Zgradite štirikanalni predpojačevalnik mikrofona s fantomskim napajanjem SSM2019: 9 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Kot ste morda opazili pri nekaterih mojih drugih učnikih, imam strast do zvoka. Tudi jaz sem DIY fant, ki se vrača nazaj. Ko sem za razširitev avdio vmesnika USB potreboval še štiri kanale mikrofonskih predojačevalnikov, sem vedel, da gre za projekt DIY.

Pred nekaj leti sem kupil avdio vmesnik Focusrite USB. Ima štiri mikrofonske predojačevalnike in štirivrstične nivojske vhode skupaj z nekaterimi digitalnimi vhodi. To je odličen kos strojne opreme in je zadovoljil moje potrebe. To je bilo, dokler nisem zgradil kopice mikrofonov. Zato sem se odločil odpraviti to neskladje. Tako se je rodil štirikanalni mikrofon predojačevalec SSM2019!

Za ta projekt sem imel nekaj oblikovalskih ciljev.

To bi bilo čim bolj preprosto in bi uporabljalo najmanj komponent

Imela bi fantomsko moč, da bi mi omogočila uporabo vseh mikrofonov Pimped Alice, ki sem jih zgradila

V vsakem kanalu bi imel vhod z visoko impedanco (Hi-Z) za piezo pretvornike, moj prihodnji projekt. To bi bilo enostavno dodati, če bi bila ohišje in napajanje že del glavnega projekta

Imel bi profesionalne specifikacije zvoka: čisto, nizko popačenje in nizko raven hrupa. Tako dobro ali bolje kot obstoječi predojačevalniki v mojem vmesniku Focusrite

1. korak: Oblikovanje

Začel sem preučevati tisto, kar je že bilo tam. Zelo dobro poznam analogno zasnovo in sem pogledal SSM2019, saj sem prej uporabljal starejšega bratranca, zdaj zastarel SSM2017. SSM2019 je na voljo v 8 -polnem DIP paketu, kar pomeni, da ga je mogoče enostavno vkrcati na kruh. Od korporacije That Corp sem naletel na nekaj fantastičnih informacij o zasnovi mikrofonskega predojačevalnika (glej referenčni razdelek) Na žalost so vsi njihovi posebni čipi predojačevalnikov majhni paketi za površinsko montažo. In specifikacije so le nekoliko boljše od SSM2019. Pohvalim jim njihovo izmenjavo znanja in oblikovalske informacije. Specifikacije SSM2019 so fantastične in tako kot večina zvočnih operacijskih ojačevalnikov v današnjem času presegajo preostalo signalno verigo za zmogljivost. Uporabil sem dve stopnji fiksnega ojačanja s potenciometrom, ki omogoča nastavitev signala med njima. Tako je zasnova enostavna in odpravlja potrebo po iskanju delov; kot so antilog potenciometri in večkontaktna stikala z edinstvenimi vrednostmi upora. Prav tako ohranja THD + hrup precej pod 0,01%

Med oblikovanjem sem imel epifanijo o fantomski moči. Večina ljudi meni, da je 48 voltov "standard". To sega nazaj in je bilo pomembno, ko je bila napetost fantomskega napajanja uporabljena za pristranskost kapsule za kondenzatorske mikrofone. Trenutno večina kondenzatorskih mikrofonov uporablja fantomsko napajanje za ustvarjanje stabilnega vira nizke napetosti. Interno uporabljajo Zener za generiranje 6-12VDC. Ta napetost se uporablja za delovanje notranje elektronike in za ustvarjanje višje napetosti za polarizacijo kapsule. To je pravzaprav najboljši način za to. Dobite lepo stabilno napetost kapsule, ki je po potrebi lahko višja od 48 V. Specifikacije fantomskega napajanja za mikrofone kličejo 48V, 24V in 12V. Vsak uporablja različne vrednosti spojnih uporov. 48V uporablja 6.81K, 24V z 1.2K, 12V pa 680 Ohm. V bistvu je potrebna fantomska moč, da mikrofon dobi določeno moč. Moj prerok je bil ta: napetost mora biti dovolj visoka, da deluje notranji 12V Zener. Če sem uporabil +15V, ki je na voljo v mojem projektu, in ustrezno vrednost spenjalnega upora, bi moral delovati v redu. To dejansko rešuje dve drugi težavi. Prvič, za fantomsko napajanje ne potrebujete ločenega napajalnika. Drugič, za moj dizajn je pomembnejša preprostost. Z ohranjanjem napetosti fantomskega napajanja na ali manjši od napajalne napetosti za SSM2019, odpravimo veliko dodatnih vezij, ki so potrebna za zaščito. Fantje v podjetju That Corp so na AES predstavili dva prispevka z naslovom »The Phantom Menace« in »The 48V Phantom Menace Returns«. Ti posebej obravnavajo izzive, ko je kondenzator 47-100uF napolnjen na 48V v vezju. Nenamerno skrajšanje lahko povzroči veliko težav. Energija, shranjena v kondenzatorju, je funkcija napetosti na kvadrat, zato samo s prehodom iz 48V na 15V zmanjšamo shranjeno energijo za faktor 10. Preprečimo tudi napetost nad napajalno napetostjo na katerem koli vhodnem zatiču signala SSM2019. Preberite vodnik za oblikovanje tega korpusa za primere, kaj je potrebno za izdelavo neprebojnega predojačevalnika.

Zaradi preglednosti sem začel ta projekt z mislijo, da bom uporabil fantomsko napajanje 24VDC, nato pa sem v procesu odpravljanja težav z napajanjem prišel na idejo, da bi uporabil +15, ki je že na voljo. Sprva sem dal napajanje v ohišje predojačevalnika. To je povzročilo več težav z brenčanjem in brenčanjem. Večino napajalnika sem končal v zunanjem ohišju s samo regulatorji napetosti v ohišju. Končni rezultat je zelo tih predojačevalnik, ki je enak, če ne celo boljši od notranjih v mojem vmesniku Focusrite. Oblikovalni cilj #4 dosežen!

Poglejmo vezje in poglejmo, kaj se dogaja. Blok SSM2019 v modrem pravokotniku je glavno vezje. Dva 820 ohmska upora se povežeta v fantomsko napajanje iz svetlo zelene površine, kjer stikalo uporablja upor +15 do 47uF kondenzatorja preko 47 ohmskega upora. Oba upora 820 Ohm sta na strani "+" 47uF sklopnih kondenzatorjev, ki oddajajo signal mikrofona. Na drugi strani sklopnih kondenzatorjev sta dva 2,2K upora, ki povezujeta drugo stran kondenzatorjev z ozemljitvijo in ohranjata vhode na SSM2019 pri enosmernem ozemljitvenem potencialu. Podatkovni list prikazuje 10K, vendar omenja, da morajo biti čim nižje, da zmanjšajo hrup. Izbral sem 2.2K, da je nižji, vendar ne vpliva močno na vhodno impedanco celotnega vezja. Upor 330 Ohm nastavi ojačanje SSM2019 na +30db. To vrednost sem izbral, saj zagotavlja minimalni dobiček, ki bi ga potreboval. S tem ojačanjem in +/- 15V napajalnimi tirnicami obrezovanje ne bi smelo biti problem. Kondenzator 200 pf na vhodnih zatičih je namenjen zaščiti EMI/RF za SSM2019. To je tik ob podatkovnem listu za zaščito RF. Na vtiču XLR sta tudi dva kondenzatorja 470 pf za zaščito RF. Na strani vhoda signala imamo stikalo DPDT, ki deluje kot stikalo za izbiro faze. Želel sem, da bi lahko hkrati uporabljal piezo kontakt za kitaro (ali druge akustične instrumente), hkrati pa uporabljal mikrofon. To omogoča fazno obračanje mikrofona, če je potrebno. Če ne bi bilo tega, bi ga odpravil, saj večina snemalnih programov omogoča obračanje snemanja po fazi. Izhod SSM2019 gre na 10K potenciometer za nastavitev nivoja na naslednjo stopnjo.

Zdaj pa na stran z visoko impedanco. V rdečem pravokotniku imamo klasični neinvertirni vmesni pomnilnik, ki temelji na enem odseku dvojnega operacijskega ojačevalnika OPA2134. To je moj najljubši ojačevalnik zvoka. Zelo nizek hrup in popačenje. Podobno kot SSM2019 ne bo najšibkejši člen v signalni verigi. Kondenzator.01uF poveže signal iz vhodnega priključka ¼”. 1M upor je zagotovil referenco ozemljitve. Zanimivo je, da lahko hrup upora 1M slišite tako, da raven visokega vhoda Z obrnete do konca. Ko pa je priključen piezo -pobiralnik, kapacitivnost piezo -pobiralnika tvori RC filter z uporom 1M. To zniža hrup (in sploh ni slab.) Od izhoda op ojačevalnika gremo do 10K potenciometra za končno nastavitev ravni.

Zadnji odsek vezja je končni ojačevalnik stopnjevanja stopnje ojačanja, zgrajen okoli drugega dela op -ojačevalnika OPA2134. Oglejte si zeleni pravokotnik na slikah. To je obratna stopnja z ojačitvijo, nastavljeno z razmerjem med uporom 22K in 2,2K upori, kar nam daje dobiček 10 ali +20dB. Kondenzator 47pf na 22K uporu je za stabilnost in zaščito RF. 10K potenciometri so linearni. Kar pomeni, da ko se brisalnik premika po območju vrtenja, se upor od začetne točke linearno spreminja s spremembo vrtenja. Na sredini dobite 5K na obeh koncih. Vendar slišimo drugače. Logaritmično slišimo. Zato se za merjenje ravni zvoka uporabljajo decibeli (dB). Z uporabo 10K linearnega potenciometra, ki napaja 2.2K upor, dosežemo spremembo ravni, ki se sliši bolj naravno. Op ojačevalec ohranja invertirni vhod na virtualnem terenu. Za AC signale je 2.2K upor vezan na virtualno ozemljitev. Na polovici vrtilne točke je slabljenje okoli -12dB, zadnja osmina rotacije pa le 1,2db razlike. To se zdi veliko bolj gladko kot pri mnogih drugih predojačevalnikih, kjer pot spreminja dobiček predojačevalnika. Deluje bolje kot predojačevalniki, ki imajo potenciometer za nastavitev ojačanja. Običajno zadnji del povečanja povzroči hiter udarec v končni dobiček in nekoliko opazen hrup. Focusrite se tako odzove. Moj ne. Signal se iz operacijskega ojačevalnika poveže prek 47 ohmskega upora. To ščiti op ojačevalnik in ga ohranja stabilnega pri dolgi vožnji kabla, če bi to morali storiti. Še zadnja stvar za dva čipa IC. To sta obe napravi z visoko pasovno širino z visokim dobičkom. Imeti morajo dobro napajanje z mimo kondenzatorji.1uF, nameščenimi blizu napajalnih zatičev. To preprečuje čudne stvari in jih ohranja lepe in stabilne.

Če povzamemo vse, obstajata dve stopnji stalnega ojačanja, 30dB in 20dB za skupni dobiček 50dB. Prilagoditev ravni se izvede s spreminjanjem ravni signala med dvema stopnjama ojačanja. Na vsakem kanalu je na voljo tudi vhod z visoko impedanco, ki je kot nalašč za piezo pickupe in druge instrumente (kitaro in bas), ki jih je treba pred snemanjem nekoliko prilagoditi. Vse z zelo nizkim popačenjem in hrupom. Fantomska moč je 15VDC, kar bi moralo delovati z večino sodobnih kondenzatorskih mikrofonov. Pomembna izjema je Neumann U87 Ai. Ta mikrofon je moj ponos in veselje. V notranjosti ima 33V Zener za vmesno napajanje. Zame to ni tako pomembno, saj ima moj Focusrite fantomsko napajanje 48V. Ostalo moje dobro dela.

Napajanje:

Napajanje je klasična zasnova stare šole. Uporablja osrednji transformator, mostični usmernik in dva velika filtrirna kondenzatorja. Transformator je osrednji s 24VAC. To pomeni, da lahko ozemljimo osrednjo pipo in iz vsake noge dobimo 12VAC. Počakaj- ali ne uporabljamo +/- 15VDC? Kako to deluje? Dogajata se dve stvari: najprej je 12VAC vrednost RMS. Za sinusni val je najvišja napetost 1,4 -krat višja (tehnično kvadratni koren dveh), tako da doseže vrh 17 voltov. Drugič, transformator je ocenjen tako, da napaja 12VAC pri polni obremenitvi. Kar pomeni, da imamo pri majhni obremenitvi (in to vezje ne porabi veliko energije) še višjo napetost. Zaradi vsega tega je napetostnim usmernikom na voljo približno 18 V DC. Uporabljamo linearne regulatorje napetosti 7815 in 7915, jaz pa sem izbral tiste iz National Japan Radio, ki so v plastičnem ohišju. To pomeni, da pri montaži ne potrebujete izolatorja med regulatorjem in ohišjem. Sprva sem vgradil napajalnik v notranjost ohišja mikrofona. To se ni dobro obneslo, saj sem nekaj brenčal in brenčal, vse povezano s tem, kako blizu je bil moj transformator notranjemu ožičenju mikrofona. Na koncu sem transformator, usmernik in velike pokrovčke filtrov dal v ločeno škatlo. Uporabil sem 4 -terminalni XLR konektor, ki sem ga imel v zabojniku za dele, da sem nereguliran enosmerni tok pripeljal v glavno ohišje, kjer so regulatorji nameščeni blizu glavnega vezja. Kot smo že omenili, sem sprva nameraval uporabiti 24VDC za Phantom napajanje, na koncu pa tega nisem storil, s čimer sem poenostavil svoje vezje in se znebil 24V regulatorja (in transformatorja z višjo napetostjo!)

2. korak: Konstrukcija: primer

Primer:

Če še niste opazili, sta moja shema barvanja in označevanje precej smešna. Moj otrok je delal šolski projekt in na voljo so bile tri barve brizgalne barve, zato sem po hiši uporabil vse tri. Nato se mi je porodila ideja, da etiketo samo ročno pobarvam z rumenim emajlom in majhnim čopičem. Skoraj edini na svetu, ki izgleda tako! Primer sem dobil pri Tanner Electronics v Dallasu, trgovini s presežki. Našel sem ga na spletu v Mouserju in na drugih mestih. To je Hammond P/N 1456PL3. Morda ga boste želeli označiti in pobarvati drugače, to je odvisno od vas!

3. korak: Konstrukcija: vezje

PC plošča:

Vezje sem zgradil na prototipu. Najprej zgradite en kanal, da zagotovite, da je zasnova delovala po pričakovanjih. Nato so zgradili ostale tri kanale. Za postavitev glejte fotografiji 1 in 2. Moji OPA2134 so iz podjetja Burr Brown, ki ga je TI kupil leta 2000. Tega sem kupil 100 dni in jih imam še nekaj. Upoštevajte, da so obvodni pokrovi.1uF nameščeni na spodnji strani plošče. Ti so pomembni za stabilnost čipov IC.

4. korak: Konstrukcija: Vtičnice in krmilniki na sprednji plošči:

Vtičnice in krmilniki na sprednji plošči:

Glede na izbiro vašega primera se lahko vaša postavitev razlikuje. Uporabil sem priključke za montažo na ploščo Switchcraft ¼”, ki bodo povezovali sprednjo ploščo z maso. Za zmanjšanje ozemljitvenih zank priključite ozemljitev vtiča XLR (Pin-1) z najkrajšo možno dolžino na sprednjo ploščo. Za svojo postavitev sem jih priključil na ozemljitveni kabel vhodnih vtičnic »Hi Z«. Predhodno sem ožičil stikala za obračanje faz, tako da sem navzkrižno povezal dve zunanji povezavi stikala z dvojnim polom Double Throw (DPDT). Nato bo mikrofonski vhod iz XLR šel na sredinske kable in eno od zunanjih povezav na vezje. Na ta način, ko spremenite položaj stikala, se faza obrne. Pred montažo XLR priključkov spajkajte na dva 470pf kondenzatorja za RF/EMI zaščito. Tako bo kasneje veliko lažje! Potenciometre namestite na sprednjo ploščo. Uporabil sem majhno ostrino ali drug marker za označevanje stvari na notranji plošči za pomoč pri povezavah pozneje. In da me spomnite, kateri čep potenciometrov naj bo povezan z maso. Nato povežite vse ozemljitvene priključke za lonce skupaj s skupno neizolirano golo žico. Kasneje bo ta povezava potekala do skupne točke.

5. korak: Konstrukcija: notranje ožičenje

Notranje povezave:

Za signalne žice mikrofona sem skupaj zvil 22 -palčne žice in priključil vhodne XLR priključke na stikala za izbiro faze. Če jih združite skupaj, zmanjšate morebitne potepuške EMI in RF. Teoretično notranjega kovinskega ohišja ne bi smeli imeti, saj je vse v tem projektu čisto analogno vezje. Za fazo še ne skrbite posebej. Bodite dosledni pri povezovanju vseh kanalov. Pri testiranju bomo ugotovili, kateri položaj stikala bo "normalen" in kateri obraten.

Za preostanek zvočnega ožičenja sem uporabil enojni prevodnik in ščit povezal z maso samo na enem koncu. To ohranja naše signale zaščitene in preprečuje ozemljitvene zanke. Imel sem zvitek 26-palčne zaščitene žice tipa “E”, ki sem jo že davno dobil od Skycrafta v Orlandu. Obstajajo prodajalci, ki ga prodajajo na spletu ali pa uporabite drug zaščiten enojni vodnik. Za vsako povezavo sem pripravil dolžino, pri kateri je bil na enem koncu izpostavljen ščit, na drugem pa le sredinski vodnik. Na ščit na nepovezanem koncu sem dal nekaj toplotne skrčitve, da ga izoliram. Oglejte si fotografije. Delajte metodično in povežite eno naenkrat. Nato vsako skupino štirih žic zavežem, da bodo stvari čim bolj čiste.

6. korak: Gradnja: Napajanje

Napajanje:

Svojo zalogo sem zgradil v manjši projektni škatli. Nekaj morate storiti, da bo ta varna in izpolnjuje kodo. Na primarnem delu transformatorja morate imeti varovalko. Uporabil sem linijsko držalo varovalke z varovalko ¼ amp. To bo pihalo, če transformator porabi več kot 25 W, česar pa ne bi smel. Celotna zadeva porabi največ 2 W s priključenimi štirimi mikrofoni.

Regulatorji napetosti:

Pred montažo na ploščo pripravite regulatorje napetosti tako, da spajkate dva filtrska kondenzatorja, 10uF za vhod in.1uF na izhodu. Priložil sem jim tudi vhodne žice, da kasneje ne bi prišlo do zmede. Ne pozabite: 7815 in 7915 sta ožičeni drugače. Za oštevilčevanje in povezavo glejte podatkovne liste. Ko je vse nameščeno, je čas, da vzpostavite vse notranje povezave.

Električni in ozemljitveni priključki:

Za priključitev enosmernih napajalnih vodnikov na vezje sem uporabil barvno označeno žico. Vse ozemljitvene povezave tečejo nazaj na eno priključno točko v primeru projekta. To je tipična shema ozemljitve "Star". Ker sem napajalnik že zgradil interno. V ohišju sem imel še dva velika filtrirna kondenzatorja. Ohranil sem jih in jih uporabil za vhodno enosmerno napajanje. V ohišju sem že imel stikalo za vklop (DPDT) in s tem sem preklopil +/- neregulirano enosmerno napajanje na regulatorje. Neposredno sem priključil ozemljitveno žico.

Ko so vse povezave končane, si vzemite odmor in se vrnite pozneje, da vse preverite! To je najbolj kritičen korak.

Priporočam, da preizkusite napajalnik in se prepričate, da so polarnosti pravilne in da imate regulatorje +15VDC in -15VDC, preden jih priključite na vezje. Na ploščo sem namestil dve LED diodi, da pokažem, da je moč. Tega vam ni treba narediti, je pa lep dodatek. Za vsako LED boste potrebovali zaporedni upor za omejevanje toka. 680 Ohm do 1K bo delovalo v redu.

7. korak: Gradnja: Patch kabli

Patch kabli:

Ta del bi lahko bil ločeno navodilo. Če želite to narediti uporabno, morate vse štiri kanale priključiti na linijske vhode vmesnika Focusrite. Nameravam jih postaviti tik ob drugem, zato sem potreboval štiri kratke kable. Na Redco sem našel odličen enožični kabel, ki je bil trden in ni drag. Imajo tudi dobre ¼”vtiče. Kabel ima zunanji ščitnik iz bakrene pletenice in notranji prevodni plastični ščit. To je treba odstraniti pri izdelavi povezovalnih kablov. Za moj način montaže kablov si oglejte zaporedje fotografij. Rad vzamem ščit in ga ovijem okoli ozemljitvenega priključka ¼”priključka, nato pa ga spajkam. Zaradi tega je kabel precej trden. Čeprav morate priključni kabel vedno odklopiti tako, da držite priključek, se včasih zgodijo nesreče. Ta metoda pomaga.

8. korak: Preizkušanje in uporaba

Testiranje in uporaba:

Prva stvar, ki jo moramo narediti, je določiti polarnost faznih stikal. Če želite to narediti, potrebujete dva enaka mikrofona. Predvidevam, da ga imate, ali pa ne bi potrebovali štirikanalnega predpojačevalnika! Enega priključite na vhod za mikrofonski predpojačevalnik Focusrite, drugega pa na kanal enega od štirikanalnih mikrofonov. Pomaknite oba do sredine. Držite mikrofona blizu drug drugega in se pogovarjajte petje ali brnenje, medtem ko premikate usta mimo obeh mikrofonov. Slušalke res pomagajo pri tem delu. Če so mikrofoni med seboj v fazi, ne bi smeli slišati ničelne vrednosti ali padca v izhodu. Preklopite fazo mikrofona in ponovite. Če niso v fazi, boste slišali ničelno ali nižjo raven. Hitro bi morali povedati, kateri položaj je v fazi in izven faze.

Opazil sem, da pri nivojskem loncu približno na polovici dobim nominalni dobiček za svoje mikrofone, kar se približno ujema s tem, ko običajno nastavim gumb za ojačanje Focusrite pred ojačevalnikom na približno 1-2 uri. Zanimivo je, da je specifikacija Focusrite do 50dB dobička. Ko ga obrnem do konca (brez priključenega mikrofona), zaslišim rahlo sikanje. Je le nekoliko glasnejši od mojega predojačevalnika na osnovi SSM2019. Nimam izdelane preizkusne opreme. Imam pa veliko izkušenj tako v studiu kot v zvoku v živo in ta predojačevalec je vrhunski.

Za vhode Hi-Z sem spajal Piezo Disc v 1/4 vtičnico in preveril, ali vse deluje in je obseg ojačanja pravilen. To nameravam v bližnji prihodnosti preizkusiti na akustični kitari.

Navdušen sem nad tem, da imam za snemanje na voljo kar osem kanalov mikrofonskih vhodov. Imam nekaj mikrofonov MS in 8 mojih mikrofonov Pimped Alice. Tako bom lahko eksperimentiral z različnimi umestitvami mikrofonov hkrati. Odpira tudi vrata projektu, ki sem ga že dolgo želel preizkusiti - mikrofon Ambisonic. Ena s štirimi notranjimi kapsulami, namenjenimi zajemanju prostorskega in večsmernega zvoka.

Spremljajte še nekaj navodil za mikrofon!

9. korak: Reference

To je veliko informacij za analogni zvok, zasnovo mikrofonskega predojačevalnika in ustrezno ozemljitev za zvočna vezja.

Reference:

Podatkovni list SSM2019

Tehnični list OPA2134

Wikipedia Phantom Power

Ta Corp "Fantomska grožnja"

Analogne skrivnosti Corp, ki vam jih mati nikoli ni povedala

Več analognih skrivnosti, ki vam jih mati nikoli ni povedala

Corp Designing Microphone Prereamps

Zvočna ozemljitev Whitlock, Whitlock

Rane "opomba 151": ozemljitev in zaščita