hochfrequente und niederfrequente Wellen bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten entlang der Feder, und Federverbindungen sorgen für zusätzliche Reflexion. Um Zeitverzögerungen unterschiedlicher Dauer zu erhalten, werden Federn verschiedener Typen verwendet: Dicke und Art des Metalls, Anzahl der Windungen, Federdurchmesser. Der künstlich nachhallende Schall, der von der Feder erzeugt wird, wird dann von der Ausgangsspule erfasst und zum Mischen mit dem eingegebenen Audiosignal und zur Verstärkung an die elektronische Schaltung zurückgegeben.
Digitale Reverb-Modellierung
Die Verarbeitung des Hall-Effekts wurde umfassend untersucht und kann nach Ansicht des Autors wie folgt klassifiziert werden:
1. Reproduktion der Systemantwort: Diese Methode betrachtet das simulierte System als Black Box. Es ist uns egal, was darin passiert, und wir messen nur die Ausgabeantwort mithilfe der „Faltungsverarbeitung“ (siehe Link [2]). Unabhängig davon, ob es sich bei dem simulierten System um einen echten Konzertsaal oder einen echten Halltank mit einer Feder oder einer Platte handelt, ist diese Methode sehr einfach zu implementieren, aber die „Faltungsverarbeitung“ erfordert eine sehr hohe Rechenleistung.
2. Physikalische Modellierung: Diese Methode analysiert den physikalischen Prozess des simulierten Systems und simuliert ihn. Dies kann zu einem sehr realistischen Klang führen, kann jedoch je nach Optimierung oder mathematischer Vereinfachung des Modells erhebliche Rechenkosten erfordern. Ein Beispiel für eine Federhall-Simulation ist in [3] angegeben.
3. Synthetische Modellierung: Manchmal sieht der Autor, dass ein solches Modell einfach ein vereinfachtes Modell ist, um die Reaktion des Systems durch Versuch und Irrtum zu approximieren. Zum Beispiel der Schreder-Hall [siehe Link [4]) kann so konfiguriert werden, dass der Nachhall einer mittelgroßen Halle simuliert wird, indem bestimmte Werte für einen bestimmten Parameter festgelegt werden.
Implementierung des Reverb-Effekts in einer elektronischen Schaltung: verzögertes Netzwerk und abgestimmte analoge Resonatoren
Wenn wir das Nachhallphänomen als komplexes Echomuster analysieren, können wir ein solches Hall-Effekt-Muster unter Verwendung eines Netzwerks von Verzögerungsleitungen intuitiv konstruieren. Wenn wir andererseits das Nachhallphänomen als kontinuierliche Resonanz analysieren, könnten wir denken, dass zur Erzeugung eines solchen Effekts mehrere parallele analoge Resonatoren verwendet werden können, die auf unterschiedliche Frequenzen abgestimmt sind. Der Autor hat viele Jahre darüber nachgedacht. Bitte teilen Sie dem Autor in den Kommentaren mit, ob es bereits eine analoge Hallschaltung auf Basis analoger Resonatoren gibt, damit der Autor kein Fahrrad erfindet. Im Moment hat sich der Autor auf eine Lösung mit einer Kette von Verzögerungsleitungen konzentriert.
PT2399 Digital Delay Chip - Eine kostengünstige Lösung für das DIY Reverb Pedal Project
Die fortschrittliche
CMOS PT2399- Technologie von
Princeton wird immer beliebter,
wenn ein Gerät mit einer schaltbaren Kondensatorbank (BBD) zum Speichern von Audio-Samples in „Analog“ als Implementierung einer analogen Verzögerungsleitung entworfen wird. Das Blockschaltbild des PT2399 ist in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3. Blockdiagramm des digitalen Verzögerungsleitungs-IC PT2399
Der digitale Delay-Line-Chip besteht aus einem kostengünstigen 16-poligen DIP-Gehäuse. Die minimale Verzögerungszeit beträgt 30 ms, die maximale 340 ms und die Verzögerungseinstellung kann einfach mit einem externen Widerstand geändert werden.
Hamuro Spring-Room-Hall Hallblockdiagramm für einen kleinen Raum
Abbildung 4. Hamuro Spring-Room-Hall Reverb Blockdiagramm
Der Autor hat ein sehr einfaches Hallschema mit 5 PT2399-Chips erstellt, das den Effekt des Nachhalls einer Feder in einem Raum simulieren kann. Es hat die Fähigkeit, die Verzögerungszeit, die Raumlautstärke und das Gleichgewicht zu steuern. Wenn der Raumlautstärkeregler auf ein Minimum eingestellt ist, klingt er wie ein Federhall, und wenn er auf ein Maximum eingestellt ist, erzeugt er einen Hall wie in einer Halle oder einer Kathedrale.
Vollkreiskonzept
Ein vollständiger Schaltplan wird derzeit entwickelt und getestet. Das grundlegende
Hallschema wurde erfolgreich auf der
Deepstomp- Plattform (DIY Digital Multi-Effect Stompbox) getestet und wird im zweiten Teil des Artikels veröffentlicht (Anmerkung des Autors).
Literatur1. L. Hammond, "Electical Musical Instrument", US-Patent 2230836, 2. Februar 1941
2.
Fons Adriansen, „Messung der akustischen Impulsantwort mit ALIKI“, 4. Internationale Linux-Audiokonferenz: LAC20063.
Stefan Bilbao und Julian Parker, "The Virtual Spring Reverb Model", IEEE Sound, Speech and Language Processing Transactions, Vol. 3
, No. 4, Mai 2010, S. 7994. M.R. Schroeder (Bell Telephone Laboratories, Incorporated, Murray Hill, NJ),
"Der natürliche Klang des künstlichen Nachhalls", Audio Engineering Society, Juli 1962