Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
PCBway
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Mikser audio DIY - redukowanie szumów

02 Sie 2016 23:10 3678 15
  • Poziom 22  
    Witam,
    noszę się z zamiarem zbudowania miksera audio. Miałby on przeważnie służyć do nagrywania, zatem wymagany jest jak najniższy poziom szumów. Zaprojektowałem już stopień wejściowy, niestety nie zadowala mnie on w pełni - po podłączeniu mikrofonu dynamicznego (Shure SM58, ekranowanym kablem XLR) słychać cichy szum w tle, przy bardzo wysokim wzmocnieniu (potencjometr na full, z obliczeń wzmocnienie około 3000x) staje się on już dość ostry i jak najbardziej słyszalny. Nie jest to typowy "brum" sieciowy, lecz coś na kształt białego szumu, jak telewizor bez sygnału :D W załączniku jest nagrana próbka z podłączonym mikrofonem, co ciekawe, bez niego poziom zakłóceń (?) znacznie maleje, mimo, że powinno być na odwrót z racji wysokiej impedancji wejściowej wzmacniacza operacyjnego. Testowałem układ na różnych op. ampach: TL072, TL074, NE5532, 4558, NJM2068. Najniższy poziom uzyskałem z tym ostatnim, jednak i tak jest on dość wysoki, porównywalny z firmowym (i nie najlepszym :P ) mikserem Behringer Eurorack UB502. Co mógłbym zrobić w takiej sytuacji ? Próbowałem odrobinę odciąć pasmo od góry dodając kondensator 390pF równolegle do R5, żeby zapobiec ewentualnym wzbudzeniom poza częstotliwościami akustycznymi, jednak oprócz zmniejszenia pasma przenoszenia i ucięcia charakterystyki wzmacniacza, w niczym on nie pomógł :( Czy jedynym rozwiązaniem w takim przypadku byłby preamp na tranzystorach ?
    Pozdrawiam, xdiax

    Przedwzmacniacz:
    Mikser audio DIY - redukowanie szumów

    Zasilacz:
    Mikser audio DIY - redukowanie szumów

    Próbka szumu:
    próbka.mp3 Download (231.7 kB)
  • PCBway
  • Poziom 9  
    Tutaj masz trochę informacji o stopniach wejściowych. Nie musisz używać drogich THAT - można INA lub SSM.
    http://www.thatcorp.com/datashts/AES129_Designing_Mic_Preamps.pdf

    Bardzo dziwny jest Twój układ - skąd masz taki schemat? Na pewno zmieniłbym zasilacz i dałbym taki nawet na zwykłych LM bo diody Zenera potrafią bardzo szumieć.
    Rezystory 220 kΩ do masy? Nie wiem, po co one tam są - jeżeli już to ok. 10 kΩ, a nawet 1-2 kΩ
    Jak nie używasz phantom power, możesz zrezygnować z kondensatorów na wejściu lub użyć większych pojemności 22-33 µF
  • Poziom 43  
    Pierwszy stopień pozbawiony polaryzacji stałoprądowej pewnie jest blisko nasycenia i wzmacnia szumy z zasilania - zmierz napiecie stałe na wyjściu.

    Rezystory na wejściu maja w sumie 2kOm a mikrofon ma impedancję 300Om, sam szum cieplny rezystorów będzie większy niż mikrofonu.
  • PCBway
  • Poziom 22  
    Bardzo dziękują za szybką odpowiedź :)
    1dino napisał:
    Bardzo dziwny jest Twój układ - skąd masz taki schemat ?

    To nic innego jak OA w konfiguracji wzmacniacza różnicowego, tylko na schemacie wkradł się błąd :) Już poprawione.
    1dino napisał:
    Jak nie używasz phantom power

    Zdarza się używać pojemnościówek, więc Phantom jest obowiązkowy w tym przypadku.

    1dino napisał:
    Na pewno zmieniłbym zasilacz i dał taki nawet na zwykłych LM bo zennery potrafią bardzo szumieć.

    Ok, zamienię na liniowe z serii 78xx 79xx. Czy coś jeszcze należałoby przeprojektować w tym zasilaczu ? Bo szczerze mówiąc takie układy na trafie z odczepem spotykałem chyba we wszystkich sprzętach, w których były op-ampy i nie szumiały :D

    Co do napięcia - wynosi ono 0,6mV za pierwszym stopniem (wzm. różnicowym) i -66mV za drugim stopniem (wzm. nieodwracającym). Z mikrofonem i bez.

    jarek_lnx napisał:
    sam szum cieplny rezystorów będzie większy niż mikrofonu

    Bardzo cenna uwaga, dziękuję, poczytam o tym :)
  • Poziom 29  
    xdiax napisał:
    1dino napisał:
    Na pewno zmieniłbym zasilacz i dał taki nawet na zwykłych LM bo diody Zenera potrafią bardzo szumieć.

    OK, zamienię na liniowe z serii 78xx/79xx.

    Stabilizatory LM78xx/79xx nie należą do wybitnych - w sam raz do zasilania układów różnorakich w domu i zagrodzie, ale nie niskoszumnych audio. Tłumienie zmian napięcia wejściowego (np. tętnień od sieci) to typowo około 70 dB. Można to jeszcze poprawić, łącząc kaskadowo dwa stabilizatory (tzw. "preregulator" i stabilizator właściwy, będzie wtedy 140 dB), ale pozostaje jeszcze kwestia szumów. Gdzieś czytałem, że napięcie szumów na wyjściu 78xx jest od kilkudziesięciu do nawet stu µV (karta katalogowa podaje typowo 42 µV), więc nawet w kaskadzie ostatni nie powinien być 78xx/79xx. Polecam klasyczny µA723, gdzie przy odpowiednim doborze pojemności można zejść do 2,5 µV napięcia szumów na wyjściu. Wymagać będzie podwójnego uzwojenia wtórnego, a nie odczepu, ale chyba warto.

    Ciekawy artykuł o badaniu szumów różnych źródeł zasilających: http://www.tnt-audio.com/clinica/regulators_noise1_e.html

    Wzmacniacz różnicowy U1a na twoim schemacie jest wrażliwy na niedokładności elementów. Musiałbyś kupić czapkę oporników i dobierać. Ale są gotowe układy wzmacniaczy różnicowych z rezystorami w środku.
  • Poziom 9  
    Reasumując :)
    Jak zrobisz układ sugerowany przez THAT (np na INA217) plus dobry zasilacz z shunt regulatorem będziesz miał fajny preamp do mikrofonu.
  • Poziom 29  
    W kartach katalogowych wzmacniaczy operacyjnych w konfiguracji wzmacniacza różnicowego piszą o zastosowaniu oporników o tolerancji 0,1%. Po pobieżnym rozejrzeniu się w Internecie widzę, że najlepsze, jakie można dostać od ręki, to oporniki z tolerancją 1%. Jeżeli więc nie zastosujesz wzmacniacza instrumentacyjnego, jak sugeruje poprzednik, to nieodzowne będzie zdobycie precyzyjnych oporników do stopnia różnicowego. Więc faktycznie albo czapka oporników, miernik i zabawa na cały wieczór aż po ciemną noc, albo może ktoś z forumowiczów doradzi, gdzie można kupić oporniki o tolerancji 0,1% z całego typoszeregu (a nie jakieś przypadkowo dostępne gdzieś rarytasy).

    Gotowy schemat masz na rysunku 16 ze strony 13 http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/ina217.pdf.
  • Poziom 9  
    Z rezystorami nie ma co przesadzać ale jak ktoś lubi ...
    Tolerancje 0.1% są bardziej pożądane przy zastosowaniu wzmacniaczy operacyjnych w sprzęcie pomiarowym.
    Precyzyjnymi handluje np HFO elektronik. Nie maja szeregów 0.1% ale można coś dobrać.
    Dodatkowo maja rezystory o niskim dryfcie temperaturowym (np 15ppm) co moim zdaniem jest często ważniejsze niż walka o 0.1% przy 50 ppm.

    Dodano po 7 [minuty]:

    Gotowy schemat masz na rysunku 16 ze strony 13 http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/ina217.pdf..

    Zwróć też uwagę przy projektowaniu PCB na stronę 15.
  • Poziom 29  
    Zależy, co kolega xdiax chce osiągnąć. Ale konfiguracja z różnicowym wzmacniaczem na wejściu służy wytłumieniu zakłóceń przychodzących kablem, które zazwyczaj mają charakter sygnału wspólnego. Dokładność realizacji odejmowania na stopniu wejściowym zależna od tolerancji oporników będzie wpływać na to tłumienie.
  • Poziom 9  
    Sygnał zbalansowany z mikrofonu tez ma swoją tolerancje i na pewno nie jest to 0.1% przy mikrofonach estradowych.
    W mikserach czy interfejsach z "wysokiej półki" nie widziałem rezystorów 0.1% ale DIY ma ta przewagę, ze można się pobawić. Jeżeli użyje rezystorów 0.1% z niskim ppm to będzie spał spokojniej :) - moim zdaniem im dokładniej tym efekt lepszy.
    Popełniłem lampowy pre do gramofonu i spędziłem sporo czasu parując rezystory tam gdzie nie mogłem użyć 0.1%.
  • Poziom 29  
    xdiax napisał:
    Testowałem układ na różnych op. ampach: TL072, TL074, NE5532, 4558, NJM2068.

    Jeszcze słowo komentarza po ponownym czytaniu: zwróć uwagę, że z wyjątkiem tego ostatniego (tu nie wiem) są to konstrukcje jeszcze z lat siedemdziesiątych poprzedniego stulecia, czyli ok. 40-letnie. Chyba jednym z dobrych kryteriów wyboru układu z etykietką "(ultra) low noise" byłby jednak jego wiek. Zaproponowany powyżej INA217 czy SSM2019 mają nie więcej niż 15 lat. W tej dziedzinie nie ma przełomu co sezon, ale jednak producenci idą do przodu, warto iść za nimi.

    20 lat temu miałem w ręce kamerę Betacam SP Sony, gdzie tor audio był zbudowany na układach 4558 (na pewno nie z chińskiej fabryki). Słuchałem (braku - jak mi się wydawało) szumów tej kamery jak objawienia, bo byłem przyzwyczajony do zachowania ówczesnych urządzeń audio. Ale technika poszła do przodu, również oczekiwania kreowane sprzętem, z jakim się można porównywać. Nic dziwnego, że 4558 dziś odrzucasz.

    xdiax napisał:
    Czy jedynym rozwiązaniem w takim przypadku byłby preamp na tranzystorach?

    Tylko czy dałbyś radę, robiąc go od podstaw "na piechotę", zapanować nad innymi istotnymi parametrami, np. THD? Chyba jednak lepiej skorzystać z gotowego klocka, zwłaszcza gdy w warunkach domowych się ma ograniczony dostęp do specjalizowanego sprzętu pomiarowego.
  • Poziom 43  
    Wbrew pozorom konstruktor budując z elementów dyskretnych, ma o wiele łatwiejsze zadanie niż konstruktorzy scalonych wzmacniaczy operacyjnych które muszą pracować z małym prądem zasilania co niekorzystnie odbija się na parametrach szumowych.
    Warto przeczytać, przykład że bardzo niskie szumy można uzyskać na bardzo tanich tranzystorach:
    Link
  • Poziom 21  
    Rezystory 0,1% są dostępne np. w TME. Może nie całe szeregi ale za to w większości 25ppm ale są też 10ppm.
    Jedyne ale to to, że są w SMD te w THT też znajdziemy 0,1% ale ich liczba już nie zachwyca ale za to mamy większość 15ppm.
  • Poziom 22  
    Bardzo dziękuję za wszystkie posty i uwagi, a także przepraszam za moją dłuższą nieobecność w temacie. Planuję zmodernizować układ wedle wcześniejszych rad, czyli : zamienić stabilizację zasilania z diod zenera na stabilizatory liniowe lub uA723, wymienić opamp na INA217 oraz rezystory na metalizowane 1% o wyższej rezystancji aby zmniejszyć szumy cieplne i prądowe. Niestety oporników o mniejszej tolerancji nie mogę zdobyć u siebie w mieście (swoją drogą, mam na warsztacie interfejs audio, który ma lepsze parametry i mniejsze szumy mimo zastosowania 1% rezystorów SMD :D ). Chciałbym jeszcze zapytać o samo rozwiązanie układowe - czy jest ono poprawne, czy coś jeszcze można by w nim zmienić ? Żeby się nie okazało, że super op-amp HiFi ze złotymi nóżkami za 5tys. będzie brzmieć kiepsko z powodu samego układu :D
    Pozdrawiam
    xdiax
  • Poziom 21  
    -Elektrolity na wejściu wymieniłbym na dobre polipropylenowe jednocześnie zwiększając ich wartość tak do 10uF.
    -Płytkę można zastosować dwustronną i górną część przeznaczyć na masę.
    -Przy samych wzmacniaczach operacyjnych dodać dobrą filtrację. Powiedzmy coś około 10uF MLCC w SMD i 100nF.

    Myślę, że to powinno coś pomóc.
  • Specjalista elektronik
    A co z szumem, jak się zrobi zwarcie wejścia (przewody połączone z gniazdem)? Jeśli jest dużo mniejszy, to głównie nie wzmacniacz szumi...

    I ile tego szumu jest - jakie jest napięcie szumu na wyjściu przy maksymalnym wzmocnieniu i zwartym wejściu wzmacniacza?

    Mam wrażenie, że uwaga z #3 o polaryzacji stałoprądowej jest błędna (albo dotyczyła innej wersji schematu) - rozumiem, że wzmacniacz ma zasilanie +-, a polaryzacja jest w okolicy masy.

    Wzmacniacz operacyjny o niskich szumach dla źródła o małej impedancji musi pobierać spory prąd - muszą go pobierać tranzystory wejściowe.

    Szumy tranzystora bipolarnego zależą od prądu - jest pewna wartość prądu, dla którego są najmniejsze. Dla większości tranzystorów "niskoszumowych" jest on w zakresie od 10uA do 100uA - co odpowiada impedancji emitera 2.6kΩ (przy 10uA) do 260Ω (przy 100uA). Impedancja źródła sygnału powinna być √β razy większa od tej impedancji emitera - a więc około 60k dla 10uA, 6k dla 100uA (dla β=540 - im większa β, tym lepiej). To oznacza, że takie tranzystory nie nadają się do sygnału ze źródła o impedancji 300Ω, przynajmniej w pojedynkę - można połączyć ze 20÷30 równolegle, albo, jak we wskazanym artykule, użyć tranzystorów średniej mocy (np. BC337).

    Idealny opornik 300Ω w temperaturze pokojowej ma szum 2.2nV/√Hz (rzeczywisty szumi bardziej, zwłaszcza przy niskich częstotliwościach); dobry wzmacniacz tranzystorowy z dopasowaniem na minimum szumów powinien mieć szum 3-4 razy mniejszy, niż taki opornik użyty jako źródło sygnału.

    Aha, warto zadbać o odfiltrowanie wysokich częstotliwości (ponadakustycznych, do setek MHz włącznie) - na wejście łatwo przedostają się śmieci z "eteru", mogą być prostowane na złączach tranzystorów i generować szum - nawet mogą okazać się głównym źródłem szumu...