Ecualizador Paramétrico para Sub-Woofer

Hace tiempo fabrique un subwoofer para mi equipo de música, pero note que en algunas frecuencias el sonido era exagerado, y en otras era muy pobre. Esto se debe a que en la sala se producen reflejos del sonido y forman ondas estacionarias, que en algunos puntos estan fuera de fase con el subwoofer y lo anulan.

Una manera de atenuar este efecto es mediante el uso de un ecualizador paramétrico, un tipo de ecualizador que posee 3 controles: amplitud, frecuencia central, y ancho de banda. Con un ecualizador así, es posible buscar la frecuencia de resonancia de la sala y disminuirla, lo que contribuirá a mitigar el efecto producido por las ondas estacionarias.

Proyecto

¡ATENCION! Hay un error en los archivos de Eagle que subi al sitio. Los pines 2 y 3 del operacional IC3 estan invertidos. Tener en cuenta esto a la hora de probar el circuito. Si alguien lo pide voy a subir todos los archivos corregidos.
El circuito lo encontré en este post, en el foro de DiyAudio. Parecio bastante sencillo. Para evitar tener que registrarse y descargarlo, lo pongo aqui:

Ecualizador Paramétrico

En mi caso solo implementé la mitad del circuito. Es decir, el circuito de arriba tiene 2 ecualizadores, uno que actua en la banda de 40 a 1.200Hz, y otro que va de 1.200 a 15.000. En caso de necesitar mas bandas, simplemente se agregarán mas placas (teniendo cuidado de retirar el capcitor de entrada de 100μF y puentearlo, ya que a la salida el circuito posee uno), y de cambiar los valores de los componentes que determinan la frecuencia (en mi versión, R7, R8, C5 y C6)

Circuito en EAGLE

Este es el esquemático que dibujé:

Ecualizador Paramétrico, circuito en Eagle

Como se puede ver, es solo la mitad del circuito. Una nota especial son los potenciómetros PT1 y PT2. Estos son potenciomentros estéreo y no es posible usar dos potenciómetros mono, ya que como se puede ver en el circuito, PT1A y PT1B estan «en fase», es decir, ambos suben y bajan al mismo tiempo; mientras que PT2A y PT2B estan «fuera de fase», ya que cuando uno aumenta, el otro disminuye.

Dicho sea de paso, los potenciómetros que utilicé no se encuentran en las librerias de Eagle, por lo que hice mis propios componentes. En el caso del potenciometro de 47K simplemente usé un pin header de 5 pines, los pines 1, 3 y 5 coinciden con los del potenciómetro.

Alimentación

Como casi todo circuito con amplificadores operacionales, el circuito lleva «fuente partida», es decir +V, -V y GND. Para alimentarlo necesitaremos un amplificador con punto medio y un rectificador adecuado. La regulacion (con reguladores lineales de la serie LM78xx y LM79xx) es crítica ya que, al ser un circuito de audio, necesariamente se meterá «ruido de alimentación».

El circuito no contempla rectificación ni reguladores ya que es probable que sea usado en conjunto con otras partes que la posean. El voltaje deberá ser mayor a +/- 5V y menor al voltaje maximo admitido por los amplificadores. En caso de los TL081/082 la alimentacion puede llegar a +/-16V, y si se usan NE5531/32 (mas recomendados para audio), se podrá llevar a +/-20V. Aunque no es lo recomendable, y mantener una alimentacion de aprox +/- 9V es lo ideal.

Uso con baterías

Es perfectamente posible usar el circuito con baterias, tanto para pruebas, como para uso general. De hecho es una buena alternativa ya que estas no generarán ruido de alimentación de ningun tipo. 2 baterias de 9V, conectadas apropiadamente, pueden proveer la alimentación para el circuito. En caso de usar baterías no es recomendable el NE5531/32 ya que posee una corriente de alimentación muy alta, segun el datasheet, se alimenta con 8 a 16mA con 0V a la entrada. El viejo TL082 posee una alimentación menor, alrededor de 3.2mA. Nada impide el uso de amplificadores mas exóticos, que posean alimentacion menor. Una búsqueda rápida en google, sugiere el OP2177 con solo 400μA de alimentación.

Si el circuito no se usa con frecuencia probablemente sea una buena idea utilizar baterias, que deberían durar varias horas. Solo hay que recordar desconectarlas cuando no se utilicen.

PCB

El layout que hice es el siguiente:

Placa del Ecualizador Paramétrico

Como se puede ver, esta vez no utilicé SMD.

El proyecto en EAGLE se puede descargar aquí.

Montaje

La placa no posee agujeros para montaje. pero los potenciómetros estan alineados. Lo pensé para que sea montado en el panel frontal del equipo, “colgando” de los potenciómetros. No es lo ideal ya que los potenciómetros que yo conseguí no tienen “orejas” para montaje en placa, pero para un proyecto hobby no habrá ningun tipo de problemas.

Pruebas y ajustes

Lo mas complicado de este  circuito son los ajustes. Las pruebas no pueden ser simplemente “a oido”, sino que debe ser probado con algo de instrumental. Necesitaremos, como mínimo, una fuente de ruido blanco, y un analizador de espectro.

Para conseguir ruido blanco en frecuencia de audio podemos utilizar el sitio simplynoise.com que además nos da ruido rosa que puede ser de utilidad.

Para el análisis de espectro podemos usar un osciloscopio digital con funcion FFT, o un analizador en la PC, como Baudline. En ambos casos, al conectar la fuente de ruido blanco, deberíamos ver que el espectro permanece “plano”. Al ser filtrado por el ecualizador, observaremos 3 cosas:

  • Al cambiar el potenciometro FRECUENCIA, habrá un pico (o valle) en la FFT, que se desplazara de izquierda a derecha a medida que movemos el potenciometro.
  • Al cambiar el de GANANCIA, cambiará la altura del pico.
  • Al cambiar el potenciometro de Q se cambiara el factor Q del filtro, es decir, el pico cambiará de forma, veremos que su pendiente se hace mas  menos pronunciada y abarcará un rango de frecuencias mayor  o menor.

Verificado esto, estamos en condiciones de utilizar el ecualizador. Daremos 2 ejemplos.

Eliminación de un acople por micrófono

Al poner un microfono delante del parlante que esta alimentando, se producira un acople, o realimentación. Es decir, el sonido que sale del parlante entrará nuevamente al micrófono y produce un zumbido. Por suerte este zumbido es dependiente unicamente de la distancia del microfono al parlante, y mientras no se cambie la posición de estos, la frecuencia de acople permanecerá igual.

Para eliminarla, con nuestro ecualizador paramétrico, deberemos “cazar” la frecuencia. Ubicamos el ecualizador luego del preamplificador pero antes del amplificador. Producimos un acople con el microfono (cualquier sonido lo disparará). Con la ganancia al minimo, y Q en un valor medio,

  1. movemos C hasta escuchar una disminución en la intensidad del acople.
  2. Si Q esta al mínnimo, terminamos.
  3. Disminuimos el valor de Q hasta que el acople aparezca nuevamente,
  4. Regresamos a 1.

C es la frecuencia del acople, y la hemos eliminado (si tenemos suerte, estará lejos de las frecuencias de la voz humana y no afectará el sonido. Si lo hace, la unica alternativa es cambiar la posicion o bien del microfono, o bien de los parlantes, para provocar que la frecuencia se mueva a otro valor.

Eliminación de resonancias de un subwoofer

El motivo original de este proyecto es eliminar la resonancia del subwoofer. Una forma es mediante un generador de frecuencia, “barrer” hasta encontrar la frecuencia de mayor resonancia (deberemos estar ubicados en el punto donde normalmente escuchamos música o vemos las películas). Luego, mediante el ecualizador, realizaremos una búsqueda similar a la que hicimos arriba, para el acople de micrófono. Solo que en este caso no llevaremos la ganancia al mínimo, sino a un valor menor.

Para un ajuste mas preciso, podemos utilizar REW, un software que, mediante el uso de una computadora, detectará todas las resonancias y nos ayudará a eliminarlas. Lamentablemente requiere del uso de un microfono de respuesta plana. Normalmente los micrófonos están diseñados para mejorar la respuesta en la voz humana (como el Shure SM58), o con una respuesta algo mas neutra (SM57). En nuestro caso, el SM58 es el menos apropiado. El SM57 puede funcionar algo mejor, pero sigue siendo poco recomendable. En el caso de microfonos de PC, no tenemos especificaciones ni caracterización, asi que no los podremos usar. El ECM8000 de Behringer es el tipo de micrófono que estamos buscando. Lamentablemente tiene un costo relativamente alto (para algo que se utilizará, idealmente, una sola vez), asi que deberíamos tratar de pedir prestado, o alquilar, algun microfono de ese estilo.

Nunca utilicé REW, pero la operativa es sencilla. Ubicaremos el microfono de medición en nuestro punto de escucha, conectado a la PC (idealmente, a traves de un preamplificador de buena calidad, a la entrada de linea, ya que no sabemos que coloración podria poner la entrada de microfono de la PC). La salida de la PC irá al equipo de audio. Iniciaremos la calibracion y nos retiramos de la sala para que nuestra presencia no altere las mediciones. Luego de unos minutos de ruido rosa en diferentes intensidades, REW nos dara una caracterización de la sala, que podremos utilizar como guia.

Si poseemos un generador de frecuencia y un osciloscopio (mejor con FFT), podemos setear el generador de frecuencia a la que indica REW es nuestra resonancia, generar esa frecuencia, y luego “cazarla” con el ecualizador, con el metodo mencionado anteriormente. El FFT nos ayudará a encontrar la frecuencia mucho mas facil y rápido que a oido.

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