Filtrado de ruido de alta frecuencia en audio

El ruido HF no solo puede influir en su señal, sino que influirá en su señal.

Solo si una señal está sincronizada en fase con otra, no tendrán influencia dinámica entre sí. Dado que su SMPS creará una frecuencia fija, o al menos una completamente ajena al audio que está haciendo (una idea divertida para tratar de bloquearlos tal vez, pero completamente inviable), siempre habrá interferencia de ese ruido en las muestras. generado.

También es la razón por la que los buenos diseños de señales mixtas de resolución media-alta a alta incluyen sistemas de alimentación digitales y analógicos completamente separados.

Si tiene un transitorio de HF en la potencia analógica justo entre muestras (sensibles), como las realizadas por un SMPS a 1MHz, o por un bus paralelo (o serial) digital, la diferencia en las muestras subirá o bajará un poco. Por cuánto dependería en gran medida de su DAC. ¡Tener cualquiera de esos transitorios en el voltaje de referencia analógico seguramente tendrá una influencia de muestra a muestra!

Es posible que este ruido de alta frecuencia no se propague por completo o "tal cual" a través de su sistema analógico, pero lo más seguro es que tenga un efecto en la salida de audio si tiene algún significado restante.
1/1000 en el riel de alimentación, o 1/10000 en la referencia analógica debería ser su máximo absoluto, en mi opinión, pero para ser justos, eso es solo un juicio sensible de alguien que no es específicamente un ingeniero de audio. Entonces, eso puede estar fuera de lugar por una década si habla con un profesional de audio real, simplemente no se deje atrapar por Audiophoolery tratando de hacer ruido μV por kV o algo así.

En cuanto al filtrado, eso puede ser bastante fácil:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Aquí elegí usar un inductor acoplado, porque la inductancia total para una señal de ruido a través del conductor acoplado será mucho mayor para inductores más pequeños/más baratos. Puede agregar un chip-bead en serie para eliminar el ruido de muy alta frecuencia en mayor medida. También puede incluir un chip-bead con 100nF a 1μF extra en cada chip/dispositivo/etapa que usa la energía para aislar también cualquier ruido digital captado en los DAC y demás, pero en un sistema de audio que a menudo funciona bien y verdaderamente. -junta.

Los valores en este esquema son una estimación rápida basada en una simplificación de la parte real de la "resistencia" que cada elemento agrega al sistema. Puede ingresar a las funciones de transferencia, pero usé una inductancia acoplada total de 50 μH para la bobina y llegué a:

Z(C) = 1 / (jwC), significa que para una estimación rápida, la resistencia aparente de un capacitor se acercará a: "R(C)" = 1 / (2*pi* C). Se aplican teorías más profundas, pero eso haría que esta respuesta tomara varias horas que no tengo en este momento.

Z(L) = jwL, resulta: "R(L)" = 2*pi* L.

Lo que da:

C1 se presentará como casi equivalente a una resistencia de 0,72 ohmios a 10 kHz.
C2 se presentará como casi equivalente a una resistencia de 0,16 ohmios a 10 kHz.
Una inductancia acoplada (o única) de 50uH efectivos totales se presentará como casi equivalente a una resistencia de 3,1 ohmios a 10 kHz.

Esto significa que una señal de 10 kHz será atenuada por un factor de 20 por la etapa de inductancia + C2 sola. Básicamente, C1 solo está ahí para dar a los componentes de alta frecuencia cerca del filtro un lugar donde ir, pero como puede ver con una resistencia de 0,5 ohmios en los cables y demás, ya ayuda a filtrar el ruido. Un factor 20 en voltaje sería, si no me equivoco, equivalente a -26dB. A frecuencias más altas, esto se convertirá rápidamente en una bola de nieve a -70dB o más.

Para piezas bien escogidas, hasta varios MHz, la resistencia en los condensadores se dividirá por cada multiplicación en frecuencia. Entonces 0.072 Ohm para 100kHz para C1, etc. Mientras que la "resistencia aparente" de la inductancia se multiplicará, entonces 31 Ohm para 100kHz, etc.

Sin embargo, es importante darse cuenta de que, con estas resistencias aparentes bajas, la resistencia ESR/DC de los componentes tiene una influencia real. Si los capacitores tienen una ESR de 5 ohmios, entonces el filtrado estará muy limitado, por lo que es posible que desee hacer que la capacitancia de 100 uF sea un pequeño grupo de capacitores más pequeños. Posiblemente incluyendo un par de cerámicas de 1uF/100nF para realmente sacar el aguijón del nivel de ruido de MHz. También tenga en cuenta que los cables de bobinado largos o las huellas de los capacitivos de la potencia aumentarán la resistencia y la inductancia del cable, para limitar nuevamente la capacidad de filtrado.

Por supuesto, el punto de 3dB y la supresión total en la frecuencia X o Y se representarán mucho mejor cuando se usen las matemáticas de filtro adecuadas, pero es mi día de trabajo y escribir todo eso llevaría demasiado tiempo, donde esto se acerca lo suficiente. Busque tutoriales de filtrado LC o preguntas y respuestas para obtener detalles más profundos sobre las matemáticas adecuadas.

Si tiene un sistema digital separado que puede alimentarse independientemente del suministro analógico, es mejor "aprovechar" ese suministro del suministro bruto y ruidoso y filtrarlo de forma independiente. Una razón es que el sistema digital necesitará mucho menos filtrado. Otra razón es que los transitorios digitales en la alimentación se separarán de la alimentación analógica mediante 2 filtros LC independientes.

Aunque puede ver que tener un transformador simple de 50 Hz/60 Hz que ya actúa como una gran bobina de filtrado para los transitorios de CA hace que el filtrado sea una cuestión muy simple de 0,2 ohmios de resistencia del cable y 10 mF de capacitancia para obtener básicamente sin ruido. Una de las razones por las que los SMPS no se han utilizado en sistemas de audio durante tanto tiempo. Argumento "probado y verdadero".

Sí, debe filtrar LC antes que LDO si desea un buen sonido. No desea que entre suciedad de HF en su sistema de audio. El tipo de distorsión horrible que causa es mucho más desagradable para el oído que la distorsión armónica.