Audiotekniikka
Miten teen yksinkertaisen äänenvoimakkuussaäädön linjatasoiseen audiopiuhaan ?
Kokeile seuraavaa:
+ ------1 + In 2-------- Out - ------3-------- -Potikka:
___ / \ | O | |_____| | | | | | | 1 2 3Potentiometriksi on hyvä valita noin 10 kohm logaritminen potentiometrikin (lineaarinenkintoimii muta säätöalue ei ole sitten niin kiva).
Miten korjaan naarmuuntuneen CD-levyn ?
Levyn alapinnalle tulleita naarmuja voi yrittää hioa pois esimerkiksi hammastahanaa hioma-aineena käyttäen. Otetaan hammastahnaa, laitetaan vaikka sormenpäähän ja hangataan naarmun kohdalla levyn keskiöstä ulospäin ja takaisin (siis säteen suuntaisesti). Toimii jos vaurio on lähinnä iso yksittäinen naarmu. Hankaaminen on suoritettava keskiöstä ulospäin jotta hankauksessa mahdollisesti syntyvät pienet lisänaarmut eivät aiheuta lisää virheitä (CD-soittimen virheenkorjaus pystyy helposti korjaaman säteen suuntaisten naarmujen virheitä, mutta uran suuntaisten narmujen aiheuttamien pitkien virheiden korjaus ei onnistu).
Käytännössä jo CD-levyssä sisällä oleva kiiltävä metallikalvo pääsee vaurioitumaan CD-levystä ei saa enää toimivaa.
Miten kaiuttimen jännitteet, tehot ja virrat suhtautuvat toisiinsa ?
Seuraavat yhtälöt kuvaavat tätä suhdetta:
V = I*R
P = IV = I^2*R = V^2/R
Missä:
- P on teho
- I on virta
- V on jännite
- R on resistanssi (kauttimen impedanssi)
P = V^2/R --> V=sqrt( P * R ) --> sqrt( 100 * 8 ) --> V=~28.3V
Virraksi tulee:
V=I*R --> I=V/R --> I=28.3/8=~3.5A
Eli vahvistimen täytyy pystyä tuottamaan 28.3V jännite ja 3.5A virtaa jotta se voisi syöttää 100W 8 ohmin kaiutinkuormaan. Koska vahvistimessa on aina sisäisiä häviöitä kyseisen vahvistimen käyttöjännitteiden täytyy olla tätä korkeampia (vähintään 33..35V).
Miten pystyn mittaamaan audiovahvistimesta ulos tulevan tehon ?
Audiovahvistimen tehomittausta varten kytket vahvistimen sille sopivan suuruisen resistiivisen keinokuorman (4 tia 8 ohmia yleensä). Tämän jälkeen suoritat vahvistimen antaman maksimin ostulojännitteen ennen kuin vahvistin alkaa leikkaamaan. Tämä mittaus tapahtuu helpoimmin siniaaltosignaalilähdettä ja oskilloskooppia käyttäen. Tehomittaukset tehdään usein sekä pistetaajuudella (yleensä 1 kHz), että pyyhkäidemällä koko toistettavan taajuuskaistan yli.
Kun jännite ja kuorman resistanssi tiedetään, tulee laskukaavaksi U²/R (eli jännite potenssiin kaksi, jaettuna resistanssilla) ja tulokseksi saadaan teho watteina. Tämä teho on sitten vahvistimen RMS-teholukema. Jos mittaat oskilloskoopilla jännitteen sinisignaalin huippukohdan jännitteestä, niin tehoa laskettaessa täytyy ottaa huomioon että keskimääräinen jännite ei ole tuon huippujännitteen suurinen, vaan se jaettuna kahden neliönjuurella. Jännitteen mittauksen voit suorittaa myös yleismittarilla (saat suoraan kaavaan sopivan arvon), mutta ennen mittausta kannattaa varmistaa mikä on yleismittarin mittaustarkkuus käytetyllä mittaustaajuudella (vaihtelee kovasti mittarimallista toiseen).
Tuossa tehon mittauksessa edellä kuvatussa mittaustavassa on ongelmana maksimijännitteen ennen liikaa säröä havaitseminen. Särön havaitseminen skoopilla onkin hankalampi juttu. Leikkautumisen voi kyllä helposti havaita, mutta mahdollisten muiden, pieniamplitudisten taajuuskomponenttien syntymisen havaitseminen on vaikeampaa. Näin ollen särön määrästä mitatulla teholla on vaikea sanoa oikein mitään ilman vahvistimen antaman signaalin spektrianalyysiä.
Näitä mittaustulosta tulkittaessa tulee kuitenkin huomata, että todellisessa tilanteessa kaiuttimen näennäinen kuormitus vahvistimelle muuttuu taajuuden mukaan ja mukana on sekä induktiivista että kapasitiivista kuormaa. Tietysti silloin kun on tarkoitus saada vain vahvistimen huipputeho mitattua, ei tällä liene merkitystä.
Miten rakennan alipäästösuodattimen kaiuttimelle ?
Kaiuttimissa käytetyt alipäästösuodattimet on perinteisesti LC-suodattimia joiden kytkentä on seuraavan tyyppinen:
[vahvistin +] o-----(kela)---+----o [kaiutin +]
|
-
- (kondensaattori)
|
[vahvistin -] o--------------+----o [kaiutin -]
Esimerkkikomponenttiarvot 100 Hz kaiutinalipäästöduodattimelle:
12.8 mH kela ja 200 uF kondensaattori. Kelaa valitessa kannattaa
huolehtia siitä, että valitsee sellaisen kelan, jonka kelasydän
ei pääse kyllästymään käytetyillä kaiuttimen tehoilla. Kun kelan
sydän kyllästyy, niin kelan induktanssi putoaa voimakkaasti ja tämä
aiheuttaa äänen säröä ja muita häiriöääniä.
Miten rakennan vaiherenkääntökytkennän linjasignaalille ?
Kytkentäkaavioksi kelpaa mikä tahansa operaatiovahvinkytkentä jonka vahvistus on -1. Kytkentäsimerkkejä löytyy esimerkiksi osoitteesta http://home.eunet.cz/rysanek/opamp_en.html Täysin valmista rakennusohjetta tuolla ei ole, joten elektroniikan osaamista tarvitaan hiukan toimivan kytkennän aikaansaamaiseksi.
Tässä pieni esimerkkikytkentä vaiheenkääntöpiirille. Tämä kytkentä
vaatii kaksipuolisen virtalähteen (esim jotain +-5V..+-15V väliltä).
+------R2-----+
C1 | |\ |
Input 4 --||-R1----+--|-\ | C1
| >-------+--||- Output
GND------|+/
|/
Op Amp
Komponettiarvoja:
R1 47 kohm R2 47 kohm C1 10 uF C2 100 uF
Kaiuttimeni bassoelementti rupesi pitämään kummallista ääntä silloin tällöin, mitä voin tehdä asian korjaamiseksi ?
Kaiuttimen bassoelementti voi olla tällaisessa tilanteessa rikki tai se on huonosti kiinni. Ensimmäisenä kannattaa katsoa onko kaiutinelementti kunnossa olevan näköinen (kartiossa ei naarmuja tai repeämiä ja kartion reunat kunnossa). Jos bassoelementisä tulee vielä jotain ääntä ulos, niin silloin voisi olettaa kaiutinelementin olevan kunnossa ja kannattaa vilkaista mahdollista ongelmaa elementin kiinnityksessä. Kiinitysongelmaa voi koittaa ratkaista löysäämällä bassonelementin kiinnitysruuveja ja varovasti nitkutelemalla elementtiä, kunnes resonanssi häviää ja lopuksi kiristämällä ruuvit takaisin tiukalle.
Miten rakennan audiomikserin ?
Audiomikserin koostuu sisääntulokanavakohtaisista vahvistimista, kanavat summaavasta vastusverkosta ja ulostulovahvistimesta alla olevan kuvan mukaisesti:
|--\
In1 O----|A1 ---|RRR|---+
|--/ |
|
|--\ |
In2 O----|A2 ---|RRR|---+
|--/ | |--\
+----|Ae -----O Out
|--\ | |--/
In3 O----|A3 ---|RRR|---+
|--/ |
|
|--\ |
In4 O----|A4 ---|RRR|---+
|--/
Sisääntulovahvistimet (A1..A4) ovat säädettäviä vahvistimia joilla
sisääntulosignaalit saadaan vahvistettua linjatasoisiki signaaleiksi.
Sisääntulovahvistimen voimakkuussäädöillä voidaan säätää kanavien keskinöistä
tasapainoa. Yksinkertaisimmillaan sisääntulovahvistin voi olla yhdestä
operaatiovahvistimesta tehty säädettävä invertoiva vahvistin.
Vastukset (merkitty RRR) muodostavat signaalien sekoitusverkon joka yhdistää
kaikista sisääntulovahvistimista tulevat signaalit yhteen. Ulostulovahvistin
(Ae) puskuroi ulostulevan signaalin. Ulostulovahvistin voi olla yksinkertaisimillaan
invertoiva vahvistin jonka vahvistus on sama kuin vastuskerkon vaimennus.
Ulostulovahvistimen vahvistus voi olla myös säädettävä (ns. master volume säätö).
Mitkä ovat pienikohinaisia ja edullisia audiokäyttöön soveltuvia operaatiovahvistimia ?
NE5532, LM833, MC33078 edullisemmasta päästä vähäkohinaisia operaatiovahvistimia.
Olisiko jollakin hyvän dolby pro logic -kooderin rakennus ohjeita tai valmiita piirejä tähän ?
Dolby Surround on Dolby Laboratories yhtiön kehittämä ja patentoima menetelmä, joten sen kaupallinen valmistaminen ja myynti on kiellettyä ilman Dolbyn lupaa (lisenssiä). Pro logic on parannettu painos alkuperäisestä Dolbyn Surround dekooderista ja pro-logic laitteet toteutetaan useinmiten ainakin osittain digitaalisesti. Valmiita pro-logic dekooderikytkentöjä ei ole elektroniikkalehdisää näkynyt (julkaistut kytkennät ovat olleet yksinkertaisia perus surround dekoodereita). Dolby Surround dekooderipiirejä löytyy usealtakin valmistajalta, toteutus vaihtelee täysin analogisesta täysin digitaaliseen ja kaikkea siltä väliltä. Niiden hankinta on vain mahdotonta ilman tuota lisenssiä, koska muuten rikotaan patenttilainsäädäntöä.
inut tapa kiertää tuo lisenssi on tehdä itse oma piiri omaan käyttöön. Ainoaksi vaihtoehdoksi kotirakentajan vaihtoehdoksi jäänee oman DSP-systeemin kyhääminen tähän tarkoitukseen. Tarvittavat perustiedot voi kaivaa vaikka Dolbyn webbisivuilta ja vaikka Dolbyn patenteista. Rakennellessaan kannatta muistaa etta jos kuvassa on mukana kaupallinen toiminta, niin siihen tarvitaan Dolbyn lisenssi.
Mikä olisi kätevä hyvälaatuinen päätevahvistinpiiri ?
Yksi hyvä vaihtoehto on Nationalin ML12, jolla saa aikaiseksi 150W hyvälaatuisen vahvistimen. Piirin ainoa huono ominaisuus on sen kova hinta (kymmeniä euroja). Ohjeet ja muut paperit löytyvät osoitteesta http://www.national.com/ hakusanalla lm12.
Hifi-lehti julkaisi vuoden 1997 lopussa rakennusohjeen yhden piirin 50W vahvistimelle. Kyseisen TDA7294-piirin latalehdet löytyvät osoitteesta http://www.st.com/stonline/books/pdf/docs/1057.pdf. Ja koko vahvistimen kytkentäkaaviot löytyvät osoitteesta www.st.com/stonline/books/pdf/menu/05040200.htm. Hifi-lehdessä ollutta kytkentää myy rakennussarjana RadioDuo (puh (09)601 544).
Miten tehokkaan verkkomuuntajan tarvitsen rakentamaani päätevahvistimeeni ?
Tarvittavan muuntajan koko riippuu vahvisitnkytkentäsi ottotehosta. Sen pitää antaa ainakin niin paljon tehoa kun tuo kytkentä kuluttaa (ulostuloteho+kytkennän häviöt). Nyrkkisääntönä normaaleille vahvistinkytkennöille on, että tarvittava muuntajan lähtöteho saadaan kertomalla vahvistimen antoteho 1.5:llä.
Itsetehdyssä päätevahvistimessa muuntaja hurisee ja hurina kuuluu myös kaiuttimista. Miten tämän hurinan saisi poistetutua ?
Muutajan itse aiheuttama hurina ja kaiuttimista kuuluva hurina ovat kaksi eri ongelmaa. Ne on ratkaistava erikseen ja eri tavoin.
Melkein kaikki muuntajat hurisevat enemmän tai vähemmän. Muutajan hurinaa saa vähemmäksi, kun valitsee sopivan muuntajan ja kiinnittää sen sillä tavoin, että hurina ei pääse etenemään laitteen muihin rakenteisiin, jotka vahvistavat hurinaa paljon voimakkaammaksi kuin mitä pelkkä muuntaja saisi aikaan.
Kaiuttimista kuuluva hurina taas viittaa ongelmiin vahvistimen elektronisissa kytkennöissä. Käyttöjännitteen hurina aiheuttaa helposti hurinaa, joten kannattaa tarkistaa että käyttöjännitteet on kunnolla suodatettu tai vakavoitu. Seuraavaksi kannattaa tarkistaa, että laitteen signaalitien maadoitukset on hoidettu kunnolla (tähtimaadoitus), jotta ei synny maalenkkejä jotka aiheuttavat helposti hurinaongelmia muuntajien läheisyydessä. Loppuksi kannattaa katsoa, että mitään herkkiä kytkennän osia ei satu olemaan muuntajan synnyttämässä voimakaassa magneettikentässä. Elektroniikan siirtäminen kauemmaksi muutajasta, peltilevyn laittamisella muutnajan ja elektroniikan väliin tai muuntajan asennon muutamisella voit saada hurinoita merkittävästi vähentymään (parhaimmassa tapauksessa niin hiljaiseksi, että eivät kuulu).
Sähköisesti syntyvä hurina voisi kytkeytyä vaikkapa joillakin seuraavista perustavanlaatuisista mekanismeista:
- muuntajan tasasuuntaussillan ja suotokondensaattorin maatie ei käyttäisi oikeaoppisesti ikiomaa johdinta, yleinen hurinajänniteen lähde
- (toroidi)muuntajan hajakenttä kytkeytyy magneettisesti vahvistimen sisällä johdotukseen aiheuttaen hurinjännitteen
- käyttöjännitteen hurinajännitekomponentti pääsee vuotamaan jollain mekanismilla liiallisesti itse hyötysignaalitielle
- 230V 50 Hz kytkeytyy kapasitiivisesti etuvahvistinasteeseen
Onko Kemon 200W vahvistimen rakennussarja hyvä ?
Kyseisen vahvistimen rakennussarja ei edusta hyvää suunnittelua. Se hurisee helposti. Vahvistin oskilloi itsensä helposti rikki, jos kahdella vastuksella toteutettu virtuaalinen maa pääsee heilumaan. Ei laitteen laatua ole sfnet.harrastus.elektroniikka-ryhmässä muutenkaan kehuttu äänenlaadultaan.
Ennemmin kannattaa rakentaa Hifi-lehdessä (ja bebekin lehdessä) esitetty 50W vahvari TDA7294-piirillä. Se on luultavasti oikeasti tehokkaampi, ja myös todella hyvälaatuinen. Lisäksi kytkentä vaatii niin vähän ulkoisia komponentteja, että sen voi kasata johonkin reikälevylle tms.
Mistä löydän usean sadan watin tehoisen audiovahvistimen rakennusohjeet ?
Kannattaa tutustua osoitteesta http://www.vision.net.au/~anthony/symmetric.htm löytyvään Anthony Holtonin suunnittelemiin vahvistimiin. Perusmalli pystyy antamaan 230W tehon 8 ohmin kuormaan ja 400W 4 ohmin kuormaan. Noista saa myös fettimäärää ja poweripuolta kasvattamalla aina tuonne 1kW asti puskevan päätteen (miksei ylikin) suhteelisen yksinkertaisesti.
Osoitteesta http://www.profsoundsystem.com/english/technic.htm löytyy paljon tietoa Professional Sound Systems nimisen ranskalaisen PA-firman vahvistimien kytkentäkaavioita ja piirilevykuvia.
Miten voisin tehdä audiosignaaleille sopivan spektrianalysaattorin ?
Audiospeaktrianalyysaattori koostuu suuresta määrästä (yhtä monta kuin kanavia)
bandpass-suotimesta ja näiden lähtöihin kytketyistä signalitason
ilmaisimista. Spektrianalysaattorin voisi kasata esimerkiksi
16 bandpass suotimesta ja tasonilmauspiireistä seuraavaan tapaan:
+-----------------
| 1 of 16 mux
+-----------------
+----+ +----+ +----------+ +------+ | | | | | |
+---| BP |-----| LD |----|1 | | |---O-O-O-O-O-O...
| +----+ +----+ | 16ch MUX | |LM3914| | | | | | |...
| +----+ +----+ | | |tms. |---O-O-O-O-O-O...
Sigin --+---| BP |-----| LD |--- |2 C|-----| | . .
| +----+ +----+ | | | | . .
. . . .
. yht 16 kpl .
. .
Tässä BP on kaistapäästösuodin.
Kaistapäästösuodattimen taajuudet voit valita vaikka puolen oktaavin välein,
esimerkiksi
(25),35,50,71,100,141,200,282,400,566,800,1131,1600,2263,3200,4525,6400,
(9050),(12800),(18102) hertsiä.
Kaistapäästösuotimista kannattaa tehdä aktiivisia ja tarpeeksi jyrkkiä
(riippuu kuinka kapeita kaistoja haluaa mitata ja mikä on tarkkkuusvaatimus).
LD on signaalin huipun ilmaisupiiri eli yksinkertaisimmillaan diodi, kondensaattori ja vastus. Ledejä voidaan ohjata siteen vaikka LM3914 (lineaarienen) tai LM3915 (logaritminen) -piirillä tai vastaavilla. MUXeilla valitaan mitattava taajuuskomponentti ja valitaan mille ledirivistölle sen tulos näytetään. Eli kumpaakin kelataan samaa vauhtia sen verran nopeasti, että näyttö ei liikaa vilku.
Millainen on kuulokojeisiin äänisignaalia lähettävän induktiosilmukka-lähettimen toimintaperiaate ?
Induktiosilmukalla pystytään välittämään äänisignaalia suoraan kuulokojelaitteisiin ja tätä ratkaisua käytetään muunmuassa julkisissa pienissä tiloissa. Induktiosilmukka on yksinkertaisesti johtosilmukka, joka kiertää alueella, jossa kuulokojeeseen pitää lähettää ääntä. Kun kuulokojeeseen halutaan lähettää ääntä, niin äänisignaali ohjataan vahvistimen kautta tuohon induktiosilmukkaan, joten kuulokoje pystyy "kuulemaan" äänen sisällä olevalla induktiosilmukallaan.
Yksinkertaisimmillaan otetaan tavallien audiopaatevahvistin joka kestaa ajaa matala impedanssista kuormaa. Sopivia ovat esim CROW:nin ja CRESTIN seka LAB GRUPPENin mallit. Sitten otetaan sahkojohtoa esim tavallista yksinapaista kytkentajohtoa. Tehdaan siita silmukka joka levitellaan halutulle alueelle ja johdot kytketaan vahvistimen kaiutinlahtoon. Tassa on meilla perin yksinkertainen induktiosilmukka. Tietysti voidaan kayttaa valmista induktiosilmukkavahvistinta mutta ne taitavat olla varsin arvokkaita. Induktiosilmukassa tyypillinen resistanssi on muutama ohmi, kapasitanssia ja induktanssia saisi olla mahdollisimman vahan.
Miten teen elektronisesti ohjatun ohjelmavalitsimen vahvistimeeni ?
Nykypäivänä homma hoidetaan monissa hifi-laitteissa käyttämällä puolijohdekytkimiä. Sopivia kytkimiä ovat CMOS-tekniikalla tehdyt DA-kytkimet. Ne ovat digitaalisella signaalilla (0 tai 1) ohjattavia kytkimiä, jotka pystyvät kytkemään myös vaihtovirtasignaaleita (audiosignaalia). Näillä virrankulutus saadaan pienemmäksi, koko pienemmäksi ja hinta alemmas kuin perinteisillä releillä. Sopivia piirejä omaan rakenteluun ovat 4051-sarjan piirit (4051, 4052, 4053). Myös 4066:n datalehteä kannattaa silmäillä. Hintaa piireillä on alle euro kappaleelta.
Puolijohdekytkimillä on pari huonoa puolta. Ensinnäkin niissä ohjaussignaali ja ohjattava signaali eivät ole galvaanisesti erotettuja, joten ohjaussignaalin röpelö voi kapasitiivisesti kytkeytyä ohjattavaan signaaliin. Toisekseen kytkinten impedanssi on merkittävästi suurempi kuin releillä (80 ohmia vs. milliohmeja). Käytännön piiriratkaisuissa näistä hankaluuksista on mahdollista päästä eroon melko helposti, joten ongelmat ovat monesti enempi teoreettisia.
Jos tarkoituksena on rakentaa "viimmesen päälle" valitsin, kannattaa käyttää Analog Devicesin SSM2402/SSM2412 analogisia kytkimiä. Niillä saa pehmeän valinnan, ne eivät ei rätise ja eivätkä ritise. Datalehti löytyy osoitteesta http://www.analog.com/pdf/ssm2402.pdf.
Jos kuitenkin kuulut kultakorvien joukkoon, niin satat haluta käyttää releitä, että kaikki olisi mahdollisimman täydellistä. Äänen laadun kannalta parhaita ovat metallikoteloidut audio ja suurtaajuuskäyttöön tarkoitetut erikoisreleet. Nuo tosin tuppaavat olemaan varsin kalliita. Tosin suunnilleen mikä tahansa signaalirele eli sellainen, jolla on tuplakontaktit (bifurcated) ja virrankytkentäkyky menee alle 1 mA:n, sopii audiosignaalin kytkemiseen.
Aivan tavallisia piirilevyreleitäkin voi käyttää, mutta silloin saattaa tulla verkkohurinat ja vastaavat läpi helpommin. Jos verkkohurina häiritsee normaaleilla releillä. niin kannattaa tarkistaa, että releiden kelan käyttöjännite on kunnolla suodatettu.
Releisiinkin löytyy sitten todellinen hi-tech-ratkaisukin. Siemens valmistaa mikromekaanisia releitä, jotka on paketoitu mikropiirikoteloon. Niitten suoritusarvot vastaavat pääosin tavallisia releitä, joskaan niiden virransieto ei ole mitenkään valtavan hyvä (ei tehokytkimiksi). Hinnasta ja saatavuudesta saanee tietoa Siemensin webbisivuilta osoitteesta http://www.siemens.de/ec/ecr/index.htm.
Tomi Engdahl <[email protected]>
Takaisin hakemistoon