Детектор Blackmer RMS представляет собой электронный преобразователь истинных среднеквадратичных значений , изобретенный Дэвидом Э. Блэкмером в 1971 году. Детектор Blackmer в сочетании с ячейкой усиления Blackmer составляет ядро системы шумоподавления dbx и различных профессиональных процессоров аудиосигналов, разработанных dbx, Inc. .
В отличие от более ранних детекторов RMS, которые усредняли по времени алгебраический квадрат входного сигнала, детектор Блэкмера выполняет усреднение по времени логарифма входного сигнала, являясь первым успешным коммерческим экземпляром логарифмического фильтра . [1] Схема, созданная методом проб и ошибок , вычисляет среднеквадратичное значение различных форм сигналов с высокой точностью, хотя точный характер ее работы не был известен изобретателю. Первый математический анализ логарифмической фильтрации и математическое доказательство изобретения Блэкмера были предложены Робертом Адамсом .в 1979 году; Общая теория синтеза логарифмических фильтров была разработана Дугласом Фреем в 1993 г. [2]
Среднеквадратичное значение (RMS), определяемое как квадратный корень из среднего квадрата входного сигнала с течением времени, является полезной метрикой переменных токов . В отличие от пикового значения или среднего значения, среднеквадратичное значение напрямую связано с энергией и эквивалентно постоянному току , который потребуется для получения того же эффекта нагрева. В звуковых приложениях среднеквадратичное значение является единственным показателем, напрямую связанным с воспринимаемой громкостью , нечувствительным к фазе гармоник в сложных сигналах . [6] Магнитная запись и воспроизведение неизбежно сдвигают фазы гармоник; аПреобразователь истинного среднеквадратичного значения не будет реагировать на такой фазовый сдвиг. Более простые детекторы пиков или детекторы средних , наоборот, реагируют на изменение фазы изменением выходных значений, хотя уровень энергии и громкость остаются неизменными. По этой причине Дэвиду Блэкмеру, разработчику системы шумоподавления dbx , понадобился недорогой прецизионный детектор RMS, совместимый с ячейкой усиления Blackmer . [6] Последний имел экспоненциальную характеристику управления, поэтому подходящий детектор должен был иметь логарифмический выходной сигнал. [1]
Современные электронные детекторы RMS имели «обычные» линейные выходы и были построены в точном соответствии с определением RMS. Детектор будет вычислять квадрат входного сигнала, усреднять квадрат по времени с помощью фильтра нижних частот или интегратора , а затем вычислять квадратный корень из этого среднего значения для получения линейного, а не логарифмического вывода. Аналоговое вычисление квадратов и квадратных корней выполнялось либо с помощью дорогих аналоговых умножителей с переменной крутизной (которые остаются дорогими и в XXI веке [7] ), либо с помощью более простых и дешевых логарифмических преобразователей , использующих экспоненциальную ВАХ биполярного транзистора . [1] Тепловое среднеквадратичное преобразование было слишком медленным для звуковых целей; электронные среднеквадратичные детекторы прекрасно работали в измерительных приборах, но их динамический диапазон был слишком узок для профессионального аудио — именно потому, что они работали с квадратами входного сигнала, занимая вдвое больший динамический диапазон. [1] [7]
Блэкмер пришел к выводу, что логарифмический антилогарифмический детектор можно упростить, перенеся обработку в логарифмическую область, исключив физическое возведение в квадрат входных сигналов и, таким образом, сохранив полный динамический диапазон. [3] Возведение в квадрат и извлечение квадратных корней в логарифмической области очень дешевы, поскольку представляют собой простое масштабирование с коэффициентом 2 или 1/2. [7] Тем не менее, простые линейные фильтры не работают в логарифмической области, производя неправильный, нерелевантный вывод. Для корректного усреднения по времени требовались нелинейные фильтры пока неизвестной топологии. Блэкмер предложил простую замену резистора в RC-цепочке кремниевым диодом , смещенным с фиксированным током холостого хода. Поскольку импеданс слабого сигналатакого диода управляется линейно по току, изменение этого тока регулирует время установления детектора. [3] Частота среза этого фильтра первого порядка равна