Overtones producidos a partir de la carga del altavoz en una onda cuadrada asimétrica

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Lo que estoy haciendo

Construí un circuito usando un chip de temporización 555 en modo astable que produce una onda cuadrada. Hay un potenciómetro que me permite ajustar la frecuencia producida.

Un aspecto de este circuito es que la onda cuadrada siempre es desigual, es decir, los tiempos alto y bajo son diferentes:

time_high = 0.693 * (r1 + r2) * c1
time_low  = 0.693 * r2 * c1       
fequency = 1 second / (time_high + time_low)

Esta diferencia es menor cuando R2 es significativamente más alto que R1.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Lo que estoy observando

Cuando usé un micrófono de audio para grabar la salida del circuito. Generé gráficos de frecuencia para diferentes secciones de la grabación. Noté que en una posición R2 dada hay dos picos y en otras posiciones R2 a veces hay muchas más (picos que significa que el circuito está produciendo una onda en esa frecuencia).

Inicialmente, no pude explicar esto, sin embargo, ahora estoy sospechando que estos armónicos se producen a partir de la relación entre la carga del altavoz y la onda cuadrada. (Es por esto que los armónicos no aparecen en un simulador de circuito).

En otras palabras, cuando el voltaje se mueve de alto a bajo, el cono del altavoz no puede cambiar a la misma velocidad debido a su resistencia y masa de aire. Si la onda cuadrada tuvo un efecto perfecto Ciclo de trabajo del 50% Este efecto de "redondeo" se equilibraría entre cada empuje y tracción. Como mi circuito es asimétrico, tal vez el cono del altavoz nunca se empuja hacia afuera cuando el voltaje es alto antes de que el voltaje baje y comience a tirar del cono del altavoz. Esto, en mi cabeza, parece que crearía pequeñas jorobas en las olas.

Mi pregunta:

Yo solo quiero algunas ideas sobre esto. ¿Tiene sentido lo que digo? Si es así, ¿hay un nombre para este efecto? Si estoy en lo cierto, ¿podría alguien indicarme un artículo sobre esto?

Actualización:

Aquí están los gráficos de espectro uno al lado del otro en dos posiciones diferentes de mandos. Puede ver que a la izquierda (238 Hz) hay algunos armónicos, pero son modestos en relación con los picos cuando el circuito está generando una onda de mayor frecuencia (771 Hz).

Además, considerando las fórmulas, la onda de frecuencia más baja es más simétrica que la onda de frecuencia más alta. Esto se debe a que R2 es > 100 veces la diferencia de R1.

Otrapregunta:

Entiendoqueelnerviosismoenlaondacuadradaproducirá"armónicos", sin embargo, ¿la carga del altavoz lo afecta? ¿Alguien puede hablar de eso?

Esta forma de onda no se parece en nada a una onda cuadrada. Parece un montón de ondas de signos. Lo que tiene sentido porque un orador no puede hacer una "onda cuadrada", ¿verdad?

Además, ¿por qué hay diferencias tan fuertes entre la gráfica de 238 Hz y 771 Hz?

    
pregunta varlogtim

4 respuestas

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Para ir junto con algunas de las otras respuestas: Una onda cuadrada "ideal" con un ciclo de trabajo del 50% tendrá armónicos infinitos en las frecuencias de números enteros impares por encima de la frecuencia fundamental. A medida que cambie el ciclo de trabajo, se agregará un cambio de armónicos de frecuencia par entera, etc. La modificación del valor de R2 en su circuito no solo cambia la frecuencia, sino también el ciclo de trabajo al mismo tiempo, por lo que observará no solo el efecto de modulación de ancho de pulso (y el cambio de frecuencia) sino también el cambio en los armónicos resultantes.

    
respondido por el Jesse Rutherford
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Primero, puedes hacer fácilmente una bonita onda cuadrada desde cualquier tren de impulsos de ciclo de trabajo ejecutándola a través de un flip-flop de palanca. Eso es básicamente usarlo como un contador de 1 bit. Eso divide la frecuencia por 2, por lo que se compensa duplicando la frecuencia del tren de pulsos.

Para su pregunta, cada borde afilado contiene muchas frecuencias altas. Especialmente si la frecuencia del pulso es lo suficientemente larga, entonces el altavoz podría estar resonando por un momento en una de esas frecuencias. Los mejores oradores harían esto menos, pero todos los parlantes tienen alguna resonancia en algún lugar.

Una forma de lidiar con esto es filtrar por paso bajo la onda cuadrada antes de usarla para controlar un altavoz. Ciertamente, filtrar todo lo que no se puede escuchar de todos modos es gratuito, pero a menudo hay un límite superior inferior en las frecuencias legítimas. Aún obtienes muchos armónicos de las ondas cuadradas de baja frecuencia antes de que se active el filtro, pero eso es lo que hace que el resultado suene como una onda cuadrada en lugar de una onda sinusoidal u otra forma de onda.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Use el 555 en la configuración de onda cuadrada donde la salida controla la línea de carga y descarga como se muestra a continuación. No será totalmente cuadrado, pero debería ser coherente con la frecuencia.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Disculpas por el esquema hacia atrás ... El símbolo en la biblioteca está al revés.

ADDICIÓN

Sin embargo, si su problema es el tema de los armónicos, es posible que desee amortiguar, filtrar y amplificar la onda triangular en la parte superior de C1 y alimentar ESO a su altavoz en lugar de los bordes afilados de la onda cuadrada.

    
respondido por el Trevor_G
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Cuando estaba diseñando un circuito de recuperación de datos y reloj síncrono de 10MHz a principios de los 80, estaba muy preocupado por la fluctuación del reloj y la asimetría. datos "en rodajas".

Mi requerimiento para el cortador de datos de AM 101010 y 11001100 fue el mismo ciclo de trabajo del 50% + - 0.5% para un amplio rango de amplitudes de señal y temperatura. Al no tener un DSO, o un contador de precisión de TI, decidí usar un Analizador de espectro como usted y correlacionar el primer armónico parejo con la simetría.

Entonces podría medir asimétrico directamente de SA. Olvidé los valores pero fue algo así como 2f = -22 dB en relación a 1f. Puedes calibrarte a ti mismo. Por supuesto, -60dB podría tener un error de 0.05% o algo así como una exageración, pero puede tomar un reloj de / 2 FF para obtener esto con simetría de tiempo de subida a tiempo de caída.

  

Los errores provienen también de la inclinación, el tiempo de subida / caída y la simetría del límite actual, como compensaciones de comparación en su caso.

     

A priori: Defina su tolerancia y condiciones de especificaciones.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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