A/D 변환 손실을 이용한 일렉 기타(guitar) 이펙터 설계

소개

A/D 변환 손실을 이용한 일렉 기타 이펙터 설계입니다.
샘플링, 나이키스트 주파수, A/D 변환 손실의 원인에 대해 알아보고, 일렉 기타 신호의 특징, 등을 이용해 실제 제품을 구성해 나가는 과정이 담겨져 있습니다.
실제 p-spice를 이용한 제품의 회로도가 도시되어 있습니다.

목차

요 약

배경이론
(1) A/D 변환
가. 샘플링
나. Nyquist Frequency(나이키스트 주파수)
다. 양자화 (quantization)
라. 제품에 적용
(2) 기타(guitar) 회로
(3) 이펙터
(4) OPAMP
가. 비교기
나. 비교기를 이용한 A/D 변환
다. 다중저항을 이용한 D/A 변환
(7) 8051 마이크로 프로세서
가. 회로도
나. 소스코드

예상 결과

본문내용

요 약

아날로그에서 디지털로 변환하는 과정에서 샘플링 주파수와 양자화 비트가 원형에 가까운 소리를 얻을 수 있다. A/D 과정에서 발생하는 신호의 손실을 적극적으로 이용하여 새로운 소리를 만들어 내는데 촛점을 맞춘다. 기타 신호는 수mV / 200~3kHz의 특성을 갖는다. 제품화를 위한 주안점은 가격, 주파수 특성, 저 전력소모 등이 있을 것이다.
실제 회로 설계에서는 A/D 단에서는 비교기를 이용하고, 샘플링 비트를 8051을 이용하여 발생시킨다. 최종적으로 발생한 신호는 출력 단에서 가산기를 이용한 D/A 회로에서 조합되어 출력한다.
앞으로의 추가 사항으로는 가변 캐피시터를 이용한 가변필터 회로 / 볼륨조절 회로의 추가 등이 있다.

배경이론

(1) A/D 변환

연속적인 아날로그 신호에 비해 디지털 신호는 불연속적이다. 때문에 A/D 변환 과정에서 정보가 손실될 가능성이 있다.

가. 샘플링

<fig 1> 아날로그 입력신호

위의 그림과 같은 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 과정을 살펴보도록 하자. 원래는 시간적으로 연속적인 것을 0.1ms 마다의 정보로 변환한다. 이 작업을 샘플링(sampling)이라 한다. 이때 0초에서 0.1ms 사이의 정보는 사라진다.이때 샘플링 주기의 역수를 샘플링 주파수라 한다.

<fig 2> 샘플링 된 신호

나. Nyquist Frequency(나이키스트 주파수)

샘플링(Sampling) 법칙 의하면 샘플링 주파수 fs 는 신호의 최대주파수 성분의 두 배 이상이 되어야 한다. 이는 fs/2 이상의 주파수 성분에서는 중첩 (Folding) 현상이 발생하여 앨리어싱(Aliasing) 현상이 발생하기 때문이며, 이때 fs/2를 중첩(Folding) 주파수 또는 나이키스트 주파수라 부른다.

참고자료

· (1) 『고급음향기술』, 강성훈, 음향기술산업연구소,2004 p. 21~24
· (2) 『음향기술입문』, 강성훈, 음향기술산업연구소,2004
· p. 35~41
· (3) 『전자회로』, 정민수 외, 복두출판사, 2006 p. 111~112
· (4) 『8051 회로제작에서 프로그램까지』, 이동욱 외, 인터비전, 2006 p.125~126
· (5) 『천재A 반을 위한 Guitar』, Mark Phillips 외, 비앤비,2001 p.128~129