Andres Cuenca

Cambiador de voz

El timbre característico de nuestra voz nos identifica y nos delata en cualquier circunstancia. Cuantas veces recibimos una llamada telefónica y con solo escuchar a nuestro interlocutor sabemos inmediatamente de quien se trata. Otras veces reconocemos la presencia de alguien en un grupo o en una reunión social con solo oír su voz y sin haberlo visto. ¿Le gustaría poder cambiar el timbre de su voz a voluntad y aparentar ser ante los demás una persona completamente diferente, incluso un robot o un ser de otro planeta?. El cambiador digital de voz propuesto, puede hacer por usted esto y mucho más.

Basado en un chip modulador de voz de alta tecnología de Holtek, el cambiador de voz procesa digitalmente la señal de voz en tiempo real, desplazando el espectro de frecuencia asociado a la misma hacia arriba o hacia abajo en 7 pasos graduales y haciendo que se escuche más fina o más gruesa. El resultado es similar al obtenido cuando se aumenta o disminuye la velocidad de reproducción de una información vocal grabada en una cinta, excepto que también se le pueden agregar dos efectos especiales: vibrato y robot. El primero hace que su voz se escuche más trémula y el segundo como un robot. En cualquier caso, la voz se captura en su forma normal mediante un micrófono electret y se reproduce alterada o no en un parlante dinámico. Todo el conjunto opera a partir de una batería de 9V.

En la figura 1 se muestra el diagrama interno de bloques y la asignación externa de pines del HT8950, disponible en versión DIP estándar de 18 pines y simplificada de 16 pines (HT8950A). Esta ultima, que es la utilizada en este proyecto, no incluye las líneas SWO-SW2, utilizadas para seleccionar digitalmente el paso de desplazamiento. La selección del efecto vocal se realiza mediante las líneas TGU (modo UP), TGD (modo DOWN), VIB (modo vibrato) y ROB (modo ROBOT). El chip se alimenta con tensiones desde 2,4 hasta 4 VDC (típicamente 3V) aplicados entre las líneas VDD (+) y VSS (-).


Figura 1​

El HT8950 incluye, entre otros bloques funcionales un amplificador de micrófono con polarización interna, un convertidor A/D de 8 bits, una RAM estática (SRAM) y un convertidor D/A de 8 bits. Los convertidores A/D y D/A trabajan a una rata de muestreo de 8Khz, mas que suficiente para cubrir el espectro de la voz humana (3Khz) y proporciona una salida de buena calidad y con muy alta relación señal a ruido (SNR).

La siguiente tabla, resume la función de cada uno de los pines para la versión HT8950A.

No.NOMBREFUNCION1OSC1Entrada del oscilador2VIBEntrada del selector de modo vibrato3TGUEntrada del selector de paso UP4TGDEntrada del selector de paso DOWN5ROBEntrada del selector de paso en modo ROBOT6VSSLínea negativa de alimentación (GND)7NCNo conectado8A0Salida del amplificador interno9AINEntrada del amplificador interno10VDDLínea positiva de alimentación11LAMPSalida para LED indicador de volumen12AUDIOSalida de audio13VREFVoltaje de referencia del amplificador interno14TSEntrada de prueba del chip15FVIBSalida de control de la frecuencia de vibrato16OSC2Salida del oscilador

En la figura 2, se muestra el diagrama esquemático del cambiador digital de voz. El sistema consta básicamente de un modulador digital de voz y un amplificador de audio, desarrollados alrededor de los chip IC1 (HT8950A) e IC2 (LM386I), respectivamente, la voz del usuario se captura mediante un micrófono electret (MIC1) y se reproduce normal o desplazado en frecuencia en un parlante dinámico (SPK1). Todo el conjunto opera a partir de una batería de 9V (B1).


Figura 2​

Después de ser capturada por el micrófono, la señal de voz se aplica al amplificador interno del HT8950 a través de la red R4 C2. La ganancia de voltaje de este amplificador, que es un lazo abierto es típicamente igual a 2000, la determinan R3 (resistencia de realimentación) y R4 (resistencia de entrada), siendo del orden de 8,3 veces. Las resistencias R5 y R7, junto con el condensador C4, proveen las condiciones de polarización del elemento electret.

Una vez amplificada y limitada en su ancho de banda, el HT8950 inyecta la señal de voz al convertidor A/D de 8 bits interno donde es digitalizada a una rata de muestreo nominal de 8Khz. La señal de muestreo la produce un generador de base de tiempo interno, controlado a su vez por un oscilador. La frecuencia de este ultimo, que es del orden de 512Khz, la determina R2.

Después de digitalizada, la señal de voz se almacena en una RAM estática (SRAM), controlada también por el generador de base de tiempo, un circuito de control extrae la información de la RAM y la transfiere a un registro tipo latch. Desde este ultimo, la señal de voz pasa a un convertidor D/A de 8 bits que la restablece a su forma análoga original o con su espectro de frecuencia desplazado. Esta señal está disponible en la salida de AUDIO (pin 12).

Dependiendo de la velocidad con la cual se entreguen los datos de la SRAM al convertidor D/A, la señal original se reproduce con o sin su espectro de frecuencia desplazado. Esta condición depende del paso seleccionado mediante los interruptores tipo push-button S2 (UP) y S3 (DOWN). Especialmente, con cada toque, S2 desplaza el espectro vocal un paso hacia arriba y S3 lo desplaza un paso hacia abajo. En ambos casos, la secuencia se repite cíclicamente, como se indica en la figura 3.


Figura 3​

Una vez reconvertida a su forma análoga, la señal de voz se aplica a través de la red R8-C3 a un amplificador LM386 (IC2), encargado de impulsar el parlante (SPK1) y hacerla audible. La resistencia R6 actúa como pull-down del convertidor D/A modo corriente interno del HT8950 y el trimmer R9 como control de volumen general del sistema. Los demás componentes cumplen funciones auxiliares. En particular D1 limita la tensión de alimentación del HT8950 a un valor seguro (por debajo de 2,8V) y R1 fija la frecuencia de vibrato en 8hz, aproximadamente.

Lista de Materiales
Resistencia (1/4W, 5%)
R1-100K
R2-47K
R3-39K
R4, R5, R6-4,7K
R7-470
R8-8,2K
R9-5K , Trimmer, 1 vuelta

Condensadores
C1-4,7uF/16V, electrolítico
C2-0,47uF (474), cerámico
C3, C5-0,1uF (104), cerámico.
C4, C6, C7-220uF/16V, electrolítico.

Semiconductores
D1-Diodo Zener de 6,2V/0,5W

Circuitos integrados
IC1- Modulador de voz HT8950A
IC2- Amplificador de audio LM386

Transductores
MIC1- Micrófono electret, miniatura
SPK1- Parlante de 8 /0,25W

Electromecánicos
S1,...,S4-Interruptores push-button NA miniatura
J1- conector tipo snap para batería de 9V.
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