Автор Тема: Строим аудио-микшер на операционных усилителях. Проблема баса.  (Прочитано 8276 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн Awaking Автор темы

  • Завсегдатай
  • ***
  • Сообщений: 369
  • Ktulhu believer
Нашел я годную статейку об основах построения аудио-микшера.
К слову, преобразователь 8-12В однополярного напряжения в двухполярное +12, -12 случайно увидел в местном радиомагазе за 150 руб. Выглядит он так.
Закупил компонентов и собрал схему на монтажной плате суммирующий блок:

 Вроде работает, однако обнаружилась одна интересная особенность.
При подключении микшера в звуковую карту все ОК. Однако, если к выходу операционного усилителя подключить наушники, то очень сильно срезается бас. Если убрать выходной конденсатор на 4.7uF, то бас возвращается на место.
Построил схему в Proteus и провел симуляцию.

2083799-0

2083801-1

2083803-2

Выводы, которые я сделал:
1. Если выход операционника подключен к другому высокоимпедансному входу (например, вход звуковой карты), то конденсатор на бас не влияет. Вопрос почему?
2. Если на выходе находится нагрузка (в схеме я подключил землю), то частоты ниже 1 кГ начинают исчезать. Ситуацию полностью спасает удаление конденсатора. После чего АЧХ возвращается на место. Если учесть тот факт, что выходной мощности достаточно для нормально громкости звучания наушников, то возникает вопрос, зачем здесь конденсатор?


« Последнее редактирование: Января 21, 2016, 07:02:53 от Awaking »

Оффлайн hell

  • Ветеран форума
  • ******
  • Сообщений: 4704
    • hellamp rocks
конденсатор с сопротивлением нагрузки образует фильтр высоких частот.

смотреть АЧХ в точке до выходного резистора, наверное, не очень верно.

Частоту среза можешь посчитать как 1/(2*pi*R*C), для твоего 4.7мкф и 47Ом это около 720 герц, что полностью совпадает с графиком (частота среза по -3db).

Убирать конденсатор, наверное, не стоит, если есть желание подключать такие низкоомные нагрузки и ОУ вытянет - увеличивай емкость.


Плюс, может быть полезно воткнуть килоом 100 на землю после этого кондера, а то могут быть всякие варианты, если по входу след прибора такой связи нет...


Оффлайн Awaking Автор темы

  • Завсегдатай
  • ***
  • Сообщений: 369
  • Ktulhu believer
hell, благодарю. Единственная полезная функция этого выходного конденсатора - отсечение постоянной составляющей сигнала? Но при этом жертвуем АЧХ?

Оффлайн Вальмар

  • Опытный
  • ****
  • Сообщений: 552
  • Ты делаешь выбор, даже не делая выбора!
Кондер разделительный на выходе для прохождения басов должен быть не менее 470 мкФ, ещё лучше - 2200 мкФ.

Учитывая что в данной схеме на выходе ОУ присутствует нулевое напряжение, а электролитический кондер обязательно должен работать при поляризующем напряжении, то на выход надо поставить неполярный из двух встречно-последовательно включеныых электролитов по 1000 мкФ. В сумме будет 500 мкФ. Это стандартный ход получения неполярного кондера из полярных.

Но, в данной Вашей схеме, при двуполярном питании и последовательном резисторе в 47 Ом разделительный кондер вообще не нужен.

Да, входное сопротивление у всех каналов Вашего микшера всего 22 кОм. Это может быть критично в некоторых случаях, не забывайте про это.

Оффлайн Awaking Автор темы

  • Завсегдатай
  • ***
  • Сообщений: 369
  • Ktulhu believer
Попробовал разобраться с вышесказанным и погуглил :)
С полярными электролитами, включенными встречно-последовательно, вроде, понял. Но не понял, почему

Но, в данной Вашей схеме, при двуполярном питании и последовательном резисторе в 47 Ом разделительный кондер вообще не нужен.

По поводу сопротивления в 22 кОм: это схема суммирующего модуля. А перед ним для каждого входа стоит входной модуль, у которого стоят сопротивления на 47 кОм.
Но если можно, то хочется узнать, в каким ситуациях 22 кОм могут повлиять?

Оффлайн Ден2

  • Ветеран форума
  • ******
  • Сообщений: 4278
А где-то вообще сказано, что этот ОУ или эта схема допускают использование наушников в качестве нагрузки?

Оффлайн Awaking Автор темы

  • Завсегдатай
  • ***
  • Сообщений: 369
  • Ktulhu believer
Ден2, в статье про нагрузку я не видел ничего. Однако, работает же. Причем, без конденсатора АЧХ на слух вообще не отличается от входного.

... и добавил:

Еще вопрос, а зачем нужен резистор R9 и R10? Он неплохо снижает выходной уровень.
Из статьи мы видим:
Цитировать
There is also a series RC network at the output. The purpose of this network is to prevent any DC-offset appearing at the output of the mixer and also obviate any tendency to oscillation caused by a capacitive load (such as long screened cables).
Судя по всему, если не делать длинных экранированных кабелей, то самовозбуждения не будет происходить? Значит можно убрать R9 и R10?
« Последнее редактирование: Января 22, 2016, 14:02:07 от Awaking »

Оффлайн Вальмар

  • Опытный
  • ****
  • Сообщений: 552
  • Ты делаешь выбор, даже не делая выбора!
Вопрос:
Но если можно, то хочется узнать, в каким ситуациях 22 кОм могут повлиять?

Ответ:
Эти резисторы определяют входное сопротивление модуля и коэффициент усиления каскада в целом, так же влияют на динамический диапазон по усилению и на полосу пропускания по частоте. И первое, и второе, и тертье и четвертое имеют значения в каждом конкретном случае применения.

Например, при подключению к выходу CD-проигрывателя или к выходу магнитофона, приёмника либо же к выходу педали-примочки - всё будет нормально. Так же и в качестве суммирующего модуля.

А вот при подключении напрямую к электрогитаре - такое уже не пойдёт, ибо мало входное сопротивление каскада и будет завал амплитудно-частотной характеристики инструмента

Вот тут прицепляю очень достойную книжечку - в ней есть подробные ответы на Ваши вопросы. Просмотрите её внимательно.

Оффлайн Awaking Автор темы

  • Завсегдатай
  • ***
  • Сообщений: 369
  • Ktulhu believer
Поизучал типовые решения для операционников и на свет появилась следующая схема. Пока только для одного сигнала. Первый операционник - предусилитель, позволяющий уменьшать или увеличивать уровень входного сигнала. Второй повторитель - непосредственно сам микшер, к которому могут подключаться несколько таких предусилителей. Коэффициент усиления = 1. Далее идет каскад транзисторов в виде эмиттерного повторителя (ООС теперь берется после него), который уменьшает выходное сопротивление и согласовывает выход микшера с дальнейшними девайсами.  В том числе позволяет подключать низкоомную нагрузку. По поводу нее: действительно, в интернетах писали, что без этого согласования, сопротилвение нагрузки должно быть не менее 1.5кОм. Однако мои наушники, тем не менее, работали отлично. Почему? Конденсатор собран из двух встречно соединенных полярных электролитов, как советовали выше, который убирает на выходе смещение из-за постоянной составляющей (которая хз откуда появилась в эмуляторе). На правом графике - сигнал 3 кГц: синий - исходный, зеленый - выход после микшера, красный - сигнал на низкоомной нагрузке после эмиттерного повторителя и разделительного конденсатора.
Что скажете по этому поводу? Ошибки\улучшения?
P.S. В электротехнике я практически не соображаю - поэтому просьба писать наиболее доступным для нуба языком.
P.P.S. Чем бы заменить эмиттерный повторитель, чтобы его не пришлось питать от двухполярного источника питания? Ибо тот конструктор - преобразователь, о котором я писал в первом посте, выдает максимум 60 мА. Было бы хорошо иметь на выходе нечто, питающееся от 12 вольт однополярного напряжения, взятого непосредственно с БП.

« Последнее редактирование: Января 23, 2016, 08:40:36 от Awaking »

Оффлайн Sofa_Guitarrero

  • Опытный
  • ****
  • Сообщений: 712
  • Диванщик! Из палаты мер и весов! BMWMotorrad-труЪ!
Один сдвоенный операционник включить повторителем, с него на наушники, и никаких велосипедов. Или воспользоваться специализированной микросхемой усилителя для ушей, коих вагон в 8-выводных корпусах. Ближайшую можно выдрать из компового CD-DVD привода с дыркой под наушники, вместе с обвязкой.

Оффлайн Igorlysikov

  • Частый посетитель
  • **
  • Сообщений: 246
Конденсатор собран из двух встречно соединенных полярных электролитов, как советовали выше, который убирает на выходе смещение из-за постоянной составляющей
А что, неполярные электролитические конденсаторы в дефиците?
 Я в Микронике покупал - копейки стоят.
Внешне такие же, как полярные, только без полоски с "минусом"
Хотя может я чего-то не знаю...  :hmmm:

Добавил...
к157уд2 легко тянет  наушники без повторителя, цена на радиорынке -  25 - 50 рублей.
 Это один из  вариантов, которых просто куча...
« Последнее редактирование: Января 23, 2016, 11:51:52 от Сынишка »

Оффлайн Вальмар

  • Опытный
  • ****
  • Сообщений: 552
  • Ты делаешь выбор, даже не делая выбора!
Самое простое решение с наушниками - это TDA7050. И не надо больше ничего городить - даже "обвески" себе не требует.

Возьмите схему готового микшера под свои нужды, коих полно в Сети.

Сложить сигналы можно даже и на входах этой TDA-шки для наушников.
Надо только знать, какие источники сигнала и уроени напряжения предполагается складывать.

А вообще, каково техзадание - что Вы хотите от микшера? Для чего он Вам? Какова его цель? На каие нагрузки он будет работать?

Всё это можно реализовать и на однополярном питании, без преобразователя напряжения, и работать будет и на звуковую карту, и на наушники, и даже без анализа в Протеусе.

Следуйте более простым путём.
« Последнее редактирование: Января 23, 2016, 19:27:56 от Вальмар »

Оффлайн Awaking Автор темы

  • Завсегдатай
  • ***
  • Сообщений: 369
  • Ktulhu believer
Вальмар,
Цель - сделать 2 микшера. Первый - просто смешивание воедино сигналов пяти предусилителей для микрофонов и дальнейшего подключения в звуковую карту.
Второй - микшер в автомобиль, к которому подключается 3 наушников с микрофонами и акустика авто. Микшер должен усиливать и смешивать сигнал с 3 микрофонов в регулируемой пропорции и раздавать его на все наушники, должен иметь 2 линейных входа, сигнал с первого идет на 3 наушников в индивидуально выбираемой пропорции или на акустику авто (в aux магнитолы), а ко второму будет подключаться система активного шумоподавления, посылающая инвертированный сигнал в наушники с микрофонов внутри салона. Либо вместо одного из общих линейных входов сделать 3 индивидуальных для каждой пары наушников и организовать переключения маршрутов коммутации звука с помощью переподключения коротких проводков с двумя 3.5 мм джеками на концах (по аналогии со старыми АТС, где работали операционистки).

Двухполярное питание использовал только из-за того, что попался этот конструктор-преобразователь (их у меня аж 2 штуки)

Цель#2 - просто интерес  :) Самообразование, попытка хоть немного понять некоторые моменты в электротехнике. Сколько собирал примочек по готовым схемам, но никогда особо не понимал, как они работают.

... и добавил:

А что, неполярные электролитические конденсаторы в дефиците?
Закуплю и тех, и других и посмотрим, как работают. Однако, про неполярные электролиты где-то я читал, что фактически их можно использовать там, где периодически изменяется полярность напряжения (редко) и применять их в цепях переменного тока нельзя  :hmmm:
к157уд2 легко тянет  наушники без повторителя, цена на радиорынке -  25 - 50 рублей.
NE5532 и JRC4580, которые есть у меня, тоже, вроде как, тянут. Получается, что без согласующего звена (например в виде этого эмиттерного повторителя) мы получаем выходное сопротивление ОУ больше, чем могли бы и при подключении низкоомной нагрузки в образовавшемся делителе напряжения мы какую-то долю теряем на внутреннем сопротивлении ОУ и меньшую часть передаем на нагрузку. Если дело тут только в КПД и получившейся громкости достаточно, то, в принципе, можно обойтись и без эмиттерного повторителя. Однако, Протеус показывает, что меняется не только громкость, но и сам звук.
« Последнее редактирование: Января 24, 2016, 04:22:00 от Awaking »

Оффлайн Bulldozerrr

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 2935
Из дешёвых операционников под работу с ушами лучше всего заточены JRC4556. Лучшее, что слышал. Никакие 5532 и 4580 даже рядом не валялись. Под каждые уши придётся брать по микросхеме.

... и добавил:

Самое простое решение с наушниками - это TDA7050. И не надо больше ничего городить - даже "обвески" себе не требует.

Возьмите схему готового микшера под свои нужды, коих полно в Сети.

Сложить сигналы можно даже и на входах этой TDA-шки для наушников.
Надо только знать, какие источники сигнала и уроени напряжения предполагается складывать.

А вообще, каково техзадание - что Вы хотите от микшера? Для чего он Вам? Какова его цель? На каие нагрузки он будет работать?

Всё это можно реализовать и на однополярном питании, без преобразователя напряжения, и работать будет и на звуковую карту, и на наушники, и даже без анализа в Протеусе.

Следуйте более простым путём.
Если меня спросят: "на какой мелкосхеме не стоит делать ушной усь?", то я отвечу: "7050". Я вообще не люблю тдашки за фиксированный коэффициент усиления, приходится городить делители на входе и сливать сигнал-шум и динамический диапазон в унитаз.
« Последнее редактирование: Января 24, 2016, 06:11:40 от Bulldozerrr »

Оффлайн Igorlysikov

  • Частый посетитель
  • **
  • Сообщений: 246


 Получается, что без согласующего звена (например в виде этого эмиттерного повторителя) мы получаем выходное сопротивление ОУ больше, чем могли бы и при подключении низкоомной нагрузки в образовавшемся делителе напряжения мы какую-то долю теряем на внутреннем сопротивлении ОУ и меньшую часть передаем на нагрузку. Если дело тут только в КПД и получившейся громкости достаточно, то, в принципе, можно обойтись и без эмиттерного повторителя. Однако, Протеус показывает, что меняется не только громкость, но и сам звук.


Это только отчасти верное рассуждение.
 Просто разные операционники  рассчитываются под разное назначение и нагрузку.
Если выходной ток превысит допустимый - ОУ просто выйдет из строя(сгорит).
Или будет работать немного некорректно .  Или совсем некорректно.
Это зависит от степени глумления над схемотехникой.  8)
Очень полезно бывает посмотреть схему самого операционника - то, что внутри находится. И даташит фирменный почитать.
К примеру - если рассчитан выход на нагрузку не менее 1 кОм, то и нечего туда наушники 40 Ом включать.
« Последнее редактирование: Января 24, 2016, 07:31:28 от Сынишка »