Napravite četverokanalno pretpojačalo za mikrofon s fantomskim napajanjem, SSM2019: 9 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Kao što ste možda primijetili iz nekih drugih mojih instruktora, imam strast prema zvuku. Ja sam i DIY tip koji se vraća unatrag. Kad su mi bila potrebna još četiri kanala mikrofonskih pretpojačala za proširenje USB audio sučelja, znala sam da je to DIY projekt.

Prije nekoliko godina kupio sam USB audio sučelje Focusrite. Ima četiri mikrofonska pretpojačala i četiri linijske ulaze zajedno s nekim digitalnim ulazima. To je izvrstan komad hardvera i zadovoljio je moje potrebe. To je bilo sve dok nisam sagradio hrpu mikrofona. Stoga sam krenuo u rješavanje ovog neslaganja. Tako je rođen SSM2019 četvorokanalni mikropojačalo!

Imao sam nekoliko dizajnerskih ciljeva za ovaj projekt.

Bilo bi što je moguće jednostavnije i koristilo bi minimalno komponenti

Imao bi fantomsku snagu koja bi mi omogućila korištenje svih mikrofona Pimped Alice koje sam izgradio

Imao bi ulaz visoke impedancije (Hi-Z) na svakom kanalu za piezo sonde, moj budući projekt. Ovo bi bilo jednostavno dodati da su kućište i napajanje već dio glavnog projekta

Imao bi profesionalne audio specifikacije: čist, s niskim izobličenjem i niskim šumom. Dobar ili bolji od postojećih pretpojačala u mom sučelju Focusrite

Korak 1: Dizajn

Počeo sam proučavati ono što je već vani. Vrlo sam upoznat s analognim dizajnom i bacio sam pogled na SSM2019, budući da sam prethodno koristio svog starijeg rođaka, sada zastarjeli SSM2017. SSM2019 dostupan je u 8 -polnom DIP paketu, što znači da se lako može ukrcati u kruh. Naišao sam na fantastične informacije o dizajnu predpojačala mikrofona iz tvrtke Corp. (vidi referentni dio) Nažalost, svi njihovi specifični čipovi pretpojačala su mali paketi za površinsko montiranje. A specifikacije su tek neznatno bolje od SSM2019. Zahvaljujem im na razmjeni znanja i dizajnu. Specifikacije SSM2019 su fantastične i poput većine audio operacijskih pojačala ovih dana, premašit će ostatak signalnog lanca za performanse. Koristio sam dvije faze s fiksnim pojačanjem s potenciometrom koji omogućuje podešavanje signala između njih. To dizajn čini jednostavnim i eliminira potrebu za pronalaženjem dijelova; kao što su antilog potenciometri i višekontaktni prekidači s jedinstvenim vrijednostima otpornika. Također održava THD + buku znatno ispod 0,01%

Tijekom procesa projektiranja imao sam bogojavljenje o fantomskom napajanju. Većina ljudi misli da je 48 volti "standard". Ovo se vraća unatrag i bilo je važno kada se napon fantomske energije koristio za pomicanje kapsule za kondenzatorske mikrofone. Trenutno većina kondenzatorskih mikrofona koristi fantomsko napajanje za stvaranje stabilnog izvora niskog napona. Interno koriste Zener za generiranje 6-12VDC. Taj se napon koristi za pokretanje unutarnje elektronike i za stvaranje većeg napona za polarizaciju kapsule. Ovo je zapravo najbolji način za to. Dobivate lijep stabilan napon kapsule koji može biti veći od 48V ako je potrebno. Specifikacije fantomskog napajanja za mikrofone pozivaju na 48V, 24V i 12V. Svaki koristi različite vrijednosti spojnih otpornika. 48V koristi 6.81K, 24V sa 1.2K, a 12V koristi 680 Ohm. U biti, fantomsko napajanje je potrebno da bi se mikrofonu dala određena snaga. Moje bogojavljenje je bilo ovo: Napon mora biti dovoljno visok da bi unutarnji 12V Zener funkcionirao. Ako sam koristio +15V koji je dostupan u mom projektu i odgovarajuću vrijednost otpornika spojnice, trebao bi raditi sasvim u redu. Time se zapravo rješavaju dva druga problema. Prvo, ne treba posebno napajanje samo za fantomsko napajanje. Drugo, i važnije za moj dizajn je jednostavnost. Zadržavajući napon fantomske energije na ili manji od opskrbnog napona za SSM2019, eliminiramo mnogo dodatnih strujnih krugova koji su potrebni za zaštitu. Dečki iz tog korpusa predstavili su dva rada na AES -u pod nazivom "Fantomska prijetnja" i "Vraća se fantomska prijetnja 48V". Oni se posebno bave izazovima da se kondenzator 47-100uF napuni na 48V u krugu. Slučajno skraćivanje može uzrokovati mnogo problema. Energija pohranjena u kondenzatoru je funkcija napona na kvadrat pa samo prelaskom s 48V na 15V smanjujemo pohranjenu energiju za faktor 10. Također sprječavamo napon iznad napona napajanja na bilo kojem od ulaznih pinova signala SSM2019. Pročitajte vodič za projektiranje tog zbora za primjere onoga što je potrebno za izradu predpojačala.

Samo da budem transparentan, započeo sam ovaj projekt misleći da ću koristiti 24VDC fantomsko napajanje, a zatim sam u procesu rješavanja problema s napajanjem došao na ideju o upotrebi već dostupnih +15. U početku sam napajanje stavio unutar kućišta pretpojačala. To je uzrokovalo više problema sa zujanjem i zujanjem. Završio sam s većinom napajanja u vanjskom kućištu sa samo regulatorima napona u kućištu. Krajnji rezultat je vrlo tiho predpojačalo koje je jednako ako ne i bolje od unutarnjih u mom Focusrite sučelju. Dizajn cilj #4 postignut!

Pogledajmo krug i vidimo što se događa. Blok SSM2019 u plavom pravokutniku glavni je krug. Dva otpornika od 820 Ohma spajaju se fantomskim napajanjem sa svijetlozelenog područja gdje prekidač primjenjuje +15 na 47uF kondenzator preko otpornika od 47 Ohma. Oba otpornika od 820 Ohma nalaze se na “+” strani kondenzatora za povezivanje 47uF koji donose signal mikrofona. S druge strane kondenzatora za spajanje nalaze se dva 2.2K otpornika koji vezuju drugu stranu kondenzatora za uzemljenje i drže ulaze na SSM2019 na istosmjernom uzemljenju. Tehnički list prikazuje 10K, ali spominje da bi trebali biti što niži kako bi se smanjila buka. Odabrao sam 2.2K da bude niži, ali ne utječe uvelike na ulaznu impedanciju cijelog kruga. Otpornik od 330 Ohma postavlja pojačanje SSM2019 na +30db. Odabrao sam ovu vrijednost jer pruža minimalni dobitak koji bi mi trebao. S ovim pojačanjem i +/- 15V opskrbnim tračnicama odsjecanje ne bi trebalo biti problem. Kondenzator od 200 pf na ulaznim pinovima služi za EMI/RF zaštitu za SSM2019. Ovo je odmah izvan podatkovnog lista za RF zaštitu. Na XLR utičnici nalaze se i dva kondenzatora od 470 pf za RF zaštitu. Na ulaznoj strani signala imamo prekidač DPDT koji djeluje kao prekidač za odabir faze. Htio sam moći koristiti piezo kontakt za hvatanje gitare (ili drugih akustičnih instrumenata) dok istovremeno koristim mikrofon. To omogućuje preokretanje faze mikrofona ako je potrebno. Da nije bilo toga, eliminirao bih to jer vam većina programa za snimanje omogućuje obrnutu fazu snimanja. Izlaz SSM2019 ide na 10K potenciometar za podešavanje razine na sljedeću fazu.

A sada na stranu visoke impedancije. U crvenom pravokutniku imamo klasični neinvertirajući tampon temeljen na jednoj sekciji OPA2134 dual op pojačala. Ovo je moje omiljeno op pojačalo za audio. Vrlo niska buka i izobličenja. Slično kao i SSM2019, neće biti najslabija karika u signalnom lancu. Kondenzator.01uF spaja signal iz ulazne utičnice ¼”. Otpornik od 1M pružio je referentnu masu. Zanimljivo je da se šum 1M otpornika može čuti okretanjem razine visokog ulaza Z do kraja. Međutim, kada je Piezo skupljač spojen, kapacitet piezo prijemnika čini RC filter s 1M otpornikom. To smanjuje buku (i nije loše uopće.) S izlaza op -pojačala idemo do 10K potenciometra za konačno podešavanje razine.

Posljednji dio kruga je pojačalo za zbrajanje konačnog stupnja pojačanja izgrađeno oko drugog dijela OPA2134 op pojačala. Pogledajte zeleni pravokutnik na ilustracijama. Ovo je invertirajući stupanj s pojačanjem postavljenim omjerom otpornika od 22K i otpornika od 2.2K što nam daje pojačanje od 10 ili +20dB. Kondenzator od 47pf preko 22K otpornika služi za stabilnost i RF zaštitu. Potenciometri od 10K su linearni. Što znači da kada se brisač kreće po rasponu rotacije, otpor od početne točke linearno varira s promjenom rotacije. U sredini dobijete 5K na oba kraja. Međutim, mi čujemo drugačije. Čujemo logaritamski. Zbog toga se decibeli (dB) koriste za mjerenje razine zvuka. Korištenjem linearnog potenciometra od 10K koji napaja otpornik od 2.2K postižemo promjenu razine koja zvuči prirodnije. Op pojačalo zadržava invertirajući ulaz na virtualnom tlu. Za AC signale, 2.2K otpornik je vezan za virtualno uzemljenje. Na pola puta rotacije je slabljenje od -12dB, a posljednja osmina rotacije samo 1,2db razlike. Ovo se čini mnogo glatkijim od mnogih drugih pretpojačala gdje lonac mijenja pojačanje pretpojačala. Radi bolje od pretpojačala koja imaju potenciometar za podešavanje pojačanja. Obično posljednji bit povećanja uzrokuje brzo povećanje konačnog pojačanja i malo zamjetne buke. Focusrite reagira na ovaj način. Moje ne. Signal se iz op -pojačala spaja preko 47 Ohmskog otpornika. Ovo štiti op pojačalo i održava ga stabilnim pri dugoj vožnji kabela ako to trebate učiniti. Još jedna posljednja stvar za dva IC čipa. To su oba uređaja velike propusnosti s visokim pojačanjem. Moraju imati dobro napajanje zaobilazeći.1uF kondenzatore montirane blizu dovoda napajanja. To sprječava čudne stvari da se dogode i održava ih lijepima i stabilnima.

Sve u svemu, postoje dvije faze fiksnog pojačanja, 30dB i 20dB za ukupni dobitak od 50dB. Podešavanje razine vrši se mijenjanjem razine signala između dvije faze pojačanja. Na svakom kanalu dostupan je i ulaz visoke impedancije koji je savršen za piezo pikapove i druge instrumente (gitara i bas) kojima je potrebno malo podešavanja razine prije snimanja. Sve s vrlo niskim izobličenjem i šumom. Fantomska snaga je 15VDC što bi trebalo raditi s većinom modernih kondenzatorskih mikrofona. Jedna značajna iznimka je Neumann U87 Ai. Taj mikrofon je moj ponos i veselje. Interno ima 33V Zener za posredničko napajanje. Za mene to nije toliko problem jer moj Focusrite ima 48V fantomsku snagu. Svi ostali rade sasvim u redu.

Napajanje:

Napajanje je klasični dizajn stare škole. Koristi središnji transformator, ispravljač mosta i dva velika kondenzatora filtera. Transformator ima središnje napajanje 24VAC. Što znači da možemo uzemljiti središnju slavinu i dobiti 12VAC iz svake noge. Čekajte- ne koristimo li +/- 15VDC? Kako ovo radi? Događaju se dvije stvari: Prvo, 12VAC je RMS vrijednost. Za sinusni val, vršni napon je 1,4X veći (tehnički kvadratni korijen dva) tako da daje vrhunac od 17 volti. Drugo, transformator je ocijenjen za napajanje 12VAC pri punom opterećenju. Što znači da pri malom opterećenju (a ovaj krug ne koristi puno energije) imamo još veći napon. Sve to rezultira oko 18VDC dostupnim ispravljačima napona. Koristimo linearne regulatore napona 7815 i 7915, a ja sam odabrao one s National Japan Radio koji su plastični. To znači da vam prilikom montaže nije potreban izolator između regulatora i kućišta. U početku sam napajanje ugrađivao u kućište mikrofonskog pretpojačala. To nije išlo baš najbolje jer sam čuo brujanje i zujanje, a sve se odnosilo na to koliko je moj transformator bio blizu ožičenja unutarnjeg mikrofona. Na kraju sam stavio transformator, ispravljač i velike poklopce filtera u zasebnu kutiju. Koristio sam XLR konektor sa 4 terminala koji sam imao u kanti za dijelove kako bih doveo neregulirani istosmjerni napon u glavno kućište gdje su regulatori montirani blizu glavne ploče. Kao što je ranije spomenuto, u početku sam namjeravao koristiti 24VDC za Phantom napajanje, a na kraju to nisam učinio, pojednostavljujući svoj krug i riješivši se 24V regulatora (i transformatora višeg napona!)

Korak 2: Konstrukcija: slučaj

Slučaj:

Ako još niste primijetili, moja shema boje i označavanje prilično su smiješni. Moje je dijete radilo školski projekt, a mi smo imale na raspolaganju tri boje spreja, pa sam ja htjela koristiti sve tri. Tada sam došao na ideju da ručno obojim etiketu žutim emajlom i malom četkom. Otprilike jedini na svijetu koji izgleda ovako! Dobio sam slučaj od Tanner Electronics -a u Dallasu, trgovine s viškom. Našao sam ga na mreži u Mouseru i na drugim mjestima. To je Hammond P/N 1456PL3. Možda ćete ga htjeti označiti i slikati drugačije, to je na vama!

Korak 3: Konstrukcija: pločica

PC ploča:

Izradio sam krug na ploči s prototipom. Prvo je izgrađen jedan kanal kako bi se osiguralo da je dizajn radio prema očekivanjima. Zatim su izgrađena druga tri kanala. Za izgled pogledajte fotografije 1 i 2. Moji OPA2134 su iz tvrtke Burr Brown, koju je TI kupio 2000. Kupio sam ih 100 na dan i još ih imam nekoliko. Obratite pozornost na.1uF zaobilazne kape sve montirane na donjoj strani ploče. To je važno za stabilnost IC čipova.

Korak 4: Konstrukcija: Utičnice i komande na prednjoj ploči:

Utičnice i komande na prednjoj ploči:

Ovisno o izboru slučaja, vaš izgled može varirati. Koristio sam Switchcraft panel nosače ¼”koji će spojiti prednju ploču na masu. Kako biste minimizirali petlje uzemljenja, spojite uzemljenje XLR utičnice (Pin-1) najkraće moguće duljine na prednju ploču. Za svoj izgled, spojio sam ih na uzemljenje "Hi Z" ulaznih priključaka. Prethodno sam spojio prekidače za promjenu faze ukrštanjem dva vanjska spoja sklopke Double Pole Double Throw (DPDT). Tada će ulaz mikrofona iz XLR -a ići na središnje vodiče i jedan od vanjskih priključaka na ploču. Na ovaj način, kada se promijeni položaj prekidača, faza se mijenja. Prije montaže XLR utičnica, lemite dva kondenzatora od 470 pf za RF/EMI zaštitu. To kasnije znatno olakšava! Potenciometre postavite na prednju ploču. Koristio sam malu oštricu ili neki drugi marker za označavanje stvari na unutarnjoj ploči kako bih kasnije pomogao pri povezivanju. I da me podsjetite koji uložak potenciometara treba spojiti na masu. Zatim spojite sve uzemljene spojeve lonaca zajedničkom neizoliranom golom žicom. Kasnije će ta veza ići do zajedničke točke uzemljenja.

Korak 5: Konstrukcija: Unutarnje ožičenje

Unutarnje veze:

Za signalne žice mikrofona spojio sam žice od 22 metra zajedno i spojio ulazne XLR priključke na prekidače za odabir faze. Njihovo uvijanje umanjuje sve zalutale EMI i RF. U teoriji, unutar metalnog kućišta ne bismo trebali imati ništa, jer je sve u ovom projektu čisto analogno kolo. Ne brinite se još konkretno o fazi. Budite dosljedni u načinu povezivanja svih kanala. Tijekom testiranja ćemo otkriti koji će položaj prekidača biti "normalan", a koji obrnut.

Za ostatak audio ožičenja koristio sam oklopljeni vodič s jednim vodičem i spojio štit na masu samo na jednom kraju. To štiti naše signale i sprječava petlje uzemljenja. Imao sam kolut oklopljene žice tipa “E” od 26 kalibra koji sam odavno dobio od Skycrafta u Orlandu. Postoje dobavljači koji ga prodaju putem Interneta ili možete upotrijebiti drugi zaštićeni jedan vodič. Za svaku vezu pripremio sam duljinu s oklopom izloženim na jednom kraju, a na drugom samo središnjim vodičem. Stavio sam termoskupljanje preko štita na nepovezanom kraju kako bih ga izolirao. Pogledajte fotografije. Radite metodično i povezujte jednu po jednu stvar. Zatim povežem svaku skupinu od četiri žice kako bih stvari bile što urednije.

Korak 6: Konstrukcija: Napajanje

Napajanje:

Opremu sam sagradio u manju projektnu kutiju. JEDNA je stvar koju morate učiniti kako biste bili sigurni i ispunili kôd. Morate imati osigurač na primarnom dijelu transformatora. Koristio sam linijski držač osigurača s osiguračem od ¼ pojačala. To će puhati ako transformator troši više od 25W, što ne bi trebao. Cijela ova stvar koristi najviše 2W s četiri spojena mikrofona.

Regulatori napona:

Pripremite regulatore napona prije montaže na ploču lemljenjem na dva kondenzatora filtra, 10uF za ulaz i.1uF na izlazu. Priključio sam im i ulazne žice kako bih kasnije spriječio zabunu. Upamtite: 7815 i 7915 drugačije su ožičeni. Za numeriranje i povezivanje pogledajte tehničke listove. Nakon što je sve montirano, vrijeme je da uspostavite sve unutarnje veze.

Priključci napajanja i uzemljenja:

Koristio sam žicu označenu bojom za spajanje istosmjernih napajanja na ploču. Svi spojevi uzemljenja vode se na jedno mjesto povezivanja u slučaju projekta. Ovo je tipična shema uzemljenja "Star". Budući da sam već interno izgradio napajanje. I dalje sam imao dva velika kondenzatora filtera unutar kućišta. Zadržao sam ih i koristio za dolaznu istosmjernu struju. Već sam imao prekidač za napajanje u kućištu (DPDT) i to sam koristio za prebacivanje +/- neregulirane istosmjerne struje na regulatore. Izravno sam spojio žicu za uzemljenje.

Nakon što sve veze budu dovršene, napravite pauzu i vratite se kasnije provjeriti sve! Ovo je najkritičniji korak.

Preporučujem vam da provjerite napajanje i provjerite jesu li polariteti ispravni te da imate +15VDC i -15VDC iz regulatora prije nego ih spojite na ploču. Ugradio sam dvije LED diode na ploču kako bih pokazao da ima napajanja. Ne morate to učiniti, ali to je lijep dodatak. Za svaku LED diodu trebat će vam serijski otpornik za ograničavanje struje. 680 Ohm do 1K će raditi sasvim u redu.

Korak 7: Konstrukcija: Zakrpni kabeli

Spojni kabeli:

Ovaj dio mogao bi biti zaseban Instructable. Da biste ovo učinili upotrebljivim, morate spojiti sva četiri kanala na linijske ulaze sučelja Focusrite. Planiram ih postaviti odmah jedan do drugog pa su mi trebala četiri kratka kabela. Našao sam sjajan jednožični kabel koji je bio čvrst i nije skup u Redcu. Imaju i dobre ¼”utikače. Kabel ima vanjski štit od bakrene pletenice i vodljivi plastični unutarnji štit. To se mora ukloniti prilikom izrade spojnih kabela. Pogledajte slijed fotografija za moju metodu montaže kabela. Volim uzeti štit i omotati ga oko uzemljenja priključka ¼”, a zatim ga lemiti. To čini kabel prilično čvrstim. Iako biste uvijek trebali odspojiti patch kabel držeći konektor, ponekad se događaju nesreće. Ova metoda pomaže.

Korak 8: Testiranje i upotreba

Testiranje i upotreba:

Prvo što moramo učiniti je odrediti polaritet faznih sklopki. Za to su vam potrebna dva identična mikrofona. Pretpostavljam da imate, ili vam ne bi trebalo četverokanalno pretpojačalo! Spojite jedan na Focusrite mikrofonski predpojačalo, a drugi na kanal jedan od četverokanalnih mikrofon. Pomicanje obje prema sredini. Držite mikrofone blizu jedan do drugog i razgovarajte pjevajući ili pjevušeći dok pomičete usta pored dva mikrofona. Slušalice zaista pomažu u ovom dijelu. Ne biste trebali čuti nulu ili pad u izlazu ako su mikrofoni međusobno u fazi. Prebacite fazu mikrofona i ponovite. Ako su izvan faze, čut ćete nulu ili pad razine. Trebali biste biti u mogućnosti vrlo brzo reći koja je pozicija u fazi, a izvan faze.

Primijetio sam da sa level potporom otprilike na pola puta dobivam nominalni dobitak za svoje mikrofone i to otprilike odgovara onom gdje normalno postavljam gumb za pojačanje Focusrite predpojačala na otprilike 1-2 sata. Zanimljivo je da su specifikacije Focusritea do 50 dB pojačanja. Kad ga okrenem do kraja (bez spojenog mikrofona) čujem lagano šištanje. Malo je glasniji od mog pretpojačala zasnovanog na SSM2019. Nemam na raspolaganju složenu opremu za ispitivanje. Međutim, imam mnogo iskustva i u studiju i u zvuku uživo, a ovo je pojačalo vrhunski.

Za Hi-Z ulaze lemio sam Piezo disk na 1/4 utičnicu i provjerio da li sve radi i da li je raspon pojačanja točan. Planiram to testirati na akustičnoj gitari u bliskoj budućnosti.

Uzbuđen sam što imam na raspolaganju punih osam kanala mikrofonskih ulaza za snimanje. Imam nekoliko MS mikrofona i 8 svojih mikrofona Pimped Alice. To će mi omogućiti da eksperimentiram s različitim položajima mikrofona u isto vrijeme. Otvara i vrata projektu koji sam dugo želio isprobati - mikrofon Ambisonic. Jedna s četiri unutarnje kapsule namijenjene hvatanju surround zvuka i višesmjernog zvuka.

Pratite još nekoliko instruktora s mikrofonom!

Korak 9: Reference

Ovo je mnoštvo informacija o analognom zvuku, dizajnu mikrofonskog pretpojačala i ispravnom uzemljenju audio sklopova.

Reference:

Tehnički list SSM2019

Tehnički list OPA2134

Wikipedia Phantom Power

Ta Corp "Fantomska prijetnja"

Analogne tajne korporacije koje vam vaša majka nikada nije rekla

Taj Corp Više analognih tajni koje vam majka nikada nije rekla

Taj Corp projektira mikrofonske predpojačala

Whitlock audio uzemljenje, Whitlock

Rane "napomena 151": Uzemljenje i oklop