4 csatornás fejhallgató erősítő TPA6120 IC-vel

Ismét egy fejhallgató erősítő panelt terveztem, mert tavasszal mindenképpen szeretnék egy ilyet magamnak. Korábban már elkészítettem ennek a 2 csatornás változatát. Ez az új szinte ugyan az, panelbe szerelhető trafóval, 2 db +/- 15V-ot adó tápegységgel, és unbalanced/balanced konverterrel mint az előző verzióban is, hogy a TPA6120 minden lehetőségét kihasználjam. Ez az új annyival több, hogy van a keverő résznek egy vonalszintű kimenete is hangerőállítóval.

A kapcsolás:


4 azonos bemenete van előerősítők nélkül hangerőállítóval. A bemenetek a panelre vannak forrasztva, mégpedig alulra úgy (kék), hogy vagy egy 6.3-as jack, vagy stereo RCA bemenetet lehet odaforrasztani. Felülre pedig a hangerőállító potméterek kerülnek (sárga), így nem kell külön modulként foglalkozni velük. Az áramkör 4 power filter modult tartalmaz a 4 db műveleti erősítőnek. 1 dual műveleti erősítő a keverőnek, 2 dual az unbalanced/balanced konverternek, és 1 dual a vonal szintű kimenetnek (ami az előző két csatornás terven nem volt benne). A power filter áramkörök kihagyhatóak, az IC kompatiblis a TL072/NE5532 típusokkal, aki szeretne használhat helyettük dual LT1124-et is, az a legjobb.

A panelterv:

Több unbalanced/balanced konverter szimulációja

Az előző bejegyzésem konvertere sem rossz, kíváncsi voltam milyenek az alternatívák, van-e olyan ami jelentősen jobb (vagy rosszabb) ennél. Begyűjtöttem ezért pár egyéb unbalanced/balanced konvertert, pár közülük csak kiindulási alapnak jó, ki kell őket egészíteni pár dologgal, és nem egyet be kell állítani hogy az erősítőse 1x-es legyen.

1.
Ez egy egyszerű(bb) verzió, nagyon hasonlít az előzőre, de nincsenek benne csatoló kondenzátorok, emiatt az AC analízisnél nincs fázisfordítás (a szimulációban). A szimulációja szerint ennek a legpontosabb a fázisa, majdnem 0 illetve 180 fok végig, de ennek nem kell bedőlni, a megelőző és az elkövetkező fokozatok ezt mindenképpen befolyásolják. A korábban szimulált kapcsolás kimenetei stabilan egyformák voltak, itt van némi eltérés ami roppant kellemetlen lehet mert nem azonos a két fázis, bár kétségtelen hogy ez beállítható egyformára, de az alkatrészek pontatlanságai ezt leronthatják:


Az igen meggyőző AC analízis, de ha raknánk kondenzátorokat oda ahová kell, ez sokat változna:


2.
Az egyszerű után egy meglehetősen bonyolult kapcsolást szimuláltam. Beletelt egy kis időbe amíg átláttam mi mit csinál és hogyan működik. Gondoltam hogy lesznek vele gondok, és valóban. Egyrészt van valamekkora (kb 4x-es) erősítése, ami fölösleges, de ez megoldható. Viszont a két fázis amplitúdója sem egyforma, ami az erősítés csökkentésével vagy aszimmetrikusra álíltásával bizonyára javulna. Nem hiszek az egyszerű dolgok felsőbbrendűségében, de ez a kapcsolás nem az igazi, amellett hogy a legbonyolultabb:


A fenti áramkör AC analízise:


3.
Ismét egy "legegyszerűbb" megoldás, ami elsőre jónak tűnik, de nincsenek benne kapacitások, így a szimuláció csak elvi eredményt ad, mert azokat úgysem lehet kihagyni. A legelső megoldáshoz képest még kevesebb alkatrészből épül fel, ez az alapja az általam használt konverternek is. Ennyire leegyszerűsítve bár az AC analízis meggyőző, a valós idejű mérésnél a kimenetek amplitúdója nem a legstabilabb volt:


A meggyőző AC analízis, amit a szükséges további alkatrészek úgyis lerontanak:


4.
Az eddigi példákban vagy teljes volt negatív visszacsatolás és akkor mindegy, vagy ha volt ellenállás akkor a bemenetről kapta a fordítandó jelet az inverter rész. Itt van negatív visszacsatolás, és az inverter a kimenetről kapja a jelet. Elég stabil, és az AC analízis is jó ezekkel az értékekkel:


AC analízis:


5.
A végére egy érdekesebb kapcsolást hagytam, több változatban. Maga a kapcsolás bővíthető és bonyolítható, a szimuláció szerint majdnem egyforma végeredményre jutunk, de kéne kísérletezni mi a legjobb megoldás. Ez a kapcsolás részben hasonlít az előzőekre, de vannak benne olyan visszacsatolások amik eddig nem voltak, és a fázis is ingadozik, de stabilan nagyjából 180 fok a különbség a két jel között.

A legegyszerűbb verzió. A legelején van egy fázisfordító ami két azonos erősítőn keresztül kerül a kimenetre:


Az AC analízise, ahol hullámzik ugyan a fázis, de szépen együtt fut:


A fenti első "bonyolítása" egy visszacsatolás a negatív ághoz, amellyel be lehet állítani pontosan annak amplitúdóját (R15 ellenállással):


Bár túl sok jelentősége a szimuláció szempontjából nincs, a visszacsatolás és a kimenetek közé még be lehet tenni egy negatívan visszacsatolt erősítőt, ami a további fokozatok függvényében lehet hasznos:


Ennek AC analízise már több pontatlanságot mutat, de csak az igen magas tartományban:


Ennek a mintának az egyik jellegzetessége hogy elég nagyot erősít, amire általában nincs szükség ha nem végfok meghajtására használjuk hanem mikrofon előfok vagy fejhallgató erősítő a cél, ahol a chip maga tudja fogadni a balanced kimenetet. A bemeneti jel minden esetben 707mV, ez pedig a kimeneten 11V körül van, aminek semmi értelme ebben az esetben. A bemeneti fokozatok negatív visszacsatolása és a - bemenetek földre kapcsolt ellenállásaival lehet ezen változtatni, az R4/R5 és az R9/R11 ellenállásokkal lehet a kimeneti szintet szabályozni. Az R15 ekkor átállítandó, de úgy vettem észre nem kritikus nagyon az értéke, 470kOhm és 1MOhm között jó megoldásokat lehet találni a pontos beállításra:


Az AC analízis ami kismértékben de változott az előző verziókhoz képest:


Felmerül a kérdés, hogyha szükség van unbalanced/balanced konverterre, a szimulációk alapján melyik lehet a legjobb megoldás. A legegyszerűbb verziók meggyőzőek, de olyan ideális működés amiben van 3 alkatrész lényegében nincs, ezek csak továbbgondolandó elvi kapcsolások. A kapacitások már meg fogják változtatni a fázist és a frekvenciamenetet, esetleg számíthatunk arra hogy az eredeti és az invertált jel nem fut együtt, például ha az eredeti jel közvetlenül megy a kimenetre, az inverter pedig frekvenciafüggő visszacsatolásokat tartalmaz (ilyen az általam használt verzió is). Azon kívül érdemes a frekvenciamenetet is maximálni pár 100kHz-en, ez is hatással van a fázisra. Külön el kell gondolkozni azon, hogy a két fázis frekvenciamenetét kell-e együtt szabályozni, mert ha igen, valamiféle szimmetrikus megoldást kell találni. erre az esetre mégsem olyan rossz az 5. mintám, mert azon eléggé együtt fut a két frekvenciamenet. Talán egy nagyobb rendszer belsejében van esély arra hogy a legegyszerűbb kapcsolásokat kiegészítések nélkül használjuk, de ekkor az egész rendszer analízisére lenne szükség.

Érdemes úgy beállítani az áramköröket, hogy ne ezek erősítsenek. A szimulációnál a bemeneti jel 707mV, ahol a kimeneten ennél többet mutat a szoftveres műszer azt érdemes átgondolni.

A 2. megoldás nekem semmiképp sem tetszik, elvileg lehet hogy jó, de hol van az az ideális környezet ahol ez megfelelően működik?

Az 5. verziós áramkörök rugalmasan bővíthetőek, az egész egyszerűt még ki lehet egészíteni 3 erősítővel is ha úgy jobb. Nem tudom mi előnye vagy hátránya van a többi megoldással szemben, mindenesetre szimmetrikus, és egyszerűen állítható a két fázis szinkronja az R15-ös ellenállásal amit trimmer potméter is lehet. Az is igaz, a többi megoldásnál erre nincs szükség mert eleve rendben vannak. Az 5. verzió előnye, hogy a két fázis frekvenciamenet szempontjából szimmetrikus lehet ha kell, míg a többinél a fázisfordítón van valamiféle kapacitív negatív visszacsatolás, míg az eredeti jelen nincs, így annak frekvenciamenete (és fázisa) a korábbi fokozatoktól függ. Ez szerintem nem akkora baj, hiszen a konvertert vagy megelőzi valamiféle fokozat, vagy az unbalanced bemeneti jel úgysem tarthat a végtelenségig (mikrofon, hangkártya, effekt, CD, stb....).

Nekem leginkább az a megoldás tetszik, amelyikről az előző postban írtam. Viszonylag egyszerű, nem erősít fölöslegesen, rendkívül stabilan egyforma a két fázis amplitúdója zűrös alkatrészek nélkül is. egyetlen kérdés, hogy a nem invertált jel frekvencia menetét kell-e vágni ott ahol az invertált jelé vágva van.

Unbalanced - Balanced konverter szimulációja

Viszonylag sok tervemben szerepel egyfajta unbalanced/balanced konverter. Van olyan fejhallgató-erősítő és mikrofonerősítő is, ahol az áramkör tud fogadni balanced bemenetet. Ilyenkor az unbalanced is működik, de a mikrofonerősítő próbájánál érzékeltem, hogy a balanced jelforrás ilyenkor mekkora előny. Emiatt tegnap leszimuláltam az általam használt áramkört. Az érdekelt, hogy a +/- kimenete a kapcsolásnak valóban szimmetrikus-e, és a fáziseltolás stabilan 180 fok-e.

Az eredmények:

Szkóppal vizsgálva:


AC analízis:

UREI HP/LP filter szoftveres szimuláció

Esélyes hogy ez az utolsó lényeges post az UREI hangszínállítókkal kapcsolatban, hiszen az előző bejegyzésben elkészült a bővíthető modul rendszerű hangszínállító terve. Egyetlen tervem van még, stereo verziót készíteni, de ennek legnagyobb akadálya hogy egyszerre 4 potmétert kéne forgatni egy helyen és ez elég nehézkes ezért ez csak később lesz ha lesz. A modul rendszerű hangszínállító részt sikerült szépen kitalálni és leszimulálni, de az EQ modulokat megelőző LP/HP filter első verziója nem tetszett. Ez a kapcsolás megelőzi az equalizer részt legalábbis az URI546 EQ-ban, az UREI545-ben ez másképp van megoldva. Míg az EQ modullal alapvetően minden okés lett, addig az azt megelőz filter szimulációja nem igazán tetszett:


Ennél a résznél a C2 C3 és C4 C5 kondenzátorok határozzák meg a működés lényegét. Az eredeti UREI 546-ban ezek beállításai nem igazán tetszettek, a HP filter átvitele túl magasan kezdődött, az LP túl korán ért véget, és a kettő gyakorlatilag egybeért. Bár igaz, hangszereknek ez bőven több mint elég, hiszen a zenei hangok 7-8kHz környékén véget érnek, és ezt az EQ-t gitárra és énekre ajánlják mi még inkább a középtartományba esik. Ennek ellenére ebben a tervben minden állítható, emiatt érdemes a határértékeket úgy beállítani, hogy legyen benne tartalék, és inkább a középállások legyenek az ideális tartományban.

Az első szimulációnál a C2...C5 értékek mint a rajzon. Az LP filter szimulációja:

100%-os állásban 40kHz környékén találkozik a kikapcsolt állapot szintjével, és ez mindenképpen sok, bár nem túl nagy hiba, hiszen nem kell teljesen kitekerni. Mindenképpen sokallom, főleg az eredeti UREI verzió 15kHz-éhez képest, ezért lettek egy ezek a kondenzátorok 5.6nF-ra növelve később.

A HP filter szimulációja:

Nagyrészt itt is a szélső értékekkel van bajom, a legalja 14Hz környékén van ami mindenképpen fölöslegesen kevés, a teteje pedig mindössze 326Hz környékén találkozik a kikapcsolt érték jelszintjével. Emiatt lett ennek a filternek a modulja lecsökkentve 330nF-ra.

A két filter szimulációja egy ábrán:


Az új szimulációnál a LP filter 4.7nF-ja 5.6-ra lett növelve, a HP filter 470nF-ja pedig 330nF-ra csökkentve. Így a következőképpen alakul:


Az LP filter 5.6nF-al:

A kettő összege:


Önmagában persze nincs értelme csak magát az LP/HP filtert vizsgálni, ezért készítettem egy olyan szimulációt is, amin látszik hogyan hat az EQ-ra a bekapcsolt filter 50-50%-os potméterállásokban:

• A piros vonal a kikapcsolt EQ
• A kék vonal az LP/HP filter 50%-os potmétereknél
• A zöld vonal az EQ kikapcsolt LP/HP filternél
• A bordó vonal pedig amikor a filter és az EQ is be van kapcsolva.
  

Modul rendszerű, bővíthető parametrikus hangszínállító

Meglehetősen sok bejegyzésem foglalkozik az UREI545 és UREI546 hangszínállítókkal. A két hangszínállító eredetije sem egyforma, különbözik mind a filter, mind a kapcsolás. Az 545-ben van 3 rendes parametrikus csatorna, a 4. pedig egy 3 állású kapcsolóval választható ki milyen tartományban szabályoz. Ha nem lenne ez a 3 kapcsoló, a hangszín összesen 6 csatornás lehetne. Az 546 4 csatornás kapcsolható csatorna nélkül. Másként épül fel az elején az LP/HP filter, és ez egy dual áramkör, ami stereoba vagy sorba kapcsolható. Sorba kapcsolásnál egy 8 csatornás hangszín keletkezik, stereoban 2x4. Hozzá kell tenni, a zenészek az UREI 545-öt szeretik (gitárra, énekre), az 546-ról keveset hallani, de ez nem jelent semmit, lehet az dualként már túl sok.

A mostani UREI projektem lényege, hogy az 546 alapján egy tetszőleges csatornaszámú hangszínt lehessen felépíteni 4 és 8 csatorna között. Korábban már volt egy ilyen egymásba fűzhető tervem egy keverővel és egy erősítővel is. Ezeknek az a nagy előnye, hogy kisebb méretű panelekből lehet nagyobb áramköröket összerakni tág határok között. A mostani projekt egy szoftveres szimulációval kezdődött, majd ennek eredményeképpen született a 8 csatornás EQ terve. Ez a projekt leírásának 3. része, és itt vannak a PCB tervek és a kapcsolási rajzok egy modul rendszerű parametrikus hangszínhez.

Ahhoz hogy az EQ bővíthető legyen, most 2 alaplapra van szükség. Kell egy 4 csatornás alaplap, ami önmagában is működőképes (az EQ modulokkal) ha 4 csatornánál nincs szükség többre. Ezen az alaplapon van a kimenet (Conn3), bemenet (Conn2), és a tápfeszültség (Conn1) csatlakozás:

Mivel az alaplapokat és a modulokat is sorba kell kötni (nem pedig párhuzamosan mint a modulos keverőnél kellett) a legutolsó modult a kimenetre kell irányítani, míg a többit a következő modul bemenetére. Emiatt a lehetséges utolsó moduloknál a W1 és W2 jumper dönti el, hogy az adott modul az utolsó és a kimenetre megy, vagy nem az utolsó, és akkor a következő modul bemenetére csatlakozik. A P2 csatlakozósor egy 10 pólusú hüvelysor, ebbe kell csatlakoztatni a további modulok alaplapjait. A Conn4....Conn7-ig pedig a 2x6 tüskés L alakú csatlakozósor, amikbe az áramköröket kell forrasztani.

Az első alaplap PCB-je:


A második alaplap sokkal egyszerűbb, csak egy 2x6 tüskés csatlakozója van, bal oldalán egy 10-es tüskesor, a jobb oldalán egy ugyan ilyen hüvelysor, amivel folytatni lehet:

Itt is a W1 és W2 jumperek döntik el, hogy az adott alaplapba van-e szerelve a legutolsó modul. Ha igen, a jumperekkel a kimenetre kell csatolni az utolsó modul kimenetét. Ha nem, engedni kell hogy a következő alaplapra jusson a jel. Ezt az alaplapot önmagával lehet folytatni addig amíg szükséges.

A nyákterv:


Ebbe a két alaplapba lehet beforrasztani L alakú 2x6 tüskés csatlakozók segítségével az áramköröket. A legfontosabb ilyen modul a parametrikus filter:

Ez kevés módosítással megegyezik az UREI546 filter áramkörével. A Conn2 csatlakozik az alaplaphoz, Conn1-be a szokásos "power filter" modul kerül a tápfeszültség zavarszűrése miatt. Az eredeti rajzzal ellentétben emiatt itt az IC táplábainál nincs nagy elkó, mert elég lesz a power filter modul (az eredeti rajzon itt 100nF kondenzátor volt). A C3 kondenzátor cserélgetésének sincs értelme mivel ez sima csatoló kondenzátor, minél nagyobb annál jobb, 22uF tantált terveztem, de 10uF tantál is elegendő (az eredetiben 100nF van inkább csak spórolás miatt). Az egyes csatornákon csak a 2 db Ca kondenzátort kell cserélgetni, ezeknek olyan a footprintje a PCB-n hogy 200 és 300 mil-es kondenzátorokat is bele lehessen forrasztani. SW1 kapcsoló a bypass, D2 dióda a klippelés miatt kell, P1 a jósági tényező, P2 a frekvencia, P3 pedig a cut/boost potméter.

A modul panelterve:

A modul azért van alul kivágva, mert ráér az alaplapok szélén található 10 pólusú hüvelysorra, így a kivágással pedig elkerüli, emiatt nem kellett az alaplapokat hosszabbra tervezni. A panelbe van építve a bypass kapcsoló, és a 3 potméter. D1 csatlakozó egy LED dióda helye, ami világít ha a modul nem bypass módban van. Ez lehet csatlakozó is, de lehet maga a dióda is ha sikerül úgy hajlítani hogy az előlapra érjen. Feltűnő lehet, hogy míg az alaplap stereo ki és bemeneteket tud fogadni, addig ez a modul mono. Ez igaz, de tervezem hogy legyen stereo parametrikus filter is, aminek az a legnagyobb akadálya, hogy a frekvenciaállító potméter mono áramkörnél és stereo, így a dupla megoldáshoz 4 potmétert kéne egyformán forgatni.

Felmerül a kérdés, hogy milyen értékeket vegyen fel a Ca (C1 és C2) kondenzátor. Mivel a terv modul rendszerű, attól függ hány csatornás az EQ. Az, hogy mik az ideális értékek, attól függ, melyik két tartomány között engedjük szabályozni az egyes csatornák középfrekvenciáit. Erről, és a 8 csatornás áramkör kiszámításairól, szimulációjáról már van egy írásom. Ami ebből a legfontosabb:

• Szükség van egy képletre, ami legalsó és a legfelső csatorna közé kiszámolja a közbenső csatornákat. Ez a képlet Excel táblázatban így néz ki:
  
  =IF(C8<$D$5,$D$3*10^((LOG10($D$4)-LOG10($D$3))*(C8-1)/($D$5-1)), IF(C8=$D$5,$D$4,IF(C8>$D$5," ","?")))
• Az adott frekvencia értékekre ki kell számolni a Ca kondenzátor értékeit, ami teljesen lineáris a frekvenciával a logaritmikus skálán. Ehhez a 8 csatornás táblázatot is fel lehet használni:
  
  Én a táblázatokban kiinduló adatként (zöld mezők fent) a legalsó és a legfelső csatornák maximális lehetséges értékét adom meg. A középső és a minimális érték majd adódik.
  
• Hogy egy ilyen táblázat a valóságban hogyan alakul a kapható alkatrészektől függ. Elvileg ezekből vissza lehetne számolni a frekvenciát, de a középső és a minimális értéket már elég nehezen, bár ezek is lineárisak a logaritmikus skálán (amin a k9zbenső csatornákat is ki kell számolni). De ez macerás, sokkal egyszerűbb beírni a rajzba a kapható értékeket, és leszimulálni a görbét:
  
• Olyan óriási a lehetőségek száma, hiszen nem csak a legmagasabb és a legalacsonyabb frekvenciát szabályzó csatorna között változhat a közbenső csatornák száma, hanem ezek végső értékei is változhatnak. Nem biztos pl. hogy a legmagasabb csatorna szélső értékét 20 kHz-re kell állítani. Emiatt ezek kiszámítását a fentiek ismeretében kell eltérő csatornaszámra és értékekre megoldani.
  

A második modul egy HP/LP filter, ami kis módosításon esett keresztül a szimuláció után. Ennek a modulnak a szimulációjáról külön írok majd hogy ez most ne legyen annyira hosszú, hiszen ennek is vannak alternatívái, bár nem annyi mint a filter moduloknak, de lehet és érdemes esetleg szűkebb vagy szélesebb tartományban működtetni őket:

Itt is van bypass switch LED-el, és power filternek aljzat a kisebb zaj miatt. A kimenet a D2 diódán keresztül a klipping detector-ra csatlakozik, mint a filter modulok esetében. Ez a modul is mutat az eredetihez képest egy minimális eltérést. A C1 kondenzátor 47p lett, ettől a filter esése a magas frekvencián meredekebb. Mind a 2 potméter 55 kOhm helyett 22 kOhm, hiszen nem látom értelmét akkora szabályzási tartománynak mint amekkora az eredetinek volt, szinte összeért a két határérték, ami fölösleges hiszen a filter mögött egy parametrikus hangszín van kikapcsolható csatornákkal. Azért, hogy a felső (LP) tartomány magasabb legyen, C2 és C3 kondenzátorokat 6.8 nF-tól 4.7 nF-ra cseréltem, de ekkor a görbe szinte 40 kHz-is elér. Ennek sincs semmi értelme, az eredeti 6.8 nF-on viszont 15 kHz körül van a felső töréspont. Le fogom szimulálni 5.6 nF-al is, valószínű ideálisabb lesz a kettő között.

Az alsó HP filter kondenzátorai C4 és C5 220 nF helyett 470 nF értéket kaptak, hogy lejebb menjenek, hiszen ezek felső helyzete szinte egybeért a felső filter alsó helyzetével. Így viszont 15 Hz körülre került az alja, és 300 Hz körül van a teteje, ez meg túl alacsony, 330 nF lehet ideálisabb, a szimuláció majd eldönti. A jelenlegi alkatrészekkel így néz ki a filter szabályozási görbéje:

Ennek a modulnak szimulációjáról később még majd írok.

A HP/LP filter PCB-je:


A következő lehetséges modul egy egyszerű zajtalan jFET-es előfok, amit a bemeneten input gain, a kimeneten output gain céljára lehet használni, akár 2x is. Az eredeti EQ-ban is van input gain, mivel egyszerű és kikapcsolható egy ilyet a végére is lehet tenni. Ilyen előerősítőm már volt korábban, nekem nagyon tetszik a hangja hangszerre és zenére is:


Az előfok modul elhagyható ha nem kell, de ha be van építve van bypass kapcsolója is.

A PCB:


Végül van egy clipping detector ami minden modul kimenetét figyeli, és bárhol átlépi a lehetséges maximum értéket, bevillan:


A PCB:


Végül az egészhez kell a clipping modul kivételével a szokásos power filter:


A legkisebb, SMD-s PCB-vel:


És egy tápegység:




Az UREI EQ projekt ezekből az áramkörökből a következő lehet:

• 4 csatornás alaplap, 4 db EQ modullal, lehet akár azonos mint az eredeti 4 csatornás UREI 546.
• A 4 csatornás alaplap kezdődjön egy jFET-es input gain modullal, a következő legyen egy LP/HP filter modul, majd 2 parametrikus EQ modul. Ezután csatlakoztassuk a 2. alaplapot annyiszor, amennyi EQ modult szeretnénk még az első kettő után. Ezek után a 2. alaplapba legyen még egy jFET gain modul output gain céljára, legvégül pedig ugyancsak a 2. alaplapba kerülhet egy clipping detector modul.

Nyilván való, hogy szimulációval vagy számításokkal mind (az egyébként opcionális) LP/HP filter és a gain modulok is egyedi igényekre szabhatóak, mint ahogy az is, milyen frekvenciákon szabályozzanak a parametrikus EQ modulok. A fenti példák látszólag "túllőtek" a célon, főleg az LP/HP filter modul, de túlzásnak tűnhet a legfelső csatorna 20 kHz-es határfrekvenciája is. Mindezeket azért terveztem így, hogy a szabályozás során ne kelljen teljesen kitekerni a potmétereket, legyen bennük tartalék.

Mind az LP/HP filternél, mind a parametrikus EQ moduloknál fontos lehet a logaritmikus potméter, hiszen a szabályozási tartománynak a logaritmikus skálán kell lineárisan változnia. Érdemes a rajzon szereplő IC-vel kompatibilis lábkiosztású de jobb minőséget használni.

UREI 546 EQ bővítése 8 csatornásra szoftveres szimulációval

Az előző bejegyzésben írtam a szoftveres szimulációról, ami számomra meglepően pontosan lemodellezi ezt a filtert, érdemes elolvasni. Miután sikerült a modellezés és egyezik a gyári adatokkal, elkezdtem kitalálni hogyan legyen ez az EQ több mint 4 csatornás. Képlet sajnos továbbra sincs, de a szimuláció ezt helyettesíti.

Első körben a kapcsolást 8 csatornásra módosítottam, és ezt is leszimulálta, ugyan annyi idő alatt mint az 1 csatornás filtert. Az egyszerűbb rajz miatt kivettem a DC feszültségforrásokat és simán VCC/VEE feszültségforrásokkal helyettesítettem, a ki/be kapcsolónak sincs igazából semmi értelme. A leegyszerűsített áramkör mind a virtuális műszerekkel, mind az AC analízissel hibátlanul futott miközben mást is csináltam a gépen.

Először is kellett egy képlet amivel a 20-20kHz közötti tartományt beosztom 8 részre. A 10 csatornás parametrikus EQ-t túlzásnak tartom, de az analízis során szerintem a 8 is sok. Még az URS szoftveres effektjeiben is 5 csatornás a parametrikus equalizer. Első körben ki kellett találnom hogy a felső, középső, vagy az alsó tartományt hogyan osszam be, mekkora legyen a Q, és a szabályozási tartomány. Ezeket az alkatrészek megváltoztatása után az AC anlízissel igen könnyű beállítani.

Találtam egy oldalt, ami két határérték között kiszámítja a geometriai középértéket. Ezen az oldalon lehet beosztani egy tartományt tetszőleges részekre. Ez persze nem túl elegáns megoldás. Hiszen beírjuk hogy 20kHz és 100 Hz között hol a középérték, és van 3 csatornánk:

Majd utána tudunk csinálni még 2 csatornát, 1414 és a 100 közé 1-et, és 1414 és a 20000 közé még egyet. Az 5. Talán nem véletlen hogy az URS ilyen hangszínje is 5 csatornás. Utána még tehetünk további középértékeket mindegyik kiszámolt érték közé, de akkor 9 csatornánk lesz. Ezzel a módszerrel sem 6, sem 8 csatornás EQ-t nem tudunk elegánsan számolni. Esetleg még lehet olyat, hogy a végső értéket 40kHz körülire állítjuk be, kiszámolunk ehhez 9 középértéket, és az utolsót kidobjuk, így marad 8, ahol a 8. érték 20kHz közül lesz. De ez nagyon amatőr megoldás.

Az igazán elegáns megoldás egy Excel táblázat. Sajnos nem az én művem, Frank Walker segített a képletben. Az Excel táblába csak beírjuk a kezdő és végső frekvenciát, hogy mennyi csatornát szeretnénk, és kidobja az eredményt a geometriai középértékekkel és egy logaritmikus egyenessel.

Először is ellenőrzés képen egy összehasonlítás az Excel eredményeivel és az UREI eredeti adatlapjával:

Az Excel 4 csatornára:Ezzel összehasonlítva az eredeti adatlapot és a szimuláció eredményét az látszik, hogy a számításokhoz közelebb áll az adatlap mint a szimuláció (ehhez hozzátartozik, hogy az UREI adatlapján van olyan kondenzátor, hogy 27.5 nF, emiatt lehet :


Nézzünk több csatornára táblázatokat:
A táblázat képlete (abból a cellából ami az eredményt adja):
=IF(C8<$D$5,$D$3*10^((LOG10($D$4)-LOG10($D$3))*(C8-1)/($D$5-1)), IF(C8=$D$5,$D$4,IF(C8>$D$5," ","?")))

Ez számolja a középfrekvenciákat a két határérték között. D3-as cellában van az alsó érték, D4-es a felső, D5-ben a csatornák száma. A C oszlop a 8-as sortól meg van sorszámozva 1-től addig amennyi a csatornák száma.

10-nél több csatorna már azért lehet problémás, mert nem lehet olyan minimális Q értéket beállítani hogy ennek értelme legyen. Ha kevesebb csatorna kell, 1-1 csatornát a bypass kapcsolóval ki lehet iktatni. Ha kell olyan frekvencia vagy Q ami nem középértéken vagy határértéken áll, azért parametrikus az EQ, hogy ezeket be lehessen állítani.

A mostani tervhez a 8 csatornás táblázat kell, ez lesz a csatornánként elérhető maximális középfrekvencia. A potméter alsó állását majd ehhez beszabályozzuk, hogy ne fogjon át akkora tartományt mint amekkorát 4 csatornás "korában", a közepe pedig majd adódik.

A kapcsolás így módosult:

Mindenképpen az volt a cél, hogy megvehető értékekkel módosuljanak. Ami módosult az eredetihez képest:

• R2 120 Ohm lett 390 Ohm helyett
• R3 1.5 KOhm lett 390 Ohm helyett

Azért, hogy kisebb értékek között lehessen szabályozni a Q értékét, és a maximálisan elérhető Q nagyobb legyen mint volt.

• R5 és R7 potméterek 55 KOhm helyett 22 KOhm, hogy az alsó és felső frekvenciák között kisebb legyen a különbség.

Ezután a csatornáknál csak C1 C2 kondenzátorokat kell módosítani:

1. 330 nF
2. 150 nF
3. 68 nF
4. 33 nF
5. 15 nF
6. 7.5 nF
7. 3.6 nF
8. C1 = 1.8 nF, C2 = 1.6 nF

Lehet finomítani a középfrekvenciákon azzal, hogy C1 és C2 nem azonos, hanem 2 szomszédos értéket vesz fel. Így mind a két irányba minimális mértékkel elmozdítható a középfrekvencia, és szabályozható a maximális Q értéke is anélkül hogy a középfrekvencia elmozdulna.

Először meghatároztam az első csatorna maximális értékét (zöld), majd lemértem ugyan ezt a csatornát középállásban (kék) és minimális állásban is (piros):

Ezután kezdtem el meghatározni a második csatorna C1 és C2 értékeit, de kíváncsi voltam hogy áll a 3 görbe az eredeti UREI EQ csatornáin:

Ez mind a 4 csatorna, csatornánként 3 frekvencia állással, 0%, 50% és 100%-ra állítva.

Végül nekem az első 3 csatorna nem sikerült olyan szép szabályosra mint az eredeti, ennek az az oka, hogy olyan értékű alkatrészeket nem lehet kapni ami ehhez kéne:

Ez pont a szabályozhatóság miatt nem probléma, inkább csak a görbe nem annyira szép, de az működés közben nem látszik :).

A következő lépés az volt, hogy mind a 8 csatorna elkészült a táblázat alapján:

Sajnos nem sikerült megoldani hogy olyan szépen fedjék egymást a görbék mint a 4 csatornás esetében.

A következő grafikonon 70%-ra csökkentettem a Q értékét minden csatornán. Ez így akkor érdekes, ha kikapcsolunk pár közbenső csatornát, illetve szabályozzuk a középfrekvenciát és az emelés/vágás mértékét.


Végül megpróbáltam korrigálni a görbe hibáit, úgy, hogy a középfrekvenciát lecsökkentettem úgy, hogy a legmagasabb értékek illeszkedjenek egy korábbi görbére (a vékonyabb piros vonal) de ennek végülis nincs semmi értelme. A frekvencia így 93...95% között lett beállítva, csatornánként kicsit eltérő mértékben:

Ehhez a hangszínállítóhoz jelenleg egy 4 és egy 6 csatornás panelem van. Készítek egy olyan modult, amivel tetszőleges számú csatornát lehet összerakni, és kiszámolom a szükséges értékeket 5, 6, 7, 10 csatornára is.

6 csatornás alaplap: