Izenačeni ojačevalnik za slušne slušalke: 10 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Moje potrebe

Pred nekaj meseci sem bil opremljen s slušnimi aparati, ki so nadomestili izgubo občutljivosti na visoke frekvence, zaradi česar so bili zvoki prigušeni in je bilo težko razlikovati med sibilanti (npr. "S" in "F"). Toda pripomočki pri uporabi slušalk ne koristijo, saj so mikrofoni za ušesom. Po eksperimentiranju z indukcijsko zanko in neposrednim vnosom v slušne aparate (nobeden od njih ni dal zadovoljivih rezultatov) se mi je porodila ideja o ojačevalniku za slušalke z nastavljivim frekvenčnim odzivom, ki je prilagojen tistemu mojih slušnih aparatov.

Če imate za izravnavo še kakšno drugo zahtevo, bi lahko ta projekt enostavno prilagodili. Omogoča povečanje (ali rezanje, s trivialno spremembo) na 3 osrednjih frekvencah. Lahko pa se razširi na več frekvenčnih pasov.

Rezultat

Kar sem končal, je bila čista, majhna kvadratna škatla s premerom 6 cm s 3,5 -milimetrskim vhodom in vhodi Bluetooth ter izhodom za slušalke 3,5 mm. Ugotovil sem, da je izboljšanje izkušnje poslušanja glasbe spektakularno in veliko izboljšanje govora.

Kaj vam bo dal ta Instructable

Naj na začetku povem, da to ni projekt za začetnike. Potrebovali boste razumno stopnjo spajkanja, če pa jo želite spremeniti (kot lahko), se boste morali naučiti Eagle za postavitev plošče in TinkerCAD za 3D-natisnjeno škatlo. Oba sta mi vzela nekaj časa za obvladovanje, a noben ni bil težak. Pričakujem, da se bodo ljudje iz mojih Instructables kaj naučili (razen če že veste več kot jaz), ne pa samo slepo slediti navodilom.

Če še nikoli niste spajkali komponent za površinsko montažo, ne odlašajte - to ni tako težko, kot si mislite. Za uvod glejte ta priročnik.

S tem projektom boste dobili:

• Oblikovalske datoteke Eagle (shema in postavitev plošče)
• Excelova preglednica, ki vsebuje oblikovalske enačbe, ki vam omogoča prilagajanje izenačevanja vašim potrebam
• Zasnova TinkerCAD za 3D tiskano škatlo.

Ker je bilo minimalno naročilo za tiskano vezje po meri 5 kosov, imam 3 rezervne plošče rezervne (ena je prodana). Te so zdaj v prodaji na eBayu - glej

1. korak: Proces oblikovanja: zahteve in strategija

Ko sem začel razmišljati o tem projektu, se mi je eno prvih vprašanj, ali naj uporabim analogne ali digitalne filtre. V nit na forumu All About Circuits me je Keith Walker opozoril na zelo poceni (analogni) grafični izenačevalnik z Daljnega vzhoda (prikazano zgoraj), ki ga je uporabil za rešitev iste težave. Zato sem ga naročil kot dokaz koncepta.

Deloval je dobro, vendar je bil preveč glomazen za prenosno uporabo in je potreboval tako pozitivne kot negativne tirnice, kar je povzročilo dodatne nevšečnosti. Vendar je potrdil pristop in vrsto filtrirnih vezij, ki jih je treba uporabiti.

Svoje zahteve sem izboljšal na naslednje:

• Biti mora kompakten, prenosen in se napajati iz baterije za ponovno polnjenje.
• Moral bi sprejeti vhod iz 3,5 mm vtičnice ali Bluetooth.
• Imeti mora ločene leve in desne stereo kanale.

V mnogih prejšnjih projektih sem uporabljal običajne komponente skozi luknje in 0,3-palčne DIL-vmesnike na traku, vendar bi bil zaradi tega preveč obsežen. Zato sem se odločil, da bom moral oblikovati PCB po meri (nova izkušnja zame) z uporabo površine montažne komponente (s katerimi imam skromne izkušnje). Oblikovati bi moral tudi 3D-natisnjeno škatlo (moje izkušnje s 3D-oblikovanjem so bile zelo omejene).

Zmogljivost Bluetooth bi bilo enostavno dodati z uporabo katerega koli od različnih poceni modulov Bluetooth, ki so na voljo.

Obstajata dve ali tri namenske grafične kartice izenačevalnika, ki sem jih pogledal, vendar se mi je zdelo, da je uporaba poceni štirih opamov na koncu preprostejša in zahteva le toliko zunanjih komponent.

2. korak: Podrobna zasnova

Osnovni element vezja, ki sem ga uporabil, je znan kot girator. Uporablja operacijski ojačevalnik, da pretvori kapico v virtualni induktor. Ta in še en kondenzator naredi uglašeno kroženje, ki zagotavlja bodisi zmanjšanje bodisi povečanje v določenem območju frekvenc. Zelo veliko modelov grafičnih izenačevalnikov uporablja tako rekoč identično zasnovo in od tega ni smiselno odstopati. Ta je ponazorjen s strani Electronics Today International, september 1977, stran 27. Ta članek zelo jasno razlaga, kako deluje vezje.

Spremenil sem ga le z uporabo štirikratnih opamov, ki bi delovali iz enega samega 5 -voltnega napajanja, in z dodajanjem IC ojačevalnika za slušalke, da bi zagotovil ustrezno napajanje slušalk. Prav tako sem vsak potenciometer zamenjal s potenciometrom in uporom, da bi zagotovil le zagon in boljši nadzor, saj nisem potreboval rezanja.

Shema in postavitev plošče (oba ustvarjena z uporabo Eagle) sta prikazana zgoraj.

Odlična lastnost Eagle je, da vključuje simulacijski paket vezja Spice, ki omogoča potrditev zasnove in predvidevanje frekvenčnega odziva, preden se zavežejo k izdelavi tiskanega vezja.

Plošča ima 2 vhoda, 3,5 -milimetrsko vtičnico in spajkalne blazinice za povezavo modula sprejemnika Bluetooth. Te so dejansko vzporedne. Napajanje je mogoče prek mini-USB vtičnice ali spajkalnih blazinic. Namesto mikro-USB sem uporabil mini, saj bi vtičnico mikro-USB težko spajkali ročno in je tudi manj robustna.

3. korak: Namestitev in nastavitev programa Eagle

Če želite obliko plošče poslati v izdelavo, spremeniti postavitev ali preprosto spremeniti krivuljo odziva, boste morali namestiti Eagle. Če (tako kot jaz, ko sem začel s tem projektom) tega ne poznate, ima spletno mesto SparkFun vrsto koristnih vaj na

Najprej si oglejte, kako namestiti in nastaviti Eagle.

To vključuje namestitev knjižnic SparkFun. Prenesena datoteka zip vsebuje mapo SparkFun-Eagle-Libraries-master, ki jo morate kopirati v knjižnice EAGLE

Prav tako morate uvoziti moje datoteke sheme Eagle in postavitve plošče ter moje modele Spice. (Spice je programska oprema za simulacijo vezja, ki nam omogoča simulacijo frekvenčnega odziva ojačevalnika.)

Vse to je vključeno v datoteko zip, ki jo lahko prenesete

github.com/p-leriche/EqualisedHeadphoneAmp

Odprite datoteko zip in povlecite in spustite projekte in mape začimb v mapo EAGLE. (Že bo vseboval prazno mapo projektov.)

Zdaj bi morali biti pripravljeni na zagon programa Eagle.

V levem podoknu odprite Projekti, nato projekti in nato Izenačeni ojačevalnik za slušalke.

Dvokliknite datoteki Headphone_Amp.brd in Headphone_Amp.sch. Odprli se bodo v ločenih oknih, prvo prikazuje postavitev plošče, drugo pa shemo.

Na shemi poiščite in kliknite gumb Simuliraj.

S tem se odpre nastavitev simulacije. Kliknite izbirni gumb AC Sweep, nastavite Type na Dec (privzeto) in Start and End Freq na 100 oziroma 10000. Kliknite gumb Simuliraj v spodnjem desnem kotu. Po premoru bi se moral prikazati graf frekvenčnega odziva, kot je prikazano v naslednjem koraku.

4. korak: Prilagodite krivuljo odziva

Vaša ušesa bodo zelo verjetno drugačna od mojih, zato najprej potrebujete kopijo svojega avdiograma. To bi vam moral ponuditi vaš avdiolog, če pa imate dober par slušalk, si jih lahko naredite sami, tako da obiščete

To bi vam moralo dobro povedati, koliko povečanja potrebujete pri različnih frekvencah. V mojem primeru se izguba sluha hitro poveča nad 3 kHz, zaradi česar je nemogoče kompenzirati veliko več kot to. Vsekakor je nekaj poskusov, ki so analizirali spekter različnih virov z Audacity, pokazalo, da verjetno ni bilo veliko nad tem, da bi mi manjkalo.

Ta projekt vam omogoča, da prilagodite frekvenčni odziv pri treh osrednjih frekvencah 1,5, 2,3 in 3,3 kHz, neodvisno med levim in desnim kanalom. Teh frekvenc se lahko držite ali jih spremenite (glejte naslednji korak).

V mapi EAGLE / spice boste našli modele za 3 trimpote POT_VR111.mdl, POT_VR121.mdl in POT_VR131.mdl. Ti nadzorujejo odziv na treh frekvencah. Če odprete katero koli od teh z urejevalnikom besedila (npr. Beležnico), se prikaže vrstica, kot je:

.param VAR = 50

Spremenite številko na karkoli med 0 in 100, da predstavlja položaj ustreznega trimpota in s tem povečanje pri tej frekvenci na karkoli od nič do maksimuma.

Zdaj znova zaženite simulacijo (kliknite Posodobi seznam omrežij, preden kliknete Simuliraj), da vidite, kako zdaj izgleda odziv frekvence.

5. korak: Spreminjanje osrednjih frekvenc

V mapo Eagle Project sem vključil Excelovo preglednico Calc.xlsx. Odprite to z Excelom (ali če nimate Excela, LibreOffice Calc, ki je brezplačen). Ta preglednica pooseblja načrtovalske izračune samo za enega od treh odsekov filtrov.

Prvo polje vam omogoča izračun osrednje frekvence in faktorja Q za dane vrednosti R1, R2, C1 in C2. (Faktor Q ali kakovost določa širino pasu. Višja vrednost daje ožji pas in večji zagon. Zdi se, da vrednosti okoli 4 dobro delujejo, če je vsaka frekvenca približno 50% večja od prejšnje.)

Pravzaprav boste bolj verjetno izbrali frekvence in izračunali vrednosti komponent. Glede na želeno frekvenco in tri od štirih vrednosti komponent vam drugo polje omogoča izračun vrednosti 4. komponente.

Sestavine imajo prednostno vrednost (na primer serija E12), zato lahko izberete najbližjo želeno vrednost izračunani vrednosti in jo vnesete nazaj v prvo polje, da vidite, kakšno dejansko frekvenco daje.

Nato morate svoje vrednosti vključiti v shemo Eagle in ponoviti simulacijo.

Odprite shemo in na levem podoknu kliknite ikono vrednosti komponente in nato komponento, ki jo želite spremeniti. (Simulacija je nastavljena tako, da deluje le na spodnjem ali levem kanalu.) Prejeli boste opozorilo, da komponenta nima vrednosti, ki jo določi uporabnik. Ali ga želite spremeniti? Seveda! V pojavno polje vnesite novo vrednost.

Kliknite gumb Simuliraj, kliknite Posodobi seznam seznamov in nato Simuliraj.

Korak 6: Potrebne komponente

Seveda boste potrebovali vezje. Razen če uporabite eno od mojih rezervnih golih desk, boste morali datoteke Eagle poslati v izdelavo. Večina proizvajalcev zahteva oblikovanje kot niz gerber datotek. Namesto da podvajate navodila tukaj, poiščite na spletu Eagle export gerber ali si oglejte vadnico Sparkfun.

Ločene datoteke Gerber opisujejo bakrene plasti, spajkalno masko, sitotisk, vrtanje in rezkanje obrisa plošče.

Ko datoteke pošljete proizvajalcu na spletu, jih bo potrdil in vas opozoril, če manjkajo bistvene datoteke. Vendar vas ne bo opozorilo, če manjka datoteka svilenega zaslona, kar je bila moja napaka. To je ločeno od orisov naprave.

Za polnjenje plošče boste potrebovali naslednje komponente.

• TL084 štirikolesni ojačevalnik SOIC -14 - 2 izklopljena
• LM4880M SOIC 250mW ojačevalnik moči - 1 izklop
• 0603 Asortiman uporov SMD
• 0603 SMD asortiman keramičnih kondenzatorjev 100pF - 1μF
• 5K Trim Pot 3362P -502 - 6 popusta
• 10uF 16V SMD 0805 Večslojni keramični večplastni kondenzator - 4 izklop
• 2917 (EIA7343) 100μF 16V tantalov kondenzator - 2 izklop
• 2917 (EIA7343) 470μF 10V tantalov kondenzator - 2 izklop
• Mini USB ženska 5-polna SMD vtičnica
• Stereo avdio priključek za montažo na tiskano vezje 3,5 mm - 2 izklopa
• 3 mm modra LED (ali po vaši izbiri barve)

Za popolno baterijsko napajanje z vhodom Bluetooth boste potrebovali:

• Modul sprejemnika Bluetooth, ki podpira A2DP, kot je ta
• LiPo baterija: 503035 3.7V 500mAhr
• Polnilec TP4056 LiPo z vhodom mini-USB (ali microUSB, če želite), kot je ta
• 3V - 5V ojačevalni pretvornik, kot je ta
• Mini drsno stikalo SPDT

Opomba Polnilnik LiPo bo verjetno nastavljen na 1A polnilni tok, kar je preveč za 500mAhr baterijo. Pomembno je, da odstranite programski upor za hitrost polnjenja (običajno 1,2 K, priključen na pin 2 čipa TP4056) in ga zamenjate z enim od 3,3 k.

Uporabil sem baterijo LiPo z žico, toda ena z miniaturnim priključkom JST bi jo lahko priključila šele po ožičenju in dvakratnem preverjanju vsega drugega ter olajšala zamenjavo.

Zaželen je modul Bluetooth, ki deluje na 3.3V ali 5V, saj lahko nato napaja neposredno iz akumulatorja in tako zmanjša digitalni šum pri napajanju 5V na glavno vezje.

Če izberete modul Bluetooth, ki podpira AVRCP in A2DP, lahko dodate gumbe za povečanje/zmanjšanje glasnosti ter naslednjo/prejšnjo skladbo.

Mnogi moduli Bluetooth imajo LED za površinsko montažo, ki označuje stanje povezave, polnilnik TP4056 pa ima rdeče in zelene LED za površinsko montažo, ki označujejo stanje napolnjenosti. Škatla, kakršna sem naredil, bo verjetno te skrila, zato jih je mogoče zamenjati (glej kasneje) z:

• 3 mm modra LED
• 3 mm rdeča/zelena skupna anodna LED.

7. korak: Uporaba prototipne gole plošče

Če ste kupili eno od mojih rezervnih prototipnih plošč, se morate zavedati le nekaj manjših napak.

• Na vrhu plošče ni svilenega zaslona. Pri polnjenju vam bo v pomoč, če imate pri roki natisnjeno kopijo postavitve plošče.
• Nekaj vias je bilo namenjenih povezovanju zgornjih in spodnjih ravnin tal, ki ne. To nima nobene posledice.
• C3 je bil prvotno 100uF, v paketu 2917. Ta vrednost je bila veliko prevelika in je zdaj 1uF 0603. Če želite to prilagoditi, kot je prikazano na fotografiji, morate odtrgati malo spajkalnega upora s talne plošče.

Dobiček nastavimo z vrednostmi uporov R106 in R206. 22k daje približno enotni dobiček. Ker boste morda želeli eksperimentirati z različnimi vrednostmi, sem zagotovil tako uporne blazinice SMD 0603, kot tudi luknje na 0,3-palčnem koraku za upore z žico.

8. korak: Boxing It

Zaslon 3D-tiskanja za škatlo, ki sem jo uporabil, najdete na tinkercad.com. Razmiki so bili nekoliko pretesni, zato sem dolžino in širino škatle povečala za 1 mm.

Na dnu škatle so predelki za baterijo, polnilnik, pretvornik 5V ojačevalnika in modul Bluetooth. Ojačevalna plošča za slušalke se prilega na vrh. Pokrov zadržujejo dva samorezna vijaka M2x5 mm.

Enaki polnilni in 5V ojačevalni moduli so široko dostopni, vendar obstaja veliko različnih modulov Bluetooth. Če se kaj od tega razlikuje od mojega, boste morali spremeniti zasnovo škatle.

Ko so na mestu, lahko module rahlo obdržite s topilnim lepilom.

9. korak: Ožičite ga

Za namene testiranja sem vse module pritrdil na kos kartona s pomočjo blu-tac. Iz tega sem ugotovil, da je usmerjanje ozemljitvenih povezav kritično. Ozemljitev iz modula Bluetooth je treba skupaj z letnim in desnim kanalom odpeljati do ojačevalnika za slušalke, nato pa mora ozemljitvena povezava z razdelilne plošče iti v modul Bluetooth, ne v ojačevalnik za slušalke, sicer dobite veliko digitalnega hrupa iz modula Bluetooth v izhodu.

Stikalo za vklop/izklop sem namestil na majhen kos traku, 6 trakov širokih do 5 dolgih in z izrezom 2x4 za stikalo. Ta služi tudi kot razdelilna plošča. Ko je bilo popolnoma ožičeno, sem stikalo z epoksi lepilom prilepila na mesto (s pritrjenim trakom). Če bi ponovno delal projekt, bi zagotovil stikalo na plošči ojačevalnika za slušalke.

Za ožičenje potrebujete dokaj tanko navezano žico, zato sem razdelil dolžino mavričnega traku, ki mi je dal posamezne žice različnih barv. Običajno bi vodili žice skozi luknjo na plošči in jo spajkali na drugi strani, toda z različnimi moduli na dnu škatle sem moral spajkati na isto stran plošče, od katere je vstopila žica, z le malo več izolacije izolacije, kot bi sicer bilo potrebno. Moral sem namestiti trak iz bakra z bakreno stranjo navzgor in nanj podobno spajkati povezave.

Želel sem, da so LED-diode na polnilniku in moduli Bluetooth vidni, zato sem odstranil vgrajene LED-diode SMD in ploščice povezal s 3-milimetrskimi LED. V teh škatlah sem izvrtal luknje, ker jih v svoji 3D natisnjeni škatli nisem dovolil. Priključil sem jih na spajkalne plošče na modulih s spajkano emajlirano žico. Ta je prevlečen s samopretočnim poliuretanom, ki se topi pod toploto spajkalnika.

Za polnilni modul sem uporabil rdečo/zeleno skupno anodno LED. Skupna anoda mora biti priključena na eno od SMD LED ploščic, ki so najbližje robu plošče (kar lahko potrdite z multimetrom). Če ima vaš modul Bluetooth LED SMD, morate polariteto določiti z multimetrom. Nekateri moduli imajo priključke za zunanjo LED.

Preden sem ojačevalnik za slušalke vstavil v škatlo nad drugimi moduli, se mi je zdelo potrebno postaviti majhne koščke PVC traku na vrhove dveh elektrolitskih kondenzatorjev na modulu Bluetooth in na vtičnico za polnjenje mini-USB, da preprečimo kratke stike z spodnji del ojačevalnika za slušalke.

10. korak: Izboljšave

Če bi to želel spremeniti v izdelek, bi nedvomno spremenil stvari, toda ko sem si naredil pripomoček, ki mi služi, bom prešel na druge projekte.

Vezje:

• Bipolarni napajalnik bi bil morda boljši. Ker je tok, ki ga črpajo opampi, majhen, bi kapacitivni pretvornik napetosti črpalke, kot je MAX660, zlahka zagotovil negativno napajanje.
• Z bipolarnim napajanjem ojačevalnik ne potrebuje 5V ojačevalnega pretvornika. Ojačevalnik za slušalke LM4880 bo deloval na surovi izhodni napetosti iz LiPo baterije, čeprav se bo največja izhodna moč zmanjšala z 250mW na kanal na približno 100mW na kanal.

Plošča:

• Velikost plošče je ravno tisto, kar je prišlo iz postopka postavitve, vendar bi njeno stiskanje na natančno velikost, na primer 6x6 cm, nekoliko olajšalo oblikovanje škatle.
• Prav tako bi bilo lepše, če bi vhodne in izhodne 3,5 -milimetrske vtičnice postavili v vrsto in točno na sredino obeh strani. To bi olajšalo tudi oblikovanje škatle.
• Vmesnik polnilnika LiPo bi bilo preprosto vgraditi. Povečevalni pretvornik 3 - 5V pri bipolarnem napajanju ne bi bil potreben, zato prihranite 2 ločena modula.
• S preprostim polnilnikom TP4056, ki se uporablja, se lahko baterija preveč napolni, če jo poskušate polniti z vklopljeno enoto. Nekoliko bolj izpopolnjeni polnilniki vključujejo preprosto zaščitno vezje, ki bi ga bilo vredno vključiti.
• Z zgornjimi spremembami bi lahko stikalo nato namestili na ploščo. Način vgradnje stikala v 3D tiskano škatlo ni bil idealen.
• 2 -polno 3 -smerno stikalo bi omogočilo napajanje modula Bluetooth le, kadar je to potrebno.

Škatla:

• Montaža modulov v dveh slojih je otežila montažo, kot bi morala biti, tanjša, a večja škatla pa bi morda bolje prilegala žep.
• Stikalo se enostavno vklopi nenamerno. Če želite to preprečiti, bi bilo preprosto vključiti varovalce v obliko 3D tiskanja.

Druge aplikacije:

Če morda kot avdiofil želite samo izenačeni ojačevalnik za slušalke, ki daje tako ojačanje kot tudi rezanje na različnih frekvencah, lahko uporabite v bistvu isto zasnovo.

Če želite povečati in zmanjšati obremenitev, odstranite R113, R123, R133 in R213, R223, R233 (ali pa jih zamenjajte z 0Ω rezitorji) in trimpote zamenjajte za 10k (drsni lonci, če želite).

Dodate lahko toliko primerov kroga vrtenja, kot jih potrebujete.