El detector Blackmer RMS es un convertidor electrónico RMS verdadero inventado por David E. Blackmer en 1971. El detector Blackmer, junto con la celda de ganancia Blackmer , forma el núcleo del sistema de reducción de ruido dbx y varios procesadores de señales de audio profesionales desarrollados por dbx, Inc. .
A diferencia de los detectores RMS anteriores que promedian el cuadrado algebraico de la señal de entrada en el tiempo, el detector Blackmer realiza un promedio del tiempo en el logaritmo de la entrada, siendo la primera instancia comercializada exitosa de filtro de dominio de registro . [1] El circuito, creado por ensayo y error , calcula la raíz cuadrada media de varias formas de onda con alta precisión, aunque el inventor no conocía la naturaleza exacta de su funcionamiento. Robert Adams propuso el primer análisis matemático del filtrado de dominios logarítmicos y la prueba matemática de la invención de Blackmer.en 1979; La teoría general de síntesis de filtros de dominio logarítmico fue desarrollada por Douglas Frey en 1993. [2]
Operación
Raíz cuadrada media (RMS), definido como la raíz cuadrada de la media cuadrática de la señal de entrada a través del tiempo, es un indicador útil de corrientes alternas . A diferencia del valor pico o valor promedio, el RMS está directamente relacionado con la energía , siendo equivalente a la corriente continua que se requeriría para obtener el mismo efecto de calentamiento. En aplicaciones de audio, RMS es la única métrica directamente relacionada con la sonoridad percibida , siendo insensible a la fase de armónicos en formas de onda complejas . [6] La grabación y reproducción magnéticas cambia inevitablemente las fases de los armónicos; un verdadero convertidor RMS no reaccionará a tal cambio de fase. Los detectores de picos más simples o los detectores de promedio , por el contrario, responden a los cambios de fase con valores de salida cambiantes, aunque el nivel de energía y la sonoridad no cambian. Por esta razón, David Blackmer, diseñador del sistema de reducción de ruido dbx , necesitaba un detector RMS de precisión rentable y compatible con la celda de ganancia de Blackmer . [6] Este último tenía una característica de control exponencial, por lo que un detector adecuado tenía que tener una salida logarítmica . [1]
Los detectores electrónicos RMS contemporáneos tenían salidas lineales "normales" y se construyeron siguiendo exactamente la definición de RMS. El detector calcularía el cuadrado de la señal de entrada, promediaría en el tiempo el cuadrado usando un filtro de paso bajo o un integrador , y luego calcularía la raíz cuadrada de ese promedio para producir una salida lineal, no logarítmica. El cálculo analógico de cuadrados y raíces cuadradas se realizó utilizando costosos multiplicadores analógicos de transconductancia variable (que siguen siendo caros en el siglo XXI [7] ) o convertidores logarítmicos más simples y baratos que emplean la característica exponencial de corriente-voltaje de un transistor bipolar . [1] La conversión térmica RMS fue demasiado lenta para fines de audio; Los detectores electrónicos RMS funcionaron bien en instrumentos de medición, pero su rango dinámico era demasiado estrecho para el audio profesional, precisamente porque operaban en cuadrados de señal de entrada, ocupando el doble de su rango dinámico. [1] [7]
Blackmer razonó que el detector log-antilog puede simplificarse tomando el procesamiento en el dominio de registro, omitiendo la cuadratura física de las señales de entrada y conservando así su rango dinámico completo. [3] Cuadrar y sacar raíces cuadradas en el dominio logarítmico es muy económico, ya que es simple escalar por un factor de 2 o 1/2. [7] Sin embargo, los filtros lineales simples no funcionan en el dominio de registro, lo que produce una salida incorrecta e irrelevante. El promedio de tiempo correcto requería filtros no lineales de topología aún desconocida. Blackmer propuso el reemplazo simple de una resistencia en la red RC con un diodo de silicio polarizado con una corriente inactiva fija. Dado que la impedancia de señal pequeña de dicho diodo se controla linealmente por la corriente, el cambio de esta corriente controla el tiempo de estabilización del detector. [3] La frecuencia de corte de este filtro de primer orden es igual a
- , [5]
dónde es el voltaje térmico (de ahí que la frecuencia cambie con la temperatura). La ecuación es válida para un rango de corrientes inactivas sobre60 dB , lo que permite una amplia oportunidad de sintonización. [4] [8] El circuito tiene ataque rápido y decaimiento lento, que están bloqueados entre sí y no se pueden ajustar por separado. [9] El voltaje de salida logarítmico es proporcional a la media del cuadrado a una tasa de alrededor de 3 mV / dB, y proporcional a RMS alrededor de 6 mV / dB. [9]
Cuando se construyó el tosco circuito de prueba, Blackmer y sus asociados no esperaban que funcionara como un verdadero detector RMS, pero lo hizo. Según Robert Adams, "parecía comportarse de manera ideal", [4] y pruebas rigurosas con varias formas de onda confirmaron un rendimiento RMS ideal. El circuito era absolutamente insensible a los cambios de fase en la señal de entrada. Fue patentado inmediatamente y empleada en DBX, Inc . procesadores de audio profesionales. Nadie en la empresa, incluido Blackmer, pudo explicar por qué funcionaba hasta 1977, cuando Robert Adams comenzó a trabajar en una prueba matemática adecuada del cumplimiento de RMS. [4] Adams intentó extender el concepto de dominio de registro a la topología Sallen-Key y fracasó. [4] Publicó su tesis en 1979, y más tarde fue reconocido como el inventor del concepto de filtro de dominio logarítmico, [10] pero la idea permaneció desconocida para el público en general hasta el trabajo pionero de 1993 de Douglas Frey . [11] [2]
Referencias
- ↑ a b c d Adams , 2006 , p. xii.
- ↑ a b Roberts y Leung , 2006 , p. 11.
- ↑ a b c Adams , 2006 , p. xiii.
- ↑ a b c d e Adams , 2006 , p. xiv.
- ↑ a b Roberts y Leung , 2006 , p. 10.
- ↑ a b Adams , 2006 , p. xi.
- ↑ a b c Tyler y Kirkwood , 2008 , p. 346.
- ^ Roberts y Leung , 2006 , p. xv.
- ↑ a b Tyler y Kirkwood , 2008 , p. 348.
- ^ Roberts y Leung , 2006 , p. 6.
- ^ Adams , 2006 , p. xv.
Bibliografía
- Adams, Robert (2006). "Prefacio". En Gordon W. Roberts, Vincent W. Leung (ed.). Diseño y análisis de circuitos de filtro de dominio de registro basados en integradores . Springer Science & Business Media. ISBN 9780306470547.
- Roberts, Gordon; Leung, Vincent (2006). Gordon W. Roberts, Vincent W. Leung (ed.). Diseño y análisis de circuitos de filtro de dominio de registro basados en integradores . Springer Science & Business Media. ISBN 9780306470547.
- Tyler, Les; Kirkwood, Wayne (2008). "12.3.4 Circuitos integrados analógicos dedicados para aplicaciones de audio". En Glen Ballou (ed.). Manual para ingenieros de sonido. Cuarta edición . Focal / Elsevier. ISBN 978-0-240-80969-4.