5ти канальный микшер на ОУ

[e2e4-1]

Доброе время суток, уважаемое сообщество!

Некоторое время назад возникла потребность объединить и выровнять по уровню несколько аудио сигналов (ретрокомп, внешние синты Roland'ы MT-32 и SC-88, тестовый стенд, MP3 плеер и т.п.) и вывести их на нормальный усилок с акустикой. В качестве временной меры был куплен, относительно недорогой, 3х канальный ARTcessories PowerMIXIII, в надежде со временем прикупить что-то функциональнее и покруче. Но что-то подходящего так и не нашел, а нехватка 3х каналов уже стала разрушать мозг. Несмотря на отсутствие достаточных знаний в аналоговой схемотехнике (я все больше по ТТЛ и КМОП логике), было принято решение сделать микшер самому. В качестве отправной точки был выбран наличествующий PowerMIXIII, ничего лучше все равно не было. Он был разобран и отреверсинженерен, схему приложу.

PowerMixIII.jpg

Схема PowerMixIII

(238.38 КБ) 256 скачиваний

Что было сделано:
1. Добавлены еще 2 входных канала по аналогии;
2. Убраны без надобные регуляторы баланса;
3. Заменены проходные электролиты на неполярные;
4. Добавлены релюшки для отключения каналов и мастера, управление и индикация режима реализована на Ардуинке Нано;
5. Добавлен китайский индикатор уровня на контроллере STC15;
6. Заменены разъемы TRS 6.3мм, на RCA входы/выход и на джек 3.5мм для наушников;
7. Все выводное, по возможности, заменено на SMD;
8. Разделено все это добро на две платы - основная и дополнительная (вертикальная), соединенные 40-пин шлейфом. И упаковано в корпус Gainta G748 с внешним БП на 12В.

03.jpg

Mixer v1

(254.6 КБ) 197 скачиваний

04.jpg

Mixer v1

(223.51 КБ) 179 скачиваний

По прошествии года и полученного опыта эксплуатации, принял решение переделать проект:
1. Гибкий шлейф, плотно забитый аналогом и цифрой, очень смачно ловил наводки. Экран из фольги с заземлением частично решил проблему, но все равно не по феншую. Регуляторы уровня по входам и выходу на наушники перенесены на основную плату, что избавило от наводок через шлейф. Регулятор мастера оставил на доп. плате, но его сигналы завел по отдельной линии, через разъем. Таким образом, в шлейфе осталась только цифра, две линии для индикатора уровня и больше половины свободных линий в шлейфе, чтоб пустить по ним землю;
2. Кнопки отключения каналов перенесены с основной платы на вертикальную, они теперь сверху над регуляторами, что весьма удобнее, чем было;
4. Индикация режима теперь в кнопке и двухцветная: зеленый - вкл., красный - выкл.;
3. Проходные электролиты 1uF заменены на пленку (в схеме забыл +ки убрать), SMD керамика 120pF в обратной связи заменена на SMD пленку.

Что меня смущает:
1. Использование дешманских ОУ JRC 4558DD. Меня бы больше успокоили OPA2132 вместо них. Нужно для этого что-то поменять в обвязке ОУ? Если возможно, подскажите, в виде схемы, что и куда?
2. Однополярное питание ОУ с виртуальной "землей" и необходимость гасить постоянку проходными кондерами на входе и выходе. Может перейти на двухполярное +-15? Стоит овчинка выделки? Какой DC-DC из +12 в +-15, достаточный для питания 6 ОУ посоветуете (желательно из наличествующих в ЧиД)? Что при этом желательно поменять в обвязке ОУ и проходных кондеров?
3. Выход на наушники с проходными 47uF электролитами и несерьезными транзюками. Пленка такой емкости стоит негуманно. Может весь выход на наушники переделать на что-то приличное? Может есть готовое решение типа MAX97220A, но для нормального - не диф. входа и с регулировкой уровня?

Mixer5v2.png

Новая схема Mixer5

(197.32 КБ) 201 скачивание

Mixer5v2.pdf

Новая схема Mixer5 в ПДФ

(157.18 КБ) 169 скачиваний

Буду премного благодарен за дельные советы всем откликнувшимся.

[ПУХ]

e2e4-1 писал(а):

3. Выход на наушники с проходными 47uF электролитами и несерьезными транзюками. Пленка такой емкости стоит негуманно. Может весь выход на наушники переделать на что-то приличное? Может есть готовое решение типа MAX97220A, но для нормального - не диф. входа и с регулировкой уровня?

MAX97220 А электролиты, в звуковом тракте, лучше вообще все заменить, не такая уж и большая ёмкость.

[e2e4-1]

ПУХ писал(а):

MAX97220 А электролиты, в звуковом тракте, лучше вообще все заменить, не такая уж и большая ёмкость.

Спасибо за ссылку! Оказывается можно было псевдо диф вход заделать. Вот что значит не внимательно читать даташит! Эх, еще бы регулятор громкости приделать к ней. Я правильно понимаю что коэф усиления определяется как R9/R3 и R10/R4 для левого и правого каналов соотв.? Т.е. вместо R9 и R10 нужно поставить переменник для регулировки? A100к подойдет? последовательно к переменникам еще наверное нужно поставить какое-то не большое сопротивление, какое?

Насчет электролитов в тракте самого царапает, но пленка на 47uF за 2к рублей *2 приводят жабу в ярость

Насчет использования MAXа начинаю серьезно подумывать. Жаль что курпус у него дурацкий, на коленках не потестить. Питание однополярное от 2.5 до 5.5 V. Думаю 5V параллельно с ардуинкой сойдет или стоит отдельную L7805 ставить?

ЗЫ Похоже с MAX облом. Согласно даташиту, на коэф усиления еще влияют резисторы R7/R5 и R8/R6. Т.е. нужно менять сопротивление R7,8,9,10 одновременно. И попробуй еще найти такой счетверенный переменник! И не факт что еще заработает. Поиск в инете как прикрутить volume control к MAX ничего не дал, во всех примерах, гомкость регулируется в ЦАПе по i2c, и это, явно, не мой случай.

[Silicoid]

Имхо. Я бы изначально делал схему под двухполярку. Это неплохо так упрощает схемотехнику, а с точки зрения трансформатора, что однополярка, что двух - стоит одинаково.
А коли есть двухполярка, то упираться в MAX97220A уже не имеет смысла. Подойдет любой усилитель для наушников, например тот же TPA6120A2.
В любом случае, для "потестить" у дядюшки Ли есть много копеечных плат с разными микросхемами. (MAX97220A тоже есть аж за 190р) Можно на 200-300р разориться, покрутить, а коли понравится, добавить в свою схему

Добавлено after 4 minutes 9 seconds:
upd ну а если уж нужен коммутатор и умеете в микроконтроллеры, то ядро можно на TDA7439/7440 собрать (тут 4 порта на вход, правда по умолчанию, но есть возможность расширения ) или на митсубиши M62445FP

[abc]

Как вариант, усилитель для наушников можно "стырить" из старого компьютерного привода CD. Напр., APA2308 или APA3544.
А что касается питания, то там же необязательно именно +/- 15 вольт. Я бы преобразовал +12 в -12 с помощью MC34063, а потом поставил 7809 и 7909 (или LM317 и LM337).

[e2e4-1]

Silicoid писал(а):

Имхо. Я бы изначально делал схему под двухполярку. Это неплохо так упрощает схемотехнику, а с точки зрения трансформатора, что однополярка, что двух - стоит одинаково.
А коли есть двухполярка, то упираться в MAX97220A уже не имеет смысла. Подойдет любой усилитель для наушников, например тот же TPA6120A2.

Спасибо за совет! Весь день гуглил в инете и пришел к тем же выводам - перейти на двухполярку и поставить TPA6120A2, он даже лучше по характеристикам чем MAX. Сейчас потихоньку перерисовываю. Места не много, лишь бы транс влез. Ужиматься придется сильно. Внешний БП имел свои плюсы.

abc писал(а):

Как вариант, усилитель для наушников можно "стырить" из старого компьютерного привода CD. Напр., APA2308 или APA3544.

И вас благодарю за участие! К сожанению, в приводах выход на наушники ужасный. ИМХО, даже хуже, чем сейчас есть. Как писал выше, попробую TPA6120A2. В ЧиД платка готовая есть или с Али подожду.

[Silicoid]

Места не много, лишь бы транс влез.

В промэлектронике пока еще есть шикарнейший немецкий HAHN BV EI 604 1089 с монтажом на плату (то-есть под пайку). если 1800р не жалко, и в корпусе хватит места, рекомендую. Он как раз 2х12в и 1.5А ток. То-есть при определенном подходе может и 2х10Вт запитать )

[AlexS4]

зы минималистичный микшер это ровно 1 ОУ на канал. инверсное включение с резисторным сумматором на инверсный вход. уровень канала регулируется соответствующим резистором сумматора. взаимное влияение каналов в том числе на регулировку уровня исключается виртуальным 0-сопротивлением на инверсном входе затянутым ООС резистором. имхо такой минимализм оптимален если хочется качества звука.

и сомнительно что двуполярное питание имеет хоть какойто смысл для маломощного усилителя в котором постоянная составляющая отделяется конденсаторами

[e2e4-1]

Silicoid писал(а):

Места не много, лишь бы транс влез.

В промэлектронике пока еще есть шикарнейший немецкий HAHN BV EI 604 1089 с монтажом на плату (то-есть под пайку). если 1800р не жалко, и в корпусе хватит места, рекомендую. Он как раз 2х12в и 1.5А ток. То-есть при определенном подходе может и 2х10Вт запитать )

Такой суммы не жалко, и даже больше. На хобби не экономлю. Я сейчас на Тореловский тор ТТП-30 2x18V 0,75A нацелился. Дальше все стандартно, диодный мост, кондеры, линейники 7815 и 7915, опять кондеры и пара диодов.

AlexS4 писал(а):

зы минималистичный микшер это ровно 1 ОУ на канал. инверсное включение с резисторным сумматором на инверсный вход. уровень канала регулируется соответствующим резистором сумматора. взаимное влияение каналов в том числе на регулировку уровня исключается виртуальным 0-сопротивлением на инверсном входе затянутым ООС резистором. имхо такой минимализм оптимален если хочется качества звука.

и сомнительно что двуполярное питание имеет хоть какойто смысл для маломощного усилителя в котором постоянная составляющая отделяется конденсаторами

Спасибо за оценку проекта. По скольку сам не шарю, мне очень важны советы кто в этом разбирается. Вся схема меня в целом устраивала, кроме выходя на наушники. Во первых качество, не очень (пока не могу подкрепить измерениями, жду нормальную ЮСБ карту, скоро). Во вторых небольшой косячок, на полностью выркученном в 0 регуляторе, звук все равно проходит в наушники. Стоит тронуть ручку регулятора, идет резкое, хоть и не большое, увеличение громкости, потом дальше плавно до максимум. И вот хотелось переделать именно эту часть, а она уже тянет переход на двухполярку. Сейчас перерисовываю схему, и хочу вас попросить посмотреть на нее и дать замечания/советы по ее улучшению.

[AlexS4]

неясно как двуполярное питание связано с регулировкой уровня от 0

вот нарисовал что я имел ввиду:

здесь регулировка практически от 0-уровня. вся схема на 1 корпусе 2канального молошумящего ОУ.
питание милливатное, можно хоть от литиевого аккумулятора))
конденсаторы можно полярные (это ничуть не хуже) , + к ножкам ОУ.

каждый входной канал добавляет всего 3 компанента: переменный и постоянный резистор + разьем

[Silicoid]

Невозможность регулировки "от нуля" имхо связана с принципом включения регулятора громкости по каждому из каналов.
Его воткнули в обратную связь и пытаются получить к. усиления << 1 то-есть ~0.
Как мне кажется это плохая идея.
Гораздо лучше было бы на каждом входе поставить повторитель, для согласования сопротивлений, а дальше уже сделать обычные резистивные регуляторы уровня

[e2e4-1]

Silicoid писал(а):

Невозможность регулировки "от нуля" имхо связана с принципом включения регулятора громкости по каждому из каналов.
Его воткнули в обратную связь и пытаются получить к. усиления << 1 то-есть ~0.
Как мне кажется это плохая идея.
Гораздо лучше было бы на каждом входе поставить повторитель, для согласования сопротивлений, а дальше уже сделать обычные резистивные регуляторы уровня

Согласен, идея регулировки громкости в мастере и наушниках через К услинения мне тоже не очень. Еще там инвертирующий усилитель, а в ОУ на входах неинвертирующий (как они вообще работают никак не пойму), что в сумме дает инверсию сигнала на выходе. У тов. Эллиотта по два ОУ на входе и один на выходе (что имхо перебор): неинв + инв + инв = неинв. А вы как предланаете? Я понял на входе просто повторитель, потом регулировка резюками, а что дальше?

Нарисовал двухполярный БП +-15, уже прикинул в диптрейсе, влезает. тесновато, впритирочу но влезет.

Mixer5v2_PSU.png

БП +-15V

(16.82 КБ) 124 скачивания

Перерисовал схему под двухполярку. Прикрутил TPA6120A2 на наушники. Кстати посоветуйте, есть три варианта:
1. TPA после своего ОУ, который регулирует громкость (основной вариант);

Mixer5v2.png

Вариант1

(194.94 КБ) 113 скачиваний

2. TPA через переменники к сумме после ОУ входных каналов, т.е. без своего ОУ;

Mixer5v2_No_OA.png

Вариант2

(192.14 КБ) 118 скачиваний

3. TPA через ОУ мастера, котор регулирует громкость, т.е. без своего ОУ и без отдельной регулировки громкости на наушниках.

Mixer5v2_No_OA_No_Vol.png

Вариант3

(192.82 КБ) 120 скачиваний

Что посоветуете?

[Silicoid]

Я понял на входе просто повторитель, потом регулировка резюками, а что дальше?

Я для наглядности блоксхемку накидал.

В принципе, по подобной схеме построено большинство усилков,

Добавлено after 8 minutes 51 second:
А вход на наушники я бы напрямую с выхода брал, но с поправкой.
Вы там так или иначе релюху планируете. просто поставьте переключающую (Линейный выход или Наушники)

[e2e4-1]

Silicoid писал(а):

Я для наглядности блоксхемку накидал.
А вход на наушники я бы напрямую с выхода брал, но с поправкой.
Вы там так или иначе релюху планируете. просто поставьте переключающую (Линейный выход или Наушники)

Схема супер, то что хочу! блоки громкости и тона только лишние, имхо. еще бы определиться где в каком каскаде инверсия/неинверсия? Про релюшку переключать лин.выход/наушники идея здравая, обдумаю.

ЗЫ отрисовал в диптрейсе новую версию (двухполярный БП на торе, ТРA6120A2 через свой ОУ на наушники), вроде все влезло. Дождусь деталюшек и буду тест стенд делать.

Mixer5v2_01.jpg

Mixer5v2

(223.06 КБ) 687 скачиваний

[Silicoid]

блоки громкости и тона только лишние, имхо.

loudness это бас-буст (или тонкомпенсация, если по-русски), а tone - регулятор тембра. В принципе, всё это добро можно не делать, но я бы оставил. Первый, чтоб на малой громкости слушать а второй.. ну как без тембра то.

Добавлено after 10 minutes 17 seconds:
а... я внимание на одно проблемное место на плате хочу обратить.
У вас элементы очень близко к обрезу платы, а гильотины на производстве имеют небольшой допуск, И если она махонет на весь допуск, то с большой вероятностью рубанет дорожки или контактные площадки.

[e2e4-1]

Silicoid писал(а):

loudness это бас-буст (или тонкомпенсация, если по-русски), а tone - регулятор тембра. В принципе, всё это добро можно не делать, но я бы оставил. Первый, чтоб на малой громкости слушать а второй.. ну как без тембра то.

У меня все это добро есть в усилке к которому подключается микшер, а в наушниках обойдусь. А если совсем сильно захочется, то можно наушгики в усилок подключить.

[Silicoid]

Тогда можно сделать вот как-то так.

Возможно, я где-то что-то упустил.

Добавлено after 14 minutes 31 second:
upd в идеале после потенциометра регулятора уровня громкости канала поставить еще один ОУ для того, чтобы исключить взаимное влияние переменных резисторов (если это микшер) или вставить реле отключающее неактивные входы (как сделано у вас)

[e2e4-1]

Silicoid писал(а):

Спасибо вам огромное за участие в проекте! Мне это действительно важно. Друзей электронщиков у меня не много, а тех кто шарит в аналоге вообще никого. Вся надежда на поддержку форума. По схеме... Мне уже нравится! Есть несколько вопросов, пожеланий, предложений. А что если в первой стадии поставить не повторитель, а неинверсный усилитель с небольшим коэфф (например 2)? Есть некоторые источники (напр. МП3 плеер) со слабым выходом, и будет не плохо его сразу усилить. Вопрос по переменным резисторам, какая характеристика должна быть A или B? Можно слегка переделать схему под переменники на 10к или 100к? - их у меня как у дурака фантиков, а вот 50к в хозястве нету. И вопрос по конденсаторам 10uF в обратной связи и на выходе - можно использовать 1uF пенку? у меня ее тоже стратегический запас, а 10uF только электролиты.

ЗЫ Доработал слегка текущую схему - разделил "цифровую" и "аналоговую" земли.

Mixer5v2.png

Схема

(199.74 КБ) 1185 скачиваний

Mixer5v2.pdf

Схема в ПДФ

(163.81 КБ) 680 скачиваний

[AlexS4]

переменные резисторы можно и 100k и 10k только надо иметь ввиду 2 момента:
- они нагружают источник и если у него высокое выходное сопротивление то при 10k мы сразу получим доп ослабление делителем из внутреннего сопротивления источника и этих 10k. формально стандартая нагрузка на линейные аудио выходы 47k но в реалности эти выходы почти всегда низкоомные и легко переварят и 10k и даж 1k. высокое же входное сопротивление - потенциал для наводок при неподключенных проводах итп.
- суммирующий резистор являющийся нагрузкой регулирующего потенциометра вносит изменения в характеристику регулирования, чтоб это влияние ослабить его сопротивление должно быть существенно больше, например если потенциометры 100k то суммирующие скажем 220k или 330k.

и всетаки еще раз скажу: на практике нет НИКАКИХ ТЕХНИЧЕСКИХ обоснований необходимости предварительных усилителей перед резисторным сумматором токов. ни повторителей, ни предусилителей напряжения, они только вносят помехи и искажения . уровень собственных шумов схем пассивного регулирования и суммирования - на порядки ниже уровней сигналов линейных выходов а взаимное влияние сигналов нивелируется конструкцией сумматора токов (работающего на 0 входное сопротивление). см выше.

емкости выбирают исходя из полосы фильтров образуемых RC цепочками, чтоб сохранить исходную полосу пропускания при уменьшении емкости в 10 раз надо в 10 раз увеличить сопротивление резистора с которого снимается сигнал.

[Silicoid]

AlexS4, Лично мое мнение, что повторитель/усилитель на входе нужен, особенно, если у вас на входе несколько источников сигнала с разными выходными сопротивлениями. В определенных случаях этот самый источник сигнала может работать как шунт.

А что если в первой стадии поставить не повторитель, а неинверсный усилитель с небольшим коэфф (например 2)?

Можно. и иногда это будет даже более правильным вариантом. Например если мы возьмем TDA7440, то там входной тракт имеет усиление порядка 30, а потом, всеми остальными каскадами сигнал только ослабляется.
Как правило такое усиление нигде не используется, поэтому 3-5 самое оптимальное, имхо.

Можно слегка переделать схему под переменники на 10к или 100к?

В схеме используются 100к потенциометры. Просто симулятор так криво показывает 50+50 ))

вопрос по конденсаторам 10uF в обратной связи и на выходе

Тут всё зависит от входного сопротивления вашего усилителя. Может быть и можно.