Wiele hałasu na temat szumu – nowe podejście do generatorów szumu analogowego, część 1

Jake Rothman

Kursy

Audio

3 kwietnia 2023

1215

Zastanawiam się, na czym właściwie polega moja praca? Mogę opisać ją jednym zdaniem – eliminacja zniekształceń i szumu lub ich generacja. Tak jest z szumem w elektronice. W bieżącym opracowaniu zajmiemy się szumem, niejako „od drugiej strony”. Zamiast minimalizować szum, który jest zmorą szczególnie w przedwzmacniaczach, zajmiemy się układami potrafiącymi generować szum, który bywa użyteczny w syntezatorach różnego rodzaju sygnałów fonicznych.

Poprzednia część

Spis treści

Następna część

1. Wiele hałasu na temat szumu – nowe podejście do generatorów szumu analogowego, część 1 2. Wiele hałasu na temat szumu - nowe podejście do generatorów szumu analogowego, część 2

Szum nie zawsze jest zjawiskiem szkodliwym. Jest on obecny w ludzkim głosie, jak również w wielu instrumentach muzycznych. „Czysty dźwięk” nie jest naturalny. Szum i zniekształcenia mają ze swojej natury charakter przypadkowy, dlatego trudno je zobrazować. Rysunek otwierający artykuł pokazuje przebieg uchwycony oscyloskopem z pamięcią. Taki przebieg uzyskamy po jednorazowym uderzeniu w werble.

W bieżącym artykule przeanalizujemy możliwości elektronicznego wygenerowania tego typu przebiegów. Układ o takich zdolnościach może być cennym dodatkiem do układów syntezy mowy, jak również naśladowania innych dźwięków zarówno naturalnych jak i imitacji instrumentów muzycznych jak np. perkusja czy wspomniane werble. Układ prostego syntezatora opisywaliśmy w kilkuczęściowym artykule w Practical Electronics od sierpniowego numeru 2018.

Szum czyli fluktuacje naturalne

Szum rządzi się prawami probabilistyki. To fluktuacje w pełni przypadkowe, a ich źródłem w elektronice jest np. szum termiczny. W technice audio zmorą bywa innego rodzaju szum, generowany przez elementy półprzewodnikowe, mający związek z nieregularnościami sieci krystalicznych. Znaczące bywają zjawiska związane z domieszkowaniem, co jest przecież podstawą działania tranzystorów. Mocno „zaszumione” są np. wsteczne prądy złącza p-n spolaryzowanego w kierunku zaporowym. Nie wszystkie elementy „szumią” jednakowo. Mając wiedzę w tym zakresie, konstruktorzy unikają elementów będących źródłem szumu. Technolodzy tworzą elementy poprawiając parametry szumowe. Aczkolwiek w pełni uniknąć szumu się nie da. Podczas gdy jedni unikają „elementów szumiących”, dla innych to „skarb” nie tylko dla celów kolekcjonerskich.

Niektóre urządzenia bazują na szumiących elementach. Sławna maszyna perkusyjna Roland TR-808 wykorzystywała „uszkodzone” tranzystory typu 2SC828, które były tak mocnym źródłem szumu różowego, że oznaczano je kroplą różowego lakieru do paznokci. Tranzystor 2SC828 był podstawą Rolanda TR-808 do tego stopnia, że gdy wyczerpały się zapasy szumiących tranzystorów, zaprzestano też produkcji urządzenia. Niewątpliwie, decyzja ta była poparta przesądem o użyteczności jedynie elementów analogowych. Interesującym jest fakt, iż w 2017 roku powrócono do produkcji wiernej repliki elektronicznego instrumentu muzycznego jakim był Roland TR-808. Roland TR-08 naśladuje wiernie swego analogowego poprzednika, choć tutaj źródło szumu jest symulowane programowo. Wykorzystaną technikę opisał John Clarke w artykule „White Noise Generator project”, który był publikowany w Practical Electronics z września 2019 roku. Autor bieżącego opracowania deklaruje siebie jako „stroniący od software-u analogowy inżynier”. Tym samym zaprezentowane zostaną rozwiązania analogowe, które przy obecnej tendencji „powszechnej cyfryzacji” napotykają na szereg nieoczekiwanych trudności.