Crossover digital com equalização paramétrica ajustável

Abstract

Este trabalho tem como objetivo a implementação de um sistema digital de áudio, uti- lizando DSP (Digital Signal Processing), o qual consiste em um crossover, com um canal de entrada mono e dois canais de saída, e um equalizador paramétrico de uma banda. Foi feita a implementação em hardware, que consiste em uma plataforma com uma placa STM32F4 Discovery integrada com uma placa WolfsonPi, e também uma in- terface com display e botões para que o usuário possa ajustar os seguintes parâmetros em tempo real: volume de saída, frequência de corte e ordem do crossover, frequência central, ganho e largura de banda do equalizador paramétrico e também a opção de ligar e desligar cada filtro. O algoritmo, o qual foi testado primeiramente em MATLAB, consiste de filtros digitais tipo IIR e o cálculo dos coeficientes são feitos sempre que há variação de algum parâmetro, ou seja, são calculados em tempo real e não previ- amente tabelados. Primeiramente é feito o processamento do equalizador, a partir do canal de entrada, e em seguida separados em dois canais, onde um realiza um filtro passa-baixas e outro um passa-altas, ambos com a mesma frequência de corte. No processamento de todos os filtros foram utilizados filtros de segunda ordem (ou biqua- dráticos). Para o crossover, devido ao fato de haver defasagem de 180º na frequência de cruzamento entre os filtros de segunda ordem (tipo Butterworth), houve cancela- mento do sinal na região de sobreposição dos canais, conhecido como cancelamento por fase. Isto foi solucionado com a inversão da polaridade do sinal do filtro passa-altas. Foi implementada também a opção para filtros de quarta ordem (tipo Linkwitz-Riley), cujo defasamento entre os canais é de 360º na frequência de cruzamento (crossover), não havendo problemas de cancelamento. O sistema foi avaliado com a plataforma APx da Audio Precision. Como resultado final, é possível, por meio da navegação do display com os botões, alterar todos os parâmetros estipulados, sem ruídos audíveis.

This work aims to implement a digital audio system, using DSP (Digital Signal Process- ing), which consists of a crossover, with a mono input channel, two output channels, and one band parametric equalizer. The hardware platform, consists of a STM32F4 Discov- ery board integrated with a WolfsonPi board, as well as an interface with display and buttons for controls. The user can adjust the following parameters in real time: output volume, cutoff frequency and crossover order, central frequency, gain and bandwidth of the parametric equalizer, and also the option of turn each filter on or off. The algorithm, which was tested in MATLAB at first, consists of IIR digital filters, and the calculation of its coefficients are done whenever there is a variation in any parameter, that is, they are calculated in real time and not previously tabulated. First, the equalizer is processed from the input channel, and then separated into two channels, where one performs a low-pass filter and the other a high-pass filter, both with the same cutoff frequency. In order to process all the filters, second-order filters, or biquads, were used. For the crossover, due to the fact that there is a 180º lag in the crossover frequency between the second order filters (Butterworth type), the signal was canceled in the channels over- lapping region, what is known as phase cancellation. This was solved by reversing the polarity of the high-pass filter signal. The option for fourth-order filters (Linkwitz-Riley type) was also implemented, whose lag between channels is 360º in the crossover fre- quency and does not generate cancellation problems. The system was tested with the Audio Precision APx platform. As a final result, it is possible, navigating through the display with the buttons, to change all the stipulated parameters, without any audible noise.