Progetto e realizzazione di un effetto Phase Shifter a controllo digitale per chitarra

In the latest years, despite a great availability of dsp software, a certain amount of interest in the world of professional music production has come back to analog audio effects because of the special qualities and details that these devices impart to the sound being processed. These devices however are nowadays usually very expensive since no longer in production or built in small quantities, they suffer from sound inconsistencies due components tolerance between units and have an intrinsic issue with the exact recalling of previously used settings. In this thesis will be described a method to add digital control to a very used analog audio effect: the Phaser, abbreviation of Phase Shifter. Everything described in this work could be directly applied in a practical situation to design a "stompbox pedal" for instruments or, with some modifications, to design a studio processor. The Phaser effect has been chosen because it's one of the most used modulation effects but also one of the most difficult to get to sound "right" with analog circuity since it requires special filters modulated by a control signal (Voltage Controlled Filters) that are usually implemented with wide tolerance components. This audio effect, by periodically altering the phase of the input signal at different frequencies, adds a characteristic "movement" to the sound to process and, if used in particular configurations, this effect can also give the illusion of space to mono audio sources. In this thesis will be analyzed a digital control method based on CMOS switches driven by a microcontroller that are capable to change the response of analog filters. This technique showed satisfactory results for audio effects applications in terms of cost, tolerances, circuit complexity and overall performance as it allows to process audio signals with the sound typical of analog units but with the same flexibility of modern software.

Nel mondo della produzione musicale professionale si è osservato in questi ultimi anni un rinnovato interesse verso l'utilizzo di processori di segnale analogici in virtù delle qualità uniche che spesso riescono ad impartire al segnale da elaborare, qualità che molte volte sfuggono anche alla più raffinata modellazione digitale. Questi processori soffrono tuttavia dell'enorme inconveniente di essere spesso costosi in quanto fuori produzione o prodotti in quantità limitate, inconsistenti a livello di suono tra diverse unità ma soprattutto pongono un problema per quanto riguarda il richiamo di impostazioni precedentemente utilizzate. In questa tesi viene analizzato un metodo per aggiungere un controllo digitale ad un effetto audio analogico particolarmente diffuso: il phaser, abbreviazione di Phase Shifter. Oltre all'analisi progettuale verrà realizzato un prototipo fisico e ne verranno valutate le performance. Quanto descritto in queste pagine può essere direttamente implementato sottoforma di "pedale" per strumento oppure, con le opportune modifiche, come processore da studio. L'effetto phaser è stato scelto in quanto probabilmente uno dei più utilizzati effetti di modulazione ma anche uno dei più complessi da ricreare consistentemente in forma analogica in quanto richiede l'utilizzo di particolari filtri controllati da un segnale esterno (Voltage Controlled Filters) spesso realizzati con componenti ad ampie tolleranze di fabbricazione. Questo effetto audio, modulando periodicamente la fase del segnale in ingresso a determinate frequenze, è in grado di aggiungere un movimento estremamente caratteristico al segnale da elaborare e, se inserito in opportune configurazioni, è in grado di dare l'illusione di spazialità a sorgenti di segnale mono. Nelle seguenti pagine viene descritto un metodo di controllo digitale estendibile anche ad altre tipologie di effetti audio (e non solo) basato su filtri comandabili che utilizzano switch CMOS gestiti da un microcontrollore. Come si vedrà, questa tecnica permette di ottenere risultati particolarmente soddisfacenti per questo tipo di applicazioni in termini di costo, consistenza di suono tra diverse unità, complessità circuitale e performance e riesce a combinare il suono tipico di un'unità analogica con la stessa flessibilità di controllo di un software digitale dedicato.