u.s. pat. 8,084,679-electronic signal processor-jeff arnold-dec. 27, 2011
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8/16/2019 U.S. Pat. 8,084,679-Electronic Signal Processor-Jeff Arnold-Dec. 27, 2011
1/14
US008084679B2
( 1 2 ) Ulllted
States
Patent ( 1 0 )
P a t e n t N 0 . :
U S 8 , 0 8 4 , 6 7 9
B2
Arnold
4 5 ) Date o f P a t e n t :
* D e c .
2 7 , 2011
( 5 4 ) ELECTRONIC SIGNAL PROCESSOR ( 5 6 ) R e f e r e n c e s
C i t e d
7 6 ) I n v e n t o r : J e f f r e y A r n o l d , D a n v i l l e , I L ( U S )
U - S - PATENT DOCUMENTS
2 , 1 4 2 , 5 8 0
A
1 / 1 9 3 9 W i l l i a m s
( * ) N o t i c e : S u b j e c t t o a n y
d i s c l a i m e r ,
t h e t e r m o f h i s
2 , 6 0 0 , 0 4 6
A
6 / 1 9 5 2 B o b } ?
- - 3,319,176 A
5/1967
Gulsinger
p a t e n t 1 5 extended
o r a d j u s t e d under 35
3 3 7 5 460
A
3 / 1 9 6 8
M i l l e r
U - S - C - 1 5 4 1 ) )
by
8 8 7 d a y s - 3 , 4 0 4 , 3 4 8 A 1 0 / 1 9 6 8
H a n s e n e t
a 1 .
Th- - - - - 3,418,418 A
12/1968 Wilder
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
84/706
1 5
p a t e n t
1 5 s u b j e c t
t o
a
t e r r m n a l
d 1 s -
3 440 5 5 7 A
4 / 1 9 6 9
Sundeen
claimer-
3,524,143 A
8/1970
Munch,
r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330/295
3,530,224 A
9/1970
Kushner t a 1 . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 84/742
( 2 1 )
A p p l _
No; 1 2 / 1 2 6 , 4 6 0 3 , 5 4 8 , 3 2 3 A 1 2 / 1 9 7 0 G o r d o n e t a 1 .
C o n t i n u e d )
( 2 2 )
F i l e d : May
3 ’
2 0 0 8 OTHER
PUBLICATIONS
( 6 5 ) P r i o r
P u b l i c a t i o n
Data US. A p p l . N o . l 2 / l 2 6 , 4 8 6 , ? l e d May 3 , 2 0 0 8 ,
A r n o l d .
US
2 0 0 8 / 0 2 8 5 7 6 5 A1
N o v .
2 0 ,
2 0 0 8 ( C o n t i n u e d )
_ _ Primary Examiner evona
Faulk
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U - s -
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J u l .
1 8 ,
2 0 0 3 , noW a t .
N o .
7 , 3 9 0 , 9 6 0 .
( 5 7 ) ABSTRACT
A n l e c t r o n i c s i g n a l
p r o c e s s o r
f o r
p r o c e s s i n g
s i g n a l s
i n c l u d e s
( 5 1 ) I n t . C l . a complex
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? l t e r , one o r
more
g a i n s t a g e s and a second
G10H
/ 0 6
( 2 0 0 6 . 0 1 ) ? l t e r .
The
r s t ? l t e r
i s
c h a r a c t e r i z e d
by
a f r e q u e n c y r e s p o n s e
G10H 1/46 ( 2 0 0 6 . 0 1 )
c u r v e
t h a t
i n c l u d e s
m u l t i p l e c o r n e r f r e q u e n c i e s ,
W i t h some
G10H / 1 2 ( 2 0 0 6 . 0 1 ) c o r n e r
f r e q u e n c i e s b e i n g u s e r
s e l e c t a b l e . The
? r s t ? l t e r a l s o
G10H / 0 0 ( 2 0 0 6 . 0 1 ) h a s a t
l e a s t
t W o u s e r - p r e s e t g a i n l e v e l s
W h i c h
may b e a l t e r
G10D 1 / 0 8 ( 2 0 0 6 . 0 1 ) n a t e l y
s e l e c t e d by
a
s W i t c h .
LoWer
f r e q u e n c y s i g n a l s
a r e
H03G / 0 0 ( 2 0 0 6 . 0 1 ) p r o c e s s e d b y t h e
? r s t ? l t e r W i t h
a t
l e a s t 1 2
d b / o c t a v e
s l o p e ,
H03G / 0 0 ( 2 0 0 6 . 0 1 )
a n d
p r e f e r a b l y W i t h 1 8 d b / o c t a v e s l o p e t o
m i n i m i z e i n t e r
H02B 1 / 0 0
( 2 0 0 6 . 0 1 )
m o d u l a t i o n d i s t o r t i o n
p r o d u c t s
b y s u b s e qu e n t a m p l i? c a t i o n
H 0 3 F / 0 4 ( 2 0 0 6 . 0 1 ) i n t h e g a i n s t a g e s . A e c o n d
? l t e r
p r o v i d e s ? l r t h e r
? l t e r i n g a n d
( 5 2 )
us.
C l . . . . . . . . . . . .
8 4 / 7 3 5 ; 8 4 / 7 1 1 ;
8 4 / 3 1 2
R ; 8 4 / 7 3 6 ;
a m p l i t u d e
c o n t r o l -
The
S i g n a l
P r o c e s s o r
i s
p a n i c u l a r l y
S u i t e d
3 8 1 / 9 8 ;
3 8 1 / 1 0 1 ; 3 8 1 / 1 0 3 ; 3 8 1 / 1 0 4 ; 3 8 1 / 1 0 9 ; f o r
p r o c e s s i n g
a u d i o f r e q u e n c y s i g n a l s . R e l a t e d m e t h o d s
3 8 1 / 1 1 8 ; 3 8 1 / 1 2 3 ; 3 3 0 / 3 0 2 ; 3 3 0 / 3 0 3 i n c l u d e ? l t e r i n g t h e i n p u t s i g n a l W i t h a n i n p u t ? l t e r o f t h e
( 5 8 )
F i e l d
o f Classi?cation Search
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 84/735
Second o r t h i r d O r d e r
high P a s s
t y p e ’ a m p l i f y i n g t h e ? l t e r e d
8 4 / 7 3 6 7 1 1
3 1 2 R ,
3 8 1 / 9 8
1 0 1 1 0 3 1 0 4 ’
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S e e a p p l i c a t i o n
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c o m p l e t e
s e a r c h h i s t o r y .
1 6 C l a i m s , 6
Drawing S h e e t s
O u t p u t
6 1 65
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5 1 I 1 — | | C — — —
52 I
54 I
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66
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US 8 , 0 8 4 , 6 7 9
B2
P a g e
2
3 , 5 5 3 , 5 6 6
3 , 5 7 7 , 0 9 0
3 , 6 3 3 , 0 4 3
3 , 7 4 2 , 1 1 4
4 , 0 3 1 , 3 1 9
4 , 1 1 9 , 9 2 2
4 , 3 2 0 , 5 3 4
4 , 4 7 9 , 2 5 0
4 , 5 8 1 , 5 8 7
4 , 5 8 4 , 7 0 0
4 , 7 0 1 , 9 5 7
4 , 9 9 5 , 0 8 4
5 , 0 3 2 , 7 9 6
5 , 1 2 4 , 6 6 8
5 , 1 3 1 , 0 4 4
5 , 2 0 1 , 0 0 9
5 , 5 0 9 , 0 8 0
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5 , 5 6 0 , 9 2 4
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5 , 6 1 9 , 5 7 8
5 , 6 4 9 , 0 1 5
6 , 6 2 1 , 9 0 7
6 , 6 3 1 , 1 9 5
7 , 3 9 0 , 9 6 0
7 , 6 8 3 , 7 1 0
7 , 8 5 5 , 5 9 8
US .
PATENT DOCUMENTS
1 / 1 9 7 1
5 / 1 9 7 1
1 / 1 9 7 2
6 / 1 9 7 3
6 / 1 9 7 7
1 0 / 1 9 7 8
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1 0 / 1 9 8 4
4 / 1 9 8 6
4 / 1 9 8 6
1 0 / 1 9 8 7
2 / 1 9 9 1
7 / 1 9 9 1
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7 / 1 9 9 2
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7 / 1 9 9 7
9 / 2 0 0 3
1 0 / 2 0 0 3
6 / 2 0 0 8
3 / 2 0 1 0
1 2 / 2 0 1 0
N a g y
M o n t g o m e r y , J r .
A n t h o n y
Barkan
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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84/740
D e s a i
S c h r o d e r
S a k a i
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a l .
Flood
P o w e l l
S c h o l Z
Smith
P r i t c h a r d
T i e r s e t a l .
C h r i s t i a n
Brown, S r . e t a l .
Yamada t
a l .
R o b e r t s
M i l l e r
Gosser e t
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Wunderlich
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Konno
S o n d e r m e y e r e t
a l .
Paddock
t
a l .
Smith
P r i t c h a r d
Arnold
Arnold
Arnold
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p a g e s , F e b .
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M a t c h l e s s
DC 30
amp
s c h e m a t i c , 2 p a g e s ,
D e c .
2 1 , 2 0 0 1 .
Magnatone M-13 amp s c h e m a t i c , 2 p a g e s ,
P u b l i s h e d
1 9 9 1 .
M a r s h a l l model 2 0 0 1
b a s s
amp s c h e m a t i c , 1 p a g e , A p r . 1 6 , 1 9 8 1 .
O r a n g e
‘ G r a p h i c
M K I I ’
amp
s c h e m a t i c ,
1
p a g e , 1 9 7 2 .
Sansamp GT-Z
s c h e m a t i c , 1
p a g e , 2 0 0 2 .
Ampeg
S VT
b a s s
amp s c h e m a t i c ,
2
p a g e s , 1 9 7 2 .
Ampeg SVPCL b a s s amp
s c h e m a t i c ,
1
p a g e , A p r .
1 9 ,
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Ampeg SVT
4
P r o
b a s s
amp
s c h e m a t i c ,
1
p a g e ,
S e p .
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C r a t e
B V 1 5 0 H T h r e e C h a n n e l
G u i t a r
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W i r i n g D i a g r a m f o r t h e AmpegVL-1002
m p ,
1 p a g e , S e p .
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O f ? c e
A c t i o n d a t e d
J u n .
2 1 ,
2 0 1 0
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J a n . 2 0 ,
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O f ? c e
A c t i o n d a t e d
N o v .
2 8 ,
2 0 0 6
f o r US.
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1 0 / 6 2 3 , 4 3 3 ,
? l e d J u l .
1 8 ,
2 0 0 3 .
O f ? c e
A c t i o n
d a t e d J u l . 1 8 , 2 0 0 7 f o r U . S . A p p l . N o .
1 0 / 6 2 3 , 4 3 3 ,
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J u l . 1 8 , 2 0 0 3 .
Of?ce
c t i o n
d a t e d
M a r . 9 ,
2009
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? l e d
May 3 ,
2 0 0 8 .
O f ? c e A c t i o n d a t e d S e p . 1 3 , 2 0 1 0 f o r US. A p p l . N o . 1 2 / 1 2 6 , 4 8 6 ,
? l e d
May 3 ,
2 0 0 8 .
* c i t e d b y examiner
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8/16/2019 U.S. Pat. 8,084,679-Electronic Signal Processor-Jeff Arnold-Dec. 27, 2011
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Patent D e c .
2 7 , 2 0 1 1 S h e e t 1 o f 6 US , 0 8 4 , 6 7 9 B2
O u t p u t
4
1
7
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6
5
1
S
1
1 e
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3
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g
S W 1 9
0
I n p u t
4 1
4 _
-
8/16/2019 U.S. Pat. 8,084,679-Electronic Signal Processor-Jeff Arnold-Dec. 27, 2011
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US.
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2 7 , 2 0 1 1 S h e e t
2
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F I G . 2
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8/16/2019 U.S. Pat. 8,084,679-Electronic Signal Processor-Jeff Arnold-Dec. 27, 2011
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2 7 ,
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, 0 8 4 , 6 7 9
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F I G . 6
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8/16/2019 U.S. Pat. 8,084,679-Electronic Signal Processor-Jeff Arnold-Dec. 27, 2011
6/14
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Patent D e c .
2 7 , 2 0 1 1 S h e e t 4 o f 6 US , 0 8 4 , 6 7 9 B2
133
I
99
[ O u t p u t
F I G . 8
92
95
F I G . 9
i
89 97
I n p u t
5 8 8
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I F E Q B
89
I n p u t \
I 8 K 9 0 K98
-
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12
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8/16/2019 U.S. Pat. 8,084,679-Electronic Signal Processor-Jeff Arnold-Dec. 27, 2011
8/14
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2 7 ,
2 0 1 1
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6
o f 6 US
, 0 8 4 , 6 7 9
B2
. . \45,46
4 1 6 - 6 L l é n l t j n g
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/ 1 4 1
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F I G . 15
-
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9/14
US
8 , 0 8 4 , 6 7 9 B2
1
ELECTRONIC SIGNAL PROCESSOR
RELATED
APPLICATIONS
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E l e c t r o n i c
S i g n a l
P r o c e s s o r ,
W h i c h
i s
h e r e i n
i n c o r
p o r a t e d
b y
r e f e r e n c e i n i t s e n t i r e t y .
FIELD OF THE
INVENTION
The
p r e s e n t i n v e n t i o n r e l a t e s g e n e r a l l y t o e l e c t r o n i c s i g n a l
p r o c e s s o r s .
More a r t i c u l a r l y ,
a
p r e f e r r e d embodiment
o f t h e
i n v e n t i o n
r e l a t e s
t o
a l t e r i n g
o r
c o n t r o l l i n g t h e t o n a l q u a l i t i e s
o f
e l e c t r o n i c
s i g n a l s , s u c h
a s
a u d i o
s i g n a l s , and
e l a t e d
meth
o d s .
BACKGROUND OF THE INVENTION
V a r i o u s
p r i o r a r t d e v i c e s e x i s t f o r m o d i f y i n g
t h e
t o n a l
q u a l i t i e s
o f
e l e c t r o n i c s i g n a l s . I n
a u d i o f r e q u e n c y
a p p l i c a
t i o n s ,
t h e
t y p e s
o f
s i g n a l s
p r o c e s s e d c a n b e
s p e e c h ,
m u s i c a l
i n s t r u m e n t s ,
s y n t h e s i Z e d
W a v e f o r m s , a n d t h e l i k e .
P r i o r
a r t
d e v i c e s
f o r
p r o c e s s i n g
m u s i c a l
i n s t r u m e n t
s i g n a l s
g e n e r a l l y
have
a
v e r y l i m i t e d a b i l i t y t o p r o v i d e
t h e
m u s i c i a n W i t h
a
v a r i e t y o f o n a l
q u a l i t i e s
i n
t h e
r e s u l t i n g
s o u n d .
F o r
e x a m p l e ,
p r i o r
a r t
c i r c u i t s
e x i s t
f o r
p r o c e s s i n g
e l e c t r i c g u i t a r s i g n a l s
t h a t have s i n g u l a r t o n a l q u a l i t y ,
o r “ s o u n d ” . T h i s
i s a s e r i o u s
l i m i t a t i o n ,
s i n c e t h e g u i t a r i s t m u s t
f r e q u e n t l y e m p l o y
a p l u
r a l i t y
o f d i f f e r e n t c i r c u i t s i f d i f f e r e n t
“ s o u n d s ” a r e
d e s i r e d .
Some s c h e m e s
e x i s t
i n t h e a r t t h a t i n c l u d e c i r c u i t s
W i t h
more t h a n
a s i n g u l a r
s o u n d .
U s u a l l y t h i s i n v o l v e s
a d d i n g
a d d i t i o n a l a c t i v e
c i r c u i t s
t h a t t h e g u i t a r i s t
c a n
a c t i v a t e ,
a s
d e s i r e d . While s u c h an arrangement can be s u c c e s s f u l , i t a l s o
r e s u l t s i n much
g r e a t e r t o t a l
component c o u n t
and
added
e x p e n s e .
I n
a d d i t i o n ,
i n
some
a p p l i c a t i o n s , i t
i s d e s i r a b l e t o d e l i b e r
a t e l y add d i s t o r t i o n t o t h e s o u n d t o a f f e c t t h e
t o n a l
q u a l i t i e s .
F o r e x a m p l e ,
d e l i b e r a t e l y a d d i n g
d i s t o r t i o n t o t h e
s o u n d
o f
a n
e l e c t r i c g u i t a r
began i n t h e
1 9 5 0 ’ s
When
r o c k m u s i c Was
b e c o m i n g
p o p u l a r .
A t t h i s
t i m e , t h e
o n l y
t e c h n i q u e s
t h a t a n
e l e c t r i c g u i t a r i s t
h a s t o
i n c r e a s e
t h e
amount
o f d i s t o r t i o n i n t o
h i s
sound Was
o
i n c r e a s e
t h e
volume of vacuum u b e ampli
? e r b y 1 ) p i c k i n g t h e s t r i n g s
o f
h e
g u i t a r h a r d e r , 2 )
t u r n i n g
t h e v o l u m e
o f
t h e g u i t a r h i gh e r , o r 3 ) t u r n i n g t h e v o l u m e
o f
t h e
ampli?er
p ;
o r some
combination
r v a r i a t i o n of
l l
t h r e e
t e c h n i q u e s . H o W e v e r , t h e s e t e c h n i q u e s
h a v e
t h e d r a w b a c k s
t h a t t h e
g u i t a r i s t u s u a l l y
c o u l d
s t i l l
n o t a c h i e v e t h e
d e s i r e d
l e v e l o f d i s t o r t i o n , a n d / o r h i g h s o u n d p r e s s u r e
l e v e l s Were
c r e a t e d t h a t many
e o p l e
?nd uncomfortable o r even
i s t r e s s
i n g .
During t h e
1 9 6 0 ’ s , t h e c h a r a c t e r i s t i c
sound of an
o v e r
d r i v e n vacuum
t u b e
a m p l i ? e r
Was r e a l i Z e d
W h i l e
p l a y i n g
a t
l o W e r
volumes by
u s i n g neW
t y p e s o f c i r c u i t s . These
neW
c i r c u i t s
Were
f r e q u e n t l y
c a l l e d “fuZZboxes” and Were s e p a
r a t e boxes t h a t Were e x t e r n a l
t o
t h e a m p l i ? e r .
FuZZboxes
t y p i c a l l y
employed a cascade o r
s e r i e s
c o n n e c t i o n of tWo
o r
m o r e
t r a n s i s t o r a m p l i ? e r
g a i n
s t a g e s t h a t h a d h i g h i n p u t - t o
o u t p u t g a i n
a n d t h a t
W e r e e a s i l y o v e r d r i v e n b y t h e o u t p u t
s i g n a l f r o m t h e g u i t a r . T h i s p r o v i d e d a
f a v o r a b l e i n c r e a s e
i n
d i s t o r t i o n a n d s u s t a i n
t o
t h e g u i t a r
s o u n d . H o W e v e r ,
i t a l s o
i n t r o d u c e d a
neW q u a l i t y t o
t h e
sound h a t i s d i s l i k e d
by
many
g u i t a r i s t s . T h i s q u a l i t y
i s
o f t e n r e f e r r e d t o a s
t h e “ s o l i d - s t a t e
sound” o r t h e “ t r a n s i s t o r s o u n d ” . E i t h e r of t h e s e
t e r m s
h a s
a c q u i r e d a
v e r y n e g a t i v e
c o n n o t a t i o n
t o many
u i t a r i s t s . T h a t
0 1
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
2
i s ,
t h e
s o l i d - s t a t e
o r t r a n s i s t o r
s o u n d i s q u i t e
d i f f e r e n t
t h a n
t h e
“ t u b e s o u n d ” , W h i c h Was d e v e l o p e d
by
t h e o v e r d r i v e n
vacuum t u b e
a m p l i ? e r s .
Many
u i t a r i s t s
c o n t i n u e
t o b e l i e v e
t h a t
t h e b e s t
d i s t o r t i o n
s o u n d s come
from m p l i ? e r s
t h a t
employ u b e c i r c u i t s . While
t h e b e s t s o l i d - s t a t e
a m p l i ? e r s
come l o s e , t h e y a r e f r e q u e n t l y
c o n s i d e r e d t o b e i n f e r i o r t o t h e t u b e a m p l i ? e r s . D e s p i t e t h e
many
s o l i d - s t a t e
a m p l i ? e r s t h a t h a v e
b e e n
d e v e l o p e d
a n d
i n t r o d u c e d
t o
t h e m a r k e t p l a c e s i n c e t h e 1 9 6 0 ’ , t h e s o l i d - s t a t e
sound i s
s t i l l n o t on p a r
W i t h
t h a t
of
t h e t u b e a m p l i ? e r s .
I n d e e d ,
many
d i f f e r e n t s c h o o l s o f t h o u g h t
e x i s t
o n
Why
h e r e
a r e d i f f e r e n c e s i n t h e sound and f e e l betWeen t h e s o l i d - s t a t e
a n d
t u b e
a m p l i ? e r s . R e c e n t a t t e m p t s t o
e m u l a t e
t h e s o u n d a n d
f e e l o f
t u b e a m p l i ? e r s
h a v e s t a g n a t e d .
I t
h a s b e e n a n o b j e c t i v e i n t h e g u i t a r
i n d u s t r y
f o r
many
y e a r s t o d e v e l o p s o l i d -
s t a t e
a m p l i ? e r s
t h a t
h a v e
t h e
s o u n d a n d
f e e l o f
t h e o v e r d r i v e n t u b e a m p l i ? e r . “ F e e l ” i n d i c a t e s t h a t a
t u b e a m p l i ? e r a l s o h a s a c e r t a i n t a c t i l e q u a l i t y When o v e r
d r i v e n . Many
u i t a r i s t s t h i n k
t h a t t h e
t u b e
a m p l i ? e r s r e s p o n d
t o t h e g u i t a r i s t s
“ t o u c h ” , i n c l u d i n g t h e i r
p i c ki n g t e c h n i q u e s
a n d
p l a y i n g
s t y l e ,
b e t t e r t h a n
t h e
s o l i d -
s t a t e a m p l i ? e r s .
I n t h i s
r e s p e c t ,
i t
i s f r e q u e n t l y s t a t e d t h a t
t u b e
a m p l i ? e r s
a r e
v e r y
t o u c h
s e n s i t i v e .
There
a s been
l o n g - f e l t
need
o r a
s o l i d - s t a t e ampli?er r
s i g n a l
p r o c e s s o r
t h a t
e m u l a t e s
t h e sound and
f e e l
of
an
o v e r
d r i v e n
vacuum
u b e
a m p l i ? e r .
A eed
a l s o
e x i s t s
f o r
a
s i g n a l
p r o c e s s o r t h a t
e m u l a t e s
t h e
sound of an o v e r d r i v e n vacuum
t u b e
ampli?er i n Which t h e
t o n e m a y be
a d j u s t e d o r
customiZed o t h e u s e r ’ s d e s i r e s .
A c c o r d i n g l y ,
i t
i s
a
g e n e r a l o b j e c t o f
t h e
p r e se n t i n v e n t i o n
t o
p r o v i d e
a
neW
and improved s i g n a l
p r o c e s s o r t h a t e m u l a t e s
t h e
sound
and
f e e l o f an
o v e r d r i v e n
vacuum
t u b e a m p l i ? e r .
A n o t h e r o b j e c t o f t h e p r e se n t i n v e n t i o n i s t o p r o v i d e a
s i g n a l
p r o c e s s o r
o f
t h e s o l i d - s t a t e t y p e t h a t e m u l a t e s t h e
d e s i r e d p e r f o r m a n c e c h a r a c t e r i s t i c s
o f
a t u b e a m p l i ? e r .
Y e t
a n o t h e r
o b j e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n
i s
t o
p r o v i d e
a
s i g n a l p r o c e s s o r W i t h s o u n d
c h a r a c t e r i s t i c s t h a t m a y
b e
a d j u s t e d
t o
t h e
u s e r ’ s
t a s t e s .
A u r t h e r o b j e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n i s t o ? l t e r t h e
l o W e r f r e q u e n c y i n p u t s i g n a l s W i t h a
s e c o n d
o r d e r o r t h i r d
o r d e r
h i g h
p a s s ? l t e r b e f o r e a m p l i ? c a t i o n
o f
t h e i n p u t
s i g n a l s
t o r e d u c e
l o W e r
f r e q u e n c y
i n t e r m o d u l a t i o n
d i s t o r t i o n When
t h e
a m p l i ? e r
i s o v e r d r i v e n .
A
t i l l
f u r t h e r
o b j e c t
o f
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n
i s
t o
p r o v i d e
a t l e a s t t W o i n d i v i d u a l g a i n c o n t r o l s
W i t h o v e r l a p p i n g
g a i n
c h a r a c t e r i s t i c s t h a t m a y b e s W i t c h e d t o
p r o v i d e
s e l e c t a b l e
g a i n o f t h o s e f r e q u e n c i e s i n t h e
p a s s b a n d o f
t h e i n p u t ? l t e r .
A n o t h e r
o b j e c t
o f
h e p r e s e n t
i n v e n t i o n i s t o p r o v i d e r e l a t e d
m e t h o d s o f ? l t e r i n g a n i n p u t s i g n a l W i t h a n
i n p u t
? l t e r o f t h e
s e c o n d
o r
t h i r d
o r d e r h i g h p a s s t y p e
t o s u b s t a n t i a l l y
r e d u c e
l o W e r
f r e q u e n c y in t e r m o d u l a t i o n d i s t o r t i o n i n
t h e
s i g n a l p r o
c e s s o r .
B RIEF
SUMMARY
OF THE INVENTION
T h i s i n v e n t i o n i s d i r e c t e d t o an l e c t r o n i c s i g n a l p r o c e s s o r
t h a t h a s improved
b i l i t y t o a l t e r t h e
t o n a l
c h a r a c t e r i s t i c s
o f
a n
a u d i o f re q u e n c y i n p u t
s i g n a l
a n d t o r e d u c e
l o W e r
f r e q u e n c y
i n t e r m o d u l a t i o n
d i s t o r t i o n .
The
s i g n a l
p r o c e s s o r ma y have a
b u f f e r s t a g e t o r e c e i v e t h e i n p u t s i g n a l a n d t o
p r o v i d e
a n i n p u t
s i g n a l
W i t h l o W o u t p u t i m p e d a n c e t o t h e
? r s t
? l t e r o f t h e
s i g n a l p r o c e s s o r .
A r s t
? l t e r
i s p r e f e r a b l y
a s e c o n d o r
t h i r d
o r d e r
h i g h
p a s s
? l t e r With frequency
e s p o n s e
c u r v e of 2 d b / o c t a v e s l o p e o r
1 8
d b /
o c t a v e
s l o p e
f o r t h e l o W e r f r e q u e n c i e s ,
r e s p e c t i v e l y .
One
f h e
p u r p o s e s
o f h e ? r s t
? l t e r
i s t o s u b s t a n t i a l l y r e d u c e
l o W e r f r e q u e n c y i n t e r m o d ul a t i o n d i s t o r t i o n by means o f s u c h
-
8/16/2019 U.S. Pat. 8,084,679-Electronic Signal Processor-Jeff Arnold-Dec. 27, 2011
10/14
US
8 , 0 8 4 , 6 7 9 B2
3
? l t e r i n g .
The ? r s t ? l t e r a l s o h a s a t l e a s t some
u s e r - s e l e c t a b l e
c o r n e r
f r e q u e n c i e s
i n
i t s
f r e q u e n c y r e s p o n s e c u r v e
s o t h a t t h e
u s e r may c u s t o m i z e t h e
t o n a l
q u a l i t y
o f
t h e s i g n a l
p r o c e s s o r .
The r s t ? l t e r p r e f e r a b l y a l s o i n c l u d e s
a t
l e a s t
tWo
a d j u s t a b l e
g a i n l e v e l s
W i t h
o v e r l a p p i n g g a i n
c h a r a c t e r i s t i c s t h a t
may e
p r e - s e t
by t h e u s e r
a n d
t h a t may
b e
a l t e r n a t e l y s e l e c t e d.
The
m u l t i p l e ,
u s e r - p r e s e t , s e l e c t a b l e
g a i n
l e v e l s
a l l o W
t h e u s e r
t o
a d j u s t t h e amount o f
d i s t o r t i o n
p r e s e n t i n , a n d t h e r e f o r e t h e
t o n a l c o l o r o f ,
t h e p r o c e s s o r
o u t p u t .
The o u t p u t of h e ? r s t ? l t e r i s i n p u t t o one o r more l i m i t i n g
g a i n s t a g e s , Which a r e i n s e r i e s
o r
c a s c a d e
c o n ? g u r a t i o n .
These g a i n s t a g e s c a n i n c r e a s e t h e
amount
o f d i s t o r t i o n
p r e s e n t i n t h e
p r o c e s s o r o u t p u t .
O p p o s i t e l y
p o l e d d i o d e s i n
t h e
f e e d b a c k c i r c u i t s o f
t h e
a m p l i ? e r s
i n t h e
g a i n
s t a g e s l i m i t
t h e o u t p u t a m p l i t u d e o f t h e
a m p l i ? e r s
a n d c o n t r i b u t e t o t h e
d i s t o r t i o n
c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e
s i g n a l
p r o c e s s o r .
P r e f e r a b l y ,
t h e g a i n s t a g e s have an d d i t i o n a l o r
second
f e e d b a c k c i r c u i t
t h a t i n t r o d u c e s
a
c o n t r o l l e d amount
of
y s t e r e s i s ,
a n o n l i n e a r
d i s t o r t i o n ,
i n
t h e a m p l i ? c a t i o n c h a r a c t e r i s t i c o f t h e
g a i n
s t a g e s . T h u s , When
h e g a i n s t a g e s a r e o v e r d r i v e n
b y
t h e
i n p u t
s i g n a l ,
t h e c l i p p i n g
o r d i s t o r t i o n i n
t h e
o u t p u t s i g n a l o f
t h e
g a i n
s t a g e s
W i l l
b e e n h a n c e d .
The p r e s e n t i n v e n t i o n a l s o r e l a t e s t o a m p l i ? e r s W i t h tWo
f e e d b a c k l o o p s
f o r u s e i n
t h e g a i n s t a g e s
o f s i g n a l
p r o c e s s o r s .
The r s t f e e d b a c k l o o p
i n c l u d e s
a
r e s i s t o r ,
a
c a p a c i t o r and t
l e a s t
t W o d i o d e s ,
W i t h t h e d i o d e s o p p o s i t e l y p o l e d
b e t W e e n
t h e o u t p u t o f t h e a m p l i ? e r
a n d t s
i n v e r t i n g i n p u t .
T h e
s e c o n d
feedback
c i r c u i t
i n c l u d e s a t
l e a s t one
r e s i s t o r and t
l e a s t
one
c a p a c i t o r c o u p l e d b e t W e e n
t h e
o u t p u t o f
t h e
a m p l i ? e r
a n d t h e
i n p u t o f
t h e
g a i n s t a g e .
A
e s i s t o r p r e f e r a b l y c o u p l e s t h e
s e c o n d f e e d b a c k
l o o p
t o t h e i n v e r t i n g i n p u t o f t h e
a m p l i ? e r .
The tWo
f e e d b a c k
l o o p s i n t e r a c t t o e n h a n c e t h e
d i s t o r t i o n
When h e a m p l i ? e r i s
o v e r d r i v e n
b y
a n i n p u t
s i g n a l .
The o u t p u t
f r o m t h e g a i n
s t a g e s i s
i n p u t t o a s e c o n d
? l t e r ,
Which i s o f t h e loW
p a s s
t y p e
a n d
p r e f e r a b l y o f t h e s e c o n d
o r d e r loW a s s t y p e .
The
u t p u t t h e
s e c o n d
? l t e r
i s
p r o v i d e d a s
t h e
o u t p u t o f
t h e
s i g n a l p r o c e s s o r .
R e l a t e d
m e t h o d s
o f
p r o c e s s i n g
a n
i n p u t
s i g n a l
t h a t
i n c l u d e s
a
band o f f r e q u e n c i e s
t o
r e d u c e l o W e r f r e q u e n c y i n t e r m o d u
l a t i o n d i s t o r t i o n i n c l u d e s
? l t e r i n g t h e i n p u t
s i g n a l W i t h
t h e
? r s t ? l t e r
o f
t h e
s e c o n d o r
t h i r d
o r d e r
t y p e ,
s u p p l y i n g
t h e
? l t e r e d s i g n a l t o t h e
g a i n s t a g e s ,
a m p l i f y i n g t h e ? l t e r e d s i g n a l
i n t h e
g a i n s t a g e s ,
s u p p l y i n g t h e a m p l i ? e d
s i g n a l
t o a s e c o n d
? l t e r
o f
t h e l o W
p a s s t y p e ,
? l t e r i n g t h e a m p l i ? e d
s i g n a l
i n t h e
s e c o n d
? l t e r , a n d s u p p l y i n g
t h e s i g n a l
f r o m
t h e s e c o n d
? l t e r
a s t h e
o u t p u t
s i g n a l
o f t h e
s i g n a l
p r o c e s s o r .
The
m e t h o d s a l s o
i n c l u d e
c h a n g i n g
a t
l e a s t
some
of
h e comer r e q u e n c i e s i n t h e
f r e q u e n c y
response c u r v e of h e ? r s t ? l t e r t o change o r c u s
t o m i Z e
t h e
f r e q u e n c y r e s p o n s e
o f
t h e ? r s t
? l t e r .
The
methods
f u r t h e r i n c l u d e s e l e c t i n g one o f
t h e
tWo g a i n c o n t r o l s i n
t h e
? r s t ? l t e r .
B RIEF
DESCRIPTION
OF THE
DRAWINGS
The f e a t u r e s of h e
p r e s e n t i n v e n t i o n Which
r e b e l i e v e d t o
b e
n o v e l
a r e s e t f o r t h W i t h
p a r t i c u l a r i t y i n
t h e
appended
c l a i m s .
T h e i n v e n t i o n , t o g e t h e r W i t h
t h e
f u r t h e r
o b j e c t s a n d
a d v a n t a g e s t h e r e o f , may b e s t b e
u n d e r s t o o d
b y r e f e r e n c e
t o
t h e f o l l o W i n g d e s c r i p t i o n t a k e n i n c o n j u n c t i o n
W i t h
t h e
a c c o m p a n y i n g d r a W i n g s ,
i n
t h e s e v e r a l ? g u r e s
i n W h i c h
l i k e
r e f e r e n c e n u m e r a l s i d e n t i f y l i k e e l e m e n t s ,
a n d
i n W h i c h :
F I G .
1
i s
a
b l o c k d i a g r a m o f t h e s i g n a l p r o c e s s o r o f
t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n ;
F I G .
2
i s
a
s c h e m a t i c c i r c u i t diagram o f
a
p r e f e r r e d
embodiment o f
t h e
s i g n a l p r o c e s s o r o f
t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n ;
20
25
30
35
40
50
55
60
6 5
4
F I G .
3
i s
a s c h e m a t i c
c i r c u i t diagram o f
a p r e f e r r e d
embodiment o f a n i n p u t ? l t e r f o r t h e s i g n a l
p r o c e s s o r shoWn
i n
F I G S .
1 and ;
F I G .
4
i s
a
f r e q u e n c y
r e s p o n s e c u r v e
o f
t h e i n p u t ? l t e r
o f
t h e
b l o c k d i a g r a m
shoWn n t h e
s c h e m a t i c c i r c u i t d i a g r a m o f
F I G .
3 u n d e r s e l e c t e d
c i r c u i t
c o n d i t i o n s ;
F I G . 5
i s
a f r e q u e n c y r e s p o n s e c u r v e
o f
t h e i n p u t ? l t e r
shoWn
i n t h e s c h e m a t i c c i r c u i t d i a g r a m o f
F I G .
3 u n d e r
s e l e c t e d
c i r c u i t
c o n d i t i o n s ;
F I G .
6
i s
a
f r e q u e n c y r e s p o n s e
c u r v e
o f
t h e
i n p u t ? l t e r
shoWn
i n t h e s c h e m a t i c c i r c u i t d i a g r a m o f F I G . 3 u n d e r
s e l e c t e d c i r c u i t c o n d i t i o n s ;
F I G . 7 i s
a
f r e q u e n c y r e s p o n s e
c u r v e
o f
t h e i n p u t ? l t e r
shoWn
i n t h e s c h e m a t i c c i r c u i t
d i a g r a m
o f
F I G .
3 u n d e r
s e l e c t e d
c i r c u i t
c o n d i t i o n s ;
F I G .
8
i s
a s c h e m a t i c c i r c u i t diagram o f a p r e f e r r e d
embodiment o f a n a m p l i ? e r s t a g e
f o r
t h e
s i g n a l
p r o c e s s o r
shoWn i n
F I G . 2 ;
FIG. 9 i s a
s c h e m a t i c
c i r c u i t diagram
o f
an
a l t e r n a t e
embodiment o f a n
a m p l i ? e r s t a g e f o r
t h e
s i g n a l
p r o c e s s o r
shoWn i n F I G . 2 ;
F I G . 10
i s a f r e q u e n c y
r e s p o n s e
c u r v e
o f
t h e
a m p l i ? e r
s t a g e s
shoWn
n
t h e
s c h e m a t i c
c i r c u i t
d i a g r a m s o f F I G S .
8
a n d
9 ;
F I G .
1 1 i s a s c h e m a t i c c i r c u i t diagram
of
an
u t p u t
? l t e r
f o r
t h e
s i g n a l
p r o c e s s o r shoWn n
F I G . 1 ;
F I G . 1 2 i s
a
f r e q u e n c y r e s p o n s e c u r v e of
h e
o u t p u t ? l t e r
shoWn
i n t h e s c h e m a t i c c i r c u i t d i a g r a m o f FI G . 1 1 u n d e r
s e l e c t e d
c i r c u i t
c o n d i t i o n s ;
F I G .
1 3 i s a
b l o c k
diagram t h a t
i s
r e l a t e d t o t h e b l o c k
d i a g r a m
o f F I G . 1 , b u t W i t h
t h e
p r e f e r r e d f r e q u e n c y r e s p on s e s
o f
t h e
? r s t a n d s e c o n d
? l t e r s
i n s e r t e d i n t h e
r e s p e c t i v e
? l t e r
b l o c k s ;
F I G . 1 4
i s
an a l t e r n a t e
embodiment
o f t h e f r e q u e n c y
r e s p o n s e c u r v e f o r t h e ? r s t
? l t e r
k1 shoWn i n t h e
block
d i a
gram
o f
F I G . 1 ; a n d
F I G . 1 5 i s an a l t e r n a t e
embodiment
o f t h e f r e q u e n c y
r e s p o n s e c u r v e
f o r t h e
second
? l t e r
k2
shoWn
i n
t h e
b l o c k
d i a g r a m
o f
F I G . 1 .
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The p r e s e n t i n v e n t i o n
o f
a s i g n a l p r o c e s s i n g c i r c u i t , g e n
e r a l l y
d e s i g n a t e d
4 0 , i s s h o W n i n b l o c k
d i a g r a m
f o r m a t i n
F I G .
1 .
An n p u t s i g n a l
i s r e c e i v e d a t
an i n p u t t e r m i n a l
4 1 t o
a s m a l l
m a g n i t u d e
o u t p u t i m p e d a n c e s t a g e 4 3 .
S t a g e 4 3 p r e f
e r a b l y h a s a n
o u t p u t
i m p e d a n c e t h a t
i s
s i g n i ? c a n t l y s m a l l e r
t h a n
t h e
i n p u t
impedance of a
? r s t
? l t e r
k1 44 s o a s
n o t
t o
m a t e r i a l l y a f f e c t t h e
c o r n e r
f r e q u e n c i e s o f t h e ? r s t ? l t e r 4 4 .
F i r s t ? l t e r 4 4 i s a c o m p l e x ? l t e r W i t h m u l t i p l e u s e r - a d j u s t a b l e
c o r n e r f r e q u e n c i e s a n d
p a s s b a n d g a i n s .
The u t p u t
o f l t e r 4 4
i s
i n p u t i n t o a
? r s t
g a i n s t a g e
4 5 . The
o u t p u t
o f
t h e
? r s t
g a i n
s t a g e 4 5 i s i n p u t i n t o a s e c o n d g a i n s t a g e 4 6 .
The
u t p u t o f h e
s e c o n d g a i n s t a g e 4 6
i s
i n p u t i n t o a s e c o n d ? l t e r k 2 4 7 , Which
p r o v i d e s t h e o u t p u t
s i g n a l
o f t h e
s i g n a l
p r o c e s s i n g c i r c u i t 4 0
a t a
terminal
4 2 .
A
r e f e r r e d s c h e m a t i c f o r t h e
s i g n a l
p r o c e s s o r c i r c u i t
4 0
i s
shoWn
n
F I G . 2
W i t h
t h e b l o c k s i d e n t i ? e d i n F I G . 1 shoWn n
d a s h e d l i n e s a b o u t c e r t a i n components
o f
t h e
s c h e m a t i c
d i a
g r a m . The d e s i g n
and
o p e r a t i o n o f c i r c u i t 4 0 W i l l noW b e
f u r t h e r c o n s i d e r e d i n i t s
v a r i o u s
p o r t i o n s
c o r r e s p o n d i n g
t o
t h e
b l o c k s
43-47
shoWn i n
FIGS. 1 - 2 .
I n
g e n e r a l a n i n p u t s i g n a l ,
s u c h
a s
from
g u i t a r ,
i s b u f f e r e d
b y t h e l o W o u t p u t i m p e d a n c e s t a g e 4 3 b e f o r e p r e s e n t a t i o n t o
t h e
? r s t
? l t e r 4 4 . F o r e x a m p l e , a s shoWn i n F I G . 2 , t h e loW
o u t p u t
i m p e d a n c e s t a g e
4 3
may o n s i s t
o f
a n a m p l i ? e r 5 0
t h a t
i s c o n ? g u r e d
f o r
u n i t y g a i n . W h i l e n o t shoWn i n b l o c k
4 3 o f
-
8/16/2019 U.S. Pat. 8,084,679-Electronic Signal Processor-Jeff Arnold-Dec. 27, 2011
11/14
US
8 , 0 8 4 , 6 7 9 B2
5
F I G .
2 , i t may
l s o b e
d e s i r a b l e t o p r o v i d e l o W
p a s s
? l t e r i n g a t
t h e i n p u t t e r m i n a l 4 1 . F o r e x a m p l e , f r e q u e n c i e s
a b o v e
t h e
a u d i o b a n d ,
s u c h a s r a d i o f r e q u e n c y
i n t e r f e r e n c e
( R F I )
o r t h e
l i k e , m a y
be a t t e n u a t e d a t o r n e a r t h e i n p u t t o
a m p l i ? e r 5 0 .
F i r s t
? l t e r
4 4 shoWn i n F I G . 3 p r o v i d e s ? l t e r i n g
o f
t h e l o W
f r e q u e n c i e s i n t h e a u d i o
f r e q u e n c y r a n g e
t o p r e v e n t t h e g e n
e r a t i o n
o f
s i g n i ? c a n t
a m o u n t s
o f
l o W f r e q u e n c y i n t e r m o d u
l a t i o n ( I M D ) s i g n a l s , W h i c h may e s u l t f r o m t h e s u b s e q u e n t
a m p l i ? c a t i o n
b y t h e
? r s t
a n d
s e c o n d g a i n s t a g e s 4 5
a n d
4 6 .
F i r s t
? l t e r
4 4
r e c e i v e s i t s i n p u t
s i g n a l
f r o m t h e o u t p u t
o f
t h e
loW
impedance s t a g e 4 3
a t
a n
i n p u t t e r m i n a l 5 1 .
A e s i s t o r
52
a n d
a
c a p a c i t o r 5 3 ,
c o n n e c t e d i n
s e r i e s , r e c e i v e s i g n a l s
p r e s e n t on
n p u t
t e r m i n a l 5 1 . A n p p o s i t e t e r m i n a l
o f
c a p a c i
t o r 5 3
i s
r e f e r e n c e d t o
ground by
a r e s i s t o r 5 4 .
A i n g l e p o l e , m u l t i p l e t h r o W
s W i t c h
5 5 ,
W h i c h
may b e
a
r o t a r y
s W i t c h W i t h n
p o s i t i o n s ,
i s c o n n e c t e d
t o c a p a c i t o r 5 3
and r e s i s t o r 5 4 .
SWitch 55
s e l e c t s
one of n a p a c i t o r s , such s
c a p a c i t o r s
5 6 - 6 3
i n t h e e x a m p l e shoWn i n
F I G .
5 .
O p p o s i t e
ends of a p a c i t o r s 56-63 a r e connected o a common ode 6 5 .
A
o u b l e p o l e ,
d o u b l e throW
s W i t c h 75
s e l e c t s
one
of
tWo
n e t W o r k s
t h a t
a r e a l s o c o n n e c t e d
t o
node
6 5 .
I n t h e p o s i t i o n
shoWn i n F I G .
3 ,
s W i t c h 7 5 s e l e c t s
t h e ? r s t
netWork t h a t
i n c l u d e s a
p a i r
o f
r e s i s t o r s
6 6
and
6 8 .
R e s i s t o r
6 8
ma y
be
i n
t h e form of an a d j u s t a b l e r e s i s t o r o r p o t e n t i o m e t e r With
an
a d j u s t a b l e
t e r m i n a l 6 7 t o
c o n t r o l t h e
a m p l i t u d e o f
t h e
s i g n a l s
p r o v i d e d t h r o u g h
? l t e r 4 4 . I f s W i t c h 7 5
i s
i n t h e
o p p o s i t e
p o s i t i o n from
h a t
shoWn
i n
F I G . 3 , t h e s e c o n d n e t W o r k con
s i s t i n g
o f r e s i s t o r 7 0 ,
c a p a c i t o r
6 9 a n d v a r i a b l e r e s i s t o r
o r
p o t e n t i o m e t e r
7 3 i s s e l e c t e d .
T h i s
s e c o n d
n e t W o r k
a l s o
p r o
v i d e s c o n t r o l
o f
h e
a m p l i t u d e o f
h e
s i g n a l s p r o v i d e d t h r o u g h
? l t e r
4 4 b y
v a r y i n g
t h e
p o s i t i o n o f
t h e a d j u s t a b l e
t e r m i n a l
7 2
o f
v a r i a b l e r e s i s t o r
7 3 .
I n a d d i t i o n , c a p a c i t o r
6 9
p r o v i d e s
some
a d d i t i o n a l ? l t e r e f f e c t s
over
t h a t
of
t h e
? r s t netWork
c o n s i s t i n g o f r e s i s t o r s 6 6
a n d
6 8 .
W h i c h e v e r n e t W o r k
i s
s e l e c t e d by s W i t c h 7 5 p r o v i d e s t h e
s i g n a l s t h o u g h t h e
s e r i e s
c o n n e c t i o n
o f
a c a p a c i t o r
7 6
and a
r e s i s t o r
7 7
t o
t h e
i n v e r t i n g
i n p u t
o f a n
o p e r a t i o n a l
a m p l i ? e r
8 0 .
Op
amp
8 0
h a s i t s
n o n - i n v e r t i n g t e r m i n a l r e f e r e n c e d
t o
g r o u n d .
Op amp 8 0
a l s o
h a s
a
p a i r
o f d i o d e s 8 1
a n d
8 2
o p p o s i t e l y
p o l e d
b e t W e e n
t h e
o u t p u t
t e r m i n a l a n d t h e i n v e r t
i n g t e r m i n a l o f
o p
amp 8 0 t o k e e p o p
amp 8 0
f r o m b e i n g
o v e r d r i v e n . A
e s i s t o r 84 and
a c a p a c i t o r
83 a r e
a l s o
con
n e c t e d
a s f e e d b a c k
c o m p o n e n t s ,
i n
p a r a l l e l
W i t h
d i o d e s
8 1 - 8 2 , b e t W e e n t h e o u t p u t t e r m i n a l a n d i n v e r t i n g t e r m i n a l
o f
o p amp 8 0 . Op amp 8 0 a l s o
p r o v i d e s t h e
o u t p u t s i g n a l o f ? r s t
? l t e r 44
a t
an
o u t p u t
t e r m i n a l 8 5 .
F i r s t
? l t e r 4 4 p r o v i d e s d i f f e r e n t
r a t e s
o f s i g n a l g a i n
o r
a t t e n u a t i o n o v e r d i f f e r e n t f r e q u e n c y r a n g e s . I n t h e i l l u s t r a t e d
embodiment
of
r s t ? l t e r 4 4 ,
t h e r e
a r e
f o u r
comer r e q u e n c i e s
f 1 , f 2 , f 3
a n d
4 , W h e r e
e a c h c o r n e r
f r e q u e n c y i s
d e ? n e d
b y
t h e
knoWn
e q u a t i o n
f I l / ( 2 J E R C )
a n d W h e r e R
s
t h e
e f f e c t i v e
r e s i s t a n c e
a t
t h e
f r e q u e n c y
o f i n t e r e s t ,
C i s
t h e
e f f e c t i v e
c a p a c i t a n c e a t
t h e
f r e q u e n c y
o f i n t e r e s t and a t
i s
t h e
W e l l
knoWn
value
of3.l4l5
..
FIGS. 4
t h r o u g h 7
i l l u s t r a t e t h e d i f f e r e n t
e f f e c t s
t h a t a r e
p r o v i d e d
by
h e
? r s t ? l t e r
4 4 . W h i l e F I G S . 4 - 7 , 1 0 a n d 1 2 d o
n o t h a v e
a
s c a l e a l o n g
t h e
f r e q u e n c y
a x i s ,
i t W i l l b e u n d e r
s t o o d
t h a t
t h e s e f r e q u e n c y r e s p o n s e
c h a r t s
g e n e r a l l y c o v e r
t h e
f r e q u e n c y r a n g e o f a b o u t 0 H Z o 2 0
KHZ,
Which i n c l u d e s t h e
a u d i o f r e q u e n c y r a n g e ,
Which
s
o f t e n
s p e c i ? e d a s 20 H Z o 20
KHZ.
As
W i l l b e
p r e s e n t e d
more
f u l l y b e l o W ,
t h e f r e q u e n c y
r e s p o n s e
o f
t h e
? r s t ? l t e r
4 4 d e p e n d s
upon
Which o f c a p a c i
t o r s 5 6 - 6 3 i s s e l e c t e d
by
s W i t c h 5 5 , t h e ? r s t
o r
s e c o n d
netWork
s e l e c t e d b y
s W i t c h
7 5 , a n d
t h e p o s i t i o n
o r
a d j u s t m e n t
s e l e c t e d
f o r
p o t e n t i o m e t e r s 6 8 o r
7 3 . I r r e s p e c t i v e
o f t h e s e s e l e c t i o n s ,
t h e
g a i n
v e r s u s f r e q u e n c y
g r a p h s
shoWn
n
F I G S . 4 - 7 W i l l , i n
g e n e r a l , h a v e a s l o p e
o f
8
d b / o c t a v e
i n a
? r s t f r e q u e n c y
band
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
6
from
H Z o f 1 ,
1 2 d b / o c t a v e i n a
s e c o n d f r e q u e n c y
band from
f 1 t o
f 2 , 6 d b / o c t a v e i n a t h i r d f r e q u e n c y
band
from
2 t o f 3 ,
0
d b / o c t a v e
i n a f o u r t h f r e q u e n c y band ( W h i c h may a l s o b e
r e f e r r e d
t o
a s a p a s s b a n d ) from
f 3
t o f 4 , and
—6
d b / o c t a v e
f o r
f r e q u e n c i e s a b o v e f 4 .
F i l t e r s ,
s u c h
a s t h e ? r s t ? l t e r
4 4
t h a t e x h i b i t s a s l o p e o f
1 8
d b / o c t a v e i n
t h e
l o W e r
f r e q u e n c y
r a n g e s and
p a s s b a n d
o f 0
d b / o c t a v e i n t h e
h i g h e r f r e q u e n c y r a n g e s
a r e a l s o
knoWn i n
t h e a r t
a s
t h i r d
o r d e r h i g h p a s s ? l t e r s .
I n t h e
example
o f F I G .
6 ,
t h e r e i s a d d i t i o n a l l y
a
h i g h f r e q u e n c y r o l l o f f o f
— 6
d b / o c
t a v e
above
t h e comer
f r e q u e n c y f 4 . T h u s ,
a
? l t e r W i t h t h e
f r e q u e n c y r e s p o n s e c u r v e shoWn i n F I G . 4 c o u l d a l s o
b e
r e f e r r e d t o a s
a
t h i r d o r d e r h i g h p a s s ? l t e r W i t h h i g h
f r e q u e n c y
r o l l o f f .
F I G . 4 i l l u s t r a t e s t h e e f f e c t s o f v a r y i n g t h e p a s s b a n d g a i n
W i t h
p o t e n t i o m e t e r s 6 8 o r
7 3 ,
d e p e n d i n g upo n Which o f t h e
n e t W o r k s i s
s e l e c t e d by s W i t c h
7 5 . I n f r e q u e n c y r e s p o n s e
g r a p h 1 3 0 , t h e g a i n
i s
s e t h i g h e r
t h a n
i n t h e g r a p h 1 3 1 . Of
c o u r s e ,
i f p o t e n t i o m e t e r 6 8 i s s e t a t f o r
a
h i g h e r g a i n v a l u e
t h a n p o t e n t i o m e t e r 7 3 ,
t h e
u s e r m a y s W i t c h
from
h i g h e r t o
l o W e r g a i n a n d , h e n c e , f r o m h i g h e r t o l o W e r v o l u m e )
b y
c h a n g i n g
s W i t c h
7 5 from
h e
p o s i t i o n
shoWn
i n
F I G .
3 t o t h e
o p p o s i t e
p o s i t i o n ,
a n d
v i c e
v e r s a .
To
h i s
e n d ,
s W i t c h
7 5
may
be
a
f o o t - o p e r a t e d s W i t c h . A s i l l u s t r a t e d i n F I G .
4 ,
t h e
c h a n g e s i n g a i n t e n d t o
h a v e
g r e a t e r a f f e c t
on
h o s e
f r e q u e n c y
bands t h a t a r e l e s s
a t t e n u a t e d , s u c h a s
t h o s e
f r e q u e n c i e s
t h a t
l i e
b e t W e e n
f 2
t o beyond
4 .
I f
e i t h e r
o f p o t e n t i o m e t e r s 6 8 ,
7 3
a r e
a d j u s t e d
by
moving
h e a d j u s t a b l e
t e r m i n a l 6 7 o r 7 2 t o i t s
l o W e r m o s t p o s i t i o n , t h e
s i g n a l W i l l
b e
c o m p l e t e l y
a t t e n u a t e d
s i n c e l o W e r p o l e
o f
s W i t c h 7 5
i s
r e f e r e n c e d t o g r o u n d .
T h u s ,
p o t e n t i o m e t e r s
6 8 , 7 3
p r o v i d e
a b r o a d
r a n g e
o f
s i g n a l
a t t e n u
a t i o n .
F I G . 5
i l l u s t r a t e s t h e a b i l i t y t o c h a n g e t h e g a i n c h a r a c t e r
i s t i c s o f h o s e p o r t i o n s o f h e f r e q u e n c y r e s p o n s e c u r v e
beloW
f r e q u e n c y
f 3 , i n c l u d i n g
t h e f r e q u e n c y o f h e
c o r n e r
f r e q u e n c y
f 3 . T h i s i s
a c c o m p l i s h e d
b y
c h a n g i n g
t h e p o s i t i o n
o f
s W i t c h
55 t o
s e l e c t one of c a p a c i t o r s
5 6 - 6 3 .
C a p a c i t o r s
5 6 - 6 3
a r e
s e l e c t e d
t o
b e o f
d i f f e r e n t
c a p a c i t i v e v a l u e s
t o
p r o v i d e
d i f f e r
e n t f r e q u e n c y r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s . F I G . 5 shoWs
t h r e e
d i f f e r e n t f r e q u e n c y r e s p o n s e g r a p h s 1 3 2 - 1 3 4
f o r t h r e e d i f f e r
e n t c a p a c it i v e
v a l u e s .
Of o u r s e , W i t h n a p a c i t o r s o f d i f f e r e n t
c a p a c i t i v e
v a l u e , n
d i f f e r e n t
f r e q u e n c y
r e s p o n s e c u r v e s W i l l
r e s u l t
i n s t e a d
o f t h e t h r e e shoWn i n
F I G .
5 . Note
a l s o
t h a t
c h a n g i n g t h e c a p a c i t i v e v a l u e W i t h s W i t c h 5 5
W i l l a l s o
a f f e c t
t h e c o r n e r f r e q u e n c y f 3 . I n t h e example
s h o W n , comer
f r e
quency B 1 1 i s
a s s o c i a t e d
W i t h f r e q u e n c y r e s p o n s e c u r v e
1 3 2 ,
c o r n e r f r e q u e n c y B I ) i s a s s o c i a t e d W i t h f r e q u e n c y r e s p o n s e
c u r v e
133
and
comer
f r e q u e n c y
Be
s a s s o c i a t e d
With f r e
quency
r e s p o n s e c u r v e 1 3 4 .
I n g e n e r a l ,
a
l o W e r c a p a c i t i v e
v a l u e
f o r
one
of
t h e c a p a c i t o r s 56-63
W i l l cause
t h e comer
f r e q u e n c i e s
f 1 ,
f 2 a n d f 3 t o s h i f t
t o W a r d
h i g h e r
f r e q u e n c i e s .
F o r e x a m p l e , i n
o r d e r
t o p r o v i d e a r a n g e o f
f f e c t s t h r o u g h
t h e
s e l e c t i o n
of
one o f
t h e n
c a p a c i t o r s With s W i t c h 55 f o r a u d i o
s i g n a l a p p l i c a t i o n s ,
t h e c a p a c i t o r
W i t h
t h e l o W e s t v a l u e p r e f
e r a b l y
moves t h e 1 2 d b / o c t a v e
s l o p e
up t o
a b o u t
4
t o
5
KHZ.
On h e o t h e r h a n d , t h e c a p a c i t o r
W i t h
t h e h i g h e s t
c a p a c i t i v e
v a l u e
s e l e c t e d
by s W i t c h 5 5 p r e f e r a b l y moves
t h e
1 2 d b / o c
t a v e s l o p e
doWn
o a b o u t 3 0
H Z .
T h u s , t h e
l o W e r
f r e q u e n c i e s
t h a t t h e
1 2 d b / o c t a v e p o r t i o n o f
t h e f r e q u e n c y r e s p o n s e
c u r v e
o p e r a t e s on
can
range from about 30 HZ o about 5
KHZ. The
a c t u a l s e l e c t i o n
W i l l depend
upon
h e
p r e f e r e n c e s
o f t h e u s e r .
F I G .
6 i l l u s t r a t e s t h e
a b i l i t y t o c h a n g e
t h e
g a i n c h a r a c t e r
i s t i c s o f t h a t p o r t i o n o f t h e f r e q u e n c y r e s p o n s e c u r v e a b o v e
t h e
comer
r e q u e n c y
f 4 .
The e e d b a c k c o m p o n e n t s ,
c a p a c i t o r
8 3 and r e s i s t o r
8 4 , a c r o s s
op amp 80 n o r m a l l y
d e t e r m i n e
t h e
f r e q u e n c y
o f comer
f r e q u e n c y
f 4 a When s W i t c h
7 5
i s
i n t h e
p o s i t i o n shoWn
i n F I G . 3 .
T h i s r e s u l t s
i n
t h e
f r e q u e n c y
-
8/16/2019 U.S. Pat. 8,084,679-Electronic Signal Processor-Jeff Arnold-Dec. 27, 2011
12/14
US
8 , 0 8 4 , 6 7 9 B2
7
r e s p o n s e
g r a p h
s h o w n b y
g r a p h
1 3 6 . H o w e v e r , when s w i t c h
7 5 i s i n t h e
o p p o s i t e p o s i t i o n
t o t h a t
shown
n F I G . 3 , c a p a c i t o r
6 9 w i l l
change
t h e
f r e q u e n c y r e s p o n s e
t o a g r a p h s u c h a s
g r a p h 1 3 5 i n F I G .
6 .
N o t e
t h a t i n
g r a p h
1 3 5 , c a p a c i t o r 6 9 a l s o
c a u s e s an i n c r e a s e
i n
t h e comer frequency f 4 b above
t h a t
of
f 4 a ,
a n d
a n
i n c r e a s e
i n
t h e
h i g h e r
f r e q u e n c y
g a i n
a b o v e
t h a t o f
g r a p h
1 3 6 .
F I G .
7
i s
a c o m p o s i t e o f t h e f r e q u e n c y r e s p o n s e g r a p h s o f
FIGS.
4 - 6 . The f r e q u e n c y s h i f t s o f
some
o f t h e comer
f r e
q u e n c i e s h a v e n o t
been l l u s t r a t e d , a s i n F I G S . 4 - 6 , f o r p u r
p o s e s o f
s i m p l i f y i n g t h i s
c o m p o s i t e
g r a p h .
I t w i l l
t h u s b e
a p p r e c i a t e d
t h a t t h e a b o v e - d e s c r i b e d d i f f e r i n g t e c h n i q u e s f o r
c u s t o m i Z i n g t h e f r e q u e n c y
r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s
o f h e ? r s t
? l t e r 4 4 p r o v i d e t h e
a b i l i t y t o c u s t o m i Z e
o r
?ne
t u n e
any
p o r t i o n o f t h e
a u d i o f r e q u e n c y
s p e c t r u m ,
a s
d e s i r e d b y t h e
user.
The p r e f e r r e d embodiment o f a n a m p l i ? e r
f o r
t h e ? r s t g a i n
s t a g e 4 5 i n F I G . 3
i s shown
i n F I G . 8 . An n p u t t e r m i n a l 8 8
o f
t h e
? r s t
g a i n s t a g e 4 5
p a s s e s
i n p u t
s i g n a l s t h r o u g h
a r e s i s t o r
89 and
a
c a p a c i t o r 90 t o
a
node 9 7 .
Node 97
s
connected v i a
a feedback
r e s i s t o r
91 t o t h e o u t p u t t e r m i n a l of an op amp 98
and
v i a a
r e s i s t o r
96
t o
t h e i n v e r t i n g i n p u t
o f op
amp
9 8 .
The
n o n - i n v e r t i n g
i n p u t
o f o p amp 9 8 i s
r e f e r e n c e d
t o g r o u n d .
Feedback o m p o n e n t s , i n c l u d i n g
a c a p a c i t o r
94 and r e s i s t o r
9 5 , a r e c o n n e c t e d f r o m t h e
i n v e r t i n g
i n p u t t o t h e
o u t p u t
o f
o p
amp 9 8 .
O p p o s i t e l y
p o l e d
d i o d e s
9 2 a n d 9 3 , a l s o
c o n n e c t e d
f r o m t h e i n v e r t i n g
i n p u t
t o
t h e
o u t p u t
o f
o p
amp
9 8 ,
k e e p t h e
o p amp o u t p u t a m p l i t u d e l i m i t e d . D i o d e s
9 2 - 9 3
c l i p sym
m e t r i c a l l y
and h e r e f o r e t e n d t o l i m i t t h e amount o f
d i s t o r t i o n
when
h e op amp 98 s o v e r d r i v e n . Diodes
9 2 - 9 3
a l s o t e n d t o
p r o v i d e
some o n l i n e a r
d i s t o r t i o n s u c h
a s h y s t e r e s i s
when op
amp 9 8
i s
o v e r d r i v e n
s i n c e
t h e f e e d b a c k c a p a c i t o r 9 4 w i l l b e
c h a r g e d b y c o n d u c t i o n o f d i o d e s 9 2 - 9 3 .
H o w e v e r ,
when
d i o d e s 9 2 - 9 3
become
o n - c o n d u c t i v e ,
t h e
i m p e d a n c e s e e n
by
f e e d b a c k
c a p a c i t o r 9 4
i n c r e a s e s a n d
c a p a c i t o r 9 4
t a k e s l o n g e r
t o d i s c h a r g e . T h u s , t h e ? r s t
f e e d b a c k
c i r c u i t c o n s i s t i n g o f
d i o d e s
9 2 - 9 3 , c a p a c i t o r
9 4
a n d r e s i s t o r
9 5
o p e r a t e s
i n
two
d i f f e r e n t i m p e d a n c e m o d e s ,
d e p e n d i n g
u p o n w h e t h e r
d i o d e s
92-93 a r e
conductive or
non-conductive.
T h e a m p l i ? e r e m b o d i m e n t o f F I G . 8 h a s s u p e r i o r
p e r f o r
mance c h a r a c t e r i s t i c s when used i n s i g n a l p r o c e s s o r s f o r
g u i t a r s . I t i s d e s i r a b l e f o r t h e b e s t t o n a l c h a r a c t e r i s t i c s r e s u l t
i n g
f r o m c l i p p i n g c a u s e d
b y g a i n
s t a g e
4 5 , w h e n
o v e r d r i v e n ,
t h a t t h e
c l i p p i n g n o t
b e
s y m m e t r i c a l . T o
t h i s e n d , a
s e c o n d
f e e d b a c k c i r c u i t , c o n s i s t i n g o f
e s i s t o r s
8 9
a n d
9 1
a n d
c a p a c i
t o r 9 0 , c r e a t e s a d d i t i o n a l n o n l i n e a r d i s t o r t i o n
s u c h
a s h y s t e r
e s i s i n t h e
r e s p o n s e o f
t h e
g a i n s t a g e 4 5 .
R e s i s t o r
9 6 p r o v i d e s
some i n t e r a c t i o n between h e
? r s t f e e d b a c k c i r c u i t
c o n s i s t i n g
o f
e s i s t o r 9 5 , c a p a c i t o r
9 4
a n d d i o d e s 9 2 - 9 3 , a n d t h e
s e c o n d
feedback
i r c u i t . T h i s
a d d i t i o n a l
n o n l i n e a r d i s t o r t i o n
such a s
h y s t e r e s i s p r o v i d e s
f u r t h e r d i s t o r t i o n o f t h e i n p u t s i g n a l b y
g a i n s t a g e 4 5 when h e o p amp 9 8 i s o v e r d r i v e n .
A
i m p l i ? e d g a i n
s t a g e , g e n e r a l l y
d e s i g n a t e d
4 8 ,
i s
s h o w n
i n
F I G .
9 , may
e
u s e d
i n p l a c e
o f t h e
g a i n s t a g e
4 5 o f F I G . 8 ,
i f d e s i r e d . S i m p l i ? e d
g a i n
s t a g e
4 8 i s
s i m i l a r i n s t r u c t u r e
a n d
o p e r a t i o n t o
g a i n
s t a g e 4 5 ,
e x c e p t t h a t r e s i s t o r s 9 1
a n d 9 6
o f
g a i n s t a g e 45 t h a t form
a
p o r t i o n
o f
an a d d i t i o n a l f e e d b a c k
l o o p a b o u t
op
amp
98
i n F I G . 8 a r e e l i m in a t e d . T h u s , t h e
o p e r a t i o n
o f
g a i n s t a g e 4 8 i s s i m i l a r
i n
o p e r a t i o n t o t h e
o p
amp
80 i n t h e ? r s t ? l t e r 4 4 , a s
d e s c r ib e d a b o v e .
T h e g a i n s t a g e s e m p l o y e d i n
t h e s e c o n d
g a i n
s t a g e
4 6 i n
F I G .
1 a r e
p r e f e r a b l y
s i m i l a r t o t h o s e u s e d i n
t h e ? r s t
g a i n
s t a g e , and
s
shown
i n
F I G .
8
o r F I G . 9 .
However,
t h e
second
g a i n
s t a g e
may h a v e p a i r s o f
d i o d e s
1 0 4 - 1 0 5
a n d
1 0 6 - 1 0 7
o p p o s i t e l y p o l e d a c r o s s t h e op amp 112 a s shown i n t h e
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
8
c o m p l e t e
s c h e m a t i c
o f F I G . 2
t o
a l l o w f o r g r e a t e r a m p l i t u d e
s i g n a l s
b e f o r e t h e d i o d e s
1 0 4 - 1 0 7 become
p e r a t i v e a n d
l i m i t
t h e o u t p u t a m p l i t u d e .
Second
a i n s t a g e
46
s c o n n e c t e d i n
s e r i e s o r
c a s c a d e w i t h
t h e
? r s t
g a i n s t a g e
4 5 . E a c h o f
g a i n
s t a g e s 4 5 , 4 6 p r e f e r a b l y
h a s a
g a i n
o f g r e a t e r t h a n
o n e
and
s
n o m i n a l l y i n v e r t i n g .
The
f r e q u e n c y
r e s p o n s e f o r g a i n
s t a g e s 4 5
o r 4 6 i s shown
by a
g r a p h 137
n F I G . 1 0 ,
and
a s a
l o w e r c o r n e r
f r e q u e n c y f 1
and
a
h i g h e r comer f r e q u e n c y f 1 . From 0 H Z o f 1 ,
t h e
s l o p e i s
6
d b / o c t a v e . From
1
t o f h , which
s
t h e p a s s b a n d , t h e
s l o p e
i s 0
d b /
o c t a v e .
At
r e q u e n c i e s a b o v e f h ,
t h e s l o pe
i s
— 6 d b / o c t a v e .
T h e s e c o n d
? l t e r
s t a g e ,
g e n e r a l l y d e s i g n a t e d
4 7 ,
i s
s h o w n
i n
F I G .
1 1 .
A n n p u t t e r m i n a l
1 1 6
r e c e i v e s
i n p u t
s i g n a l s f r o m
t h e o u t p u t t e r m i n a l o f h e s e c o n d
g a i n
s t a g e 4 6 . I n p u t t e r m i n a l
116 s
connected
i a a r e s i s t o r 117 and a p a c i t o r 118 o a node
122.A e s i s t o r
119 and c a p a c i t o r 120
r e connected n
s e r i e s
between node 1 2 2 and
g r o u n d . Node 1 2 2
i s a l s o
c o n n e c t e d
v i a a r e s i s t o r
121
t o
another
node
1 2 7 .
A e s i s t o r
123
and a
c a p a c i t o r 124 a r e
c o n n e c t e d
i n
s e r i e s
between node 1 27
and
g r o u n d .
A l s o s e p a r a t e l y c o n n e c t e d i n
p a r a l l e l
b e t w e e n
n o d e
127 and ground
r e
a c a p a c i t o r 125 and p o t e n t i o m e t e r 1 2 6 .
The v a r i a b l e w i p e r arm o f p o t e n t i o m e t e r
1 2 6
i s c o n n e c t e d t o
t h e o u t p u t t e r m i n a l
4 2
o f
t h e
s i g n a l
p r o c e s s o r
4 0
o f F I G .
2 .
P o t e n t i o m e t e r 126
m a y
u n c t i o n a s
t h e volume
c o n t r o l
f o r
t h e
s i g n a l
p r o c e s s o r .
The
s e c o n d ? l t e r 47 m a y h a v e a complex f r e q u e n c y
r e s p o n s e a s
shown by
t h e g r a p h 1 3 8 i n F I G . 1 2 .
Graph
1 3 8
may a v e
s i x p o s i t i v e
c o r n e r f r e q u e n c i e s , f 5 , f 6 ,
f 7 ,
f 8 ,
f 9
a n d
f 1 0 , i n o r d e r o f i n c r e a s i n g f r e q u e n c y .
From
0 H Z t o
comer
f r e q u e n c y
f 5 ,
t h e
s l o p e
i s 6
d b / o c t a v e ;
f r o m c o r n e r f r e q u e n c y
f 5
t o
comer
f r e q u e n c y
f 6 ,
t h e
s l o p e
i s 0 d b / o c t a v e ; f r o m
c o r n e r
f r e q u e n c y f 6 t o
comer
f r e q u e n c y f 7 , t h e
s l o p e
i s — 6
d b /
o c t a v e ; from comer f r e q u e n c y
f 7
t o c o r n e r
f r e q u e n c y
f 8 ,
t h e s l o p e i s
—
2
d b /
o c t a v e ; from comer frequency f 8 t o comer
f r e q u e n c y f 9 , t h e s l o p e i s — 6
d b / o c t a v e ;
f r o m c o r n e r f r e
q u e n c y f 9 t o c o r n e r f r e q u e n c y f 1 0 , t h e s l o p e i s 0 d b / o c t a v e ;
a n d
a b o v e
comer
f r e q u e n c y
f 1 0 , t h e s l o p e i s — 6 d b / o c t a v e .
C a p a c i t o r
118
c r e a t e s
t h e
low
f r e q u e n c y
r o l l o f f
below
comer
f r e q u e n c y
f 5 , a n d c a p a c i t o r
1 2 5
c r e a t e s t h e
h i g h f r e q u e n c y
r o l l o f f above c o r n e r f r e q u e n c y f 1 0 .
F I G .
1 3 i s a
b l o c k
diagram t h a t
i s r e l a t e d t o
t h e
b l o c k
d i a g r a m s h o w n
i n F I G . 4 , b u t w i t h
t h e
p r e f e r r e d f r e q u e n c y
r e s p o n s e s o f
t h e
? r s t and s e c o n d ? l t e r s 4 4 , 47 shown i n t h e
? l t e r
b l o c k s .
I n a d d i t i o n , t h e
two
g a i n s t a g e s
4 5 - 4 6
a r e
shown
combined
i n
F I G . 1 3
i n t o a s i n g l e
s t a g e .
While p r e f e r r e d
embodiments o f t h e c i r c u i t r y f o r t h e ? l t e r s 4 4 , 4 7 h a v e b e e n
p r e s e n t e d a b o v e
i n
F I G S . 3 a n d
1 1 ,
i t w i l l b e
a p p r e c i a t e d
b y
t h o s e s k i l l e d i n t h e a r t t h a t t h e s e ? l t e r s c o u l d be
a c t i v e
o r
p a s s i v e a n d
p r o v i d e t h e
d e s i r e d f r e q u e n c y r e s p o n s e c u r v e s .
I n
a c c o r d a n c e w i t h
o n e
a s p e c t
o f
t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n , a t
l e a s t
1 2 d b / o c t a v e i s
u s e d i n t h e
l o w e r f r e q u e n c i e s
o f t h e
a u d i o
s p e c t r u m
t o p r o v i d e
g r e a t e r
a t t e n u a t i o n
o f
t h e
l o w e r a u d i o
f r e q u e n c i e s .
T h i s
h e l p s m i n i m i Z e
t h e p r o d u c t i o n
o f l o w e r
f r e q u e n c y
i n t e r m o d u l a t i o n
d i s t o r t i o n
( I M D ) f r e q u e n c y p r o d
u c t s ,
a s p r e v i ou s l y d i s c u s se d a b o v e ,
b y
t h e
s i g n i ? c a n t
g a i n
o f
t h e g a i n
s t a g e s 4 5 - 4 6 .
T h i s a v o i d s t h e commonly known
m u d d y s o u n d p r o d u c e d
b y
p r i o r a r t
a m p l i ? e r s .
The g a i n s t a g e s 4 5 - 4 6
may
e
combined
n t o a s i n g l e g a i n ,
o r
c o n s t i t u t e
a p l u r a l i t y o f i n d i v i d u a l g a i n s t a g e s c o u p l e d
t o g e t h e r i n t h e known c a s c a d e c o n ? g u r a t i o n .
T h e
d i s t o r t i o n
p r o d u c e d
may b e
m o d i ? e d
b y
p r o v i d i n g
some o f f s e t v o l t a g e t o t h e o p e ra t i o n a l a m p l i ? e r s ,
s u c h a s
by
r e f e r e n c i n g t h e n o n - i n v e r t i n g i n p u t s t o o p amps 9 8 a n d 1 1 2 i n
FIGS.
2 and 8 - 9
t o a r e f e r e n c e ( b i a s )
v o l t a g e
i n s t e a d
o f
t o
g r o u n d .
Such u s e
o f
b i a s v o l t a g e
may b e n e c e s s a r y
i f t h e
o p
a m p s h a v e
u n e q u a l
p o s i t i v e a n d n e g a t i v e s u p p l y v o l t a g e s .
These op
amps 9 8 and 112 o p e r a t e
l i n e a r l y
s o
l o n g
a s t h e y a r e
-
8/16/2019 U.S. Pat. 8,084,679-Electronic Signal Processor-Jeff Arnold-Dec. 27, 2011
13/14
US
8 , 0 8 4 , 6 7 9 B2
n o t
o v e r d r i v e n .
As
p r e v i o u s l y d i s c u s s e d , i f t h e o p
amps
9 8
and 112 a r e
o v e r d r iv e n , t h e
f e e d b a c k
d i o d e s
9 2 - 9 3 and 104
1 0 7
W i l l b e r e n d e r e d
c o n d u c t i v e . T h u s , i n t h e p r e f e r r e d
e m b o d i m e n t o f t h e
i n v e n t i o n , n o n - l i n e a r i t y o f
t h e g a i n
s t a g e s
r e s u l t s
When
t h e s e
n o r m a l l y n o n c o n d u c t i v e d i o d e s
become
c o n d u c t i v e . T h e s e n o n - l i n e a r i t i e s m a y b e m o d i ? e d , i f
d e s i r e d ,
by
f f s e t b i a s i n g o f t h e o p amps 9 8 a n d 1 1 2 , s u c h a s
by b i a s i n g t h e n o n - i n v e r t i n g
i n p u t s a t
a n o n Z e r o r e f e r e n c e
v o l t a g e .
An l t e r n a t i v e f r e q u e n c y r e s p o n s e c u r v e
1 4 1 i s
shoWn i n
F I G .
1 4 f o r t h e
? r s t
? l t e r 4 4 , i n s t e a d
o f
t h e
f r e q u e n c y
r e s p o n s e s shoWn n F I G S . 4 - 7 .
I n h i s
e m b o d i m e n t ,
f r e q u e n c y
r e s p o n s e c u r v e 141
h a s
a s l o p e of 1 2 d b / o c t a v e a t t h e l o W e s t
f r e q u e n c i e s i n s t e a d o f 1 8 d b / o c t a v e beloW t h e comer
f r e
quency
1
i n FIGS. 4 - 7 . Curve 141 a l s o
d o e s
n o t h a v e t h e h i g h
f r e q u e n c y r o l l o f f
o f
— 6 d b / o c t a v e f o r t h e
h i g h e r
f r e q u e n c i e s ,
such
a s above t h e
comer f r e q u e n c y f 4
i n FIGS.
4 - 7 .
Charac
t e r i s t i c s o f c u r v e 1 4 1 c a n b e p r o v i d e d by e l i m i n a t i n g c a p a c i
t o r s 53 and 83 i n
t h e s c h e m a t i c o f
? l t e r
44
i n
F I G . 3 .
For
e x a m p l e , s h o r t c i r c u i t i n g o f
c a p a c i t o r 5 3
W i l l e l i m i n a t e
t h e
a d d i t i o n a l
6 d b / o c t a v e o f s l o p e
a t
t h e l o W e s t f r e q u e n c i e s o f
i n t e r e s t , t h e r e b y
a l s o e l i m i n a t i n g
t h e c o m e r
f r e q u e n c y
f 1 .
E l i m i n a t i o n
o f
c a p a c i t o r
8 3
W i l l a l s o
e l i m i n a t e
t h e c o r n e r
f r e q u e n c y f 4 i n
F I G S . 4 - 7 and
t h e —6
d b / o c t a v e
r o l l o f f f o r
f r e q u e n c i e s
a b o v e f 4 . H o W e v e r , s i n c e
c a p a c i t o r 8 3
a l s o c o n
t r i b u t e s t o
t h e
s t a b i l i t y o f
op
amp
8 0 , i t
may b e d e s i r a b l e t o
s i m p l y
d e c r e a s e t h e c a p a c it i v e v a l u e
o f
c a p a c i t o r
8 3
s u c h t h a t
t h e comer f r e q u e n c y f 4 i s a b o v e t h e
f r e q u e n c i e s
o f i n t e r e s t ,
a n d
W h i c h
e f f e c t i v e l y i n c r e a s e s t h e p a s s b a n d
o f 0
d b / o c t a v e
s l o p e . A r s t
? l t e r
4 4 W i t h t h e f r e q u e n c y r e s p o n s e c h a r a c t e r
i s t i c s
o f F I G .
1 4 ,
i n s t e a d o f W i t h t h e
f r e q u e n c y r e s p o n s e
c h a r a c t e r i s t i c s o f F I G S .
4 - 7 , W i l l
p r o v i d e
s u f ? c i e n t
a t t e n u a
t i o n
o f
h e
l o W e r
f r e q u e n c i e s
p r i o r
t o a m p l i ? c a t i o n
b y
t h e g a i n
s t a g e s 4 5 - 4 6 t o m i n i m i Z e IMD f r e q u e n c y p r o d u c t s i n many
a p p l i c a t i o n s .
An l t e r n a t i v e f r e q u e n c y r e s p o n s e c u r v e 142
i s
shoWn i n
F I G . 1 5
f o r
t h e s e c o n d ? l t e r 4 7 , i n s t e a d
o f
t h e
f r e q u e n c y
r e s p o n s e c u r v e 138
shoWn
i n
F I G .
1 2 .
I n
t h i s
embodiment,
f r e q u e n c y r e s p o n s e c u r v e 142 a s a s l o p e
of 0
d b / o c t a v e
a t
t h e
l o W e s t f r e q u e n c i e s i n s t e a d
o f
6 d b / o c t a v e beloW t h e c o r n e r
f r e q u e n c y
f 5 i n
F I G .
1 2 . Curve
142 a l s o d o e s
n o t
h a v e
t h e
h i g h f r e q u e n c y r o l l o f f
o f — 6
d b /
c t a v e
f o r
t h e h i g h e r f r e q u e n
c i e s ,
s u c h
a s above t h e comer f r e q u e n c y
f 1 0
i n F I G . 1 2 .
A
? l t e r h a v i n g t h e
f r e q u e n c y r e s p o n s e c u r v e
shoWn n F I G . 1 5
i s
knoWn s a loW p a s s ? l t e r .
I f
t h e
s l o p e
above h e loW f r e q u e n
c i e s i s —l2 d b / o c t a v e
f o r
n : 2 , t h e ? l t e r m a y be r e f e r r e d t o a s
a second o r d e r loW p a s s
? l t e r .
The
r e q u e n c y r e s p o n s e c u r v e
138 i n
F I G . 1 2
m a y e e a s i l y
modi?ed
t o resemble
t h e f r e q u e n c y r e s p o n s e c u r v e 142
i n
F I G . 1 5 b y e l i m i n a t i n g t h e l o W f r e q u e n c y r o l l o f f c a p a c i t o r
1 1 8 f r o m t h e
s c h e m a t i c
shoWn i n F I G . 1 1 a n d
by e l i m i n a t i n g
t h e h i g h
f r e q u e n c y r o l l o f f
c a p a c i t o r 1 2 5 . T h i s
W i l l
a l s o e l i m i
n a t e t h e c o r n e r f r e q u e n c i e s f 5 and
f 1 0
shoWn
i n
F I G . 1 2 .
A l t e m a t e l y ,
c a p a c i t o r
1 2 5 may b e d e c r e a s e d i n v a l u e s u c h
t h a t
t h e
c o r n e r f r e q u e n c y
f 1 0
i s moved o
a
h i g h e r f r e q u e n c y
b e y o n d t h e
f r e q u e n c y
r a n g e shoWn i n F I G .
1 2 .
W h i l e
p a r t i c u l a r
embodiments o f t h e i n v e n t i o n h a v e
b e e n
shoWn and
d e s c r i b e d ,
i t W i l l be o b v i o u s t o t h o s e s k i l l e d i n
t h e
a r t
t h a t
c h a n g e s and o d i ? c a t i o n s
may
e
made
h e r e i n
W i t h
o u t
d e p a r t i n g from h e i n v e n t i o n i n i t s b r o a d e r a s p e c t s .
The i n v e n t i o n
c l a i m e d i s :
1 . A n a n a l o g e l e c t r i c ? l t e r
n e t W o r k
s y s t e m
f o r
r e a l - t i m e
p r o c e s s i n g
o f e l e c t r i c a l s i g n a l s i n
a n
e l e c t r i c g u i t a r a m p l i ? e r ,
s a i d
? l t e r n e t W o r k
s y s t e m i n c l u d i n g :
a n i n p u t p o r t
r e c e i v i n g
a n i n p u t
a n a l o g
s i g n a l d e r i v e d i n
r e a l - t i m e from h e
o u t p u t
o f a n e l e c t r i c g u i t a r ;
20
25
30
35
40
45
50
55
60
6 5
1 0
a n
o u t p u t
p o r t
o u t p u t t i n g
a n o u t p u t
a n a l o g
s i g n a l d e r i v e d
f r o m s a i d i n p u t a n a l o g s i g n a l ;
a ? r s t p o t e n t i o m e t e r , W h e r e i n
s a i d
? r s t p o t e n t i o m e t e r i s
a d j u s t a b l e b y a u s e r t o s e t a t
l e a s t
i n p a r t a ? r s t v o l t a g e
g a i n
m a g n i t u d e
v a l u e f r o m s a i d i n p u t p o r t
t o
s a i d o u t p u t
p o r t a t a ? r s t f r e q u e n c y ;
a s e c o n d p o t e n t i o m e t e r , W h e r e i n
s a i d
s e c o n d
p o t e n t i o m
e t e r i s
a d j u s t a b l e
by
a u s e r
t o
s e t a t l e a s t i n p a r t
a second
v o l t a g e
g a i n m a g n i t u d e v a l u e
f r o m
s a i d i n p u t p o r t t o
s a i d
o u t p u t
p o r t
a t s a i d ? r s t f r e q u e n c y ;
a
? r s t
? l t e r
n e t W o r k i n c l u d i n g
s a i d
? r s t p o t e n t i o m e t e r ;
a s e c o n d ? l t e r
n e t W o r k i n c l u d i n g
s a i d s e c o n d p o t e n t i o m
e t e r ;
a r o t a r y s W i t ch , W h e r e i n s a i d r o t a r y s W i t c h i s
a d a p t e d t o
s e l e c t
a t l e a s t one
of
p l u r a l i t y o f c a p a c i t o r s ; and
a f o o t - o p e r a t e d s W i t c h ,
W h e r e i n
s a i d f o o t - o p e r a t e d
s W i t c h
i s a d a p t e d
t o s e l e c t a n o p e r a t i n g
? l t e r i n g n e t W o r k
f o r
s a i d
a n a l o g
e l e c t r i c
? l t e r n e t W o r k s y s t e m
b y s e l e c t i n g
e i t h e r
s a i d
? r s t
? l t e r
netWork
o r s a i d second ? l t e r n e t
W o r k ,
W h e r e i n
s a i d
o p e r a t i n g
? l t e r i n g n e t W o r k i n c l u d e s
s a i d
a t
l e a s t o n e c a p a c i t o r s e l e c t e d b y s a i d r o t a r y s W i t c h ,
W h e r e i n
s a i d
o p e r a t i n g
? l t e r i n g
n e t W o r k
o p e r a t e s
i n
r e a l
t i m e on
s a i d
i n p u t a n a l o g
s i g n a l
t o d e r i v e a t l e a s t i n
p a r t
s a i d
o u t p u t
a n a l o g
s i g n a l .
2 .
The
l t e r
n e t W o r k
s y s t e m o f c l a i m 1 W h e r e i n
b o t h
o f
s a i d
? r s t
p o t e n t i o m e t e r
a n d s a i d
s e c o n d p o t e n t i o m e t e r
a r e p a s s i v e
d e v i c e s and
h a v e
t h r e e t e r m i n a l s .
3 . The l t e r n e t W o r k s y s t e m o f
c l a i m
1
W h e r e i n
b o t h
o f
s a i d
? r s t p o t e n t i o m e t e r
a n d s a i d
s e c o n d p o t e n t i o m e t e r
a r e
p a s s i v e
r o t a r y
p o t e n t i o m e t e r s
a n d
h a v e t h r e e
t e r m i n a l s .
4 .
The
? l t e r n e t w o r k s y s t e m o f
c l a i m
1 W h e r e i n s a i d f o o t
o p e r a t e d s W i t c h
c o n t a i n s
o n l y a s i n g l e s W i t c h
W h e r e i n
s a i d
s i n g l e
s W i t c h h a s
o n l y
a
s i n g l e t h r o W .
5 . A n
a n a l o g e l e c t r i c
? l t e r n e t W o r k s y s t e m f o r r e a l - t i m e
p r o c e s s i n g o f l e c t r i c a l s i g n a l s i n a n e l e c t r i c g u i t a r a m p l i ? e r ,
s a i d ? l t e r n e t W o r k s y s t e m i n c l u d i n g :
a n
i n p u t p o r t
r e c e i v i n g
a n
i n p u t
a n a l o g
s i g n a l
d e r i v e d
i n
r e a l - t i m e from
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6 . The l t e r n e t W o r k s y s t e m